Учебно-методического комплекса дисциплины • Рабочая учебная программа •Тематический план лекций и практических занятий •Методические рекомендации для преподавателей по дисциплине «Химия»

Занятие 3. Кислотные и основные свойства органических соединений. Реакционная способность углеводородов: реакции радикального замещения (SR) и электрофильного присоединения (АЕ) Актуальность темы Многие органические соединения в условиях организма ионизированы, что является следствием их кислотно-основных свойств. Перенос протона между атомами кислорода, азота и серы, а также кислотный или основной катализ, осуществляемый с участием соответствующих ионогенных групп ферментов, играют огромную роль в процессе биохимических превращений. «Invivo» имеют место реакции электрофильного присоединения по двойной связи. Например, гидратация α,β-ненасыщенных жирных кислот является частью ферментативного процесса β-окисления, которое служит существенным источником для организма. Цель занятия Приобрести знания: а) кислотности и основности органических соединений как важнейших средств, определяющих большинство химических реакций в живых организмах; б) реакций гомолитического типа неполярных σ-связей тетрагонального атома углерода и способности локализованных и сопряженных двойных углерод-углеродных связей к электрофильному присоединению как основу для понимания аналогичных реакций в организме. Выработать умение определять наличие в молекулах биологически важных органических соединений кислотных или основных центров, качественно оценивать их с целью выявления наиболее сильного центра кислотности или основности прогнозировать реакционную способность органических соединений. Содержание занятия 1. Обсуждение теоретических вопросов по теме занятия. 2. Решение задач. Вопросы, предлагаемые для обсуждения на занятии Классификация органических реакций и реагентов. Кислотность и основность соединений по Брёнстеду. Органические соединения в качестве кислот и оснований Брёнстеда. Сравнительная характеристика кислотно-основных свойств аминов, спиртов, тиолов, фенолов, карбоновых кислот. Кислоты и основания Льюиса. Реакции радикального замещения (SR) у алканов и циклоалканов. Понятие о цепных реакциях. Реакции электрофильного присоединения (АЕ ) у алкенов и алкадиенов. Задачи для самостоятельного решения: Расположите в ряд по усилению кислотности следующие ОН-кислоты: СН3ОН, (СН3)2СНОН, С6Н5ОН, Н2О, (СН3)3СОН. Расположите в ряд по усилению основности следующие соединения: 1) Ряд ароматических аминов С6Н5-NH-СН3, С6Н5-NH2, С6Н5-N(СН3)2, С6Н5-NH-С6Н5 2) Ряд тиоспиртов и тиоэфиров С2Н5-S-С2Н5, С6Н5-S-С6Н5, С2Н5-S-С6Н5, С6Н5-SН, С2Н5-SН Почему наиболее характерным свойством алканов являются реакции свободно-радикального замещения? Какие из приведенных соединений могут при гомолитическом разрыве связи С–Н образовать третичные алкильные радикалы: а) б) в) г) д) Какой из продуктов монобромирования преимущественно образуется в результате реакции бромирования 2-метилпентана на свету: а) б) в) г) Приведите механизм реакции получения выбранного соединения. Каков механизм реакции нитрования алканов? Какой из изомеров: н-пентан или изопентан – быстрее реагирует с разбавленнойНNО3? Приведите уравнение и механизм реакции нитрования выбранного соединения. Опишите электронное строение алкенов. Почему для алкенов характерны реакции электрофильного присоединения? Какие из приведенных ниже соединений являются π-основаниями? а) б) в) г) д) Какой из изомерных продуктов крекинга нефти — бутен-1 или 2-метилпропен — является более реакционноспособным в реакциях электрофильного присоединения? Приведите уравнение и механизм реакции присоединения йодоводорода к более активному алкену. Сформулируйте правило Марковникова в современной интерпретации. Приведите уравнение и механизм реакции присоединения бромоводорода к 2-метилпропеновой кислоте. Напишите, какой продукт образуется при взаимодействии циклогексена с бромной водой, учитывая пространственную направленность реакции бромирования. Занятие 4. Реакции электрофильного замещения в ароматическом кольце (SЕ). реакции нуклеофильного замещения у тетрагонального атома углерода (SN). реакции элиминирования (Е) Актуальность темы Знание теоретических закономерностей протекания реакций между различными классами органических соединений является основой для понимания механизма подобных реакций, происходящих в живом организме, при синтезе лекарственных веществ, помогает управлять ходом того или иного химического процесса. Примерами реакций, протекающих по механизму электрофильного замещения “invivo” могут служить йодирование аминокислоты тирозина в ходе биосинтеза йодосодержащих гормонов щитовидной железы; алкилирование ароматических субстратов при биосинтезе некоторых коферментов и жирорастворимых витаминов. Реакции нуклеофильного замещения у тетрагонального атома углерода лежит в основе синтеза “invivo” S-аденозилметионина из аминокислоты метионина и АТФ. В глинопротеинах живых организмов N-гликозидная связь между остатками N-ацетилглюкозамина и β-амидной группы аспарагина и О-гликозидная связь между N-ацетилгалактозамином и гидроксильной группой серина и треонина образована в результате реакции нуклеофильного замещения у аномерного атома углерода моносахарида. По такому же механизму протекает в организме ферментативный гидролиз олигосахаридов, например, под действием фермента лизоцима. Цель занятия Приобрести знания реакционной способности ароматических соединений как основу для понимания аналогичных реакций в организме. Выработать умение прогнозировать реакционную способность спиртов и галогенпроизводных в конкурентных реакциях нуклеофильного замещения и элиминирования в зависимости от строения субстрата и типа реагента. Приобрести умение экспериментально обосновать механизм некоторых биологически важных реакций нуклеофильного замещения, окисления. Содержание занятия Обсуждение вопросов по теме занятия. Решение задач. Контроль усвоения темы (письменно). Информация преподавателя о правилах техники безопасности при выполнении лабораторных работ. Выполнение лабораторных работ. Вопросы, предлагаемые для обсуждения на занятии Реакции электрофильного замещения в молекулах аренов и гетероциклов. Влияние заместителей и их ориентирующее действие. Реакции нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода. Реакции элиминирования в ряду алкилгалогенидов и спиртов. Реакции окисления спиртов, фенолов, тиолов и их биологическое значение. Окисление путём дегидрирования. Задачи для самостоятельного решения Бромбензол широко используется как растворитель, а также для получения реактива Гриньяра, для синтеза красителей и лекарственных средств. Напишите уравнение и механизм реакции получения бромбензола из бензола. Приведите уравнения и механизмы реакций алкилирования бензола галогеналканом, алкеном, спиртом в соответствующих условиях с получением изопропилбензола. Напишите уравнение и механизмы реакций хлорирования фенола и бензойной кислоты, укажите условия протекания. Какое из указанных соединений будет легче бромироваться? Ответ мотивируйте. Будет ли получаться один и тот же продукт в результате реакций ацилирования толуола ацетилхлоридом по Фриделю – Крафтсу и алкилирования ацетофенона метилхлоридом по Фриделю – Крафтсу? В чём сходство и в чём различие реакций нитрования толуола, хлорирования нитробензола, сульфирования бромбензола? Производное бензола, толуол, обладает слабым наркотическим действием. Эквимолекулярную смесь толуола и нитробензола обработали хлором в присутствии хлорида алюминия. Какой продукт образуется в преобладающем количестве? а) б) в) г) д) Напишите уравнение и механизм реакции получения соответствующего продукта из исходного вещества. Какое из приведенных соединений является продуктом сульфирования пиридина? Напишите уравнение реакции получения соответствующего продукта. а) б) в) Напишите уравнения реакций взаимодействия бутанола-1 и 2-метилпропанола-2 с йодоводородной кислотой. По каким механизмам протекают эти реакции? Приведите их. Получите α-аминокислоту валин (2-амино-3-метилбутановая кислота) и α-аминокислоту серин (2-амино-3-гидроксипропановая кислота) из соответствующих α-галогенкарбоновых кислот путем действия аммиака. Напишите уравнения и механизмы реакций. Какая из реакций будет протекать с большей скоростью? Ответ мотивируйте. Диэтиловый эфир (С2Н5-О-С2Н5) используется в медицине как наркотическое средство. Напишите уравнение и механизм реакции получения этого соединения, используя необходимый субстрат и нуклеофильный реагент. Напишите уравнения и механизмы следующих двух последовательных реакций. Укажите условия их протекания. Из какого исходного соединения путем реакции элиминирования можно получить этен. Напишите уравнение и механизм этой реакции. Напишите уравнения и механизмы реакций дегидратации пропанола-2 и 2-метилпропанола-2. Укажите условия их протекания. Какой из спиртов будет более активен в этих реакциях? Ответ мотивируйте. Лабораторная работа В процессе самоподготовки к лабораторной работе прочитать описание опытов и частично заполнить протокол работы. Форма протокола представлена таблицей (см. ниже), которую следует располагать на развернутом листе тетради. Столбцы 1–4 заполняются при подготовке к занятию, а столбцы 5 и 6 — после выполнения опыта. Дата занятия Номер занятия и название темы Номер опыта Название опыта Схема реакции с указанием механизма Условия реакции (температура, катализатор и т.д.) Наблюдаемый результат (изменение окраски, выпадение осадка и т.п.) Выводы 1 2 3 4 5 6 Опыт № 1. Образование фенолята натрия и разложение его кислотой. В пробирку с 3 каплями воды поместите несколько кристаллов фенола и встряхните. К возникшей мутной эмульсии добавляйте по каплям 10%-й раствор гидроксида натрия до образования прозрачного раствора. Подкислите этот раствор несколькими каплями 10%-го раствора хлороводородной кислоты НСl. 1. Напишите уравнение реакции получения фенолята натрия. 2. Почему фенол в отличии от спиртов способен взаимодействовать со щелочами? 3. В чем причина более кислого характера фенольного гидроксила по сравнению со спиртовым? 4. Почему при добавлении хлороводородной кислоты к раствору фенолята натрия наблюдается помутнение раствора? Напишите уравнение происходящей реакции. 5. Почему фенолят натрия не разлагается водой? Опыт № 2. Получение этилхлорида из этилового спирта. В пробирку насыпьте 2 лопаточки хлорида натрия. Прилейте 5–6 капель этилового спирта (на общем столе). Затем добавьте 3–4 капли концентрированной серной кислоты (в вытяжном шкафу) и нагрейте на слабом пламени спиртовки, не допуская слишком обильного выделения хлороводорода. Время от времени подносите отверстие пробирки к пламени горелки. Выделяющийся этилхлорид загорается, образуя колечко зеленого цвета (образование этилхлорида начинается не сразу). 1. Напишите схему реакции получения этилхлорида. 2. По какому механизму протекает эта реакция? 3. Какую роль в данной реакции играет серная кислота? Будет ли происходить образование этилхлорида в отсутствии серной кислоты? Опыт № 3. Окисление этилового спирта хромовой смесью. В пробирку поместите 2 капли этилового спирта (на общем столе), добавьте 1 каплю 10%-го раствора серной кислоты Н2SО4 и 2 капли 10%-го раствора дихромата калия К2Сr2О7. Полученный оранжевый раствор нагрейте над пламенем спиртовки до начала изменения окраски. Через несколько секунд раствор становится синевато-зеленым (цвет образующегося сульфата хрома (III) Сr2(SO4)3). Одновременно ощущается запах уксусного альдегида (запах прелых яблок). 1. Напишите схему окисления этилового спирта в уксусный альдегид. 2. Какой продукт образуется при последующем окислении уксусного альдегида?

Похожие:

	Учебно-методического комплекса дисциплины Рабочая учебная программа... Приложение №1 «Тематический план лекций»; Тематический план практических занятий		Учебно-методического комплекса дисциплины I. Рабочая учебная программа... Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования (гос впо)...
	Учебно-методического комплекса дисциплины I. Рабочая учебная программа... Использование понятий, терминов и алгоритмов работы в области информационных автоматизированных медико-технологических систем подготовит...		Учебно-методического комплекса дисциплины рабочая программа учебной...
	Пояснительная записка 2 Планируемые результаты обучения дисциплине... Рабочая учебная программа предназначена для реализации государственных требований к уровню подготовки и обязательному минимуму содержания...		Биофизика Приложение 1 к рабочей учебной программе «Тематический план лекций», «Тематический план практических занятий»
	Тематический план дисциплины 8 При разработке учебно – методического комплекса учебной дисциплины в основу положены		Литература по дисциплине «Семейное право» 5 Тематический план для... I. Задачи и методические рекомендации для проведения практических занятий по семейному праву 8
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «Менеджмент» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Практикум по 1С» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...