Опыт 1. Получение этоксида натрия и его гидролиз.

В сухую пробирку поместите 3 капли абсолютного этанола и внесите кусочек металлического натрия, размером с рисовое зернышко. Соберите выделяющийся водород, прикрыв пробирку пробкой. Затем уберите пробку и поднесите пробирку отверстием к пламени горелки. Смесь водорода с воздухом сгорает с характерным «лающим» звуком. Белый осадок этилата натрия растворите в 2-4 каплях этанола и добавьте 1 каплю 1% раствора фенолфталеина. После этого внесите в пробирку 1-2 капли воды. Объясните появление малиновой окраски.

Схемы реакций:

С₂Н₅ОН + Na C₂H₅O^–Na⁺ + ½ H₂

C₂H₅O^–Na⁺ + H₂O С₂Н₅ОН + NaOH

Вопросы:

1. Какие свойства спиртов проявляются в реакции с металлическим натрием?

2. Почему в реакции используется абсолютный этанол?

3. Почему в воде этоксид натрия легко разлагается?

Опыт 2. Реакция глицерина с гидроксидом меди (II) в щелочной среде.

Поместите в пробирку 3 капли 0,2н CuSO₄, 3 капли 2н NaOH и взболтайте. Появляется студенистый голубой осадок гидроксида меди (II). При нагревании в щелочной среде до кипения, полученный гидроксид меди (II) разлагается с выделением CuO черного цвета. Повторите опыт, но перед кипячением гидроксида меди II, добавьте в пробирку 1 каплю глицерина, перемешайте. Нагрейте до кипения полученный раствор и убедитесь в том, что раствор глицерата меди при кипячении не разлагается. Щелочной раствор глицерата меди под названием реактива Гайнеса применяется в клинических лабораториях для обнаружения глюкозы в моче.

Схемы реакций:

Вопросы:

1. Какие свойства глицерин проявляет в реакции с гидроксидом меди (II)?

2. Сравните силу кислотных центров глицерина и этанола.

3. Для каких целей может быть использована данная реакция в качественном анализе?

Опыт №3. Образование фенолята натрия и разложение его кислотой.

В пробирку с 3 каплями воды поместите 2 капли жидкого фенола и встряхните. К возникшей мутной эмульсии добавляйте по каплям 2н NaОН до образования прозрачного раствора. Подкислите этот раствор несколькими каплями 2н раствора хлороводородной кислоты.

Схемы реакций:

Вопросы:

1. Сравните силу кислотных центров этанола и фенола.

2. Сравните способность к гидролизу фенолята натрия и этоксида натрия.

Опыт 4. Основность аминов.

Нанесите 1 каплю раствора диэтиламина на красную лакмусовую бумагу. Что вы наблюдаете? Приготовьте в пробирке эмульсию из 1 капли анилина и 3 капель воды. Нанесите 1 каплю полученной эмульсии на полоску универсальной индикаторной бумаги. Изменения окраски не наблюдается. Докажите основность анилина реакцией образования солей с сильными кислотами. Разделите оставшуюся эмульсию анилина на 2 пробирки. В одну пробирку добавьте 1 каплю 2н HСl. Эмульсия исчезает (образуется хорошо растворимая солянокислая соль анилина). В другую пробирку добавьте 1 каплю 2н H₂SO₄. При встряхивании выпадает кристаллический осадок труднорастворимой соли анилина.

Схемы реакций:

Вопросы:

1. Качественно оцените силу основных центров метиламина и анилина.

2. Почему эмульсия анилина в воде не изменяет окраску индикатора?

Задачи для самостоятельного решения

1. Соотнесите значение Ка – 6,3 ^. 10^–2; 1,75 ^. 10^–5; 1,35 ^. 10^–5 со структурой следующих кислот: уксусной, пропионовой, дихлоруксусной. Обоснуйте взаимосвязь кислотности со строением этих кислот.

2. Обьясните причины различий рКа n-нитрофенола, фенола, n-крезола. Напишите схему реакции солеобразования с более сильной кислотой.

3. Соотнесите значения рКв – 3,4; 3,3; 9,4 со структурой следующих оснований: метиламин, диметиламин, анилин. Обоснуйте взаимосвязь основности со строением этих оснований.

4. Обьясните причины различий рК_ВН⁺ у гуанидина и мочевины. Напишите схему реакции солеобразования с более сильным основанием.

рК_ВН^Å 0,1 рК_ВН^Å 13,5

5. Используя факторы качественной оценки силы кислот и оснований, расположите в ряд по уменьшению кислотности следующие ОН-кислоты Бренстеда:

а) этанол, 2-хлорэтан, 2,2-дихлорэтанол;

б) фенол, n-нитрофенол, n-аминофенол;

в) этановая, этандиовая, пропандиовая кислоты;

г) этанол, фенол, этановая кислота.

6. Используя факторы качественной оценки силы кислот и оснований, расположите в ряд по уменьшению основности следующие основания Бренстеда:

а) этанол, этантиол, этанамин;

б) диэтиловый эфир, диэтиламин, диэтилсульфид;

в) n-аминофенол, анилин, n-аминобензойная кислота.

7. Качественно оцените силу кислотных центров в молекулах n-аминосалициловой кислоты (противотуберкулезное средство) и парацетамола (жаропонижающее и анальгезирующее средство). Напишите схему реакции солеобразования с более сильной кислотой.

8. Качественно оцените силу основных центров в молекулах гистамина и адреналина. Напишите схему реакции солеобразования с более сильным основанием.

9. Как средство, повышающее артериальное давление, норадреналин применяется в виде соли винной кислоты (2,3-дигидроксибутандиовая кислота). Определите место протонирования в молекуле норадреналина и напишите схему образования гидротартрата норадреналина.

10. 2,3-димеркаптопропанол применяют при отравлениях солями мышьяка, ртути и др. Качественно оцените силу кислотных центров и прогнозируйте продукт его взаимодействия с солями ртути (II).

11. Для повышения растворимости в воде b-(диэтиламино) этиловый эфир n-аминобензойной кислоты при действии хлороводородной кислоты превращают в моногидрохлорид, который известен в медицинской практике как новокаина гидрохлорид. Определите наиболее сильный основный центр в молекуле новокаина и напишите уравнение реакции солеобразования.

12. Алкалоид эфедрин экстрагируют из эфедры, разбавленной хлороводородной кислотой. Качественно оцените силу основных центров эфедрина и напишите схему реакции солеобразования.

13. a-Аминокислоты в водных растворах подвергаются ионизации. Качественно оцените силу основных и кислотных центров в молекуле природной a-аминокислоты гистидина и прогнозируйте их ионизацию в водных растворах:

14. Существует предположение, что дипептид карнозин, содержащийся в мышцах животных и человека, выполняет буферные функции при физиологических значениях рН за счет наличия имидазольного гетероцикла. Найдите кислотные и основные центры в составе имидазольного цикла и напишите схему ионизации их по кислотному и основному типам.

15. Разделите приведенные соединения на группы кислот и оснований Льюиса:

СВОДНЫЕ ВОПРОСЫ К ИТОГОВОМУ ЗАНЯТИЮ (МОДУЛЬ №1)

Вопросы№1:а).Классифицируйте соединение по функциональным группам

; ; ;

б) Назовите по заместительной номенклатуре:

; ; ;

Вопросы №2:

а). Приведите электронное строение сопряженной системы в органическом соединении. Укажите пиррольное и пиридиновое состояние гетероатомов:

; ;

б) Докажите ароматичность соединений:

; ; ;

Вопросы №3:

Укажите вид и знак электронных эффектов заместителей в соединении. Определите электронодонорные и электроноакцепторные заместители:

; ; ; ; ; ; ;

Вопросы №4:

а). Напишите в проекциях Ньюмена возможные конформеры для бутандиовой кислоты (по связи С₂-С₃), для бутановой кислоты (по связи С₂-С₃).Приведите кривую изменения потенциальной энергии различных конформаций.

б). Приведите возможные конформации кресла для транс-циклогександиола-1,2, транс-циклогександиола-1,4, дайте их энергетическую характеристику.

Приведите возможные конформации кресла для миоинозита.Какая из них более энергетически выгодна?

в). Напишите соответствующие конфигурационные стереоизомеры для указанных соединений. Укажите энантиомеры, σ- и/или π-диастереомеры.

; ; ; ;

; ; ; ;

; ; ; .

Вопросы №5:

а). Качественно оцените силу кислотных центров в молекулах:

; ; ; ;

б). Качественно оцените силу основных центров в молекуле:

; ;

ЗАНЯТИЕ 5.

ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ. РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ УГЛЕВОДОРОДОВ. РЕАКЦИИ S_R, A_E, S_E .

ЦЕЛЬ:Сформировать знания:

– понятий «химическая реакция», «субстрат», «реагент», «реакционный центр», «механизм реакции»;

– гомо– и гетеролитического расщепления ковалентных связей, классификации химических реакций по механизму;

– реакционной способности алканов в связи с электронным строением химических связей, механизма реакции радикального замещения (S_R);

– реакционной способности алкенов и алкадиенов как следствия гетеролитического расщепления p-связи, механизма реакций электрофильного присоединения (А_Е);

– реакционной способности ароматических углеводородов, механизма реакций электрофильного замещения (S_Е);

– биологических аналогов указанных реакций.

Сформировать умения:

– прогнозировать возможность гомо- и гетеролитического расщепления связи;

– изображать механизмы указанных реакций;

– выполнять характерные и качественные реакции на углеводороды.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ

1. Химическая реакция как процесс. Понятия – субстрат, реагент, реакционный центр, продукт реакции. Классификация органических реакций. Понятие о механизме реакций, гомо- и гетеролитическое расщепление связей. Реакционная способность органических соединений. Электронное строение промежуточных частиц (свободные радикалы, карбокатионы, карбоанионы).

2. Реакционная способность алканов и циклоалканов. Механизм реакций радикального замещения (S_R). Галогенирование алканов и циклоалканов (обычные циклы). Понятие о региоселективности, цепном процессе.

3. Реакционная способность алкенов и алкадиенов. Механизм реакций электрофильного присоединения (А_E), гидрогалогенирование, гидратация. Правило Марковникова.

4. Реакционная способность ароматических соединений. Реакции электрофильного замещения (S_E). Галогенирование, сульфирование, нитрование, алкилирование и ацилирование ароматических углеводородов и гетероциклических соединений.

5. Правило ориентации в бензольном ядре. Ориентанты первого и второго рода.

ЛИТЕРАТУРА

[1]. Тюкавкина Н.А., Биоорганическая химия. / Н.А.Тюкавкина, Ю.И. Бауков– М.: Медицина, 1991.– С. 117-148.

[2]. Гидранович Л.Г. Биоорганическая химия: Учеб. пособие. /Л.Г.Гидранович. – Витебск: ВГМУ, 2009.– С. 67-91.

[3]. Гидранович Л.Г. Лабораторные занятия по биоорганической химии.: Учеб. пособие / Л.Г.Гидранович. – Витебск: ВГМУ, 2012.– С. 36-42.

[4]. Гидранович Л.Г. Курс лекций по биоорганической химии.– Витебск.– 2003.– С. 59-78.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ.

1. Подготовить теоретический материал по вопросам для самоподготовки к занятиям.

2. Оформить протокол лабораторной работы.

3. Решить задачи 3-5, 8,11,13, представленные на страницах 40-42 данного лабораторного практикума.

Примерный вариант заключительного контроля:

1. Сравните реакционную способность в реакциях S_R бутана и 2-метилбутана. Напишите схему реакции бромирования более активного из них. Опишите механизм реакции по стадиям.

2. Напишите схемы реакций, обозначьте графически реакционные центры, укажите тип и механизм реакций:

Содержание лабораторного практикума: