2002

21

Запомните формулу, показывающую число стереоизомеров (N) в зависимости от числа асимметрических атомов (n): N=2n. Выясните, что такое оптическая активность зеркальных изомеров и почему их называют оптическими антиподами.

Плоские проекции зеркальных изомеров называются формулами Фишера. В этих формулах на вертикали изображают атомы углерода, причем вверху пишут старшую функциональную группу. На горизонталях записывают атомы водорода и их заместители (OH, Cl, NH2).Научитесь по положению гидроксила (Cl, NH2) и водорода при самом нижнем асимметрическом атоме определять D- или L-стереоизомеры

Оптическая изомерия часто встречается в соединениях с несколькими различными функциональными группами (углеводах, аминокислотах, белках). Это явление играет важную роль в определении физиологических свойств природных полимеров (крахмала, целлюлозы, белков). Стереоизомерию необходимо учитывать при создании и использовании синтетических полимеров.

Контрольные вопросы к теме "Оптическая изомерия"

101. Определите число асимметрических атомов углерода в 2-хлорбутаноле-2. Напишите его стереоизомеры, назовите их.

102. Какие из следующих соединений способны к оптической изомерии: 2-хлорпропановая кислота; бутанол-1; бутанол-2; 2-хлор-бутаналь? Напишите формулы стереоизомеров.

103.Напишите все стереоизомеры винных кислот(2,3-диоксибутадиовых кислот). Поясните особенности стереоизомерии в данном случае.

104.Что такое оптические антиподы, рацематы? Объясните на примере :CH3–CH–COOH

|

OH

105.Что такое диастереомеры? Объясните на примере 2,3-диокибутановой кислоты?

106.Напишите L- и D-стереоизомеры 2,3-дихлорбутана. Какие из них оптически активны?

22

107.Какие из следующих соединений способны к оптической изомерии: глицерин, этиленгликоль, уксусная кислота, 2-метилбутановая кислота? Укажите D- и L-изомеры. Напишите оптические изомеры 2- аминопропановой кислоты.

108.Что такое антиподы и рацематы? Как различаются по химическим и физическим свойствам оптические антиподы?

109.Определите число асимметричных атомов углерода в 2-бромбутаноле-2. Напишите его стереоизомеры, назовите их.

110.Какие из следующих соединений способны к оптической изомерии: 2-бромбутановая кислота; пентанол-1; пентанол-2; 2-хлорбутаналь. Напишите формулы стереоизомеров.

3.5 АААААААА

Углеводы - это вещества, широко распространенные в природе, играющие очень большую роль в процессах жизнедеятельности животных и растений. Углеводы и сопутствующие вещества содержатся в большом количестве в древесине. Из углеводов путем химической переработки изготавливаются различные ткани, бумага, искусственное волокно, взрывчатые вещества и многое другое. Важнейшими углеводами являются глюкоза, свекловичный сахар (сахароза), крахмал, целлюлоза и др.

Углеводы делятся на две большие группы: 1) простые углеводы (моносахариды, или монозы); 2) сложные углеводы (полисахариды, или полиозы).

Простые углеводы

Простые углеводы (монозы) по своим свойствам и строению молекул представляют альдегидо-спирты (глюкоза) и кетоно-спирты (фруктоза). Первую группу соединений называют альдозами, вторую - кетозами. Кроме того, моносахариды классифицируются по числу углеродных атомов (тетрозы, пентозы, гексозы и т.д.).

Основной особенностью моноз является наличие большого числа асимметрических атомов углерода и, следовательно, возможность образования большого числа стереоизомеров.

Следует научиться точно находить все асимметрические атомы углерода в молекулах моноз и уметь правильно определять D- и L-формы изомеров. Необходимо твердо усвоить, что принадлежность сахаров к D- и L-ряду не определяет знака вращения моносахарида.

Необходимо обратить внимание на способы образования таутомерных циклических (полуацетальных) форм моноз (пираноз и фураноз) и уметь изображать их в виде пространственных форм (формул Хеуорса). Следует помнить, что при образовании полуацетальных форм возникает новый асимметрический атом углерода (первый) и два новых изомера (α- и β-формы).

23

Таким образом, изомерия и номенклатура углеводов очень сложны в связи с многообразием оптических изомеров и таутомерных форм сахаров.

Из физических свойств следует обратить внимание на явление мутаротации - изменение оптической активности свежеприготовленных растворов сахаров. Это влияние вызвано постепенным переходом в растворе различных форм моносахаров в их равновесную смесь.

Химические свойства альдоз и кетоз совмещают в себе реакции альдегидных, кетонных и спиртовых групп. Важной реакцией является взаимодействие первого гидроксила у циклических форм моноз со спиртами с образованием гликозидов.

Необходимо знать все виды формул глюкозы и фруктозы.

Сложные углеводы (полисахариды)

Сложные углеводы делятся на сахароподобные и несахароподобные вещества.

Дисахариды (сахароподобные углеводы)

Это вещества, сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде. При гидролизе они распадаются на две молекулы моносахаридов. Важнейший из дисахаридов (их называют также биозами) – сахароза (свекловичный или тростниковый сахар). Необходимо знать структурную формулу сахарозы, строение мальтозы и целлобиозы (предшественники крахмала и целлюлозы).

Необходимо усвоить схему гидролиза (инверсии) сахарозы - реакции, происходящей под действием минеральных кислот и ферментов.

Высшие полисахариды (несахароподобные углеводы)

Важнейшими представителями полисахаридов являются крахмал и целлюлоза (клетчатка). Это вещества, молекулы которых при гидролизе распадаются на очень большое количество молекул моносахаридов.

Необходимо усвоить принцип связывания моносахаридов и уметь изображать участки цепи составных частей крахмала - амилозы и амилопектина, знать основные свойства крахмала и его гидролиз.

Целлюлоза, или клетчатка - полисахарид, из которого в основном состоит стенка древесины (до 50 %). Необходимо усвоить строение молекул целлюлозы, их свойства и основные реакции этого вещества, используемые в промышленности (нитрование, взаимодействие с уксусным ангидридом, сероуглеродом). Следует обратить внимание на метод получения вискозы.

Древесина и ее состав

Кроме целлюлозы в состав древесины входят: гемицеллюлоза (до 25 %), пектины, лигнин (неуглеводная часть), таннины и другие дубильные вещества. Необходимо составить представление о составе и строении этих компонентов древесины, их свойствах, способах выделения.

24

Контрольные вопросы к теме "Углеводы"

111.Классификация углеводов. Напишите уравнения гидролиз дисахарида и полисахарида.

112.Моносахариды: функциональный состав, изомерия. Приведите примеры альдопентозы, кетогексозы.

113.Химические реакции моносахаридов по карбонильной группе покажите на примере глюкозы.

114.Спиртовые свойства моносахаридов покажите на примере фруктозы.

115.Какие химические реакции, подтверждающие альдегидную и спиртовую природу глюкозы?

116.Объясните, что такое дисахариды? Чем отличаются мальтоза от целлобиозы?

117.Что такое крахмал? В чем отличие мальтозы от крахмала?

118.Опишите строение и свойства целлюлозы.

119.Какие продукты образуются при гидролизе крахмала и целлюлозы? Значение этих реакций.

120.Химическая переработка целлюлозы. Напишите реакции этерификации целлюлозы а) метиловым спиртом б) уксусным ангидридом, в) азотной кислотой.

4 АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

4.1 ААААААААААААААА А ААААА

Нитросоединения - производные углеводородов, в которых атомы водорода замещены на нитрогруппу – NO2. Общая формула алифатических и ароматических нитросоединений:

Название составляется из названия углеводорода с приставкой "нитро":

При восстановлении нитросоединений образуются очень важные вещества - амины (например,C6H5NH2), которые можно рассматривать как производные аммиака.

Для аминов характерна своеобразная номенклатура. В зависимости от числа углеродных радикалов, замещающих атомы водорода в молекуле аммиака, амины могут быть первичными, вторичными и третичными:

25

Амины, являясь производными аммиака, обладают основными свойствами. Все амины с кислотами образуют соли. Следует обратить внимание на реакцию взаимодействия с азотной кислотой алифатических и особенно ароматических аминов.

Соли первичных аминов при действии на них азотистой кислоты образуют диазосоединения:

[C6H5NH3]+Cl-+HONO2 HCl → [C6H5N≡N]Cl +2H2O

хлорид фенилдиазония

Эта очень важная реакция, используемая в синтезе красителей, носит название реакции диазотирования.

4.2 ААААААААААААААА А АААААААААААА

Диазосоединения Ar–N=N–X - это органические вещества с функциональной группой, составленной из двух атомов азота и соединенной с ароматическим радикалом и неорганическим остатком Х. Ароматические диазосоединения могут быть двух типов: истинные диазосоединения строения Ar– N=N–X и соли диазония общей формулы [Ar–N+≡N]X.

Соли диазония по своим свойствам похожи на соли аммония. Реакции солей диазония могут протекать как с выделением азота, так и без выделения. Оба класса реакций имеют большое практическое значение. Но особенно важны реакции азосочетания, т.е. взаимодействия солей диазония с ароматическими аминами и фенолами с образованием азокрасок. Необходимо обратить внимание на эти реакции и знать некоторые азокраски, их свойства.

Следует изучить раздел о зависимости между строением и окраской органических соединений и усвоить понятия хромофоры и аксохромы, знать наиболее характерные соединения этих групп.

Контрольные вопросы к теме "Азотсодержащие соединения"

121.Алифатические и ароматические амины: первичные, вторичные, третичные - номенклатура, свойства. Сравните свойства алифатических и ароматических аминов как оснований.

122.Химические свойства ароматических аминов покажите на примере n- аминотолуола.

123.Получение вторичных, третичных аминов из первичных. Как из анилина получить диметиланилин?

26

124. Напишите уравнения реакций по следующей схеме NH3→ C2H5NH2 → (C2H5)NH → (C2H5)3N

125.Диазотирование: условия проведения, основные и побочные процессы. Напишите уравнение диазотирования n-аминофенола.

126.Реакции диазосоединений с выделение азота: обмен диазогрупп на гидроксил, галоген, нитрил.

127.Реакции азосочетания. Приведите примеры. Каково значение этих реакций?

128.Опишите теорию окраски веществ. Что такое хромофоры и ауксохромы? Какова их роль в молекуле красителя?

129.Приведите формулу метилоранжа. Почему это вещество относится к красителям? Укажите хромофорные и ауксохромные группы. Как изменяется цвет метилоранжа в кислой и щелочной среде? Почему?

130.Мочевино-карбамид, строение. Напишите уравнения реакций получения мочевины а) из соответствующей аммонийной соли, б) из аммиака и оксида углерода (II). Применение мочевины в деревообрабатывающей промышленности.

4.3АААААААААААА. ААААА. ААААААААААА

Аминокислотами называются соединения, содержащие одновременно аминогруппу (NH2) и карбоксильную (СООН). По числу аминных и карбоксильных групп, а также в зависимости от радикала R аминокислоты подразделяются на моноаминокарбоновые, диаминокарбоновые, ароматические и гетероциклические.

Основное свойство аминокислот - их амфотерность, т.е. способность образовывать соли как с основаниями, так и с кислотами.

Следует обратить внимание на реакции получения ди-, три- и полипептидов, а также на характерную для этих соединений пептидную связь.

Белки представляют собой высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят менее чем из 20 видов аминокислот, соединенных друг с другом пептидной связью. Для каждого вида белков характерна определенная последовательность чередования аминокислот (первичная структура белка) и специфическая пространственная конфигурация полипептидной цепочки (вторичная структура белка). Кроме того, для разных видов белка характерен способ соединения макромолекул (третичная структура), обусловленная межмолекулярным взаимодействием за счет водородных или других связей.

Следует рассмотреть свойства некоторых видов белков, их использование для приготовления клеев.

Гетероциклическими соединениями называются вещества, содержащие циклы, в состав которых наряду с атомами углерода входят атомы других элементов (гетероатомы). Чаще всего в состав гетероциклов входят атомы азота, кислорода, серы.

27

Необходимо знать классификацию и основные свойства пятичленных и шестичленных гетероциклов, усвоить основную особенность их электронной структуры, обеспечивающей ароматические свойства гетероциклов.

Гетероциклические соединения входят в состав таких важнейших природных соединений, как гемоглобин и хлорофилл, алкалоиды и нуклеиновые кислоты.

Контрольные вопросы к теме "Аминокислоты. Белки. Гетероциклы"

131.Изложите классификацию аминокислот; приведите примеры (формулы) аминокислот различных типов.

132.Амфотерные свойства кислот: объясните на примере реакции аланина с соляной кислотой, едким кали, образования биполярного иона.

133.Чем обусловлена оптическая изомерия аминокислот. Какие оптические изомеры аминокислот входят в состав белков?

134.Что такое пептидная связь? Напишите уравнения образования дипептидоз из аланина и валина.

135.Понятие о полипептидах и белках. В чем различия между ними?

136.Классификация белков.

137.Опишите особенности структуры белков.

138.Значение белков. Применение белков в деревообработке.

139.Гетероциклы с пятичленным циклом: фуран, тиофен, пиррол – их строение и свойства.

140.Объясните причину ароматических свойств пиррола, тиоена, фурана. Докажите ароматичность этих соединений уравнениями реакций.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ

1.Предмет органической химии. Значение органической химии для изучения процессов жизнедеятельности растительных и животных организмов. Роль органической химии в профессиональной подготовке специалистов лесного и лесо-паркового хозяйства. Органическая химия и проблемы экологии и охраны окружающей среды.

2.Теория строения органических соединений А.М.Бутлерова. Понятие об изомерии и гомологии органических соединений.

3.Классификация органических соединений по рядам и классам.

4.Классификация органических реакций.

5.Алканы: гомологический ряд, изомерия, номенклатура. Строение алканов,

sp3-гибридизация электронов. σ-связь и ее свойства, следствия sp3- гибридизации. Природные источники алканов. Способы получения алканов. Физические и химические свойства алканов.

28

6.Алкены: гомология, изомерия, номенклатура. sp2-гибридизация на примере этилена. Определение π-связи и ее свойства. Следствия sp2-гибридизации. Способы получения. Физические и химические свойства алканов. Правило Марковникова. Электрофильный механизм присоединения в алкенах.

7.Алкины. Гомологический ряд, номенклатура, изомерия.

Строение алкинов. sp-гибридизация, следствия sp-гибридизации. Способы получения алкинов. Физические и химические свойства алкинов.

8. Алкадиены: номенклатура, изомерия. Методы получения важнейших диенов: дивинила, изопрена. Особенности строения и химических свойств диеновых углеводородов с сопряженными двойными связями. Полимеризация.

9.Алициклические углеводороды. Номенклатура, изомерия. Теория устойчивости циклов. Способы получения алициклических углеводородов. Химические свойства.

10.Ароматические углеводороды, понятие об ароматичности. Бензол, изомерия и номенклатура в ряду бензола. Строение бензола. Получение ароматических углеводородов. Физические и химические свойства.

11.Правила замещения в ароматическом ряду. Ориентанты I и II рода. Согласованная и несогласованная ориентация.

12.Спирты и фенолы. Одноатомные спирты и фенолы. Изомерия и номенклатура спиртов. Способы получения спиртов. Физические и химические свойства спиртов.

13.Многоатомные спирты: этиленгликоль, глицерин, его биологические функции. Химические свойства многоатомных спиртов.

14.Карбонильные соединения. Изомерия, номенклатура, способы получения алифатических альдегидов и кетонов. Физические и химические свойства альдегидов и кетонов. Области применения.

15.Карбоновые кислоты. Предельные одноосновные кислоты: строение, изомерия, номенклатура, способы получения, физические и химические свойства.

16.Производные карбоновых кислот: соли, галогенангидриды, амиды, нитрилы, сложные эфиры. Высшие жирные кислоты, жиры, масла. Биологическая роль жиров и масел.

17.Углеводы. Распространенность в природе. Химия фотосинтеза. Классификация и номенклатура углеводов.

18.Моносахариды: классификация, изомерия, стереоизомерия и таутомерия. Физические и химические свойства моноз. Отдельные представители

моносахаридов: глюкоза, фруктоза, рибоза. Биологическое значение моносахаридов.

19.Дисахариды: восстанавливающие и невосстанавливающие, их строение и свойства. Отдельные представители: мальтоза, целлобиоза, сахароза.

20.Полисахариды. Крахмал, строение амилозы, амилопектина. Синтез и свойства крахмала.

29

21.Целлюлоза. Общее представление. Строение и свойства.

22.Амины жирного и ароматического рядов: номенклатура, изомерия, способы получения, химические свойства.

23.Аминокислоты, классификация и номенклатура. Строение, синтез

аминокислот. Физические и химические свойства. Особые свойства α-, β-, γ-аминокислот.

24. Белки. Общая характеристика, состав, распространенность в природе. Понятие о структурах белковых молекул. Важнейшие свойства белков, качественные реакции. Биологические функции белков.

25.Нуклеиновые кислоты, их составные части. ДНК, РНК. Первичная и вторичная структуры и биологическое значение нуклеиновых кислот.

Библиографический список

1.Артеменко, А.И. Органическая химия [Текст]: учеб. / А.И. Артеменко. – М.: Высш. шк., 2000. – 544 с.

2.Колешня, А.Д. Методические указания по номенклатуре органических соединений для самостоятельной работы студентов I курса спец. 260200 – ТДО и спец. 260400 – лесное хозяйство [Текст] / А.Д.Колешня, Б.Ф.Маликов, С.С Никулин. – Воронеж: ВГЛТА, 2003. – 43 с.

30

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие …………………………………………………………….. 3 Таблица вариантов……………………………………………………….. 4 1 Углеводороды………………………………………………………….. 9

1.1Алканы (предельные углеводороды, парафины)……………….. 9

1.2Алкены (олефины)………………………………………………... 10

1.3Алкины (ацетиленовые углеводороды) ………………………… 11

1.4Алкадиены ………………………………………………………... 12

1.5Алициклические углеводороды (циклопарафины) ……………. 13

1.6Арены (ароматические углеводороды) …………………………. 13

2 Галогено- и сульфопроизводные углеводородов ………………… 14

3Кислородсодержащие органические соединения …………………... 15

3.1Спирты. Фенолы. Простые эфиры ……………………………… 16

3.2Альдегиды и кетоны ……………………………………………... 18

3.3Карбоновые кислоты. Сложные эфиры ………………………… 19

3.4Оптическая изомерия ……………………………………………. 20

3.5Углеводы …………………………………………………………. 22 4 Азотсодержащие органические соединения ………………………... 24

4.1Нитросоединения и амины ……………………………………… 24

4.2Диазосоединения и азокрасители ………………………………..25

4.3Аминокислоты. Белки. Гетероциклы …………………………… 26 Контрольные вопросы к зачету ………………………………………… 27 Библиографический список …………………………………………….. 29