Тема: «Кислотные и основные свойства органических соединений. Нуклеофильное замещение у

http://www.chelsma.ru/education/kafedry/obshhkhim/edu/bioorganika4.html
Тема: «Кислотные и основные свойства органических соединений. Нуклеофильное замещение у
насыщенного атома углерода. Реакции окисления»
Практическое занятие состоит из практической части и контроля усвоения темы.
Практическая часть.
Целью этой части является закрепление знаний, полученных в результате самоподготовки, а так же
приобретение навыков применения теоретических положений для решения конкретных задач.
Учебно-целевые вопросы:
1. Кислотность и основность по Брёнстеду-Лоури [1,2],
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
2.
Назовите критерий, определяющий, согласно теории Брёнстеда, кислотность или
основность соединения.
Руководствуясь теорией Брёнстеда, дайте определение понятия кислота.
Классификация органических соединений по типу кислотного центра.
1.3.1. Дайте определение понятия кислотный центр (з. № 5.1.[3]).
1.3.2. Приведите общие формулы классов органических соединений, нейтральные
молекулы которых обладают кислотными свойствами (см. табл. 5.1. стр.103
[1], табл. 4.1. стр.102 [2]).
Назовите показатель, используемый для количественной оценки силы кислоты.
Факторы, определяющие силу кислоты (з.№1 стр. 46[4], № 4.1., 4.2.[3]).
1.5.1. Охарактеризуйте взаимосвязь между силой кислоты и стабильностью аниона,
образующегося при её диссоциации.
1.5.2. Факторы, определяющие стабильность аниона:
- Охарактеризуйте связь между электроотрицательностью элемента и
стабильностью аниона
- Объясните, почему прямая зависимость между электроотрицательностью
элемента и стабильностью аниона прослеживается только в случае, если все
рассматриваемые элементы принадлежат одному периоду.
- Связь стабильности аниона с делокализацией отрицательного заряда.
- Влияние заместителей на делокализацию отрицательного заряда
Основание по Брёнстеду (см. табл. 5.2. стр.109 [1], табл. 4.2. стр.110 [2]).
1.6.1. Руководствуясь теорией Брёнстеда, дайте определение понятия основание.
1.6.2. Опишите структуры, которые могут выполнять функции основных центров.
Назовите два типа оснований Брёнстеда (см. з.№4.2.[3]).
1.6.3. Факторы, влияющие на силу оснований (см. з.№2 стр. 51[4]):
- электроотрицательность гетероатома в основном центре
- поляризуемость гетероатома в основном центре
- влияние заместителей
Охарактеризуйте медико-биологическую значимость знания закономерностей,
определяющих кислотные или основные свойства органических соединений.
Приведите примеры значений рН некоторых биологических жидкостей (см. табл. 5.4.
стр.115 [1], табл. 4.4. стр.116 [2]).
Нуклеофильное замещение и отщепление у насыщенного атома
углерода ([1,2], см. так же з. №4 стр. 57 [4], з.№8.1., 8.2.[3]).
2.1.
Классы соединений, способных вступать в реакции нуклеофильного замещения.
Приведите общую формулу и дайте краткую характеристику следующих классов:
- галогенопроизводные углеводородов (табл. 7.1. [1], табл. 5.1. [2]).
- одноатомные спирты и фенолы (табл. 7.2. [1], табл. 5.2. [2]).
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
3.
- тиолы и их производные (табл. 7.3. [1], табл. 5.3. [2]).
- амины (табл. 7.4. [1], табл. 5.4. [2]).
Опишите механизм реакции нуклеофильного замещения (SN).
2.2.1. Назовите реакционный центр и реагент, участвующие в реакции. Приведите
схемы строения.
2.2.2. Назовите условие, определяющее бимолекулярный (механизм SN2) или
мономолекулярный (механизм SN1) путь образования промежуточного
соединения.
2.2.3. Опишите интермедиат, возникающий при протекании реакции SN2
2.2.4. Опишите интермедиат, возникающий при протекании реакции SN1
Охарактеризуйте взаимоотношения реакции SN2 и реакции бимолекулярного
элиминирования (Е2) (з.№8.3.[3]).
Назовите условия, способствующие протеканию реакции по механизму Е2. Укажите
задействованные в механизме Е2 реакционные центры.
Опишите механизм реакции бимолекулярного элиминирования (Е2)
Опишите механизм реакции мономолекулярного элиминирования (Е1). См. з.№8.3.[3]
Почему реакции Е1 обычно сопутствуют реакциям SN1?
Сформулируйте правило Зайцева.
Окисление и восстановление органических соединений ([1,2], з.№3 стр. 53 [4]).
3.1.
3.2.
3.3.
Биологическая роль окислительно-восстановительных реакций
Сходство и отличия окислительно-восстановительных реакций in vivo (в организме) и
in vitro (вне организма).
Охарактеризуйте изменения, которые претерпевает молекула органического
соединения при окислении.
3.3.1. Приведите используемые в органической химии определения понятий
окисление и восстановление.
3.3.2. В качестве примеров напишите уравнения протекающих in vivo реакций
окисления следующих соединений (см. з.№8.4.[3]):
- этиловый спирт (окисление до уксусного альдегида и уксусной кислоты)
- гидрохинон (окисление в хинон)
- цистеин (превращение в цистин)
3.3.3. Сопоставьте способность спиртов и тиолов к окислению. Объясните различия.
Литература к занятию:
1.
2.
3.
4.
Тюкавкина Н.Ю., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия. - М.: Дрофа, 2004 г.
Тюкавкина Н.Ю., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия. - М.: Медицина, 1991 г.
Руководство к лабораторным занятиям по биоорганической химии / под ред. Н.А.
Тюкавкиной. - М.: Дрофа, 2009 г.
Методические указания для студентов к лабораторно-практическим занятиям по
биоорганической химии / под ред. Р.И. Лифшица. - Челябинск., 1983 г.
Контроль усвоения темы
1.
2.
Укажите в молекуле 2-аминоэтанола кислотные центры и определите порядок уменьшения
кислотности.
Какое из трёх соединений: этанол, этантиол или фенол – проявляет более сильные кислотные
свойства? Приведите реакцию, подтверждающую кислотные свойства фенола. Почему этанол
не взаимодействует с аммиачным раствором хлорида меди (I) Сu2Cl2, какое из этих трёх
соединений можно использовать как противоядие при отравлении парами ртути?
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Расположите в ряд по уменьшению кислотности следующие спирты: метиловый, третичный
бутиловый, изопропиловый. Обоснуйте ответ.
Какое из двух соединений протонируется в кислой среде и почему?
Расположите в ряд по уменьшению основности следующие вещества: диэтиловый эфир,
диэтилсульфид, анилин, диэтиламин.
Диэтиловый эфир получается в результате взаимодействия этилата натрия и этилиодида.
Какое из соединений является нуклеофильным реагентом данной реакции? Напишите схему
реакции, приведите её механизм.
Этилхлорид (средство для ингаляционного наркоза) получают в промышленности из
этилового спирта. Напишите схему синтеза и объясните, какой реагент нужно взять для
проведения реакции. Опишите механизм реакции.
Яблочная кислота HOOC-CHOH-CH2COOH при нагревании отщепляет воду. Напишите схему
реакции дегидратации яблочной кислоты и объясните механизм. Чем объясняется легкость
дегидратации яблочной килоты?