Типы и мех р-ий Козуб Мак

МИНИСТЕРСТВО ОХРАНЫ ЗДОРОВЬЯ УКРАИНЫ
ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ И МЕХАНИЗМЫ РЕАКЦИЙ
В ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Методические указания для самостоятельной работы студентов
1-го курса по биологической и биоорганической химии
(модуль 1)
Утверждено
Учёным советом университета
Прот. №10 от 21 ноября 2013 г.
Харьков ХНМУ
2014
1
Основные типы и механизмы реакций в органической химии: Метод.
указ. для студентов 1-го курса / сост. А.О. Сыровая, Л.Г. Шаповал,
В.Н. Петюнина, Е.Р. Грабовецкая, В.А. Макаров, С.В. Андреева,
С.А. Наконечная, Л.В. Лукьянова, Р.О. Бачинский, С.Н. Козуб, Т.С. Тишакова,
О.Л. Левашова, Н.В. Копотева, Н.Н. Чаленко. – Харьков: ХНМУ, 2014. – С. 32.
Составители:
А.О. Сыровая,
Л.Г. Шаповал,
В.Н. Петюнина,
Е.Р. Грабовецкая,
В.А. Макаров,
С.В. Андреева,
Л.В. Лукьянова,
С.А. Наконечная,
Р.О. Бачинский,
С.Н. Козуб,
Т.С. Тишакова,
О.Л. Левашова,
Н.В. Копотева,
Н.Н. Чаленко
2
Тема I: КЛАССИФИКАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ.
РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ АЛКАНОВ, АЛКЕНОВ, АРЕНОВ,
СПИРТОВ, ФЕНОЛОВ, АМИНОВ, АЛЬДЕГИДОВ, КЕТОНОВ И
КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
Мотивационная характеристика темы
Изучение данной темы является основой для понимания некоторых
биохимических реакций, которые имеют место в процессе обмена веществ в
организме (пероксидное окисление липидов, образование гидроксикислот из
ненасыщенных в цикле Кребса и др.), а также для понимания механизма
подобных реакций при синтезе врачебных препаратов и аналогов естественных
соединений.
Учебная цель
Уметь прогнозировать способность основных классов органических
соединений вступать в реакции гомолитического и гетеролитического
взаимодействия согласно их электронному строению и электронным эффектам
заместителей.
1. СВОБОДНО-РАДИКАЛЬНЫЕ И ЕЛЕКТРОФИЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ
(РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ УГЛЕВОДОРОДОВ)
Учебно-целевые вопросы
1.
Уметь описать механизмы следующих реакций:
радикального замещения - RS
электрофильного присоединения - AE
электрофильного замещения - SE
2.
Уметь объяснить влияние заместителей на реакционную
способность при електрофильних взаимодействиях исходя из
электронных эффектов.
Исходный уровень
1.
Строение атома углерода. Типы гибридизации его электронных
орбиталей.
2.
Строение, длина и энергия - и - связей.
3.
Конформации циклогексана.
4.
Сопряжение. Открытые и закрытые (ароматические) сопряженные
системы.
5.
Электронные эффекты заместителей.
6.
Переходное состояние. Электронное строение карбкатиона.
Интермедиаторы - и  - комплексы.
3
Практические навыки
1.
Научиться определять возможность разрыва ковалентной связи, тип
и механизм реакции.
2.
Уметь экспериментально выполнять реакции бромирования
соединений с двойными связями и ароматических соединений.
Контрольные вопросы
1.
Приведите механизм реакции гидрирования этилена.
2.
Опишите механизм реакции гидратации пропеновой кислоты.
Объясните роль кислотного катализа.
3.
Напишите
уравнение
реакции
нитрирования
толуола
(метилбензола). По какому механизму протекает эта реакция?
4.
Объясните
дезактивирующее
и
ориентирующее
влияние
нитрогруппы в молекуле нитробензола на примере реакции бромирования.
Учебные задачи и алгоритмы их решения
Задача №1. Опишите механизм реакции бромирования изобутана и
циклопентана при облучении светом.
Алгоритм решения. Молекулы изобутана и циклопентана состоят из sp3
гибридизованих атомов углерода. С - С связи в их молекулах неполярные, а
связи С – Н малополярные. Эти связи достаточно легко подвергаются
гомолитичному разрыву с образованием свободных радикалов - частичек,
которые имеют неспаренные электроны. Таким образом, в молекулах этих
веществ должна протекать реакция радикального замещения - RS-реакция или
цепная.
Стадиями любой RS -реакции есть: инициирование, рост и обрыв цепи.
Инициирование - это процесс образования свободных радикалов при
высокой температуре или облучении ультрафиолетом:
Br
.
.
hv
Br
Br . + Br .
Рост
цепи
происходит
за
счет
взаимодействия
высокореакционноспособного свободного радикала Br с малополярной С - Н
связью в молекуле циклопентана с образованием нового циклопентил-радикала:
4
H
.
+ Br .
+ HBr
H
H
Циклопентил-радикал взаимодействует с новой молекулой брома,
вызывая в ней гомолитический разрыв связи и образуя бромоциклопентан и
новый радикал брома:
H
H
Br
.
+ Br
.
.
+ Br .
Br
Свободный радикал брома атакует новую молекулу циклопентана. Таким
образом, стадия роста цепи повторяется многократно, т.е., происходит цепная
реакция. Обрыв цепи завершает цепную реакцию за счет соединения разных
радикалов:
H
H
Br
.
Br . + Br.
Br : Br ;
+ Br .
Поскольку все углеродные атомы в молекуле циклопентана равноценные,
образуется только моноциклобромпентан.
В изобутане С - Н связи не являются равноценными. Они отличаются
энергией гомолитической диссоциации и стабильностью образованных
свободных радикалов. Известно, что энергия разрыва С - Н связи увеличивается
от третичного до первичного углеродного атома. Стабильность же свободных
радикалов в таком же порядке уменьшается. Именно поэтому в молекуле
изобутана реакция бромирования протекает региоселективно - по третичному
атому углерода:
CH3
CH3
H +
H3C
Br + HBr
H3C
Br2
CH3
CH3
Надо указать, что для более активного радикала хлора
региоселективность не придерживается в полной мере. При хлорировании
замещению могут подлежать атомы водорода при любых атомах углерода, но
содержимое продукта замещения при третичном углероде будет наибольшим.
5
Задача №2. На примере олеиновой кислоты опишите механизм реакции
пероксидного окисления липидов, которые имеет место при лучевой болезни в
результате повреждения клеточных мембран. Какие вещества выполняют роль
антиоксидантов в нашем организме?
Алгоритм решения. Примером радикальной реакции есть пероксидное
окисления липидов, при котором действия радикалов подвергаются
ненасыщенные жирные кислоты, которые входят в состав клеточных мембран.
При радиоактивном облучении возможный распад на радикалы молекул воды.
Гидроксильные радикалы атакуют молекулу ненасыщенной кислоты по
метиленовой группе, соседней с двойной связью. При этом образуется радикал,
стабилизированный за счет участия неспаренного электрона в сопряжении с
электронами -связей. Далее органический радикал взаимодействует с
бирадикальной молекулой кислорода с образованием нестабильных
гидропероксидов, которые распадаются с образованием альдегидов, которые
окисляются до кислот - конечные продукты реакции. Следствием пероксидного
окиснення является разрушение клеточных мембран:
CH3
(CH2)7
CH3
(CH2)7
CH3
(CH2)7
CH
CH
CH
..
CH
CH
H
CH
(CH2)6
.
(CH2)6
C
CH
(CH2)6
C
CH
CH
CH3
(CH2)7
CH
CH
O
CH3
(CH2)7
CH
CH
OH - H2O
+ O-O
O
OH
(CH2)6
.
+ HOH
- OH
O
C
OH
OH
O
OH +
.
O
O
CH
+ OH
OH
.
O
.
O
C
C
(CH2)6
OH
H
CH3
CH3
(CH2)7
(CH2)7
CH2
CH2
C
O
O
H
C
C
+
(CH2)6
H
O
C
O
C
[O]
OH
O
O
C
+
OH
HO
6
(CH2)6
C
O
OH
Ингибирующее действие витамина Е (токоферола) в организме
обусловлено его способностью связывать свободные радикалы, которые
образуются в клетках:
CH3
CH3
O
H
.
- H 2O
3
HO + H :O
CH3
CH3
CH3
O
H
.
3
O
CH3
В феноксидном радикале, который образовался, неспаренный электрон
находится в сопряжении с -электронным облаком ароматического кольца,
которое приводит к его относительной стабильности.
Задача №3. Приведите механизм реакции бромирования этилена.
Алгоритм решения. Для соединений, которые состоят из атомов
углерода в состоянии sp2- или sp-гибридизации, типичными есть реакции,
которые проходят с разрывом -связей, т.е., реакции присоединения. Эти
реакции могут протекать по радикальному или ионному механизму в
зависимости от природы реагента, полярности растворителя, температуры, и
т.п.. Ионные реакции протекают под действием или электрофильных
реагентов, которые имеют сродство к электрону, или нуклеофильных, которые
отдают свои электроны. Электрофильными реагентами могут быть катионы и
соединения, которые имеют атомы с незаполненными электронными
оболочками. Простейший электрофильный реагент - протон. Нуклеофильные
реагенты - это анионы, или соединения с атомами, которые имеют
неразделенные электронные пары.
Для алкенов - соединений, которые имеют sp2 - или sp-гибридизованный
атом углерода, типичными есть реакции электрофильного присоединения - АЕ
реакции. В полярных растворителях в отсутствии солнечного света реакция
галогенирования протекает по ионному механизму с образованием
карбкатионов:
H2C
CH2 + Br : Br
H2C
+
H2C
CH2
+
Br
.. Br 
CH2+ : BrBr
7
H2C
Br
CH2
Br
Под действием π-связи в этилене молекула брома поляризуется с
образованием
неустойчивого
π-комплекса, который превращается в
карбкатион. В нем бром связан с углеродом π-связью. Процесс завершается
взаимодействием аниона брома с этим карбкатионом к конечному продукту
реакции – дибромоэтана.
Задача №4. На примере реакции гидратации пропена обоснуйте правило
Марковникова.
Алгоритм решения. Поскольку молекула воды - нуклеофильный реагент,
то ее присоединение по двойной связи без катализатора невозможно. Роль
катализаторов в таких реакциях выполняют кислоты. Образование
карбкатионов происходит при присоединении протона кислоты при разрыве πсвязи :
H3C
+
CH
CH2 + H
H3C
CH
H3C
H3C
CH3
+
CH
CH3 + HOH
+
CH3 + H
OH
O
H
+
CH
H
К карбкатиону, который образовался, присоединяется молекула воды за
счет спаренных электронов атома кислорода. Образуется стойкое алкильное
производное оксония, которое стабилизируется с выделением протона. Продукт
реакции вторпропанол (пропан-2-ол).
В реакции гидратации протон присоединяется согласно правилу
Марковникова - к более гидрогенизированному атому углерода, поскольку,
вследствие положительного индуктивного эффекта СН3 группы именно к
этому атому смещена электронная плотность. Кроме того, образованный
вследствие присоединения протона третичный карбкатион более стабильный,
чем первичный (влияние двух алкильных групп).
Задача № 5. Обоснуйте возможность образования 1,3-дибромопропана
при бромировании циклопропана.
Алгоритм решения. Молекулы, которые представляют собой трех или
четырехчленные циклы (циклопропан и циклобутан) проявляют свойства
ненасыщенных соединений, поскольку электронное состояние их "банановых"
связей напоминает π-связь. Поэтому подобно ненасыщенным соединениям они
вступают в реакции присоединения с разрывом цикла:
8
H2
C
+
H2C
Br
Br2
C C C Br
H2 H2 H2
CH2
Задача № 6. Опишите реакцию взаимодействия бромоводорода с
бутадиеном-1,3. В чем особенность этой реакции?
Алгоритм решения. При взаимодействии бромоводорода с бутадиеном1,3 образуются продукты 1,2 присоединение (1) и 1,4 присоединение (2):
H3C CHBr CH
CH2
H2C C C CH2 + HBr
H H
C
CH2Br
C
H
H
Образование продукта (2) обусловлено наличием в сопряженной системе
общей для всей молекулы π-электронного облака, вследствие чего она вступает
в реакцию электрофильного присоединения (АЕ- реакцию) в виде целого блока:
H3C
H2C
CH
CH
CH2 + H+
H3C
CH
CH
CH2 + :Br
+
+
H3C
CH
CH
CH2
H3C
CH
CH
CH2 Br
Задача № 7. Опишите механизм реакции бромирования бензола.
Алгоритм решения. Для ароматических соединений, которые содержат
замкнутую сопряженно - электронную систему и которые имеют вследствие
этого
значительную прочность, характерны реакции электрофильного
замещения. Наличие повышенной электронной плотности по обе стороны
кольца защищают его от атаки нуклеофильными реагентами и наоборот облегчают
возможность атаки катионами и другими электрофильными
реагентами.
Взаимодействие бензола с галогенами происходит в присутствии
катализаторов - AlCl3, FeCl3 (так называемых кислот Льюиса). Они вызывают
поляризацию молекулы галогена, после чего она атакует π-электроны
бензольного кольца :
+
Br..... Br
+ + Br : Br
H
π-комплекс
_
+
+ H + Br
+
Br
σ-комплекс
9
Br
В начале образуется π- комплекс, который медленно переходит в σ комплекс, в котором бром образует ковалентную связь с одним из атомов
углерода за счет двух из шести электронов ароматического кольца. Четыре πэлектроны, которые остались, равномерно распределенные между пятью
атомами углеродного кольца; σ-комплекс является менее выгодной структурой
вследствие нарушения ароматичности, которая восстанавливается путем
выброса протона.
К реакциям электрофильного замещения в ароматических соединениях
относятся также сульфирование и нитрирование. Роль нитрирующего агента
выполняет нитроил-катион - NO2+, который образуется при взаимодействии
концентрированной серной и азотной кислот (нитрирующая смесь); а роль
сульфирующего агента - катион SO3H+, или оксид серы (ІV), если
сульфирование ведут олеумом.
Задача № 8. Оцените реакционную способность бензола, анилина,
нитробензола, пиррола и пиридина в реакциях электрофильного замещения (SEреакциях).
Алгоритм решения. Активность соединений в SE-реакциях зависит от
величины электронной плотности в ароматическом ядре (зависимость прямая).
В связи с этим реакционная способность веществ должна рассматриваться во
взаимосвязи с электронными эффектами заместителей и гетероатомов.
O
N O
NH2
Аминогруппа в анилине проявляет +М эффект, вследствие чего в
бензольном ядре электронная плотность увеличивается и наибольшая ее
концентрация наблюдается в орто- и пара-положениях. Протекание реакции
облегчается.
Нитрогруппа в нитробензоле имеет -І и -М эффекты, поэтому
дезактивирует бензольное кольцо и именно в орто- и парах-положениях.
Поскольку взаимодействие электрофила происходит в месте высочайшей
электронной плотности, то в этом случае образуются мета-изомеры. Таким
образом, электродонорные заместители - это орто- и пара-ориентанты
(ориентанты І рода и активаторы SE-реакций; электроноакцепторные
заместители - мета-ориентанты (ориентанты ІІ рода) дезактиваторы SEреакций).
В пятичленных гетероциклах (пиррол, фуран, тиофен), которые относятся
к π-избыточным системам, SE-реакции протекают легче, чем в бензоле; при
этом более реакционноспособным является α-положение.
10
Гетероциклические системы с пиридиновым атомом азота являются π недостаточными, поэтому тяжелее вступают в реакции электрофильного
замещения; при этом электрофил занимает β-положение по отношению к атому
азота.
Вопросы и упражнения
№1
1. Какой продукт получается в результате бромирования 2-метилбутана при
облучении ультрафиолетом? Опишите механизм реакции.
2. Опишите механизм реакции взаимодействия бутена-1 с бромоводородом. К
какому типу относится эта реакция?
3. Напишите уравнение реакции бромирования анилина (аминобензола).
Покажите ориентирующее влияние аминогруппы. Что легче бромируется бензол или анилин? Почему?
№2
1. Опишите механизм реакции хлорирования 2-метилпропана при облучении
Уф-светом.
2. Приведите механизм реакции взаимодействия бутадиена-1,3 с
бромоводородом.
3. Напишите уравнение реакции нитрирования бензойной кислоты с учетом
ориентирующего влияния карбоксила. Что легче нитрируется - бензол или
бензойная кислота? Почему?
№3
1. Приведите механизм реакции хлорирования циклогексана. Изобразите
преобладающую конформацию хлорциклогексана.
2. Приведите механизм реакции присоединения HCl к акриловой
(пропеновой) кислоты. Объясните, почему присоединение происходит
против правила Марковникова.
3. Напишите уравнение реакции бромирования пиридина с учетом
ориентировочного действия гетероатома. Какое соединение (бензол или
пиридин) бромируется легче? Почему?
№4
1. Какое соединение образуется при хлорировании толуола (метилбензола)
при облучении Уф-светом? Опишите механизм данной реакции.
2. Приведите механизм реакции хлорирования бутендиовой кислоты.
11
3. Напишите уравнение реакции нитрирования фенола с учетом
ориентирующего действия гидроксила. Что легче нитрируется - бензол или
фенол? Почему?
№5
1. Приведите механизм реакции бромирования пропана. Объясните, где
находится C-H связь и почему в данном случае является местом атаки
свободного радикала.
2. Опишите механизм реакции взаимодействия пропена с водой. Какая роль
серной кислоты в данном процессе.
3. Приведите уравнение реакции бромирования бензойного альдегида.
Сравните эту реакцию с реакцией бромирования бензола.
№6
1. Приведите механизм реакции бромирования циклопентана.
2. Опишите механизм реакции взаимодействия изопрена ( метилбутадиена1,3) с одним молем брома.
3. Приведите уравнение реакции нитрирования толуола (метилбензола) с
учетом ориентирующего действия метильной группы. Облегчает или
затрудняет реакцию нитрирования группа CH3?
№7
1. Напишите уравнение реакции бромирования циклопропана. Объясните
направление реакции.
2. Обоснуйте правило Марковникова на примере реакции гидрохлорирования
2- метилпропена. Опишите механизм реакции.
3. Приведите уравнение реакции бромирования пиррола. Покажите
направляющее действие гетероатома.
№8
1. Какое соединение образуется при хлорировании этилбензола при
облучении Уф-светом? Опишите механизм данной реакции.
2. Опишите механизм преобразования фумаровой кислоты (трансбутендиовой) в яблочную ( 2-гидроксибутандиовой) в процессе обмена
веществ в живых организмах на одной из стадий цикла Кребса.
3. Какие продукты образуются при хлорировании бромбензола и бензойной
кислоты? Какое соединение будет активным в реакции хлорирования?
№9
1. Приведите механизм реакции бромирования изобутана при облучении Уфсветом.
12
2. Сравните реакционную способность винилхлорида (хлорэтена), этилена и
пропена в реакциях электрофильного присоединения. Для наиболее
активного из них напишите реакцию гидробромирования.
3. Опишите механизм реакции бромирования анилина с учетом
направляющего действия аминогруппы. Облегчает или затрудняет ход
реакции наличие аминогруппы в бензольном ядре?
№10
1. Приведите механизм реакции хлорирования циклогексана при облучении
Уф-светом.
2. Приведите механизм реакции присоединения HBr к акролеину
(пропеналю). Работает ли в данном случае правило Марковникова? Ответ
обоснуйте.
3. Приведите механизм реакции получения фенацетина (жаропонижающего
средства) путем нитрирования фенетола (этоксибензола).
№11
1. Напишите уравнение реакции взаимодействия циклобутана с хлором.
Объясните направление реакции.
2. Приведите механизм реакции гидратации акриловой (пропеновой) кислоты.
Роль серной кислоты в этой реакции.
3. Напишите уравнение реакции нитрирования толуола. Что легче
нитрируется - бензол или толуол и почему?
№12
1. Опишите механизм реакции хлорирования 2-метилпентана при облучении
Уф-светом. Наблюдается ли в этом случае региоселективность?
2. Приведите механизм реакции хлорирования пентена-1.
3. Опишите механизм реакции бромирования пиррола. Что легче бромируется
пиррол или пиридин и почему?
№13
1. Какой продукт выходит в результате бромирования 3-метилпентена при
облучении ультрафиолетом? Опишите механизм реакции.
2. Приведите механизм реакции взаимодействия бутадиена-1,3 с 1 молем HBr.
3. Опишите механизм реакции нитрирования метилфенилкетона при синтезе
мезатону (адреномиметика).
13
№14
1. Какое соединение образуется при хлорировании толуола при облучении
Уф-светом? Опишите механизм данной реакции.
2. Приведите механизм реакции бромирования хлорвинила (хлорэтена).
3. Напишите уравнение реакции нитрирования никотиновой кислоты ( βпиридинкарбоновой) с учетом ориентирующего действия гетероатома.
Какое соединение легче бромируется - пиридин или бензол и почему?
№15
1. Приведите механизм реакции бромирования циклогексана.
2. Приведите механизм реакции гидратации 2-бутеновой кислоты в
присутствии H2SO4.
3. Напишите уравнение реакции нитрирования фурфурала (фуран-2альдегид), на основе которого синтезируются бактерицидные препараты:
фурацилин, фуродонин, фуразолидон и др.
14
Тема II. РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ СПИРТОВ, ФЕНОЛОВ,
АМИНОВ, АЛЬДЕГИДОВ, КЕТОНОВ, КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ.
Исходный уровень
1.
Электроотрицательность элементов.
2.
Полярность и поляризованность связей.
3.
Строение π-связи.
4.
Электронные эффекты заместителей.
5.
Типы реагентов. Переходное состояние. Строение карбкатиона и
карбаниона. Факторы, которые влияют на их стабильность.
6.
Кислотность и основность органических соединений.
Практические навыки
1.
Уметь прогнозировать реакционную способность разных классов
органических соединений в реакциях нуклеофильного замещения,
присоединения, элиминирования.
2.
Научиться получать хлористый этил, проводить реакции
дегидратации спиртов, выполнять качественные реакции на ацетон.
Контрольные вопросы
1.
Приведите механизмы реакций взаимодействия пропилового спирта
с бромоводородом и дегидратацией пропилового спирта. Обоснуйте
необходимость кислотного катализа.
2.
Получите этиловый полуацеталь пропионового альдегида; имин из
метиламина и уксусного альдегида; неполный и полный амид малоновой
кислоты.
Учебные задачи и алгоритмы их решения
Задача № 1. Получите этанол и этилен с хлорэтана.
Алгоритм решения. В молекуле хлорэтана есть полярная ковалентная
связь C    Cl   , в связи с чем во время атаки нуклеофильним реагентом
(анионом, например, OH  ; H 2 O; H 2 S; NH 3
и другими) возможен ее
гетеролитический разрыв и замещения одного нуклеофила другим, т.е. в
данном случае возможная реакция нуклеофильного замещения – SN реакция.
Источником OH- ионов является водный раствор KOH .
Уместно будет предположить, что эта реакция должна протекать за
ионным механизмом. Однако не всегда отдельные стадии реакции бывают
разграниченные достаточно четко. Во время трактования механизмов реакций
часто используют понятие "переходное состояние" (активированный комплекс),
15
который характеризуется тем, что промежуточный продукт реакции имеет
схожесть как с исходным веществом, так и с продуктом реакции.
При действии на галогенуглеводородные водного раствора щелочей
гидроксильный ион атакует положительно заряженный атом углеводорода со
стороны, противоположной отрицательному атому галогена:
H H
H H
H H
+


- +
C
Cl
HO C + Cl
HO
Cl
HO +  C
CH3
CH3
CH3
Активированный комплекс или переходное состояние
При наличии достаточной энергии ион OH- приближается на такое
расстояние, при котором между ним и атомом углерода начинает
образовываться связь, а между атомом углерода и галогеном связь ослабляется.
В активированном комплексе, который образовался, атом углерода находится в
состоянии sp2-гибридизации и этот комплекс имеет плоскостное строение.
Потом связь между углеродом и галогеном разрывается и образуется спирт.
Реакция протекает в мягких условиях в связи с тем, что Cl- более стабильный,
чем OH- ион, который вступает в реакцию, т.е. относится к группам, которые
легко отходят. На основе SN реакций с помощью галогенпроизводных получают
гормон адреналин, сосудосуживающий препарат эфедрин, спазматическое
средство тетамон, природные α-гидроксикислоти и другие вещества, которые
принимают участие в процессах жизнедеятельности.
Конкурирующими по отношению к SN реакциям есть реакции
элиминирования (отщепления), что обозначают E-реакции. Так, при действии
на алкилгалогениды спиртового раствора щелочи происходит отщепление
галоген водорода и образовываются ненасыщенные углеводороды. В этом
случае нуклеофил, который в то же время является сильной основой, атакует
атом водорода в β-углеродного атома, на котором из-за –I-эффекта галогена
также возникает частичный положительный заряд (С-Н-кислотность). Реакция
протекает через стадию образования активированного комплекса.
H
-
HO + H
+
C
+
CH2
-
Cl
HO
H
CH2
CH2
Cl
H
HOH + Cl- + CH2 CH2
Задача № 2. Получите адреналин из нон адреналина іn vіtro.
Алгоритм решения. В основе процесса лежит SN реакция, которая
протекает через стадию образования переходного состояния. Поскольку к
молекуле нонадреналина входит алкильний радикал, реакция называется
16
алкилированием.
В
качестве
алкилирующих
средств
используют
галогенпроизводные углеводородов. В нашем случае это йодистый метил.
HO
HO
H
H
+
CH CH2 N: + CH3
HO
-
I
CH CH2 N:
HO
H
OH
H
OH
CH3
I
Норадреналин
HO
H
+
HO
CH CH2 N
OH
CH3
I
-
H
KOH
HO
H
KI + HOH + HO
CH CH2 N
CH3
OH
I
Адреналин
Задача № 3. Опишите механизм реакции образования хлорэтила
(местного обезболивающего) конкурентную ей реакцию элиминирования.
Алгоритм решения. У SN реакциях спиртов гидроксильная группа может
быть замещена нуклеофилом, например, галогеном. Реакция нуклеофильного
замещение осуществляется только при условии, что ион или молекула, которая
отходит, более стабильная, чем та, что вступает. Так как OH- ион менее
стабильный, чем Cl-, необходим кислотный катализ, вследствие чего OH- ион,
который тяжело отходит, превращается в молекулу H2O, которая легко отходит.
В этом случае на первой стадии происходит присоединение протона за счет
неподелимой пары электронов атому кислорода:
H
CH3
CH2
..
OH + H
+
CH3CH2
O
+
H
Оксониевое основание, которое образовалось, находится в равновесии с
карбкатином:
17
H
O
CH3CH2
+
CH3
H
+
CH2 + HOH
который стабилизируется за счет взаимодействия с нуклеофильною частицей
Cl- ионом:
+
CH3 CH2 Cl
CH3 CH2 + Cl
В
организме
замещения
спиртовой
гидроксильной
группы
осуществляется через стадию преобразования в эфиры фосфорной,
дифосфорной или трифосфорной кислот, так как эфиры этих кислот - группы,
которые легко отходят:
OH
OH
+
R O P OH
R + -O P OH
O
O
Как и в галогенпроизводных, у спиртов реакции нуклеофильного
замещения конкурируют с реакциями элиминирования. Так, во время
нагревания спирта с концентрированной серной кислотой происходит
дегидратация и образуется этиленовые углеводороды:
CH3 CH2 OH
CH2
CH2 + HOH
В этом случае карбкатионы, которые образовались, стабилизируются,
выделяя протон:
+
+
H + CH2
CH3 CH2
CH2
Задача № 4. Приведите механизмы реакций взаимодействия уксусного
альдегида и этилового спирта в кислой среде.
C
O
Алгоритм решения. В карбонильной группе
атом углерода
2
находится в состоянии sp -гибридизации, т.е. образует три σ-связи, которые
лежат в одной плоскости под углом 120°С. Атомы углерода и кислорода
связаны между собой также π-связью, которая лежит в плоскости,
перпендикулярной плоскости размещения σ-связей.
Вследствие большей электроотрицательности атома кислорода электроны
C
O
связи (преимущественно π-электроны) смещены к нему, двойная связь
поляризуется таким образом, который у атома углерода возникает уменьшенная
электронная плотность, а у атома кислорода увеличенная электронная
18
плотность:
Поэтому в данном случае π-связь должна легко
разрываться под действием полярных агентов и для карбонильных соединений
характерны реакции нуклеофильного присоединения (АN):
+
-
C OH
C O
X H+
X
Часто реакции нуклеофильного присоединения катализируются
кислотами, которые превращают молекулу в карбкатион за счет присоединения
протона:
+
-
+
C O +H
C OH
+
Именно так в присутствии сильных кислот начинается реакция
присоединения спиртов к альдегидам.
Карбкатион, который образовался, присоединяется к молекуле спирта за
счет неподеленной пары электронов атому кислорода, а производное оксония,
что образовалось, стабилизируется, отделяя протон:
H
H
H
CH3 C O + H+
CH3 C OH + :O C2H5
+


+
CH3
H
C
OH
H
O
..
C2H5
H+
+ CH3
H
C
OH
O
C2H5
Этот продукт имеет название полуацеталь. При взаимодействии
полуацеталя со второй молекулой спирта в присутствии кислоты получают
ацетали:
CH3
H
C
..
OH
O
C 2H5
CH3
+ H+
H
C
CH3
H
O
+
C 2H5
H
C
H
O
O
C 2H5
+
H+
OC 2H5
H
H
+ CH3
HOH + CH3
H :
O
C+
C2 H5
OC 2H5
H
C
O
C 2H5
OC 2H5
ацеталь
Наличие циклических форм моносахаридов объясняется образованием
внутренних полуацеталей.
19
Присоединение спиртов к кетонам происходит тяжелее, чем к
альдегидам. Производные кетонов, аналогичные ацеталям, называют кеталями:
CH3
O CH3
C
O CH3
CH3
Задача № 5. Охарактеризуйте механизм реакции взаимодействия
карбонильных соединений с аминами и гидразинами.
Алгоритм решения. Альдегиды и кетоны вступают в реакции, которые
могут рассматриваться как реакции замещения кислорода карбоксильной
группы. Однако они в большинстве случаев протекают в две стадии: сначала
происходит присоединение за счет разрыва π-связи, а потом отщепления
молекулы воды (реакция присоединения-отщепления). В большинстве случаев
реакция катализируется кислотой:
X
R 
R C
+
-
+
R
R C
O
OH
H
H
+
:NX
H N
R
C
R
H
+ R
HOH + H + R C
OH
X = R' ( - CH3 - C2H5)
R
R
C
N
N
R'
имин (основание Шифа)
R
R
X = OH
C
N
R
R
X
C
N
OH
оксим
X = - NH - C6H5
R
R
C
N
NHC6H5
фенилгидрозон
Имины (основания Шифа), которые образовались вследствие реакции,
являются промежуточными продуктами во многих ферментативных процессах.
В частности, биосинтез заменимых аминокислот в организме протекает через
стадию образования имина с пиридоксальфосфатом (витамином В6).
Оксимы и финилгидрозоны хорошо кристаллизуются и потому это их
свойство часто используется для идентификации и выделения альдегидов и
кетонов из смеси с другими веществами.
20
X
Задача № 6. Сравните свойства карбонила и гидроксила альдегидов,
кетонов, спиртов и карбоксильной группы карбоновых кислот в нуклеофильних
реакциях.
Алгоритм решения. Наличие сопряжения в карбоксильной группе
карбоновых кислот усложняет реакции присоединения по π-связи и замещение
-ОН- группы. В присутствии безводных минеральных кислот карбоновые
кислоты протонируются с образованием карбкатионов:
-
O
R
+
C + H+
OH
R
O
C+
OH
Такие карбкатионы являются промежуточными частицами в некоторых
реакциях, например, в реакции образования сложных эфиров:
-
O
R
+
+
C + H
OH
R
O
CH3 C
OH
C + + :O
H
OH
O
C2 H5
CH3
OH
+
C O C2H5
OH H
+
C2H5 + H + HOH
этиловий эфир уксусной кислоты
Замещение гидроксильной группы галогенами под действием сильных
галогенирующих агентов - галогенидов фосфора или SOCl2 (хлористый
тионил):
O
O
3 CH3 C OH + PCl5
3 CH3 C Cl + H3PO4
хлористый ацетил
Продукты реакции называют галогенангидридами. Это очень непрочные
и очень реакционно способные соединения. Они являются ценными
ацилирующими агентами, т.е. используются для введения ацильного радикала в
молекулы органических веществ. Ацилирование применяется для защиты
аминогруппы во время синтеза пептидов. Ацилирование аминов приводит к
образованию амидов, которые являются биологически активными
соединениями:
-
_
O
+
CH3 C + : NH3
Cl
O
H
CH3 C
N
O
CH3 C
Cl
+
H
H
CH3
OH
C N
Cl
NH2 + НСl
21
H
H
Амид уксусной кислоты
Тема III. ОКИСЛЕНИЕ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ
СОЕДИНЕНИЙ.
Мотивационная характеристика темы
Все процессы, которые происходят в живом организме, нуждаются в
беспрерывных энергетических затратах. Необходимая организму энергия
образуется вследствие окислительно-восстановительных реакций, которые
происходят в клетке. Вследствие реакций окисления-восстановления
образуются также биологически важные соединения, без которых невозможно
вообразить нормальный ход биохимических процессов. Таким образом,
изучение данной темы составляет основу для понимания многих химических
реакций в живых организмах.
Знание этой темы необходимо для изучения следующих тем курса:
гидроксо- и оксикислот, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот, а также
дисциплины: биологическая химия, нормальная и патологическая физиология,
фармакология и др.
Учебная цель
Изучить окислительно-восстановительные свойства органических
соединений как основу для понимания хода многих химических реакций в
живом организме.
Учебно-целевые вопросы:
1.
Уметь писать схемы и знать условия реакций окисления
насыщенных, ненасыщенных углеводородов, спиртов, альдегидов, кетонов.
2.
Понять электронное строение хиноидной системы и механизмы,
которые обуславливают ее участие в окислительно-восстановительных
процессах.
3.
Знать особенности окисления серосодержащих соединений.
Исходный уровень
1.
2.
Электроотрицательность элементов.
Полярность и поляризованность связей.
22
3.
4.
5.
Строение π-связи.
Электронные эффекты заместителей.
Типы разрыва ковалентной связи, энергия ковалентных связей.
Практические навыки
1. Уметь прогнозировать реакционную способность органических
соединений разных классов в окислительно-восстановительных реакциях.
2. Научиться выполнять реакции окисления непредельных соединений,
спиртов, альдегидов.
Контрольные вопросы
1. Напишите схемы реакций окисления и восстановления глиоксиловой
кислоты и ацетона. Назовите образующиеся продукты.
2. Какие реагенты необходимо применить для окисления предельных
углеводородов и спиртов? Какие продукты при этом образуются?
3. Приведите схемы реакций окисления-восстановления с участием
аминокислоты цистеина, протекающих in vivo. Какое значение имеет данное
превращение?
Обучающие задачи и алгоритмы их решения
Задача № 1. Охарактеризуйте отношение к окислению алканов, алкенов и
аренов.
Алгоритм решения. Окисление органических соединений - это процесс,
в результате которого происходит увеличение содержания кислорода в
органическом субстрате или отнятие водорода, сопровождающееся
образованием кратной связи или новой связи между углеродом и более
электроотрицательными атомами: кислородом, азотом и серой и др. В
процессе окисления осуществляется перенос электронов от субстрата на
реагент-окислитель. Таким образом, роль окислителя могут выполнять
вещества, обладающие высоким сродством к электрону, например, кислород,
пероксиды, азотная кислота, перманганат калия, дихромат калия и т.д.
Восстановление
образование
новых
связей
с
водородом,
сопровождающееся переходом электронов от реагента-восстановителя на
органический субстрат. В качестве восстановителя используется водород в
присутствии гетерогенных катализаторов (Pt, Pd, Ni), гидриды металлов в
кислой среде (NaH, NaBH4, ZiBH4).
Способность органических соединений к окислению зависит от
тенденции к отдаче электронов: чем легче субстрат отдает электроны, тем
легче он окисляется. В связи с этим наиболее трудно окисляются предельные
углеводороды. Для их окисления необходимы жесткие условия (горячая
хромовая смесь). При окислении алканов промежуточными продуктами
являются спирты, альдегиды или кетоны, а конечными – карбоновые
23
кислоты. Причем способность к окислению атомов углерода увеличивается в
ряду:
– CH3
<
– CH2 –
<
– CH –
По аналогии с предельными углеводородами окисляются боковые цепи
гомологов бензола и гетероциклов. Соединения, содержащие кратные связи
(алкены, алкины), по сравнению с алканами окисляются значительно легче.
C
Продуктами окисления алкенов могут быть эпоксиды
C
O
C
C
C
O
, диолы
C
OH OH
,
O
OH
кетоны
, карбоновые кислоты
. В организме эпоксиды
образуются при окислении конденсированных ароматических систем и
оказывают канцерогенное действие.
Бензол устойчив к окислению, его ядро можно окислить только в
чрезвычайно жестких условиях. Более легко процесс окисления протекает при
наличии в ядре электроотрицательных заместителей, таких, как
гидроксигруппа. Особенность окислительно-восстановительной реакции (ОВР),
в которой принимает участие 1,4-дигидроксибензол (гидрохинон), заключается
в ее обратимости, что важно для процессов жизнедеятельности. Окислительновосстановительные свойства системы гидрохинон-хинон можно представить
схемой:
OH
O
+
- 2H ; - 2e
+ HOH
+
+ 2H ; + 2e
OH
O
гидрохинон
хинон
Аналогичный процесс лежит в основе переноса электронов в дыхательной
цепи митохондрий коферментами Q (убихинонами).
Задача № 2. Приведите схему реакции окисления молочной кислоты,
протекающей в организме in vivo.
Алгоритм решения.. Первичные и вторичные спирты окисляются легче
соответствующих им алканов. Окисление спиртов можно проводить при
высоких температурах в присутствии катализаторов (меди или смеси оксидов
меди и хрома):
24
H
CH3 C
OH
H
H
CH3 C
OH
CH3
to
CH3 C
CuO + Cr2O3
O + H2
H
to
CH3 C
CuO + Cr2O3
O + H2
CH3
Данная реакция называется дегидрированием и имеет место в организме
при биологическом окислении. Катализируется этот процесс в организме
ферментами дегипрогеназами, коферментами которых является НАД+
(никотинамидадениндинуклеотид). При дегидрировании субстрат отдает два
электрона и два протона или один протон и один гидрид-ион, акцептором
которого является НАД+:
O
H O
лактат
+
CH C C OH + НАД
CH C C OH + НАД . H + H+
3
3
дегидрогеназа
OH
O
Задача № 3. Сравните способность к окислению альдегидов и кетонов.
Алгоритм решения.
Альдегиды легко окисляются. Они могут
окисляться кислородом воздуха и такими слабыми окислителями, как
аммиачный раствор оксида серебра и гидроксида меди. Эти реакции
используются для обнаружения альдегидов:
O
O
_
+ [Ag(NH3)2]OH + 2OH
H3C C
H3C C OH + 2 NH4OH + Ag
H
O
H3C
C
H
O
+ 2 Cu(OH)2
H3C
C
OH
+ Cu2O + 2 Н2О
осадок кирпично-красного цвета
Продуктами окисления альдегидов являются карбоновые кислоты. Как
указывалось ранее, функциональная группа карбоновых кислот представляет
собой сопряженную систему с делокализацией электронов.
Таким образом, при окислении альдегидов происходят уменьшение
энергии и переход их в более энергетически выгодное состояние.
Кетоны окисляются только сильными окислителями, например
перманганатом калия. При этом происходит расщепление углеродной цепи
рядом с карбонильной группой и образуется две молекулы кислоты:
25
O
H3C
CH2 C
CH2 CH3
3 [O]
H3C
O
O
CH2 C
OH + CH3 C
OH
Различие в отношении к окислению альдегидов и кетонов объясняется
тем, что в альдегидах окисляется С-Н связь, в кетонах - С-С связь. По
продуктам окисления можно определить строение кетона.
Задача № 4. Приведите схему окисления этилмеркаптана.
Алгоритм решения. В отличие от спиртов в тиолах происходит
окисление не атома углерода, а атома серы, так как связь 5 - Н менее прочная,
чем связь О-Н. При действии сильных окислителей образуются
последовательно сульсеновые, сульфиновые и сульфоновые кислоты.
В мягких условиях (действие пероксидов) идет образование дисульфидов:
C 2 H5 S
H
[O]
C 2 H5 S
H
[H]
Н2О + H5C 2 S S
C 2 H5
Реакция образования дисульфидов и обратная ей реакция играют важную
роль в процессах жизнедеятельности: взаимопревращения липоевой и
дигидролипоевой кислот - в регулировании липидного и углеводного обменов,
цистин - цистеин - в формировании пространственной структуры белка.
Вопросы и упражнения
№1
1. Опишите механизм превращения 5 -гидроксипентаналя в кислой
среде.
2. Напишите уравнение реакции взаимодействия 1-хлорбутана с
водным КОН. Приведите механизм данной реакции.
3. Какие соединения получаются при окислении н-пропилового и
изопропилового спиртов. Напишите схемы реакций.
№2
1. Приведите механизмы реакций взаимодействия уксусного альдегида
с метиламином.
2.
Напишите уравнение реакции взаимодействия 1-хлорпропана со
спиртовым КОН. По какому механизму протекает эта реакция?
26
3.
Приведите механизм обратимой окислительно-восстановительной
реакции гидрохинон-хинон. Какое значение имеют подобного рода реакции
для процессов жизнедеятельности?
№3
1. Приведите механизм реакции синтеза тетамона, применяемого при
спазмах сосудов и получаемого при взаимодействии триэтиламина и
этилйодида.
2. Напишите по стадиям реакцию взаимодействия пропанола-2 с НBr.
По какому механизму она протекает?
3. Приведите схему превращения в организме яблочной кислоты в
щавелево-уксусную при ферментативном окислении.
№4
1.
Приведите
механизм
образования
лекарственного
C6H5
препарата
C
C
H C
C H
3l
O
эфедрина при взаимодействии 1-хлорэтилфенилкетона
с
метиламином.
2.
Приведите механизм реакции дегидратации яблочной (2гидроксибутандиовой) кислоты в кислой среде.
3.
Напишите схему реакции окисления этилового спирта в
соответствующую кислоту. Какой промежуточный продукт образуется
в ходе этой реакции? Напишите схему реакции окисления этилового спирта в
соответствующую кислоту. Какой промежуточный продукт образуется в ходе
этой реакции?
№5
1.
Приведите механизм реакции взаимодействия аммиака с
хлорангидридом никотиновой кислоты (β-пиридинкарбоновой), в следствие
которой получают витамин РР (амид никотиновой кислоты), который является
противоаллергическим средством.
2.
Синтезируйте йодистый бензил с бензилового спирта C6H5CH2OH и
йодисто-водородной кислоты. Приведите механизм реакции.
3.
Способное ли врачебное вещество хлоретон (1,1, метилпропанол2), являющееся успокоительным и имеющее легкое наркотическое действие,
окисляться? Ответ обоснуйте.
№6
1.
Приведите
механизм
реакции
образования
природной
аминокислоты α-аланина (α-аминопропионовой кислоты при взаимодействии αхлорпропионовой кислоты с аммиаком).
27
2.
Какой реагент необходимо взять для синтеза этилхлорида (средства
для неингаляционного наркоза), который получают в промышленности из
этилового спирта? Приведите механизм реакции.
3.
Напишите уравнение реакции окисления ментола (1-изопропил -4метилциклогексанол), входящего в состав валидола, и укажите, к какому классу
органических соединений относится продукт реакции.
№7
1. Приведите механизм реакции алкилирования этаноламина (2аминоэтанол-1) йодистым метилом с образованием четвертичного аммониевого
основания.
2. Приведите механизм реакции дегидратации яблочной кислоты (2гидроксибутандиовой) при нагревании. Чем объясняется легкость дегидратации
яблочной кислоты?
3. Напишите схему обратимой окислительно-восстановительной реакции
цистеин-цистина. Какую роль играет эта реакция в организме?
№8
1.
Приведите схему реакции образования хлоралгидрита (снотворного
и успокоительного средства) при гидратации трихлоруксусного альдегида, и
объясните, почему это соединение является устойчивым.
2.
Синтезируйте
молочную
кислоту
(2-гидроксипропановую)
действием водного раствора щелочи на α-галогенкарбоновые кислоты.
Приведите механизм реакции.
3.
Приведите схему превращения в организме пировиноградной
кислоты (2-оксопропановой) в молочную кислоту.
№9
1.
Приведите механизм реакции взаимодействия пропионового
альдегида с этиламином. Встречается ли подобный тип реакций в организме?
Значение данной реакции?
2.
Напишите по стадиям реакцию взаимодействия бутанола-1 с НCl.
По какому механизму она протекает?
3.
Приведите схему реакции окисления этилмеркаптана (этантиола).
Укажите условия проведения этой реакции.
№ 10
1. Приведите механизм реакции восстановления ацетона с помощью
гидридов металлов в кислой среде.
28
2. Получите аминокислоту глицин (аминоуксусную кислоту) из
хлоруксусной кислоты. Объясните механизм реакции.
3. Напишите по стадиям реакцию окисления пропанола-1, содержащегося
в сивушных маслах, которые образуются при спиртовом брожении, до кислоты.
Сравните способность к окислению пропанола-1 и промежуточного продукта
реакции.
№ 11
1.
Приведите механизм внутримолекулярной реакции, происходящей
с 5- гидроксипентаналем в кислой среде.
2.
Получите метиламид уксусной кислоты из хлорангидрида уксусной
кислоты и метиламина. Приведите механизм реакции.
3.
Напишите уравнение реакции восстановления бутаналя.
№ 12
1.
Приведите механизм реакции взаимодействия ацетона с
гидроксиламином NH2-OH.
2.
Приведите механизм реакции дегидратации яблочной (2гидроксибутандиовой) кислоты в кислой среде.
3.
Напишите схему обратимой окислительно-восстановительной
реакции цистеин-цистина. Роль этой реакции в организме.
№ 13
1.
Опишите механизм образования ацеталя уксусного альдегида и
пропилового спирта с использованием кислого катализатора.
2.
Приведите механизм реакции образования ацетилхолина из
аминоспирта и уксусной кислоты.
3.
Напишите реакцию окисления ментола, который входит в состав
лекарственного препарата валидола (1-изопропил-4-метилциклогексанола), и
укажите, к какому классу органических соединений относится продукт
реакции.
№ 14
1.
Приведите механизм реакции взаимодействия пиридина с йодистым
метилом. Значение этой реакции.
2.
Какой реагент необходимо взять для синтеза этилхлорида (средства
для неингаляционного наркоза) из этанола? Приведите механизм реакции.
3.
Напишите реакцию окисления уксусного альдегида гидроксидом
меди (ІІ). Что наблюдается? Какое значение имеет данная реакция?
29
№ 15
1.
Опишите механизм реакции взаимодействия акролеина (пропеналя)
с этиловым спиртом на одной из стадий синтеза глицеринового альдегида.
2.
Синтезируйте йодистый бензил с бензилового спирта C6H5CH2OH и
йодисто-водородной кислоты. Приведите механизм реакции.
3.
Напишите реакцию окисления формальдегида оксидом серебра в
водном растворе аммиака. Как называется эта реакция и какое значение она
имеет?
Контрольные вопросы:
1. Уметь изображать наиболее предпочтительную конформацию:
циклогексанола;
циклогександиола;
гексахлорциклогексана;
аминоциклогексана;
1, 2-диметилциклогексана;
этилциклогексана;
бромциклогексана.
2. Уметь изображать в проекции Ньюмена:
заторможенную конформацию хлорэтана;
заслоненную конформацию этаноламина;
заторможенную конформацию этаноламина;
заторможенную конформацию этилового спирта.
3. Знать строение:
фурана;
тиофена;
пиррола;
пиридина;
нафталина;
фенантрена.
Уметь объяснять критерии ароматичности этих соединений.
4. Уметь определять вид и знак электронных эффектов:
хлора в бензоле и хлористом бензиле;
карбоксильной группы в акриловой и пропионовой кислотах;
метильной и гидроксильной групп в о-крезоле;
карбоксильной группы в бензойной и уксусной кислотах;
карбоксильной и аминогруппы в п-аминобензойной кислоте;
гидроксильной и аминогруппы в п-аминофеноле;
амино- и сульфогруппы в молекуле сульфаниловой кислоты;
гидроксильной и карбоксильной групп в салициловой кислоте.
5.
Уметь приводить механизмы реакций:
30
хлорирование пропана;
бромирования этилена;
взаимодействия пропилена с хлористым водородом;
бромирование этана;
бромирование бутилена - 1,3;
гидратации пропилена;
бромирования изобутана;
гидратации бутена - 1;
хлорирования циклогексана;
нитрирования бензола;
хлорирования бензола.
6.
Уметь приводить уравнения реакций с учетом направляющего
действия заместителей:
бромирования фенола;
сульфирования пиридина;
сульфирования анилина;
бромирования толуола;
бромирования анилина;
бромирования бензойной кислоты;
бромирования пиррола;
нитрование толуола.
7.
Уметь сравнивать кислотность и основность следующих
соединений:
пропилового и изопропилового спиртов;
метилового и пропилового спиртов;
пропилового спирта и глицерина;
этанола и 2- хлорэтанола;
фенола и тринитрофенола;
фенола и трибромфенола;
пропионовой и 2-оксипропионовой кислот;
2- хлорпропионовой и 3- хлорпропионовой кислот;
бензойной и салициловой кислот;
бензойной и фталевой кислот;
метил-, диметил- и триметиламина;
метиламина и триброманилина;
анилина и триброманилина;
анилина и тринитроанилина;
диметиламина и диметилового эфира.
8.
Уметь приводить механизмы реакций взаимодействия:
н-пропилхлорида со спиртовым раствором КОН;
изопропилового спирта с НBr;
бензилового спирта с йодисто-водородной кислотой;
н - пропилхлорида с водным раствором КОН;
дегидратации пропілового спирта в кислой среде;
31
последовательного получения полуацеталя и диэтилацеталя уксусного
альдегида;
пропионового альдегида с этиловым спиртом;
уксусного альдегида с изопропиловым спиртом;
альдольной конденсации уксусного альдегида.
9.
Уметь приводить уравнения реакций окисления:
пропилового спирта;
изопропилого спирта;
гидрохинона;
этилмеркаптана (СН3-СН2-SH)
10. Уметь писать уравнение реакций:
диспропорционирования (реакция Канницарро) бензойного альдегида;
восстановление метилэтилкетона;
окисления формальдегида аммиачным раствором солей серебра;
окисления пропионового альдегида гидроксидом меди (ІІ);
йодоформную реакцию открытия ацетона;
гидролиза диметилацеталя уксусного альдегида;
внутримолекулярную реакцию с 5- оксипентаналем в кислой среде.
32
СПИСОК РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия. М.: –
Медицина, 1985.
2. Руководство к лабораторным занятиям по биоорганической химии. Под
ред. Тюкавкиной Н.А. – М.: − Медицина, 1985.
3. Губський Ю.І. Біоорганічна хімія. Вінниця: − Нова книга, 2004.
4. Шаповал Л.Г., Чеховський В.Д., Петюніна В.М. Навчальний посібник з
органічної хімії. – Харків: − ХДМУ, 1994.
5. Теоретический курс по биологической и биоорганической химии
(учебное пособие). Модуль 1. Биологически важные классы биоорганических
соединений. Биополимеры и их структурные компоненты / Сыровая А.О.,
Шаповал Л.Г., Петюнина В.Н., Ткачук Н.М., Шапарева Л.П., Макаров В.А.,
Чеховской В.Д., Грабовецкая Е.Р., Бачинский Р.О., Наконечная С.А. – Харьков,
ХНМУ. – 2013.
33
Учебное издание
Основные типы и механизмы реакций в органической химии:
методические указания для самостоятельной работы студентов 1-го курса по
биологической и биоорганической химии (Модуль 1)
Составители:
А.О. Сыровая,
Л.Г. Шаповал,
В.Н. Петюнина,
Е.Р. Грабовецкая,
В.А. Макаров,
С.В. Андреева,
Л.В. Лукьянова,
С.А. Наконечная,
Р.О. Бачинский,
С.Н. Козуб,
Т.С. Тишакова,
О.Л. Левашова,
Н.В. Копотева,
Н.Н. Чаленко
Ответственные за выпуск: Козуб С.М., Макаров В.А.
План 2014. Ризография.
Усл. печ. стр. 1,25, тираж 100 экз.
ФЛП Томенко Ю.И.
г. Харьков, пл. Руднева, 4
34