задания по химии

Д\З  для группы  №17.  Ознакомиться с материалом, законспектировать и написать применение аминов в жизнедеятельности человека. https://cknow.ru/knowbase/778-37-harakternye-himicheskie-svoystva-azotsoderzhaschih-organicheskih-soedineniy-aminov-i-aminokislot.html

Лекция: Характерные химические свойства азотсодержащих органических соединений: аминов и аминокислот

Амины, особенности их строения

Вам уже известно, что молекулы органических соединений состоят из атомов углерода, водорода и кислорода. Но среди них есть и такие, которые содержат атомы азота. Именно азотсодержащие органические соединения, такие как аминокислоты, белки и нуклеиновые кислоты, являются основой жизни на Земле. Самыми простыми азотсодержащими соединениями являются амины.

Амины – это органические соединения, являющиеся производными аммиака, в молекуле которых один или несколько атомов водорода замещены на углеводородные радикалы (R). 

Исходя из данного утверждения, т.е. по числу аминогрупп NH2 амины подразделяются на: 

• первичные, 
• вторичные и 
• третичные. 

Атом азота в молекуле амина всегда готов предоставить свою неподеленную электронную пару другому атому, поэтому он является донором. Таким образом, связь катиона водорода с атомом азота в молекуле амина происходит с помощью донорно-акцепторного механизма. Исходя из этого, амины, как и аммиак, обладают достаточно выраженными основными свойствами.

В зависимости от типа радикала, связанного с атомом азота, амины подразделяются на: 

• алифатические (CH3-N<) и 
• ароматические (C6H5-N<).

Изомерия алифатических аминов:

Алифатические амины, иначе называемые предельными, являются более сильными основаниями, чем аммиак. Это обусловлено тем, что в аминах углеводородные заместители имеют положительный индуктивный (+I) эффект. Так же, из - за этого, на атоме азота возрастает электронная плотность. Данный процесс заметно облегчает его взаимодействие с катионом Н+.

Изомерия ароматических аминов:

Ароматические амины проявляют более слабые основные свойства по сравнению с аммиаком. Это объясняется тем, что неподеленная электронная пара атома азота сдвигается в сторону ароматической π-системы бензольного кольца. Впоследствии, электронная плотность на атоме азота постепенно снижается. 

Химические свойства аминов

Наличие электронной пары на атоме азота наделяет амины основными свойствами. Первичные предельные амины, в силу более сильных основных свойств, взаимодействуют с водой несколько лучше аммиака. В свою очередь, основность вторичных предельных аминов больше первичных. Проявление основных свойств третичными аминами не так однозначно, потому что атом азота в них, нередко экранирован углеводородными радикалами, что мешает проявлению его основных свойств. 

• Амины вступают в обратимые реакции с водой. Водный р-р аминов является щелочной средой, что является следствием диссоциации образующихся оснований. Общий вид реакции выглядит следующим образом: 

RNH2 + H2O <-> RNH3+ + OH-

• Свободные предельные амины и их водные р-ры взаимодействуют с кислотами с образованием солей. К примеру:

CH3NH2 + H2SO4 → [CH3NH3]HSO4

C6H5NH2 + HCl → [C6H5NH3]Cl

• Соли аминов представляют собой аналоги солей аммония и являются твердыми веществами. Они хорошо растворяются в воде и плохо в неполярных органических растворителях. В реакциях с щелочами при нагревании из солей аминов высвобождаются свободные амины:

[CH3NH3]Cl + NаОH → CH3NH2↑ + NаCl + H2O

• Первичные предельные амины взаимодействуют с азотистой кислотой с образованием спиртов, газообразного азота N2 и воды:

RNH2 + HNO2→ ROH + N2↑ + H2O

Это качественная реакция первичных предельных аминов и применяется для их различения от вторичных и третичных. 

Вторичные амины в такой же реакции образуют масляные жидкости с запахом - N-нитрозамины:

R2NH + HO-N=O → R2N-N=O + H2O

Третичные амины с азотистой кислотой не взаимодействуют.

• Амины вступают в реакции нуклеофильного замещения:

CH3CH2Br + CH3CH2NH2→ (CH3CH2)2NH2+Br-CH2CH3

• Взаимодействие первичных и вторичных аминов с карбоновыми кислотами приводит к их ацилированию, в результет образуются важнейшие органические соединения амиды:

• Полное сгорание любых аминов приводит к образованию углекислого газа, воды и азота:

4CnH2n+3N + (6n+3)O2 → 4nCO2 + (4n+6)H2O

Рассмотрим характерные химические свойства анилина (аминобензола) - простейшего ароматического амина. Аминогруппа в молекуле данного вещества непосредственно соединена с ароматическим кольком. Основные свойства анилина намного слабее алифатических аминов. Поэтому реакция анилина с водой и слабыми кислотами (например, угольной) не идёт.  

• Анилин реагирует с сильными и средними неорганическими кислотами с образованием фениламмония. К примеру:

С6Н5NН2 + HCl → С6Н5NН3Сl

Соли фениламмония C6H5NH3+ хорошо растворимы в воде, но нерастворимы в неполярных органических растворителях.

• Аминогруппа ароматических аминов, в частности анилина, втянутая в ароматическое кольцо снижает электронную плотность на атоме азота, но увеличивает ее в ароматическом ядре. Поэтому реакции электрофильного замещения (с галогенами) протекают значительно легче, особенно в орто- и пара- положениях. К примеру, анилин с легкостью вступает во взаимодействие с бромной водой, образуя белый осадок 2,4,6-триброманилина:

Это качественная реакция на анилин. 

• Анилин реагирует с азотистой кислотой при t 00С, образуются соли диазония, имеющие большое практическое значение и применяемые для синтеза азокрасителей и других соединений:

C6H5NH2 + KNO2 + 2HCl → [C6H5N=N]+Cl- + KCl + 2H2O

Продуктами приведенной реакции являются хлорид фенилдиазония, хлорид калия и вода.

При проведении реакции данного типа при высокой t выделяется азот, а анилин превращается в фенол:

C6H5NH2 + NaNO2 + H2SO4 → C6H5-OH + N2↑ + NaHSO4 + H2O

• Алкилирование анилина галогенпроизводными углеводородов образует вторичные и третичные амины.  

Химические свойства аминокислот

Аминокислоты - органические соединения, молекулы которых имеют две функциональные группы – амино (-NH2) и карбокси- (-COOH). 

Общая формула аминокислот: (NH2)xR(COOH)y, где x и y чаще всего равны 1 или 2. 

Наличие в молекулах данных соединений амино- и карбокси- групп объясняет химические свойства аминокислот, схожие с аминами и карбоновыми кислотами. Поэтому аминокислоты проявляют основные свойства, характерные для соединений, содержащих аминогруппы и ксилотные свойства, характерные для соединений, содержащих карбоксильную группу. Следовательно, аминокислоты - амфотерные органические соединения.

• В реакциях с щелочами аминокислоты проявляют кислотные свойства:

H2N-СH2-СООН + NаOН → H2N-СH2-СООН-Nа+ + H2O

• В реакциях этерификации со спиртами также проявляют кислотные свойства:

NH2CH2COOH + CH3OH → NH2CH2COOCH3 + H2O

• В реакциях с сильными кислотами проявляют основные свойства:

NH2CH2COOH + HCl → [NH3CH2COOH]+Cl— 

• Реакция с азотистой кислотой протекает как в случаях с первичными аминами:

NH2-CH2-COOH + HNO2 → НО-CH2-COOH + N2↑ + H2O

•  Алкилирование аминокислоты: 

NH2CH2COOH + CH3I → [CH3NH2CHCOOH]+I— 

• В реакциях друг с другом аминокислоты образуют дипептиды – соединения, содержащие в своих молекулах пептидную связь –C(O)-NH-. К примеру, в реакции глицина и аланина образуется дипептид глицилаланин:

Проведение данной реакции без соблюдения специфических условий синтеза приведет к образованию не глицилаланина, а аланилглицина.

Д/З длягруппы14СВ

https://cknow.ru/knowbase/775-34-harakternye-himicheskie-svoystva-uglevodorodov-alkanov-cikloalkanov-alkenov-dienov-alkinov-aromaticheskih-uglevodorodov.html

Ознакомиться с материалом, законспектировать и написать применение аренов в жизнедеятельности человека.

Химические свойства ароматических углеводородов (аренов)

Молекула арены отличаются от молекул других углеводородов наличием ароматических колец:

Это уже знакомая вам структура бензола. Единая 6пи–электронная система аренов более устойчива, чем обычные пи-связи. Поэтому для них характерны реакции замещения, в которые они вступают по электрофильному механизму.

Рассмотрим химические свойства важнейшего ароматического соединения - бензола (С6Н6) и одного из его производных - толуола (C7H8):

Химические свойства бензола

1. Реакции замещения:

• Галогенирование бензола приводит к замещению атома водорода на атом галогена:

• Нитрование. Лучше всего нитрование проходит под действием нитрующей смеси в составе азотной и концентрированной серной кислот. Механизм нитрования выглядит следующим образом:

• Алкилирование приводит к замещению атома водорода на углеводородный радикал. В качестве катализаторов используют галогениды Al, FeIII или неорганические кислоты:

2. Реакции присоединения:

• Гидрирование возможно при высоких температурах и в присутствии катализаторов:

• Хлорирование протекает по радикальному механизму при интенсивном облучении ультрафиолетовым светом:   

3. Реакции окисления:

• Горение: 2С6Н6 + 15О2 → 12СО2 + 6Н2О+Q. 
• Бензольное кольцо устойчиво к действию таких окислителей как KMnO4 и K2Cr2O7. Реакция не идет. 

Рассмотрим химические свойства толуола - метилбензола, химическая формула которого C₇H₈

1. Реакции замещения (по электрофильному механизму):

Напомним, что электрофильные реакции протекают под действием частиц - электрофилов, имеющих незаполненную орбиталь. При составлении данного типа реакций помните, что алкильный заместитель бензола - метил СН3 имеет положительный индуктивный эффект, а значит является ориентантом I рода.

• Галогенирование. Молекулу толуола можно рассматривать в качестве состоящей из фрагментов молекул бензола и метана. Свойства толуола должны сочетать свойства этих двух веществ, взятых по отдельности. В частности, именно это наблюдается при галогенировании: 

На выходе получили орто-бромтолуол и пара-бромтолуол.

• Нитрование толуола смесью концентрированных азотной и серной кислот, приводит к продуктам замещения в ароматическом ядре, а не в метильном радикале. 

• Алкилирование толуола:

2. Реакции присоединения: 

• Хлорирование толуола, в присутствии хлорида алюминия, приводит к образованию двух разных продуктов – орто- и пара-хлортолуола:

При хлорировании толуола в присутствии AlCl3 в избытке хлора образуется трихлорзамещенный толуол. Если хлорирование провести на свету при большем соотношении хлор/толуол можно получить дихлорметилбензол или трихлорметилбензол. 

• Гидрирование до метилциклогексана при использовании металлических катализаторов (Pt, Pd, Ni):

• Горение: С6Н5СН3 + 9O2 → 7СO2 + 4Н2O. 

• При действии водного раствора перманганата калия окислению подвергается боковая цепь толуола, а не ароматическое ядро:

При этом в зависимости от pH раствора будет образовываться либо карбоновая кислота, либо ее соль.

ГР ПКД 1.9

Ознакомиться с материалом, законспектировать и написать применение алкенов и алкодиенов в жизнедеятельности человека

https://cknow.ru/knowbase/775-34-harakternye-himicheskie-svoystva-uglevodorodov-alkanov-cikloalkanov-alkenov-dienov-alkinov-aromaticheskih-uglevodorodov.html

Химические свойства алкенов 

1. Реакции присоединения. Алкены - активные соединения, потому что двойная связь в их молекулах состоит из одной прочной сигма- и одной слабой пи-связи. В реакции присоединения алкены часто вступают даже на холоде, в водных растворах и органических растворителях. 

• Гидрирование, т.е. присоединение водорода возможно в присутствии катализаторов: CH3—СН=СН2 + Н2 → CH3—СН2—СН3. Для дегидрирования алканов до алкенов применяются те же катализаторы. Но процесс дегидрирования будет проходить при более высокой t и меньшем давлении. 

• Галогенирование. Легко возникают реакции алкенов с бромом в водном растворе и в органических растворителях. В результате желтые растворы брома теряют свою окраску, то есть обесцвечиваются: СН2=СН2 + Br2 → CH2Br—CH2Br. 

• Гидрогалогенирование. Присоединение молекулы галогеноводорода к молекуле несимметричного алкена приводит к смеси двух изомеров. В отсутствие специфических условий присоединение происходит селективно, по правилу В.В. Марковникова. Существует следующая закономерность присоединения: водород присоединяется к тому атому углерода, у которого больше атомов водорода, а галоген — к атому углерода с меньшим числом атомов водорода: СН2=СН—СН3 + HBr → СН3—СНBr—СН3. Образовался 2-бромпропан.

• Гидратация алкенов приводит к образованию спиртов. Так как присоединение воды к молекуле алкена происходит согласно правилу Марковникова, образование первичного спирта возможно только при гидратации этилена: CH2=CH2 + H2O → CH3—CH2—OH.  

• Полимеризация протекает по свободно-радикальному механизму: nCH2=CH2 → (—CH2—CH2—)n. Образовался полиэтилен.

2. Реакции окисления. Алкены, как и все остальные углеводороды сгорают в кислороде. Уравнение горения алкенов в избытке кислорода имеет вид: CnH2n+2 + O2 → nCO2 + (n+1)H2O. Образовались углекислый газ и вода.

Алкены достаточно легко окисляются. При действии на алкены водного раствора KMnO4, происходит обесцвечивание.  

Окисление алкенов перманганатом калия в нейтральном или слабощелочном растворе образует диолы: C2H4 + 2KMnO4 + 2H2O → CH2OH–CH2OH + 2MnO2 + 2KOH (охлаждение). 

В кислой среде проходит полный разрыв двойной связи с последующим превращение атомов углерода, образовывавших двойную связь в карбоксильные группы: 5CH3CH=CHCH2CH3 + 8KMnO4 + 12H2SO4 → 5CH3COOH + 5C2H5COOH + 8MnSO4 + 4K2SO4 + 17H2O (нагревание). 

Когда двойная С=С связь располагается в конце молекулы алкена, в роли продукта окисления крайнего углеродного атома при двойной связи будет выступать углекислый газ. Данный процесс связан с тем, что промежуточный продукт окисления, а именно муравьиная кислота, достаточно просто окисляется в избытке окислителя: 5CH3CH=CH2 + 10KMnO4 + 15H2SO4 → 5CH3COOH + 5CO2 + 10MnSO4 + 5K2SO4 + 20H2O (нагревание). 

Химические свойства диенов

По своим химическим свойствам алкадиены схожи с алкенами. Но есть некоторые особенности:  

• Галогенирование. Алкадиены способны присоединяться с водородом, галогенами и галогеноводородами в положениях 1,2-присоединения: CH2=CH—CH=CH2 + Br2→ CH2=CH—CHBr—CH2Br

       а также 1,4-присоединения: CH2=CH—CH=CH2 + Br2→ BrCH2—CH=CH—CH2Br

• Полимеризация: nCH2=CH-CH=CH2 t,Na→ (-CH2-CH=CH-CH2-)n. Так получают синтетический каучук.

ГР ТО1.9 Ознакомиться с материалом, законспектировать и написать применение у/в в жизнедеятельности человека. Положительную и отрицательную роль спирта.

https://cknow.ru/knowbase/776-35-harakternye-himicheskie-svoystva-predelnyh-odnoatomnyh-i-mnogoatomnyh-spirtov-fenola.html

Лекция: Характерные химические свойства предельных одноатомных и многоатомных спиртов, фенола

Спирты и фенолы

В зависимости от типа углеводородного радикала, а также в некоторых случаях особенностей прикрепления группы -ОН к этому углеводородному радикалу соединения с гидроксильной функциональной группой разделяют на спирты и фенолы.    

Существует подразделение органических соединений на спирты и фенолы. За основу данного деления берется тип углеводородного радикала и особенности прикрепления к нему -ОН-групп. 

Спирты (алканолы) - производные предельных и непредельных углеводородов, в которых ОН-группа соединена с углеводородным радикалом без непосредственного присоединения к ароматическому кольцу. 

Фенолы - органические вещества, имеющие в структуре ОН-группы, непосредственно присоединенные к ароматическому кольцу.  

Названные особенности положения ОН-групп, существенно влияют на различие свойств спиртов и фенолов. В соединениях фенола связь О-Н более полярна в сравнении со спиртами. Это повышает подвижность атома водорода в ОН-группе. У фенолов значительно ярче, чем у спиртов, выражены кислотные свойства. 

Классификация спиртов

Существует несколько классификаций спиртов. Так, по характеру углеводородного радикала спирты подразделяются на:

• Предельные, содержащие только предельные углеводородные радикалы. В их молекулах один или несколько атомов водорода замещены ОН-группой, к примеру:

Этандиол-1,2 (этиленгликоль)

• Непредельные, содержащие между атомами углерода двойные или тройные связи, к примеру:

Пропен-2-ол-1 (аллиловый спирт)

• Ароматические, содержащие в молекуле бензольное кольцо и ОН-группу, которые связаны друг с другом через атомы углерода, к примеру:

Фенилметанол (бензиловый спирт)

По атомности, т.е. числу ОН-групп, спирты делятся на:

• Одноатомные, к примеру: 

• Двухатомные (гликоли), к примеру:

• Трехатомные, к примеру:

• Многоатомные, содержащие более трех ОН-групп, к примеру:

По характеру связи атома углерода и ОН-группы спирты подразделяются на:

• Первичные, в которых ОН-группа связана с первичным атомом углерода, к примеру:

• Вторичные, в которых ОН-группа связана со вторичным атомом углерода, к примеру:

• Третичные, в которых ОН-группа связана с третичным атомом углерода, к примеру:

Кодификатор ЕГЭ по химии требует от вас знания химических свойств предельных одноатомных и многоатомных спиртов, рассмотрим их.

Химические свойства предельных одноатомных спиртов

1. Реакции замещения  

• Взаимодействие с щелочными, щелочноземельными металлами, в результате образуются алкоголяты металлов и выделяется водород. К примеру, при взаимодействии этилового спирта и натрия образуется этилат натрия:

2C2H5OH+ 2Na→ 2C2H5ONa+ H2↑

Важно помнить следующее правило для данной реакции: спирты не должны содержать воду, иначе образование алкоголятов станет невозможным, поскольку они легко гидролизуются.  

• Реакция этерификации, т.е. взаимодействие спиртов с органическими и кислородсодержащими неорганическими кислотами приводит к образованию сложных эфиров. Данная реакция катализируется сильными неорганическими кислотами. К примеру, взаимодействие этанола с уксусной кислотой образует этилацетат (уксусно-этиловый эфир):

Механизм реакции этерификации выглядит так:

Это обратимая реакция, поэтому для смещения равновесия в сторону образования сложного эфира, реакцию проводят при нагревании, а также в присутствии концентрированной серной кислоты как водоотнимающего вещества. 

• Взаимодействие спиртов с галогеноводородами. При действии на спирты галогеноводородных кислот происходит замещение гидроксильной группы на атом галогена. В результате такой реакции образуются галогеналканы и вода. К примеру:

C2H5OH+ HCl → C2H5Cl+ H2O.

Это обратимая реакция.

2. Реакции элиминирования (отщепления) 

• Дегидратация спиртов бывает межмолекулярной и внутримолекулярной. 

При межмолекулярной одна молекула воды образуется в результате отщепления атома водорода от одной молекулы спирта и гидроксильной группы — от другой молекулы. В результате образуются простые эфиры (R-O-R). Условиями реакции являются присутствие концентрированной серной кислоты и нагревание 1400C:

С2Н5О[H + HO]C2H5 → C2H5-O-C2H5 +H2O

Дегидратация этанола с этанолом привела к образованию диэтилового эфира (этоксиэтана) и воды.

СН3О[H + HO]C2H5 → CH3-O-C2H5 +H2O

Дегидратация метанола с этанолом привела к образованию метилэтилового эфира (метоксиэтана) и воды.

Внутримолекулярная дегидратация спиртов в отличии от межмолекулярной протекает следующим образом: одна молекула воды отщепляется от одной молекулы спирта: 

Для проведения данного типа дегидратации требуется сильное нагревание. В результате из одной молекулы спирта образуется одна молекула алкена и одна молекула воды. 

Поскольку молекула метанола содержит только один атом углерода, для него невозможна внутримолекулярная дегидратация. При межмолекулярной дегидратации метанола возможно образование только простого эфира (CH3-O-CH3):

2CH3OH → CH3-O-CH3 + H2O.

Необходимо помнить, что в случае дегидратации несимметричных спиртов внутримолекулярное отщепление воды будет протекать в соответствии с правилом Зайцева, то есть водород будет отщепляться от наименее гидрированного атома углерода. 

• Дегидрирование спиртов: 

а) Дегидрирование первичных спиртов при нагревании в присутствии металлической меди приводит к образованию альдегидов:

б) В случае вторичных спиртов аналогичные условия приведут к образованию кетонов:

в) Третичные спирты дегидрированию не подвергаются. 

3. Реакции окисления 

• Горение. Спирты легко вступают в реакцию горения. При этом образуется большое количество тепла: 

2СН3-ОН + 3O2 → 2CO2 + 4H2O + Q.

• Окисление спиртов происходит в присутствии катализаторов Cu, Cr и др. при нагревании. Окисление происходит и в присутствии хромовой смеси (H2SO4 + K2Cr2O7) или перманганата магния (KMnO4). Первичные спирты образуют альдегиды, к примеру:

C2H5OH+ CuO → CH3COH + Cu+ + H2O.

В результате получили уксусный альдегид (этаналь, ацетальдегид), медь, воду. Если образовавшийся альдегид не удалить из реакционной среды, образуются соответствующая кислота.

Вторичные спирты в этих же условиях образуют кетоны:





Для третичных спиртов реакция окисления не характерна.

Химические свойства многоатомных спиртов

Многоатомные спирты являются более сильными кислотами, чем одноатомные. 

• Для многоатомных спиртов характерны такие же, как и для одноатомных, реакции с щелочными, щелочноземельными металлами. При этом в молекуле спирта замещается разное число атомов водорода ОН-групп. В результате образуются соли. К примеру:

Поскольку многоатомные спирты обладают кислотными свойствами больше одноатомных, то они охотно реагируют не только с металлами, но и с их гидроксидами тяжелых металлов. Реакция с гидроксидом меди 2 является качественной реакцией на многоатомные спирты. Голубой осадок при взаимодействии с многоатомным спиртом переходит в ярко синий раствор.