Вопрос 14.Реакции элиминирования. Повышенная сн-кислотность как причина реакции элиминирования, конкурентных реакциям нуклеофильного замещения у sp3-гибридизованного атома углерода.

Реакции дегидрогалогенирования, дегидртации.

1. (элиминирования). В определенных условиях такая реакция может стать основной и служить методом получения алкенов. Наиболее часто для этого используется отщепление галогеноводородов от алкилгалогенидов и воды от спирта.

1. Дегидрогалогенирование алкилгалогенидов проводят под действием сильных оснований — концентрированного раствора гидроксида щелочного металла в спирте (спиртовая щелочь) или алкоксила (алкоголята) щелочного металла.

Дегидратация спиртов проводится при нагревании их в сильнокислой среде, например в присутствии концентрированных серной или фосфорной кислот.

3. Бимолекулярное отщепление (элиминирование) Е2. С процессами SN2-типа часто конкурирует реакция элиминирования Е2. Протеканию реакции отщепления благоприятствуют повышенная температура и использование нуклеофилов, являющихся сильными основаниями. Такие нуклеофилы способны атаковать не только электронодефицитный атом углерода субстрата, связанный с электрофильным центром, но и СН-кислотный центр, находящийся у соседнего атома углерода, на котором за счет I-эффекта гетероатома возникает частичный положительный заряд (слабый СН-кислотный центр). Примером Е2-процесса служит образование этилена из этилбромида при действии концентрированной щелочью или спиртовым раствором алкоксида щелочного металла при нагревании.

Вопрос 15.Особенности реакций электрофильного присоединения у алкадиенов, алкинов, малых циклов, α,β-ненасыщенных альдегидов и карбоновых кислот (гидратация, гидрогалогенирование).

1.ПРАВИЛО морковникова –Н присоединяется к наиболее гидрированному атому С

2Исключение из Иорковникова

-если есть электонно-акцепторный заместитель –J –M

1.

CH3-CH=CH2 + HBr =>CH3-CH-CH3

|

Br

(пропен или пропилен) (2-бромпропан)

2.CH2=CH-C=O + H+OH-=>CH-CH-C=O

| | |

OH OH OH

(акролеин) (3-гидроксипропановая кислота)

Вопрос 16.Гомолитический и гетеролитический разрыв ковалентной связи. Классификация органических реакций по результату (замещения, присоединения, элиминирования) и по механизму (радикальные, электрофильные, нуклеофильные); привести примеры.

. При гомолитическом, или свободнорадикальном, разрыве ковалентной связи (гомолизе) у каждого из ранее связанных атомов остается по одному электрону. В результате гомолиза связи в качестве промежуточных частиц образуются радикальные реагенты. Гомолиз обычно протекает при облучении или высокой температуре, а также

при проведении реакций в газовой фазе.

При гетеролитическом разрыве ковалентной связи (гетеролизе) электронную пару, связывающую атомы, забирает один из партнеров по связи. При этом образуются электрофильные и нуклеофильные частицы. Гетеролиз ковалентной связи обычно имеет место при проведении реакций в полярных сольватирующих растворителях (например, в воде, спиртах), причем образующиеся в качестве интермедиатов электрофильные и нуклеофильные частицы сольватируются растворителем.

3 по механизму (радикальные, электрофильные, нуклеофильные); привести примеры.

Для насыщенных углеводородов характерны процессы радикального замещения SR, для ароматических соединений — реакции электрофильного замещения SE, для галогенопроизводных и спиртов — реакции нуклеофильного замещения SN.

1.Реакции присоединения (символ А). К таким процессам относится приведенная выше реакция диенового синтеза. Для ненасыщенных углеводородов характерны реакции электрофильного присоединения АЕ, для альдегидов и кетонов — реакции нуклеофильного присоединения AN.

2.Реакции отщепления, или элиминирования (символ Е). Эти реакции по направлению обратны реакциям присоединения. отщепления осуществляются как элиминирование, т. е. когда отщепляющиеся группы, как в приведенном выше примере, уходят от соседних атомов углерода.

3. замещения(R)

Вопрос 17. Реакции нуклеофильного присоединения у альдегидов. Зависимость скорости нуклеофильного присоединения от строения карбонильного соединения (влияние пространственного фактора). Реакции карбонильных соединений с RMgHal (реактивом Гриньяра), водой, спиртами, первичными аминами и циановодородной кислотой. Гидролиз ацеталей и иминов. Альдольная и кротоновая конденсация

1.Реакции нуклеофильного присоединения характерны

Для альдегидов.

2.Легкость нуклеофильной атаки по атому углерода карбонильной группы альдегида или кетона зависит от величины эффективного положительного заряда на атоме углерода, его пространственной доступности и кислотно-основных свойств среды. С учетом электронных эффектов групп, связанных с карбонильным атомом углерода, величина дельта+ на нем в альдегидах и кетонах убывает в следующем ряду.

Пространственная доступность карбонильного атома углерода уменьшается при замене водорода на более объемистые органические радикалы. Поэтому альдегиды более реакционноспособны, чем кетоны.

Общая схема реакций нуклеофильного присоединения АN к карбонильной группе включает нуклеофильную атаку по карбонильному атому углерода, за которой следует присоединение электрофила к атому кислорода.

Процесс напоминает бимолекулярное замещение SN2, но с тем отличием, что принимающий пару электронов атом кислорода не является здесь уходящей группой, а остается в молекуле субстрата. Карбонильный атом углерода имеет плоскую конфигурацию поэтому нуклеофильная атака равновероятна с обеих сторон плоскости.

2. Присоединение воды к карбонильной группе — гидратация — обратимая реакция. Степень гидратации альдегида или кетона в водном растворе зависит от строения субстрата. Продукт гидратации, как правило, в свободном виде выделить с помощью перегонки не удается, так как он разлагается на исходные компоненты. Формальдегид в водном растворе гидратирован более чем на 99,9%, ацетальдегид — приблизительно наполовину, ацетон практически не гидратирован.

Присоединение спиртов. Спирты при взаимодействии с альдегидами легко образуют полуацетали. При обработке полуацеталей избытком спирта в кислой среде могут быть получены ацетали (реакция напоминает синтез простых эфиров из спиртов).

Присоединение аминов. Амины и другие азотсодержащие соединения общего вида NН2Х реагируют с альдегидами и кетонами в две стадии. Сначала образуются продукты нуклеофильного присоединения которые затем вследствие неустойчивости отщепляют воду. Поэтому данный процесс в целом классифицируют как реакцию присоединения-отщепления.

Присоединение циановодородной кислоты. В присутствии следов щелочи циановодородная кислота присоединяется к альдегидам и кетонам с образованием альфа-гидроксинитрилов (циангидринов). Эта реакция лежит в основе специфических методов получения альфа-гидрокси- и альфа-аминокислот

3.

Гидролиз ацетата натрия

CH₃COONa + HOН = СН₃СООН + NaОН

CH₃COO^- + HOН = СН₃СООН + ОН^-

Гидролиз иминов.

4. Реакции конденсации альдегидов и кетонов проходят в присутствии каталитических количеств кислот или щелочей. Так, ацетальдегид на холоду при действии разбавленных растворов щелочей превращается в альдоль; при проведении реакции в более жёстких условиях адьдоль дегидратируется с образованием кротонового альдегида.

Поэтому конденсацию альдегидов или кетонов, протекающую по первому типу, называют альдольной конденсацией, или альдольным присоединением, а по второму типу — кротоновой конденсацией. Использование в качестве катализаторов кислот и проведение реакции в более жестких условиях способствуют образованию продуктов кротоновой конденсации. Реакции альдольного присоединения обратимы. Обратный процесс называется альдольным расщеплением (ретроальдольный распад).

Вопрос 18. Нуклеофилы. Реакции нуклеофильного замещения у sp³-гибридизованного атома углерода: галогенпроизводные, спирты; привести примеры. Биологически важные реакции алкилирования спиртов, фенолов, тиолов, сульфидов, аммиака и аминов.

1. нуклеофилы — частицы, образующие новую ковалентную связь с реакционным партнером, несущим частичный или полный положительный заряд, предоставляя для этого свою электронную пару (обозначаются символом Nu). Такие частицы могут быть отрицательно заряженными — гидрид-ион Н-, хлорид-ион Cl-, гидроксид-ион OH-, алкоксид-ион RО-, карбанион R3C- или быть электронейтральными. В таком случае их нуклеофильность обусловлена наличием n- или пи-электронов. Термин нуклеофил применяется к частице, реагирующей с любым электрофильным реакционным партнером за исключением протона Н.

4.

20.Реакции электрофильного замещения у гетероциклических соединений на примере пиррола, пиридина. Ориентирующее влияние гетероатомов. Особенности сульфирования и нитрования пиррола и пиридина,-активирующее и дезактивирующее влияние гетероатомов на реакционную способность.

/ Br (к правому верхнему углу)

+ Br2 => + HBr

/ NO2 (к правому верхнему углу)

+ HNO3 => + H2O

Особенности сульфирования и нитрования пиррола

/ NO2 (к правому верхнему углу)

+ HN03 => + H+OH-

/ SO3H (к правому верхнему углу)

+ H2SO4 => + H+OH-

/ NO2 (к правому верхнему углу)

+ HNO3 => + H+OH-

Вопрос 19. Реакции электрофильного замещения. Алкилирование, ацилирование и галогенирование ароматических соединений. Ориентирующее влияние заместителей,-согласованное и несогласованное. Активирующее и дезактивирующее влияние на реакционную способность заместителей в ароматическом ядре.

1. Механизм реакций электрофильного замещения.

2.Активирующее и дезактивирующее влияние на реакционную способность заместителей в ароматическом ядре.

Заместители (ориентанты) 1 рода. К ним относятся алкильные группы, проявляющие +I-эффект по отношению к соседнему sр2-гибридизованному атому углерода или карбокатионному центру, и проявляющие +М-эффект группы ОН, ОR, NН2, NR2, NН-СО-R, также обладающие электронодонорным характером по отношению к бензольному ядру. Заместители 1 рода облегчают электрофильное замещение по сравнению с замещенным бензолом т. е. являются активирующими, и направляют входящую группу в орто- и пара-положения.

Заместители (ориентанты) II рода. (NH3+, NR3+, NO2, SO3H, СN, СНО, СООН) проявляющие по отношению к бензольному ядру электроноакцепторный характер за счет отрицательного индуктивного или мезомерного эффектов. Заместители II рода затрудняют электрофильное замещение по сравнению с незамещённым бензолом, т. е. являются дезактивирующими. Если в более жестких условиях реакция все же проходит, то входящая группа вступает в мета-положение.

3 Ориентирующее влияние заместителей,-согласованное и несогласованное Пиррол, фуран, тиофен и их производные относятся к богатым электронами так называемым

пи-избыточным системам. Для них характерна большая легкость протекания реакций электрофильного замещения по сравнению с бензолом

Пиррол сульфируют комплексами оксида серы(VI) с некоторыми основаниями, например пиридинсульфотриоксидом С5Н5N*SО3. Продукт реакции обрабатывают разбавленной щелочью и выделяют альфа-пирролсульфоновую кислоту в виде натриевой соли. Таким образом, кислая среда на всех стадиях

Пиридин и другие гетероциклические системы с пиридиновым атомом азота являются электронодефицитными. Они гораздо труднее чем бензол, вступают в реакции электрофильного замещения, при этом входящий электрофил занимает бета-положение по отношению к атому азота. Низкая реакционная способность пиридина обусловлена еще и тем, что в сильнокислых средах в которых осуществляется электрофильное замещение, пиридин существует в протонированной форме в виде катиона пиридиния С5Н5NH+, что существенно затрудняет электрофильную атаку.

Вопрос 20. Карбоновые кислоты (строение, центры основности, кислотности, электронные эффекты внутри карбоксильной группы). Зависимость кислотных свойств карбоновых кислот от их строения ( одно- и многоосновные, амино- и гидрокси- и кетокислоты, предельные и непредельные). Реакции S_N у sp²-гибридизованного атома углерода как реакции ацилирования: образование галогенангидридов, ангидридов, сложных эфиров, амидов, гидролиз алкилцианидов. Сравнение ацилирующей способности полученных производных.

В зависимости от природы органического радикала карбоновые кислоты R—СООН могут быть алифатическими, ароматическими или гетероциклическими.

В карбоксильной группе присутствуют три полярные ковалентные связи: две связи между атомом углерода и атомами кислорода‚ связь О—Н. Карбоновые кислоты полярны, их группы О—Н и С=О могут принимать участие в образовании водородных связей. За счет таких связей с молекулами воды низшие карбоновые, кислоты (С1—С4) в ней неограниченно растворимы. В молекулах карбоновых кислот можно выделить гидрофильную часть (карбоксильную группу —СООН) и гидрофобную часть (органический радикал R); с увеличением последней растворимость в воде уменьшается. Высшие карбоновые кислоты алифатического ряда (начиная с С10) практически в воде нерастворимы.

В отличие от спиртов межмолекулярная ассоциация карбоновых кислот имеет регулярный характер: жидкие карбоновые кислоты образуют димеры. В парах и водных растворах димеры распадаются на мономеры. Увеличение способности к ассоциации при переходе от альдегидов к спиртам и далее кислотам можно проследить по изменению температур кипения соединений этих классов с близкой молекулярной массой.

Карбоновые кислоты — типичные слабые электролиты. Значения рКа для кислот алифатического ряда составляют 4,7—4,9. Они обладают более высокой кислотностью чем спирты и фенолы. Основная причина состоит в образовании при диссоциации кислоты высоко стабильного ацилат-иона R—СОO, связи и заряды в котором выравнены.

Кислотность карбоновых кислот RСООH зависит от природы радикала R. В свою очередь влияние радикала R на карбонильный атом углерода можно оценить по значению кислотности соответствующей карбоновой кислоты.

Таким образом, карбоновые кислоты отличаются от спиртов и фенолов более высокой кислотностью, от альдегидов и кетонов

их отличает пониженная способность к реакциям присоединения к карбонильной группе, что является следствием +М-эффекта

группы ОН. При нейтрализации кислот щелочами, карбонатами и гидрокарбонатами образуются соли карбоновых кислот со щелочными металлами. В водных растворах они в значительной степени гидролизованы, в связи с чем эти растворы имеют щелочную реакцию.

Вопрос 21. Олеиновая, линолевая, арахиновая и арахидоновая кислоты,-высшие жирные кислоты, их строение и конформации. Омыляемые липиды: классификация, строение, номенклатура, значение. Гидролиз. Реакции присоединения. Прогоркание жиров.

Липиды обладают способностью к гидролизу в кислой и щелочной среде. Поскольку в результате гидролиза в щелочной среде образуются соли высших карбоновых кислот, т. е. мыла, то сами липиды принято называть омыляемыми. Такое название часто встречается в биохимической литературе по той причине, что для группы негидролизующихся низкомолекулярных биорегуляторов продолжают использовать название неомыляемые липиды.

При всем разнообразии строения липидов для них характерны два обязательных структурных компонента — спирты и высшие жирные кислоты.

В состав липидов могут входить следующие спирты:

• высшие одноатомные (С16 и более);

• трехатомный спирт глицерин НОСН2-СН(ОН)-СН2ОН;

• двухатомный аминоспирт сфингозин.

Сфингозин — ненасыщенный длинноцепочечный двухатомный аминоспирт. двойная связь в сфингозине имеет транс-конфигурацию, а асимметрические атомы С-2 и С-З — D-конфигурацию.

Спирты в липидах ацилированы высшими карбоновыми кислотами по соответствующим гидроксильным группам или аминогруппам. В случае глицерина и сфингозина один из спиртовых гидроксилов может быть этерифицирован замещенной фосфорной кислотой.

Поскольку многие высшие карбоновые кислоты были выделены из жиров, то они получили название жирных. Биологически важные жирные кислоты это, как правило, монокарбоновые кислоты с неразветвленной углеродной цепью и четным числом атомов углерода в цепи. В природных кислотах число атомов углерода колеблется от 4 до 22, но наиболее часто встречаются кислоты с 16 или 18 атомами углерода. Они могут быть насыщенными и ненасыщенными. Ненасыщенные кислоты содержат одну или более двойных связей, имеющих цис-конфигурацию. Ближайшая к карбоксильной группе двойная связь обычно расположена между 9-м и 10-м атомами углерода. Если двойных связей несколько, то они отделены друг от друга метиленовой группой СН2.

Из насыщенных кислот в липидах человеческого организма наиболее важны пальмитиновая С16 и стеариновая С18, а из ненасыщенных — олеиновая С19, линолевая С18, линоленовая С18 и арахидоновая С20. Следует подчеркнуть роль полиненасыщенных линолевой и линоленовой кислот как соединений, незаменимых для человека (в организме они не могут быть синтезированы и должны поступать с пищей в количестве около 5 г в день). В природе эти кислоты содержатся в основном в растительных маслах. Они способствуют снижению содержания в крови холестерина — одного из факторов развития атеросклероза, для профилактики и лечения которого применяется линетол, представляющий собой смесь этиловых эфиров высших жирных не насыщенных кислот.

Липиды делят на простые (двухкомпонентные), если продуктами их гидролиза являются спирты и карбоновые кислоты, и сложные (многокомпонентные), когда в результате их гидролиза кроме этого образуются и другие вещества, например фосфорная кислота, углеводы и т. д.

К простым липидам относятся воски, жиры и масла, церамиды. Воски — сложные эфиры высших жирных кислот и высших одноатомных спиртов. Воски образуют защитную смазку на коже человека и животных и предохраняют растения от высыхания. Примером служит этиловый эфир пальмитиновой кислоты (цетилпальмитат, цетин) главный компонент спермацета. Спермацет содержится в спермацетовом масле. Ранее это масло извлекали из головы кашалотов и использовали в качестве индифферентной основы для приготовления различных мазей. Другим примером является триаконтиловый эфир гексакозановой кислоты — компонент пальмового воска.

Жиры и масла (триацилглицериды) — сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот. В организме человека триацилглицерины играют роль структурного компонента клеток или запасного вещества (жировое депо). Их энергетическая ценность примерно в 2 раза больше, чем у белков или углеводов. Однако избыточное количество триацилглицеринов в крови наряду с повышенным содержанием холестерина является фактором, указывающим на предрасположенность к атеросклерозу.

В природе, за редкими исключениями, встречаются только полные эфиры глицерина, т. е. триацилглицерины. Твердые триацилглицерины называют жирами, жидкие — маслами. Простые триацилглицерины содержат остатки одинаковых кислот, смешанные — различных. В составе триацилглицеринов животного происхождения обычно преобладают остатки насыщенных кислот. Эти триацилглицерины, как правило, твердые вещества. Напротив, растительные масла содержат в основном остатки ненасыщенных кислот и имеют жидкую консистенцию. Йодное число — это мера ненасыщенности триацилглицеринов. Оно соответствует массе (г) Йода, которое может присоединиться к 100 г вещества. Состав природных жиров и масел и их полные числа варьируют в достаточно широких пределах. Например, в сливочном масле и молоке содержится заметное количество насыщенных жирных кислот с короткой цепью. В растительных маслах в составе триацилглицеринов преобладают, как правило, ненасыщенные высшие жирные кислоты. Например, льняное и конопляное масла характеризуются высоким содержанием высших жирных кислот с двумя (линолевая) и тремя (линоленовая) двойными связями; подсолнечное и соевое масла — кислот с одной (олеиновая) и двумя (линолевая) двойными связями; в оливковом масле в преобладающем количестве содержится олеиновая кислота. В то же время кокосовое и пальмовое масла отличаются наряду с олеиновой кислотой заметным содержанием насыщенных кислот (лауриновой, пальмитиновой, стеариновой). Триацилглицерины выделенные из различных тканей одного и того же организма, могут значительно различаться по составу. В частности, в подкожной жировой клетчатке больше насыщенных, а в жирах печени — ненасыщенных кислот. Эти соединения в незначительных количествах присутствуют в тканях растений и животных. In vivo они являются предшественниками сложных липидов — сфингомиелинов, цереброзидов, ганглиозидов и пр.

Некоторые природные липиды трудно классифицировать однозначно, так как они содержат группировки, позволяющие отнести их одновременно к нескольким группам. Согласно общей классификации липидов сложные липиды делят на три большие группы

• фосфолипиды

• сфинголипиды

• гликолипиды.