Билет №2

1. Биологически важные классы органических соединений: спирты, фенолы, тиолы, эфиры, сульфиды, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и их производные, сульфокислоты.

Спиртами называются производные углеводородов, в молекулах которых содержится одна или несколько – ОН групп, связанных с насыщенными атомами углерода. По числу гидроксогруппгрупп делятся на одноатомные и многоатомные. Свойства: образование алкоголятов, образование сложных и простых эфиров, галогенирование, внутримолекулярная дегадратация. Биологически важные: сорбит (гексангексаол), глицерин (пропантриол), бутиловые (С₄Н₉ОН) и амиловые (C₅H₁₁OH) спирты.

Фенолы – производные аренов, в которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильные группы. Фенолы в большинстве реакций по связи активнее спиртов, эта связь более полярна за счет смещения электронной плотности от атома кислорода в сторону бензольного кольца. Кислотность фенолов значительно выше, чем спиртов. Для фенолов реакции разрыва связи С – О не характерны. Взаимное влияние атомов в молекуле фенола проявляется не только в особенностях поведения гидроксогруппы, но и в большей реакционной способности бензольного ядра. Гидроксильная группа повышает электронную плотность в бензольном кольце. Обнаруживаются качественной реакцией с хлоридом трёхвалентного железа (сине-фиолетовое окрашивание). Биологически важные: фенол (антисептик, очень токсичен), крезол (обеззараживающее средство)

Тиолы – содержат в молекуле меркаптогруппу — SH (сульфгидрильную группу), непосредственно связанную с органическим радикалом. Полярность связи S-H значительно ниже, чем полярность связи O – H, в результате водородные связи между молекулами тиолов значительно слабее, чем у спиртов. Легко, даже под действием слабых окислителей, превращаются в дисульфиды. Тиолы обладают слабыми кислотными свойствами, более сильными, чем соответствующие спирты. Биологически важные: кофермент-А.

Сложные эфиры – продукты замещения атомов водорода групп –ОН в минеральных или карбоновых кислотах на углеводородные радикалы. Большинство реакций сложных эфиров связано с нуклеофильной атакой по карбонильному атому углерода и замещением алкоксигруппы. Биологически важные: жиры, воска

Простые эфиры – бесцветные жидкости с характерным запахом; они не образуют межмолекулярных водородных связей, в отличие от спиртов не ассоциированы и поэтому более летучи, чем спирты с тем же числом углеродных атомов. Простые эфиры плохо растворяются в воде, хорошо – в органических растворителях, растворяют органические соединения. Биологически важные: диэтиловый эфир (анестетик).

Сульфиды (тиоэфиры) — жидкости или легкоплавкие твёрдые вещества, обладающие характерным неприятным «сераорганическим» запахом. Органические сульфиды более слабые основания, чем простые эфиры, но обладают большей нуклеофильностью. С различными электрофильными реагентами (кислоты Льюиса, соли тяжелых металлов) образуют донорно-акцепторные комплексы. Реакция органических сульфидов с алкилиодидами, диалкилсульфатами и алкилсульфонатами, а также со спиртами в присутствии кислот приводит к солям сульфония. Тиоэфирная группа входит в состав важных биологических соединений — витамина B₇ и незаменимой аминокислоты метионина.

Альдегидыикетоны весьма схожи, различие заключается в том, что последние имеют при карбонильной группе два заместителя. Поляризация двойной связи «углерод-кислород» по принципу мезомерного сопряжения позволяет записать следующие резонансные структуры: С=О <=> С⁺—О⁻. В общем случае химические свойства альдегидов аналогичны кетонам, однако альдегиды проявляют большую активность, что связано с большей поляризацией связи. Кроме того, для альдегидов характерны реакции, не характерные для кетонов, например гидратация в водном растворе: у метаналя в связи с ещё большей поляризацией связи — полная, а у других альдегидов — частичная. Токсичны. Способны накапливаться в организме. Кроме общетоксичного, обладают раздражающим и нейротоксическим действием. Биологически важные: муравьиный альдегид (обладает способностью свертывать белки, дезинфицирующее средство и консервант анатомических препаратов в водном растворе, или формалине).

Карбоновые кислоты проявляют высокую реакционную способность и вступают в реакции с различными веществами, образуя разнообразные соединения, среди которых большое значение имеют функциональные производные: сложные эфиры, амиды, нитрилы, соли, ангидриды, галогенангидриды. Биологически важные: муравьиная, уксусная, щавелевая, стеариновая, олеиновая, пальмитиновая кислоты.

Сульфокислоты обладают всеми характерными свойствами кислот: образуют соли и эфиры (сульфонаты), галогенангидриды (сульфогалогениды), ангидриды, амиды и т.д. При восстановлении сульфокислот или сульфохлоридов цинковой пылью образуются сульфиновые кислоты RS(O)OH, при использовании сильных восстановителей или в кислой среде – тиолы RSH. Сульфокислоты мало распространены в природе. Биологически важные: таурин (1,2-аминоэтан-сульфоновая кислота).

2. Алкалоиды. Метилированные ксантины (теобромин, теофиллин, кофеин). Представление о строении никотина, морфина, хинина, атропина.

Алкалоидами называют гетероциклические азотсодержащие основания растительного происхождения, обладающие выраженным физиологическим действием. Алкалоиды представляют собой третичные амины и содержатся в виде солей органических кислот. Алкалоиды – бесцветные кристаллические вещества горького вкуса, практически не растворимы в воде, но растворимые в органических растворителях – эфире, хлороформе и т.д. Соли их растворимы в воде и нерастворимы в органических растворителях. В основе структуры алкалоидов обычно лежит какой либо гетероцикл. К алкалоидам пуринового ряда относятся метилированные по азоту производные ксантина – 1,3,7-триметилксантин, или кофеин, 1,3-диметилксантин, или теофиллин, и 3,7-диметилксантин, или теобромин. Их природными источниками служат листья чая, зерна кофе, бобы какао. Кофеин может быть получен при метилировании ксантина, теофиллина и теобромина метилйодидом. Кофеин – эффективное средство, возбуждающее ЦНС и стимулирующее работу сердца. Теофиллин и теобромин обладают сильными мочегонными свойствами, т.е являются диуретиками.

3. Сколько конфигурационных стереоизомеров у 1,6-дибромгексантетраола-2,3,4,5? Имеются ли среди них мезоформы? Приведите проекционные формулы для двух σ-диастереомеров.

CH2 – C^*H – C^*H – C^*H – C^*H – CH2

| | | | | |

Br OH OH OH OH Br

Согласно формуле, общее количество стереоизомеров соединения находится по формуле: N=2ⁿ , где n – число центров хиральности в молекуле, то есть для данного соединения N=16. Однако в их числе имеется 2 энантиомерные пары, выраждающиеся в мезоформы, поэтому из получившегося по формуле числа нужно вычесть количество таких пар. В результате получаем, что данное соединение имеет 14 стереоизомеров.

CH₂Br

H OH

H OH

H OH

H OH

CH₂Br

CH₂Br

HO H

HO H

H OH

H OH

CH₂Br

4. Какое из соединений – этиловый эфир 4-оксопентановой кислоты или этиловый эфир 3-оксобутановой кислоты – предпочтительно существует в виде таутомерных форм? Обоснуйте свой вывод, приведите схему таутомерного равновесия.

В виде таутомерных форм предпочтительно существует этиловый эфир 3-оксобутановой кислоты, так как в результате таутомерного кето-енольного перехода в этом случае образуются π-сопряжённая электронная система и дополнительная стабилизирующая водородная связь, образование которой в таком случае происохит легче, чем в случае с этиловым эфиром 4-оксопентановой кислоты из-за более близкого расположения двух оксогрупп, одна из которых входит в состав сложноэфирной связи.

5. Напишите уравнения реакций, доказывающих амфотерные свойства 8-гидроксихинолина.

Кислотные свойства 8-гидроксихинолина проявляются в реакции образования хелата его с ионом двухвалентного металла (обозначен буквой М).

+Mg →

+ HCl → [ ⁺ ] Cl^-

H

Последняя реакция демонстрирует основные свойства 8-гидроксихинолина.