Студопедия
Новини освіти і науки:
Контакти
 


Тлумачний словник






Азоновмістні органічні сполуки.

Література.

1. Хомченко І.Г., Загальна хімія., К.: Вища школа, 1993. С .391-404

 

Органічні сполуки, містять у молекулі атоми азоту, широко розповсюджені у природі. До них відносяться білкові речовини, багато важливих фізіологічно активних сполук, полімерних матеріалів, фарбники, лікарські препарати. До групи найбільш простих по будові азоновмістннх органічних сполук, у яких атом азоту пов'язаний з атомом вуглецю можно віднести слідуючі:

1) нітрозосполуки R-N=0;

2) нітросполуки

3) аміни: первинні R-NH2

вторинні R-NH-R
третинні R-N-R`

R

4) діазосполуки ArN2X

5) азосиолуки ArN2Ar`

6) азіди (алкіл- чи арілазіди) RN3

7) гідрозіни (алкіл чи арілгідрозіни) R-NH-NH2

8) деякі похідні карбонових кислот:

а) аміди R-COO-NH2

б) нітріли R-C=N

в) азіди (ацилазіди) R-COO-N3

г) гідрозіди (ацилгідрозіди) R-COO-NH-NH2

9) сполуки зі змішаними функціями, такі як аміноспирти, амінофеноли, амінокислоти, нітрокислоти та ін.

Нітросполуками називаються речовини, які містять у молекулі нітрогрупу (-NO2), азот якої пов'язаний з атомом вуглецю. У склад молекули органічної сполуки можуть входити одна або декілька нітрогруп. У залежності від будови радикалу, з яким пов'язана нітрогрупа, розрізняють аліфотичні, аліциклічні, ароматичні та гетероцикличні нітросполуки. Будова нітрогруп відрізняється рядом особливостей, впливаючих на фізичні та хімічні властивості нітросполук. Атом азоту на своєму зовнішньому електроному рівні має чотири орбіталі, на яких можуть розташовуватися не більш восьми електронів. Тому формула нітрогрупи, як залишка азотної кислоти, що містить десятиелектрону групіровку електронів азоту – не відповідає дійстності.

Для найменування нітросполук до назви відповідного вуглеводню додають префікс "нітро", наприклад:

 

Добування. Основним методом добування нітросполук є реакція нітрування. Нітрування може проводитися азотною кислотою, нітруючою сумішю (суміш азотної та сірчаної кислот), оксидами азоту. У залежності від будови даної речовини, умов нітрування, характера нітруючого агента під час реакції виникає декілька різних продуктів. Загальна схема реакції має слідуючий вид:



Интернет реклама УБС

R - H R - NO2

або

Ar- H ArNO2

Нітрування алканів та циклоалканів може бути здійснено по реакції Коновалова чи у газовій фазі. Нітрування ароматичних сполук - є приклад реакції електрофільного заміщення.

Фізичні властивості. Нітросполуки жирного ряду - висококипячі рідини, з приємним запахом, мало або зовсім не розчинні у воді. Ароматичні нітросполуки - рідини чи тверді речовини, з запахом гіркого мендалю, отруйні.

Хімічні властивості. Поновлення нітросполук. При поновленні нітросполук утворються первинні аміни. Особливо велике промислове значення має відновлення ароматичних нітросполук:

С6Н5NO2 ®С6Н52

нітробензол анілін

Дія лугів на нітросполуки. При введенні у молекулу вуглеводню нітрогрупа швидко підвищує рухомість атомів водню в α-положенні. Первинні та вторинні нітросполуки здатні розчинятися у лугах з утворенням солей. При дії кислот утворюється нітросполука у аци-нітроформі, яка переходить у нітроформу:

Взаємоперетворення двух форм нітросполук є типічним прикладом дінамічної ізомерії (таутомерія):

Дія азотистої кислоти на нітрування. При взаємодії первинних нітросполук з азотистою кислотою утворюються нітролові кислоти, вторинних - псевдонітроли:

 

Третинні нітросполуки з азотистою кислотою не реагують.

Конденсація з альдегідами. Присутність рухомих α-водневих атомів у первинних та вторинних нітросполуках робить можливим їх конденсацію з альдегідами по альдольно-кротоновому типу:

 

Реакція бензольного ядра ароматичних нітросполук. Реакція заміщення у цьому випадку проходить складніше, ніж для самих вуглеводнів:

 

У присутності у бензольному ядрі декількох нітрогруп, вододіючих електроакцепторними властивостями, ядро у орто- та пара положеннях стає доступним для нуклеофільних реагентів:

 

Використання. Нітропарафіни використовуються у промисловості як розчинники, додаток до дизельного палева, понижуючий температуру їх загорання, при виробництві взривних речовин, пластмас, у реактивній техніці, як напівпродукт у синтезі амінів, альдегідів та кетонів, жирних кислот. Ароматичні нітросполуки - для добування фарбників, пластмас та ін.

Амінами називаються органічні похідні аміаку, в якому один, два або всі три атоми водню заміщені на вуглеводні радикали (насичені, ненасичені, ароматичні).

Назви амінів будуть з назви вуглеводного радикала з додаванням закінчення –амін або з назви відповідного вуглеводню з префіксом аміно.Приклади:

 

Залежно від числа атомів водню, заміщених в аміаку на вуглеводні радикали, розрізнюють первинні, вторинні і третинні аміни:

 

де - вуглеводневі радикали.

Первинні, вторинні і третинні аміни можна добути, здійснивши алкілування (введення алкільного радикала) аміаку. При цьому відбувається поступове заміщення атомів водню аміаку на радикали і утворюється суміш амінів:

NH3+CH3I CH3NH2+HI

CH3NH2+CH3I (CH3)2NH+HI

(CH3)2NH+CH3I (CH3)3N+HI

Звичайно в суміші амінів переважає один з них залежно від співвідношення вихідних речовин.

Для добування вторинних і третинних амінів можна використати реакцію амінів з галогеналкілами:

 

Аміни можна добути відновленням нітросполук. Звичайно нітросполуки піддають каталітичному гідруванню воднем:

 

Цей метод використовують у промисловості для добування ароматичних амінів.

Насичені аміни. За звичайних умов метиламін CH3NH2,диметиламін (СH3)2NH, триметиламін (СН3)3N та етиламін С2H5NH2 – гази з запахом,який нагадує запах аміаку. Ці аміни добре розчиняються у воді.Складніші аміни – рідини, вищі аміни– тверді речовини.

Для амінів характерні реакції приєднання, в результаті яких утворюються алкіламонійні солі.Наприклад,аміни приєднують галогеноводні:

С2H5NH2 + HCL → [С2H5NH3]CL;

Хлорид етиламонію

(CH3)2NH+ HBr→[(CH3)2NH2]Br ;

Бромід диметиламонію

(СH3)3N+ HI→[(CH3)3NH] I ;

Йодид триметиламонію

Третинні аміни приєднують галогенопохідну вуглеводню з утворенням тетраалкіламонійних солей,наприклад:

(C2H5)3N+C2H5I→[(C2H5)4N] I.

Йодид тетраетил амонію

Алкіламонійні солі розчинні у воді і в деяких органічних розчинниках.При цьому вони дисоціюють на іони:

[(C2H5)4N] I ó [(C2H5)4N]++ I-

В результаті водні і неводні розчини цих солей проводять електричний струм. Хімічний зв’язок у алкіламонійних сполуках ковалентний,утворений за донорно-акцепторним механізмом ( як і в іоні амонію):

 

Як і аміак, у водних розчинах аміни виявляють властивості основ. У їх розчинах з'являються гідроксид-іони за рахунок утворення алкіламонійних основ:

 

Лужну реакцію розчинів амінів можна виявити за допомогою індикаторів.

Аміни горять на повітрі з виділенням СО2, азоту і води, наприклад:

 

Первинні, вторинні і третинні аміни можна розрізнити, використовуючи азотисту кислоту НNО2. Під час взаємодії цієї кислоти з первинними амінами утворюється спирт і виділяється азот:

 

Вторинні аміни дають з азотистою кислотою нітрозо-сполуки, які мають характерний запах:

 

Третинні аміни не реагують з азотистою кислотою.

Анілін С6Н52 є найважливішим ароматичним аміном. Це безбарвна оліїста рідина, яка кипить при температурі 184,4°С.

Анілін був уперше добутий у XIX ст. російським хіміком-органіком М.М.Зініним, який використав реакцію відновлення нітробензолу сульфідом амонію (NH4)2S У промисловості анілін добувають каталітичним гідруванням нітробензолу з використанням мідного каталізатора:

 

Старий спосіб відновлення нітробензолу, який втратив промислове значення, полягав у використанні заліза як відновника при наявності кислоти.

За хімічними властивостями анілін багато в чому аналогічний насиченим амінам, однак порівняно з ними є більш слабкою основою, що обумовлено впливом бензольного ядра. Вільна електронна пара атома азоту, з наявністю якої пов'язані основні властивості, частково втягується в - електронну систему бензольного ядра:

 

Зменшення електронної густини на атомі азоту знижує основні властивості аніліну. Анілін утворює солі лише з сильними кислотами. Наприклад, з хлороводневою кислотою він утворює хлорид феніламонію:

 

Азотиста кислота утворює з аніліном діазосполуки:

 

Діазосполуки, особливо ароматичні, мають велике значення в синтезі органічних барвників. Деякі особливі властивості аніліну обумовлені наявністю в його молекулі ароматичного ядра. Так, анілін легко взаємодіє в розчинах з хлором і бромом, при цьому відбувається заміщення атомів водню в бензольному ядрі, які - перебувають в орто- і пара- положеннях відносно аміногрупи:

 

Анілін сульфується під час нагрівання з сірчаною кислотою, при цьому утворюється сульфанілова кислота:

 

Сульфанілова кислота — важливий проміжний продукт при синтезі барвників і лікарських препаратів. Гідруванням аніліну при наявності каталізаторів можна добути циклогексиламін:

 

Анілін використовують у хімічній промисловості для синтезу багатьох органічних сполук, у тому числі барвників і ліків.

Амінокислоти— це органічні сполуки, до складу яких входять дві функціональні групи: карбоксильна— СООН і аміногрупа—NН2.

Назви амінокислот за замісниковою номенклатурою будують з назви кислоти з префіксомаміно-; положення аміногрупи зазначають цифрою звичайно прийнятим способом. Приклади:

 

Для амінокислот широко поширені раціональні назви. При побудові таких назв вуглецеві атоми молекулярного ланцюга позначають грецькими літерами( ), починаючи з атома вуглецю, сполученого з СООН-групою. Побудову таких назв можна спостерігати з таких прикладів:

 

Є амінокислоти, що містять дві або кілька аміногруп і карбоксильних груп, наприклад:

 

Властивості. Амінокислоти являють собою кристалічні речовини. Більшість амінокислот добре розчинні у воді.

Особливості хімічних властивостей цих сполук обумовлені одночасною наявністю в молекулах двох функціональних груп.

1. Утворення внутрішніх солей. Карбоксильна група, що входить до складу амінокислот, має кислотні властивості (може відщеплювати протон), аміногрупа — основні властивості (може приєднувати протон). За рахунок взаємодії цих двох груп амінокислоти можуть утворювати внутрішні солі, наприклад:

 

Ця властивість амінокислот пояснює причину відсутності кислої або лужної реакції розчинів цих сполук.

2. Утворення солей з лугами або кислотами. Амінокислотам властива амфотерність; вони можуть реагувати як з лугами, так і з неорганічними кислотами, утворюючи солі.

Наприклад, амінооцтова . кислота дає з лугами сіль, типову для кислот (заміна водню в гідроксильній групі на катіони металу), а в реакції з кислотою утворюється алкіламонійна сіль, характерна для амінів:

 

3. Утворення складних ефірів. Зі спиртами амінокислоти, як усі карбонові кислоти, утворюють складні ефіри, наприклад:

 

4. Декарбоксилування. Під час нагрівання амінокислот відбувається втрата ними карбоксильної групи і утворюються аміни:

 

5. Алкілування амінокислот. Як і амін, амінокислоти можуть взаємодіяти з галагенопохідним вуглеводнів з поступовим заміщенням атомів водню в NН2-групі на алкільний радикал:

 

6. Утворення пептидів. - амінокислоти можуть сполучатися одна з одною в результаті взаємодії карбоксильної групи і аміногрупи окремих молекул, наприклад:

 

Сполука, яка утворюється, називається пептидом. Розрізняють дипептиди (молекула складається з двох залишків амінокислот), трипептиди (з трьох залишків амінокислот) і т. д., поліпептиди. Групу —СО—NН— називають пептидною.

Амінокислоти білків.Як було зазначено вище, деякі амінокислоти можна добути з природних сполук – білків. Таких амінокислот понад двадцять, усі вони є - амінокислотами.

Добування і застосування.

Амінокислоти добувають дією аміаку на галогенозаміщені карбонові кислоти,наприклад:

CH3–CH–COOH + 2NH3–>CH3–CH–COOH + NH4CL

│ │

CL NH2

Амінокислоти виділяються також піл час гідролізу природник сполук — білків. Велике промислове значення має 6-аміногексанова кислота H2N—(СН2)5—СООН, з якої виробляють важливий синтетичний полімер— капрон. Вихідна сировина для добування капрону— капролактам, який являє собою внутрішній амід цієї кислоти:

Під час полімеризацїі капролактаму утворюється поліамід складу [—NH—(СН2)5—СО—]n. Цей полімер розплавляють і пропускають крізь отвори (фільєри) для витягування волокон. Капронове волокно має високу міцність. З капрону виготовляють також плівку, деталі механізмів, електроізолятори.

Поліконденсацією ω -аміноенантової кислоти Н2N—(СН2)6—СООН добувають інший синтетичний поліамід —енант—NН (СН2)6—СО—)m який за властивостями аналогічний капрону.

α-Амінокислоти білків необхідні людині і тваринам для синтезу білків у організмі. Ці речовини обов'язково входять до складу харчових продуктів. Багато амінокислот міститься в лікарських препаратах.

Таблиця №1. Деякі амінокислоти білків

 

Формула Назва
За замiсниковою номенклатурою За рацiональною номенклатурою Тривiальна
HN-CH-COOH Амiноетанова кислота Амiнооцтова кислота Глiцин, глiкокол
CH3-CH-COOH │ NH2 2-Амiнопропанова кислота α-Амiнопропiонова кислота α-Аланiн
CH-CH-CH-COOH │ │ H3C NH2 2-Амiно-3-метилбутанова кислота α-Амiноiзова-лерiанова кислота Валiн
CH3-CH-CH2-CHCOOH │ │ CH3 NH2 2-Амiно-4-метилпентанова кислота α-Амiноiзо-капронова кислота Лейцин
CH3-CH-CH-CH-COOH │ │ H3C NH2 2-Амiно-3-метилпентанова кислота α-Амiно-β-метил-β-етилпропiонова кислота Iзолейцин
CH3-CH-CH-COOH │ │ OH NH2   2-Амiно-3-гiдроксибутанова кислота α-Амiно-β-гiдроксимасляна кислота Треонiн
CH2-CH-COOH │ │ SH NH2 2-Аміно-3-тіопропанова кислота α-Аміно-β-тіопропінова кислота Цистеїн
CH2-(CH2)3-CH-COOH │ │ NH2 NH­2 2,6-Діаміно-гексанова кислота α,ε-Діамінокапронова кислота Лізин
HOOC-CH2-CH-COOH │ NH2 2-Амінобутанова кислота α-Аміноянтарна кислота Аспара-гінова кислота

Білками називають природні полімерні речовини, які складаються із залишків -амінокислот (див.табл. №1). Амінокислоти в білках сполучені пептидними зв'язками С—N. Структуру ланцюга такого білкового полімеру можна подати так:

 

де бічні радикали однакових або різних -амінокислот.

Число залишків амінокислот, які входять до пептидного ланцюга, буває дуже значним, тому відносні молекулярні маси білків можуть досягати кількох мільйонів. До поширених білків належать альбумін (міститься в курячих яйцях), гемоглобін (у крові людини), казеїн (у коров'ячому молоці), міоглобін та міозин (у м'язах). Білки є одними з найважливіших біологічних речовин: вони необхідні для життєдіяльності організмів.

Серед білків виділяють прості білки, або протеїни, пептидні ланцюги яких створюються тільки -амінокислотами, і складні білки, або протеїди, які

 

складаються із залишків - амінокислот та небілкових речовин.

Структура білка. Сучасні експериментальні методи дали змогу встановити структуру природних білків. Розрізняють первинну, вторинну, третинну і четвертинну структури білка.

Первинна структура білка—це структура пептидного ланцюга, тобто амінокислотний склад і послідовність черговості залишків амінокислот у ланцюгу білкової молекули.

Пептидний ланцюг має певну просторову форму, яка становить вторинну структуру білка. У природних білках пептидний ланцюг має форму спіралі, звичайно її називають -спіраллю. Спіралеподібна форма молекули зберігається за рахунок виникнення водневих зв'язків між атомами водню і кисню в пептидній групі, які розміщуються між витками спіралі(рис.29.1).

У свою чергу, - спіраль може займати певне положення в просторі, яке визначає третинну структуру білка. На рис. 29.2 показаний фрагмент просторового розміщення спіралеподібної молекули одного з білків. Таке положення білкової молекули також пов'язане з наявністю водневих зв’язків. Білкові молекули, які мають певне просторове розміщення (третинну структуру), називають глобулами.

Під четвертинною структурою білкарозуміють просторове розташування самих глобул.

Свою біологічну функцію білки виконують при умові, що зберігаються вторинна і третинна структури. Руйнування третинної і вторинної структур називається денатурацією білка. При денатурації зберігається тільки первинна структура білка, тобто пептидний ланцюг. Денатурацію білків може викликати дія хімічних речовин (кислот, лугів, спиртів, ацетону), нагрівання, підвищений тиск, радіоактивне опромінення.

Хімічні властивості. Важливою властивістю білків є здатність їх до гідролізу під дією кислот або біологічно активних речовин—ферментів. В результаті гідролізу руйнуються пептидні ланцюги білків і утворюється суміш -амінокислот. Під час гідролізу протеїдів крім амінокислот утворюються і інші речовини.

Для білків характерні кольорові реакції, за допомогою яких здійснюють якісний хімічний аналіз білків:

а) біуретова реакція — дія на білок розчину лугу і розчину сульфату міді (II), при цьому розчин набуває фіолетового забарвлення;

б) ксантопротеїнова реакція (для білків, що містять бензольні ядра)—дія концентрованої азотної кислоти з появою жовтого забарвлення. При добавлянні лугу жовте забарвлення змінюється на оранжеве;

в) цистеїнові реакція (для білків, що містять сірку) — кип'ятіння розчину білка з ацетатом свинцю (II) з появою чорного забарвлення;

г) реакція Меллона (для білків, що містять фрагменти фенолу) — кип'ятіння розчину білка з реактивом Меллона (розчином, який містить Нg(NО3)2 і НNО2) з появою червоного забарвлення;

д) реакція з нітропрусидом натрію (для білків, що містять групи —SН), з яким білки дають червоне забарвлення в аміачному середовищі.

Добування і застосування. Білки виділяють переважно з рослин і тварин. Ведуться роботи з штучного добування білкових речовин. Так, синтезовані білки інсулін і рибонуклеаза.

Білки є необхідним компонентом харчових продуктів. У процесі приготування їжі (кип'ятіння, смаження тощо) вони звичайно денатуруються: в такому вигляді вони легше перетравлюються. Білки, які людина вживає з їжею, зазнають гідролізу. Амінокислоти, що утворилися, йдуть на побудову білків організму. Білки входять до складу багатьох лікарських препаратів.

 


Читайте також:

  1. Адаптивні (органічні) ОСУ
  2. Азот, фосфор, біогенні елементи та їх сполуки, органічні речовини
  3. Білки – це високомолекулярні органічні біополімери, мономерами яких є амінокислоти.
  4. Вуглеводи – складні органічні сполуки, до складу яких входять атоми вуглецю (С), кисню (О) та водню (Н).
  5. Галогени та галогеновмісні сполуки.
  6. Гемоглобін, будова, властивості, види, сполуки.
  7. КАУСТОБІОЛІТИ І ЇХ ОРГАНІЧНІ УТВОРЕННЯ
  8. Органічні полімерні матеріали
  9. Органічні речовини клітини
  10. ОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ.
  11. Спирти і феноли – це органічні речовини, молекули яких містять гідроксильні групи , сполучені з вуглеводневим радикалами. Загальна назва спиртів і фенолів – гідроксильні сполуки.




<== попередня сторінка | наступна сторінка ==>
Лекція № 12 | Хімічний склад їжі.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:


 

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.


Генерація сторінки за: 0.005 сек.