Гидроксисоединения
Спирты
Строение спиртов
Классификация спиртов
Спирты
Спирты
Спирты
Номенклатура спиртов
Физические свойства спиртов
Спирты
Спирты
Спирты
Спирты
Спирты
Химические свойства спиртов
Спирты
Спирты
Спирты
Спирты
Спирты
Спирты
Спирты
Фенолы
Фенолы
Физические свойства фенола
Химические свойства фенолов
Фенолы
Фенолы
Карбонильные соединения
Альдегиды и кетоны
Классификация. Номенклатура. Реакционные центры
Отдельные представители альдегидов
Формальдегид
Альдегиды и кетоны
Альдегиды и кетоны
Альдегиды и кетоны
Отдельные представители кетонов
Физические свойства альдегидов и кетонов
Применение альдегидов в стоматологии
Химические свойства
Альдегиды и кетоны
Альдегиды и кетоны
Альдольная и кротоновая конденсация
7.07M
Категория: ХимияХимия

Кислородсодержащие классы органических соединений. Гидроксисоединения. Карбонильные соединения. (Лекция 3)

1.

ОМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ
АКАДЕМИЯ
КАФЕДРА ХИМИИ
БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Лекция 3
Кислородсодержащие классы
органических соединений.
Гидроксисоединения.
Карбонильные соединения
Лектор: доктор биологических наук, профессор, зав.
кафедрой химии Степанова Ирина Петровна

2.

ЦЕЛИ ЛЕКЦИИ
ОБУЧАЮЩАЯ: сформировать знания о
строении, номенклатуре и реакционной
способности спиртов, фенолов и
карбонильных соединений.
РАЗВИВАЮЩАЯ: расширить кругозор
обучающихся на основе интеграции знаний,
развить логическое мышление.
ВОСПИТАТЕЛЬНАЯ: содействовать
формированию у обучающихся устойчивого
интереса к изучению дисциплины.

3.

ПЛАН ЛЕКЦИИ
• Спирты
• Фенолы
• Альдегиды и кетоны

4. Гидроксисоединения

Гидроксисоединения – это вещества,
которые в своем составе содержат OHгруппы. К ним относят спирты, фенолы,
нафтолы и др. вещества.

5. Спирты

Спирты – это гидроксисоединения, в
молекулах которых OH-группы связаны с
насыщенным атомом углерода,
3
находящимся в состоянии sp-гибридизации.
Общая формула R-OH.

6. Строение спиртов

109o
CH3
H
O
sp3
..
..
Две конформации этанола в кристаллическом состоянии

7. Классификация спиртов

I. По числу OH-групп различают:
a) одноатомные спирты
CH3-CH2-OH
CH2-OH
этанол (используется как
антисептическое средство и
растворитель)
бензиловый спирт (используется
для приготовления препаратов,
используемых при лечении кожных
и инфекционных заболеваниях)

8. Спирты

b) многоатомные спирты (содержат 2 и
более гидроксильные группы)
CH2-OH
CH-OH
Диольный
фрагмент
Глицерин (является
структурным
компонентом липидов)
CH2-OH
CH2 - OH
CH - OH
HO - CH
CH - OH
CH -OH
CH2 - OH
Сорбит (используется в
качестве
заменителя сахара)

9. Спирты

OH
HO
OH
HO
OH
OH
Инозит (структурный
компонент мозгового
вещества)

10. Спирты

II. В зависимости от характера углеродного
звена, с которым соединена OH-группа
различают
a) первичные спирты
CH3 CH2 CH2 CH2 OH
бутанол-1
b) вторичные спирты
CH3 CH2 CH CH3
бутанол-2
OH
с) третичные спирты
CH3
CH3 C
CH3
OH
2-метилпропанол-2

11. Номенклатура спиртов

CH3 OH
CH3 CH2 OH
CH3 CH2 CH2 OH
CH3 CH CH3
OH

12. Физические свойства спиртов

Молекулы спиртов образуют водородные
связи между собой и с молекулами воды.
O H
O H
O H
O H
R
R
R
R
Низшие члены гомологического ряда
спиртов являются жидкостями и, начиная с
C12, одноатомные спирты становятся
твёрдыми телами.

13. Спирты

Гидроксигруппа является сильно полярной
группой, поэтому низшие спирты
растворяются в воде неограниченно:
метанол, этанол, пропанол смешиваются с
водой во всех отношениях.
С увеличением количества атомов
углерода спирты всё более начинают
напоминать углеводороды.
Растворимость амилового спирта
(пентанола-1) – 2,7 г/ 100 мл, растворимость
октанола-1 – 0,059 г/ 100 мл.

14. Спирты

НЕ ПЕЙ
МЕТИЛОВЫЙ
СПИРТ
Метиловый спирт
считается самым ядовитым
спиртом. Прием внутрь
вызывает слепоту или смерть.

15.

Спирты
Общее действие этанола
характеризуется угнетением функции
ЦНС, а возникающие на начальных
этапах эйфория и возбуждение
являются признаками ослабления
тормозных механизмов ЦНС.

16. Спирты

Злоупотребление
этанолом ведёт к развитию
алкоголизма,
деградации
личности,
психическим
расстройствам
и
соматическим
заболеваниям.

17. Спирты

В молекуле спиртов можно выделить
несколько реакционных центров:
• О-Н кислотный центр за счет полярности
связи способный к отщеплению протона
• Основный нуклеофильный центр-атом
кислорода, имеющий неподеленную пару
электронов:
..
О

18. Спирты

19. Химические свойства спиртов

1. Спирты проявляют слабые кислотные и
слабые основные свойства, то есть
являются амфолитами.
Кислотные свойства:
2 C2H5OH + 2 Na
2 C2H5ONa + H2
Этоксид натрия
CH CH ONa + H O → CH CH OH + NaOH
3 2
2
3 2
По кислотным свойствам спирты уступают воде.

20. Спирты

Основные свойства спиртов
обусловлены наличием на атоме
кислорода гидроксильной группы
неподеленной пары электронов,
способной присоединять протон.
R-ОН + Н+ → R- О+ ̶ Н
катион
¨
l
оксония
Н

21. Спирты

2. Реакции окисления: внутри организма (in
vivo) эти реакции протекают с участием
ферментов дегидрогеназ.
Окисление первичных и вторичных спиртов:
При окислении
первичных спиртов
Н
О
а)
НАД+
СН
СН3 – СН
+ НАДН
образуются
вторичных
– + Н+
3 – СН2 – С – ОНальдегиды,
2 – С
кетоны.
Н
пропаналь
Н
пропанол -1
б)
НАД+
СН3 – СН – СН3
СН3 – С – СН3
ОН
О
пропанол-2
пропанон
+ НАДН + Н+

22. Спирты

3. Реакции нуклеофильного замещения (SN):
СН3 – СН2 – ОН + НCl
этанол
СН3 - СН2 – Сl
хлорэтан
+
Н2О

23. Спирты

4. Реакции дегидратации:
t
H2SO4
+ H O C2H5
C2H5 При
O H межмолекулярной
дегидратации
C2H5 O C2H5 +
образуются простые эфиры, при
этанол
диэтиловый эфир
внутримолекулярной – алкены.
1
2
H2C HC
H
3
4
CH CH3
OH H
бутанол-2
H2SO4
-H2O
H3C HC
CH CH3
бутен-2
H2O

24. Спирты

5.Реакция этерификации:
t
H2SO4
O
CH3 C
OH + H O C2H5
уксусная кислота
этанол
O
CH3 C
+
O C2H5
этилацетат
H2O

25. Спирты

6. Реакция хелатообразования:
Многоатомные спирты, проявляя более
выраженные
кислотные
свойства
по
сравнению с одноатомными спиртами при
взаимодействии с Сu(ОН)2 в щелочной среде
образуют растворимый хелатный комплекс
ярко синего цвета.
Данная
реакция
используется
для
качественного обнаружения многоатомных
спиртов.
В реакцию при этом вступает α-диольный
фрагмент.

26. Спирты

CH2 - OH
2 CH - OH
+ Cu(ОН)2
CH2 - OH
+2ОН-4Н2О
2О – СН2
CH2 - O
CH - O
CH2 - OH
Cu
О – СН
НО – СН2
Анионный хелатный комплекс глицерат меди (II)
Раствор синего цвета

27. Фенолы

Фенолы – гидроксисоединения, в
молекулах которых OH-группы
непосредственно связаны с атомами
углерода бензольного кольца.
По количеству OH-групп различают:
a) Одноатомные фенолы
OH
фенол

28. Фенолы

b) многоатомные фенолы
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
пирокатехин
резорцин
гидрохинон
пирогаллол

29. Физические свойства фенола

Фенол- кристаллическое вещество, антисептик.

30.

Применение фенолов в стоматологии
Препараты на основе фенола
Фенол - сильное
дезинфицирующее
средство;
применяется для
обезвреживания ран, в
процессе лечения
воспалительных
заболеваний полости
рта, горла и уха, а
также как консервант
для инъекционных
растворов.

31.

Применение фенолов в стоматологии
Препараты на основе пара-хлофенола

32.

Применение фенолов в стоматологии
Препараты на основе производных
фенола

33.

Применение фенолов в стоматологии
Резорцин-формалиновый метод
пломбирования корневого канала
Из-за токсичного действия резорцинформалиновой смеси постепенно
атрофируется десна, оголяя корни
зуба. Итог - в 75 % случаев требуется
повторное вмешательство.
Зуб становится хрупким, начинает
крошиться. И, самое печальное,
"резорцин-формалиновые" зубы, как
Зуб, леченый резорцинправило, невозможно использовать в
формалином. Характерная
качестве опоры для протеза.
особенность –
красноватый оттенок зуба.

34. Химические свойства фенолов

1. Кислотные свойства:
O Na
OH
+
фенол
+
+
NaOH
фенолят натрия
H2O

35. Фенолы

2. Реакции электрофильного замещения (SE):
OH
OH
Br
Br
а)
+ 3 Br2
+
3 HBr
Br
фенол
2, 4, 6 -трибромфенол
OH
б)
OH
+ 3 HNO3
H2SO4 t
NO2
O2N
+
NO2
фенол
пикриновая кислота
3 H2O

36. Фенолы

3. Окисление фенолов:
O
OH
+
-2H , -2 e
+
+2H ,+2e
OH
гидрохинон
O
хинон

37. Карбонильные соединения

Карбонильные соединения - соединения,
содержащие карбонильную группу:
sp2
sp2
C
O
0,123 нм
карбонильная группа
оксогруппа
кетогруппа

38.

Электронное строение карбонильной группы
2
Атом углерода находится в состоянии sp -гибридизации.
Гибридные орбитали располагаются в одной плоскости,
валентный угол составляет 120°.

39.

Электронное строение карбонильной группы
P орбиталь

40.

Электронное строение карбонильной группы
Атом углерода соединен с атомом кислорода двумя
ковалентными связями (σ- и π-связи).
P орбиталь

41.

Электронное строение карбонильной группы
P орбиталь
Орбитали
перекрываются

42.

Электронное строение карбонильной группы
P орбиталь
орбитали
перекрываются
новая
орбиталь

43.

Электронное строение карбонильной группы
π-связь сильно поляризована, её электронная плотность смещена к
более элекроотрицательному элементу кислороду, на котором
возникает частичный отрицательный заряд. На атоме углерода при
этом наблюдается недостаток электронной плотности.
P орбиталь
орбитали
перекрываются
Новая
орбиталь

44.

Электронное строение карбонильной группы
.. O ..
.. _
.. O ..
C
C+

45. Альдегиды и кетоны

В зависимости от характера связанных с карбонильной
группой заместителей карбонильные соединения делятся на
альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и их функциональные
производные:
O
O
R C R
R C H
кетон
альдегид
O
R C ..
O
.. H
O
R C ..
O
.. R
O
R C ..
..
X
..
O
R C ..
N R
R
карбоновая кислота сложный эфир
ацилгалогенид
амид

46. Классификация. Номенклатура. Реакционные центры

В молекулах альдегидов и кетонов выделяют
следующие реакционные центры:
Oδ-
α
R
δ+
CH
C
H
3
1
H (R)
2
1 – n основный центр
2 – электрофильный центр
3 – α-CH-кислотный центр

47. Отдельные представители альдегидов

O
a) Предельные альдегиды
H
O
формальдегид
(метаналь)
H C
CnH2n + 1C
H
Газ с резким
неприятным запахом,
ПДК 0,05 мг/м3

48. Формальдегид

Формалин – раствор,
содержащий 40%
формальдегида, 8% метанола,
52 % воды. Используется для
бальзамирования и
консервации биологических
объектов

49.

Предельные альдегиды
O
H3 C
C
H
ацетальдегид
(этаналь)
Запах яблок
O
H3 C CH2 C
H
пропионовый альдегид
(пропаналь)

50. Альдегиды и кетоны

O
H3C CH2 CH2 C
масляный альдегид
(бутаналь)
H
O
H3C CH2 CH2
CH2 C
H
валериановый
альдегид
(пентаналь)
O
H3C CH2 CH2 CH2 CH2 C
капроновый альдегид
(гексаналь)
H

51.

Непредельные альдегиды: акролеин
O
H C
2
CH
C
Н

52.

Акролеин
O
H C
2
CH
C
Н

53.

Акролеин
O
H C
2
CH
C
Н

54.

Акролеин
O
H C
2
CH
C
Н

55. Альдегиды и кетоны

O
H3C
CH
CH
C
H
кротоновый
альдегид

56. Альдегиды и кетоны

Ароматические альдегиды
бензальдегид

57. Отдельные представители кетонов

O
CH3 C CH3
пропанон (диметилкетон)
O
CH3 C CH2 CH3
бутанон (метилэтилкетон)
O
CH3 C CH2 CH2 CH3
пентанон-2 (метилпропилкетон)
O
CH3 CH2 C CH2 CH3
пентанон-3 (диэтилкетон)
O
CH3 C CH CH2
бутенон (метилвинилкетон)

58. Физические свойства альдегидов и кетонов

Низшие альдегиды – газы с резким запахом.
Низшие кетоны являются подвижными жидкостями
с освежающим запахом.
Низшие кетоны и альдегиды смешиваются и с
водой, и с органическими гидрофобными
растворителями.
С увеличением углеводородной цепи
растворимость в воде уменьшается.

59. Применение альдегидов в стоматологии

O
O
С
H
СH
2
СH
2
СH
2
Глутаровый альдегид
входит в состав
дезинфицирующие средств
стоматологических оттисков,
зубопротезных заготовок,
артикуляторов.
СH
2
C
H

60.

Химические свойства
Нуклеофильное присоединение
Окисление и
восстановление
O
C C
H
Замещение атома
водорода при
α-углероде
R (H)

61.

Химические свойства
1.Реакции нуклеофильного присоединения (A ).
N
Механизм:
1)
OO
C
C
RDS
+
+
Z
Y Z
2)
O
C
Z
+
Y
O
OY
C
C
Z
Z
OY
C
Z

62.

Химические свойства
Механизм:

63.

Химические свойства
Присоединение спиртов (реакция ацетализации):
O
C
+
+ ROH, H
OH
C
OR
OR
C
OR
acetal
Ацеталь
hemiacetal
Полуацеталь

64. Химические свойства

Пример:
В избытке спирта полуацетали превращаются
OH
в ацетали:
O
HCl
H3C C
OH
H3C C
H
+ HO
CH3
-H2O
HCl
H
+ HO
O CH3
CH3
H3C C H
O
O CH
CH33
H3C C H + H2O
полуацеталь
O CHнол
(1 - метоксиэта
3 - 1)
1,1 - диметоксиэтан

65. Альдегиды и кетоны

2. Окисление альдегидов:
O
а) H3C
C
+
2 Cu(OH)2
t0
H
ацетальдегид
O
H3C
C
+
2CuOH
OH
уксусная кислота
Cu2O H2O
кирпичнокрасный
осадок
+ H2 O

66. Альдегиды и кетоны

б) Реакция «серебряного зеркала»:
O
CH3 C
H
ацетальдегид
Ag(NH3)2OH
-Ag
O
CH3 C
OH
уксусная кислота

67.

Альдегиды и кетоны
3. Альдольная
и кротоновая
конденсация
Общая схема
альдольной
конденсации:
Под влиянием основных катализаторов альдегиды реагируют с
образованием продуктов, имеющих удвоенную молекулярную
массу по сравнению с исходной молекулой. В организме реакции
H
OH
конденсацииOпроисходят в присутствии
O OH - ферментов альдолаз. O
R CH
R CH тоже
C способны кRэтой
Некоторые
реакции,
только
C в
CH
+ кетоны
2 C
2 CH CH
H условиях.
H
более жестких
H
R
Альдольная
конденсация протекает по механизму A .
карбонильн
ая
метиленовая
альдоль N
компонента
компонента

68. Альдольная и кротоновая конденсация

Пример:
O
CH3 C
H
H
+
O
CH2 C
t
OH
H
OH
H3C CH CH2 C
O
O
H3C CH CH
бутен - 2 - аль
C
H
кротоновый альдегид
O
H

69.

Альдольная конденсация была открыта практически одновременно в
1872 году французским химиком Ш.А. Вюрцем и русским химиком и
композитором А.П. Бородиным.
Шарль-Адольф Вюрц
(1817 – 1884)
Александр Порфирьевич Бородин
(1833 —1887)

70.

А.П. Бородин открыл реакцию
Бородина-Хунсдикера, впервые
получил фторорганическое
соединение — фтористый бензоил,
открыл альдольную конденсацию.
А.П. Бородин считается также одним
из основателей классических жанров
симфонии и квартета в России.
Написал 4 оперы (самая известная “Князь Игорь”), 3 симфонии (самая
известная - Симфония № 2, h-moll
«Богатырская»), произведения для
камерно-инструментальных
ансамблей (самый известный
струнный квартет – квартет № 2), для
фортепиано, романсы и т.д.
А. П. Бородин. Портрет работы
Ильи Репина (1888)

71.

Спасибо
за
Ваше внимание!
English     Русский Правила