Занятие 8 реакционная способность карбоновых кислот и их функциональных производных. Реакции нуклеофильного замещения (sn) у тригонального атома углерода.

ЦЕЛЬ: Сформировать знания:

• классификации и номенклатуры карбоновых кислот и их функциональных производных;

• реакционных центров и кислотных свойств;

• реакционной способности карбоновых кислот и их функциональных производных в реакциях S_N;

• биологических аналогов реакций S_N.

Сформировать умения:

• выделять реакционные центры карбоновых кислот;

• сравнивать функциональную способность карбоновых кислот и их функциональных производных в реакциях нуклеофильного замещения;

• приводить по стадиям механизм S_N;

• выполнять характерные и качественные реакции на карбоновые кислоты и их функциональные производные.

Вопросы для самоподготовки к занятию.

1. Электронное и пространственное строение карбоксильной группы.

2. Кислотные свойства карбоновых кислот: моно- и дикарбоновых, предельных, непредельных, ароматических.

3. Реакции нуклеофильного замещения у тригонального атома углерода. Реакции ацилирования – образования гологенангидридов, ангидридов, сложных эфиров и тиоэфиров, амидов и обратные им реакции гидролиза.

4. Ацилирующие агенты (ангидриды, карбоновые кислоты, сложные эфиры, сложные тиоэфиры), сравнительная активность этих агентов.

5. Ацилфосфаты и ацилкофермент А – природные макроэргические ацилирующие агенты. Биологическая роль реакций ацилирования.

6. Понятие о нуклеофильном замещении у атома фосфора, реакции фосфорилирования.

7. Реакции декарбоксилирования карбоновых кислот в зависимости от числа и взаимного расположения карбоксильных групп.

Литература:

[1]. Тюкавкина Н.А., Биоорганическая химия. / Н.А.Тюкавкина, Ю.И. Бауков– М.: Медицина, 1991.– С. 194-207.

[2]. Гидранович Л.Г. Биоорганическая химия: Учеб. пособие. /Л.Г.Гидранович. – Витебск: ВГМУ, 2009.– С. 125-139.

[3]. Гидранович Л.Г. Лабораторные занятия по биоорганической химии.: Учеб. пособие / Л.Г.Гидранович. – Витебск: ВГМУ, 2012.– С. 56-62.

[4]. Гидранович Л.Г. Курс лекций по биоорганической химии.– Витебск.– 2003.– С. 104-116.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ.

1. Изучить теоретический материал по вопросам для самоподготовки к занятиям.

2. Оформить протокол лабораторной работы.

3. Решить задачи 1, 2, 4-6, 9-11, представленные на страницах 60-62 данного лабораторного практикума.

Примерный вариант заключительного контроля:

1.Сравните ацилирующую способность этанангидрида, этаноилхлорида, этановой кислоты и этилэтаноата. Напишите схему реакции аммонолиза более активного из них, назовите продукт реакции.Опишите механизм реакции по стадиям.

2. Напишите схемы реакций, обозначьте графически реакционные центры, укажите тип и механизм реакций:

Содержание лабораторного практикума:

Опыт 1. Диссоциация карбоновых кислот.

На полоску универсальной индикаторной бумаги нанесите в виде маленьких капель растворы уксусной и щавелевой кислот. Сравните полученную окраску со шкалой, определите приблизительное значение рН в растворе.

Схема реакций:

Вопросы:

1. Качественно оцените силу данных кислот.

2. Для какой цели может быть использована данная реакция в качественном анализе?

Опыт 2. Получение бензоата натрия.

В каждую из двух пробирок поместите несколько кристаллов бензойной кислоты и 2 капли воды. Кристаллы бензойной кислоты плохо растворимы. Добавьте в первую пробирку при встряхивании 2-3 капли 2н NaOH до растворения кристаллов, во вторую – насыщенного раствора NaHCО₃. Бензоат натрия хорошо растворим в воде. К полученному прозрачному раствору добавьте 2-3 капли 2н HCl. Выпадает осадок.

Схемы реакций:

Вопросы:

1. О чем свидетельствует появление осадка при добавлении соляной кислоты?

2. Для каких целей могут быть использованы данные реакции в качественном анализе?

Опыт 3. Получение этилацетата.

В сухую пробирку поместите порошок безводного ацетата натрия (высота ~ 2 мм) и 3 капли этилового спирта. Добавьте 2 капли концентрированной серной кислоты и осторожно нагрейте над пламенем горелки. Через несколько секунд появляется приятный освежающий запах этилацетата.

Схемы реакций:

Вопросы:

1. Укажите и назовите реакционные центры, по которым протекает реакция. Определите тип и механизм реакции.

2. Опишите механизм реакции. Объясните роль кислотного катализа.

Опыт 4. Обнаружение щавелевой кислоты.

В пробирку поместите лопаточку щавелевой кислоты и прибавьте 3-4 капли воды до полного растворения. К 1 капле полученного раствора щавелевой кислоты на предметном стекле прибавьте 1 каплю 0,5н CaCl₂. Образуется белый осадок оксалата кальция, который не растворяется при добавлении 2н CH₃COOH, но растворяется при добавлении 2н HCl.

Схемы реакций:

Вопросы:

1. По какому реакционному центру щавелевой кислоты протекает реакция?

2. О чем свидетельствует растворение осадка при добавлении HCl и отсутствие эффекта при добавлении CH₃COOH?

3. Для какой цели может быть использована данная реакция в качественном анализе?

Опыт 5. Декарбоксилирование щавелевой кислоты.

В сухую 1-ю пробирку поместите лопаточку щавелевой кислоты, закройте пробкой с газоотводной трубкой и опустите конец ее во 2-ю пробирку с 2-3 каплями баритовой воды. Нагрейте 1-ю пробирку до появления осадка во 2-й пробирке. Удалите конец газоотводной трубки из жидкости и, продолжая нагревание 1-й пробирки, подожгите у отверстия трубки выделяющийся газ. Он горит характерным голубым пламенем.

Схемы реакций.

Вопросы:

1. Сравните способность к декарбоксилированию уксусной и щавелевой кислот.

2. Для каких целей можно использовать данную реакцию в качественном анализе?