Дополнительные главы органической химии. Учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

-------------------------------------

ФГБОУ ВО «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

А. П. НЕЧАЕВ, В. М. БОЛОТОВ

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ГЛАВЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

ВОРОНЕЖ

2016

1

УДК 547 ББК Г2 я7

Н59

Научный редактор профессор В. М. БОЛОТОВ

Р е ц е н з е н т ы: кафедра органической химии

Воронежского государственного университета;

д-р хим. наук А. В. ШАПОШНИК (Воронежский государственный аграрный университет им. императора Петра I)

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Воронежского государственного университета инженерных технологий

пособие / А. П. Нечаев, В. М. Болотов; Воронеж. гос. ун-т инж. технол. – Воронеж : ВГУИТ, 2016. – 70 с.

ISBN 978-5-00032-195-9

Учебное пособие предназначено для подготовки бакалавров по направлениям: 19.03.01 – «Биотехнология», 19.03.02 – «Продукты питания из растительного сырья», 19.03.03 – «Продукты питания животного происхождения», 19.03.04 – «Технология продукции и организация общественного питания».

Предлагаемый материал может быть использован для изучения органической химии магистрами и специалистами технологических профилей обучения.

Оригинал-макет данного издания является собственностью Воронежского государственного университета инженерных технологий, его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия университета запрещается.

2

ОТ АВТОРОВ

Органическая химия в подготовке технологов пищевой промышленности и общественного питания занимает важное место, являясь основой (наряду с неорганической, аналитической, физической и биологической химией) таких специализированных дисциплин, как «Пищевая химия», «Технология отрасли» и др.

Современные технологии продуктов питания, повышение качества и расширение ассортимента вырабатываемой продукции, создание безопасных условий их длительного хранения и транспортировки требуют глубоких знаний физико-химических свойств многих органических соединений, обусловливающих химический состав и свойства пищевых продуктов.

В свою очередь, понимание химических превращений органических молекул возможно лишь при изучении современной электронной теории строения, стереохимии и механизмов реакций.

Решению технологических задач производства продуктов питания способствует представленный в предлагаемом учебном пособии материал по изучению строения, свойств и применения хинонов, производных карбоновых кислот (солей, амидов и нитрилов) и пероксидных соединений.

Акцентировано внимание студентов на использовании рассматриваемых веществ в качестве пищевых и биологически активных добавок, а также на вопросах обеспечения качества продуктов питания.

Учебное пособие включает дополнительный материал к курсу «Органическая химия», изложенному в ранее изданном учебнике (А. П. Нечаев, В. М. Болотов «Органическая химия». – М.: ДеЛи плюс, 2014. – 765 с.), рекомендованном УМО вузов РФ по образованию в области технологии продуктов питания и -пи щевой инженерии.

В учебном пособии перед химическими свойствами даны основные закономерности протекания химических реакций, что позволяет студенту анализировать конкретные химические процессы и условия их проведения, активизирует самостоятельную работу.

3

Представленная в учебном пособии информация(совместно с учебником «Органическая химия») формирует у студентов следующие компетенции:

направление подготовки 19.03.01:

ОПК-2 – способность и готовность использовать основные законы естественно-научных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического исследования; ОПК-3 – способность использовать знания о современной физической картине мира, пространственно–временных закономерностях, строении вещества для понимания окружающего мира и явлений природы;

направление подготовки 19.03.02:

ПК-5 – способность использовать в практической деятельности специализированные знания фундаментальных разделов физики, химии, биохимии, математики для освоения физических, химических биохимических, биотехнологических, микробиологических, теплофизических процессов, происходящих при производстве продуктов питания из растительного сырья;

направление подготовки 19.03.03:

ПК-5 – способность организовывать входной контроль качества сырья и вспомогательных материалов, производственный контроль полуфабрикатов, параметров технологических процессов и контроль качества готовой продукции;

направление подготовки 19.03.04:

ОПК-2 – способность разрабатывать мероприятия по совершенствованию технологических процессов производства продукции питания различного назначения.

4

Глава 1. ХИНОНЫ

(ОПК–2, ОПК–3, ПК–5)

Хинонами называют шестичленные циклы с сопряженной системой p–электронов карбонильных групп и двойных уг- лерод–углеродных связей:

O C C O

В зависимости от числа циклов в составе молекулы хиноны классифицируют на бензо–, нафто–, антра– и другие хиноны.

По взаимному расположению оксогрупп хиноны подразделяют на орто–хиноны (карбонильные группы в составе цикла находятся рядом), пара–хиноны (карбонильные группы в составе цикла находятся в противоположных положениях) и другие изомеры.

Основными представителями хинонов являются следующие соединения:

а) бензохиноны;

б) нафтохиноны;

5

1.1. Способы получения

Основными способами получения хинонов являются реакции окисления дигидроксиаренов, аминофенолов, ароматических диаминов и многоядерных аренов, содержащих атомы углерода с повышенной электронной плотностью:

6

Из-за высоких восстановительных свойств двухатомных фенолов в качестве окислителей могут использоваться соедине-

ния с невысоким окислительным потенциалом(FeCl ,

3

Ag(NH3)2OH, O2 воздуха).

Для окисления анилина используют более сильные окислители (K2Cr2O7 или MnO2 в H2SO4). В процессе окисления аминов в качестве промежуточных продуктов образуются хинонимины:

трацена – бихроматом и серной кислотой образуются соответствующие хиноны:

7

O

H2CrO4

нафталин

O

п-нафтохинон

O

K2Cr2O7

антрацен

O

антрахинон

Нафтохиноны получают также окислением дигидрокси– и аминогидроксипроизводных нафталина, обладающих восстановительными свойствами:

8

1.2. Электронное строение и свойства

Молекулы хинонов имеют неравномерное распределение

карбонильных групп. Наличие неподеленных пар электронов на sp2–гибридизированных атомах кислорода обуславливает n–p*–переход электронов из-за поглощения электромагнитных волн видимого света и появление окраски, цвет и интенсивность которой определяются строением молекулы и распределением в ней электронной плотности.

Например, п–бензохинон имеет желтую окраску, о–бензохинон – красно-оранжевую, п–нафтохинон – светложелтую, о–нафтохинон – красную, амфи–нафтохинон – оранжевую, антрахинон – желтоватую.

Наличие в молекулах хинонов поляризованных карбонильных групп придает им полярность и ограниченную растворимость в воде за счет образования межмолекулярных водородных связей:

HO H... OO ... H OH

Хиноны растворяются в спирте(в результате дополнительного проявления сил Ван-Дер-Ваальса), эфире и других органических растворителях.

Химические свойства бензохинонов определяют наличие в молекуле сопряженной системы p–связей C = C и C = O групп

9

O O O O O

В соответствии с распределением электронной плотности хиноны вступают в реакции электрофильного (АЕ) и нуклеофильного (АN) присоединения по концам сопряженной системыp– связей (1, 4–присоединение):

10