Билет 5. 1

• Название: Билет 5. 1
• Дата: 07.07.2020
• Размер: 0.92 Mb.
• Имя файла: 5.docx
• Тип: Документы; #133933

Билет №5.

1. Конформационный анализ, область стереохимии (область химии, изучающая пространственное строение молекул и влияние этого строения на физические свойства (статическая С.), на направление и скорость реакций (динамическая С.)), исследующая конформации (геометрические формы, которые могут принимать молекулы органических соединений при вращении атомов или групп атомов (заместителей) вокруг простых связей при сохранении неизменными порядка химической связи атомов (химического строения), длины связей и валентных углов) молекул и связи их с физическими и химическими свойствами веществ.

Для газообразного этана, например, возможны среди бесконечного числа других два предельных положения метильных групп, которые можно изобразить в виде проекций (проекции 3 и 4 называют проекциями Ньюмена):



Проекции 1 и 3 соответствуют заслоненной конформации, 2 и 4 - заторможенной. Энергия заторможенной конформации приблизительно на 12 кДж/моль меньше энергии заслоненной, т.к. в этой конформации атомыводорода максимально удалены друг от друга и отталкивание между ними минимально.

Любую конформацию можно охарактеризовать двугранным углом  :



Энергия конформации меняется в зависимости от величины этого угла. Для гомолога этана - н-бутана при вращении вокруг связи С₂ - С₃ в зависимости от двугранного угла  ,образованного связями атомов углерода С₂ и С₃ с метильными группами, возможны следующие состояния (каждое последующее отличается от предыдущего поворотом на 60^o по часовой стрелке):



2. Моносахариды (монозы) являются гетерофункциональными соединениями. В их молекулах одновременно содержатся и карбонильная (альдегидная или кетонная), и несколько гидроксильных групп. В зависимости от этого моносахариды подразделяются на альдозы (в моносахариде содержится альдегидная группа) и кетозы (содержится кетогруппа). Например, глюкоза – это альдоза, а фруктоза – это кетоза.

    

      глюкоза                   фруктоза

Номенклатура моносахаридов

В основу номенклатуры альдоз положены тривиальные названия моносахаридов состава Cn(H2O)n с линейной цепью углеродных атомов: рибоза, глюкоза, фруктоза.

Изомерия моносахаридов

Для моносахаридов характерны несколько видов изомерии.

1. Межклассовая изомерия. Альдозы и кетозы являются межклассовыми изомерами

2. Оптическая изомерия. Наличие нескольких асимметрических атомов углерода обусловливает существование большого числа оптических изомеров  у моносахаридов. 

Асимметрический атом углерода (хиральный центр) - это атом углерода, связанный с четырьмя различными атомами или группами атомов

Моносахариды изображаются в виде проекционных формул Фишера, т.е. в виде проекции тетраэдрической модели атомов углерода на плоскость рисунка. Углеродная цепь в них записывается вертикально. У альдоз наверху помещают альдегидную группу, у кетоз – соседнюю с карбонильной первичноспиртовую группу.



Изомер, у которого на проекции гидроксильная группа у асимметрического атома  расположена справа от основной цепи, называют D-изомером (лат. dexter - правый). Если гидроксил расположен слева - L-изомером (лат. laevus - левый)

3. Таутомерия (мутаротация). Для всех моносахаридов характерно явление  мутаротации, т.е. существование в циклической и нециклической формах.

Рассмотрим это явление на примере молекулы рибозы. Поскольку в пространстве углерод-углеродная цепь рибозы изогнута,  то карбонильная группа располагается близко к –ОН группе четвертого или пятого атома углерода.  Происходит взаимодействие этих двух групп одной молекулы и цикл замыкается с образованием внутреннего полуацеталя.


Строение

Карбонильная (открытая ациклическая форма)	Циклические формы Хеуорса
	а-изомер	Р-изомер

Получение

1. Гидролизом ди- и полисахаридов под влиянием кислот или ферментов:



 

2. Окислением многоатомных спиртов обычными окислителями или под влиянием ферментов. При обычном окислении образуется смесь моноз:



 

При энзиматическом окислении можно окислить определенную группу:



 

3. Альдольная конденсация формальдегида (реакция А.М. Бутлерова):



Химические свойства:

 

I. При взаимодействии гидроксогруппы моносахаридов со спиртами и фенолами образуются гликозиды. 

П. Моносахариды легко образуют сложные эфиры с кислотами с участием всех гидроксогрупп. 

   

Ш. При восстановлении карбонильной группы из моносахаридов образуются многоатомные спирты. Например, глюкоза легко восстанавливается водородом (катализатор никель) до шестиатомного спирта сорбита:

СН₂ОН-СНОН-СНОН-СНОН-СНОН-СН=О + Н₂   СН₂ОН-СНОН-СНОН-СНОН-СНОН-СН₂ОН

IV. Очень важной реакцией в химии моносахаридов является реакция окисления. В зависимости от условий при окислении моносахаридов образуются различные продукты.

А) Полное окисление заканчивается образованием углекислого газа и воды. Т.е. глюкоза может гореть, как и любое органическое вещество. И при этом выделяется значительное количество энергии.

В живых организмах глюкоза медленно окисляется под действием ферментов организма с участием кислорода (аэробное окисление) или без участия кислорода (анаэробное окисление или гликолиз).

С₆Н₁₂О₆ + О₂ → СО₂ + Н₂О + Q

С₆Н₁₂О₆ →   СН₃-СНОН-СООН (молочная кислота) + Q

Б) Окисление в щелочной среде, как правило, сопровождается разрушением углеродной цепи.





3. CH3COOH+Cl2=ClCH2COOH+NH3=H2NCH2COOH (глицин)

n(CH3COOH)=15/(24+4+32)=0.25 моль

Учитывая выход продуктов на двух стадиях: n(H2NCH2COOH)=0.25 моль*0.75*0.75=0,140625 моль

Масса вещества: m(H2NCH2COOH)=n*М=0.140625*75=10.547 г

Масса раствора: m(H2NCH2COOH)=10,547*100/15=70,3 г
4. СH₃-CH₂-CH₂-C(=O)H + Ag₂O => СH₃-CH₂-CH₂-COOH + 2Ag

СH₃-CH₂-CH₂-COOH + Cl₂ => СH₃-CH₂-CHCl-COOH + HCl

СH₃-CH₂-CHCl-COOH + NH₃ => СH₃-CH₂-CH(NH₂)-COOH + HCl

СH₃-CH₂-CH(NH₂)-COOH + NaOH = СH₃-CH₂-CH(NH₂)-COONa + H₂O