Методичка-Органічна хімія. Методичні вказівки для студентів до практичних занять. Заняття Тема Основи будови органічних сполук. Техніка безпеки. Ізомерія, номенклатура, класифікація органічних сполук

• Название: Методичні вказівки для студентів до практичних занять. Заняття Тема Основи будови органічних сполук. Техніка безпеки. Ізомерія, номенклатура, класифікація органічних сполук
• Анкор: Методичка-Органічна хімія.docx
• Дата: 08.07.2018
• Размер: 1.57 Mb.
• Имя файла: Методичка-Органічна хімія.docx
• Тип: Методичні вказівки; #21241
• страница: 13 из 23

Теоретична частина

Карбоновими кислотами називаються похідні вуглеводнів, що містять в своєму складі одну або більше карбоксильних груп. Вони поділяються на аліфатичні, аліциклічні й ароматичні карбонові кислоти. Їх підрозділяють відповідно до числа карбоксильних груп на моно-, ди,-і полікарбонові. Серед аліфатичних розрізняють насичені і ненасичені кислоти. Назви кислот в основному дані за тривіальною номенклатурою. За замісниковою (ІЮПАК) назви карбонових кислот утворюють з назв вихідних вуглеводнів з тим самим числом атомів вуглецю, враховуючи і атом вуглецю карбоксильної групи, додаючи суфікс-ова та слово кислота.

Ізомерія монокарбонових кислот структурна. Одержують монокарбонові кислоти:

а) окисненням первинних спиртів і альдегідів;

б) гідролізом гемінальних тригалогенопохідних вуглеводнів;

в) гідролізом нітрилів;

г) взаємодіє магнійорганічних сполук з СО₂;

д) окисненням і гідрокарбоксилуванням алканів.

Реакційна здатність карбонових кислот визначається в основному наявністю в їх структурі карбоксильної групи. Виходячи з будови карбонових кислот, основні їх реакції можна умовно поділити на чотири типи:

а) за участю зв’язку О- Н (кислотні властивості);

б) реакції нуклеофільного заміщення за участю атома вуглецю карбонільної групи (взаємодія зі спиртами; взаємодія з галогенуючими реагентами (PCl₃, PCl₅, PBr₃, SOCl₂); взаємодія з аміаком і амінами).

в) заміщення атомів водню при α- вуглецевому атомі (реакція Гелля-Фольгарда-Зелінського);

г) окиснення та відновлення.

До ненасичених карбонових кислот відносяться карбонові кислоти, які містять у вуглеводному радикалі кратний зв’язок. У номенклатурі ненасичених кислот широко використовують тривіальні назви. За замісниковою (ІЮПАК) назви ненасичених кислот утворюють аналогічно насиченим, використовуючи суфікс –ен (єн) для позначення подвійного зв’язку та суфікси –ин (ін) для позначення потрійного.

Для добування ненасичених монокарбонових кислот можна використовувати багато методів як з методів синтезу насичених карбонових кислот. Крім того, використовують специфічні методи добування:

а) гідрокарбоксилуванням алкінів (реакція Реппе);

б) елімінування β-галоген- і β-гідроксикарбонових кислот.

Реакційна здатність ненасичених монокарбонових кислот зумовлена наявністю у їх структурі карбоксильної групи, зокрема, вони утворюють солі, галогенангідриди, ангідриди, естери, аміди. По кратному зв’язку у вуглеводневому радикалі ненасичені кислоти виявляють ще властивості алкенів (алкінів).

Ароматичні карбоновими (аренокарбоновими ) кислотами називають органічні кислоти, в яких карбоксильна група безпосередньо сполучена з ароматичним ядром.

Ароматичні карбонові кислоти можна одержати тими самими способами, що й аліфатичні:

а) окисненням алкіларенів;

б) гідролізом тригалогенопохідних вуглеводнів;

в) гідролізом нітрилів.

Реакційна здатність аренмонокарбонових кислот зумовлена наявністю в їх структурі карбоксильної групи та бензольного ядра.

По карбоксильні групі для них характерн6і реакції, властиві насиченим монокарбоновим кислотам (утворення солей, галогенангідридів, ангідридів, естерів та ін).

За рахунок бензольного кільця аренмонокарбонові кислоти вступають у реакції електрофільного заміщення (нітрування, сульфування,галогенування), властиві ароматичним вуглеводням.

Ідентифікацію проводять хімічними методами (утворення труднорозчинних солей з важкими металами, утворення естерів, виділення СО₂, а для ненасичених з бромною водою або розчином KMnO₄ ) і фізичними методами (УФ, ІЧ, ПМР-спектри).

Практична робота

Властивості монокарбонових кислот.
Дослід 1. Порівняння ступеня йонізації монокарбонових кислот.

Кілька крапель або кристалів мурашиної, оцтової, трихлороцтової, монохлороцтової, бензойної і стеаринової кислот помістити у окремі пробірки, і прилити по 2 см³ води (якщо кислота не розчиняється, то нагріти). Після охолодження спостерігати за змінами в кожній пробірці. Вміст кожної пробірки випробувати універсальним індикатором. Результати спостережень та величини рН внести в дану таблицю. Осад нерозчинних кислот зберегти для другого досліду.

Порядковий №	Назва кислот	Формули	рН розчину кислот	Сила кислот	Висновок

Дослід 2. Добування солей монокарбонових кислот.

До нерозчинних у попередньому досліді кислот прилити розчину лугу. Що спостерігається? Зробити висновок. Написати рівняння реакції взаємодії даних кислот з лугом

Дослід 3. Оксидація мурашиної кислоти.

У пробірку помістити декілька крупинок натрій форміату , долити 3 краплі 2н розчину сульфатної кислоти і 2 краплі 0.1н розчину калій перманганату. Вміст пробірки закрити корком з Г-подібною трубкою, кінець якої опустити в розчин баритової або вапняної води. Приготовлену суміш нагріти. Що спостерігається? Написати рівняння реакції оксидації форміатної кислоти.
Дослід 4. Доведення ненасиченості олеїнової або акрилової кислоти.

В пробірку налити 1-5 крапель олеїнової або акрилової кислот і долити 3-4 крапель бромної води. Дослід повторити з розчином калій перманганату, нейтралізованого 2-3см³ розчину соди. Що спостерігається в обох випадках? Написати рівняння реакції з бромною водою та розчином калій перманганату.
Дослід 5. Якісні реакції на карбонові кислоти.

В окремі три пробірки помістити кілька крупинок натрій форміату, ацетату та бензоату, долити кілька крапель води і 1-2краплі розчину ферум (ІІІ) хлориду. Що спостерігається? Розчин ферум (ІІІ) ацетату нагріти (1-2 хвилин ) до утворення осаду у вигляді пластівців. Де змінилось забарвлення? Де використовується дана реакція? Написати рівняння реакції з ацетатною кислотою.
Дослід 6. Утворення естерів.

У пробірці змішати 2 см³ етанолу спирту і стільки ж ацетатної кислоти та долити 0,5 см³ конц. сульфатної кислоти. Помістити пробірку в гарячу воду (60-70˚С), і нагрівати не доводячи до кипіння. Охолодити пробірку і долити 2 см³ води. За запахом визначити естер. Дослід повторити з мурашиною (форміатною) кислотою. Написати рівняння реакцій утворених естерів. Дати їм назву.
Дослід 7. Електропровідність та сила кислот.

У склянку для визначення електропровідності налити розчину ацетатної кислоти. Опустити електроди приладу. Звернути увагу на яскравість загоряння лампочки. Проробити аналогічний дослід з розчином масляної та сульфатної кислот. Порівняти яскравість загоряння лампочки у всіх випадках. Прилад нарисувати в протокол. Зробити висновки. Кислоти розмістити в ряду зменшення їх сили.

Дослід 8. Оксидація мурашиної (форматної) кислоти: ("реакція срібного дзеркала").

У пробірку налити 5-6 крапель аргентум нітрату і краплями приливати 5%-ний розчин аміаку до повного розчинення осаду. До утвореного аргентум аміакату долити 5-10 крапель 80%-ного розчину мурашиної кислоти. Вміст пробірки слабо нагріти. Спостерігати за зміною забарвлення реакційної суміші (утворення темно-сірого осаду). Написати рівняння реакцій.
Дослід 9. Кислотні властивості вищих насичених кислот.

В пробірці розчинити незначну кількість стеаринової або пальмітинової кислоти в диетиловому етері. В іншій пробірці змішати 2-3 крапель лугу з 1-2 краплями фенолфталеїну, який забарвиться в малиновий колір. До забарвленого розчину прилити краплями розчин даної кислоти. Спостерігати за зміною забарвлення. Написати рівняння реакції нейтралізації. Зробити висновок.
Дослід 10. Сублімація бензойної (бензоатної) кислоти "зимовий сад".

В хімічну склянку насипати кілька крупинок бензоатної кислоти і опустити в неї гілки ялинки. Склянку закрити склом і злегка нагріти. Спостерігати за гілочками, які вкриваються кристалами кислоти. Для чого можна використати дане явище?

Література

Основна:

1. 
   Черних В.П., Зименковський Б.С., Гриценко И.С. Органічна хімія в 3-х кн.- Харків, 1993, 7-15 с.
   
2. 
   Ю.О. Ластухін, С.А. Воронов. Органічна хімія. Підручник для вищих навчальних закладів. – Львів: Центр Європи, 200. – 864.
   
3. 
   Рево А.Я., Зеленкова В.В. Малый практикум по органической химии: Учеб. Пособие для студентов вузов. – М.: Высш. Школа, 1980. – 175 с.
   
4. 
   Некрасов В.В. Руководство к малому практикуму по органической химии. Изд. 5-е, доп. М., «Химия», 1975. 328 с. 16 табл., 18 рис.Посібник до лабораторних та семінарських занять з органічної хімії. – Харків, 1991.
   
5. 
   Органічна хімія: Підручник для студ. вищ. навч. закл. / Л.Д. Бобівник, В.М. Руденко, Г.О. Лезенко, - К; Ірпінь: ВТФ „Перун”, 2005.- 544
   
6. 
   Конспект лекций.
   
7. 
   Українська державна фармакопея. К., 2001.
   
8. 
   Кононський О.І. Органічна хімія. Практикум: Навч. Посіб. – К.: Вища шк., 2002. – 247 с.: іл.
   
9. 
   В.І. Кабачний, Л.К. Осіненко, А.Д. Грицак та ін. Фізична і колоїдна хімія, -Х., 1999р.
   
10. 
    В.В.Григор’єва, В.М.Самійленко, А.М.Сич. Загальна хімія. К.: Вища школа, 1991. –430 с.
    
11. 
    Гомонай В.І. Фізична та колоїдна хімія: Підручник. – Вінниця: НОВА КНИГА, 2007. – 496 с.
    
12. 
    Мороз А.С., Яворська Л.П., Луцевич Д.Д. та інш. Біофізична та колоїдна хімія. – Вінниця НОВА КНИГА, 2007. – 600 с.: Іл.
    
13. 
    Фармацевтична хімія. Підручник для студ. Вищ. Фармац. Навч. Закл. І фармац. Ф-тів вищ мед. Навч. Закл. ІІІ-ІV рівнів акредитації . за заг. Ред. П.О. Безуглого. – Вінниця, НОВА КНИГА, 2008.-560 с.
    
14. 
    Губський Ю.І. Біоорганічна хімія. Видання друге, доопрацьоване і доповнене. – Київ – Вінниці, 2007. – 432 с. Іл.
    

Додаткова:

15. 
    Нейланд О.Я. Органическая химия. М.:Высшая школа, 1990.
    
16. 
    Б.Н. Степаненко. Курс органической химии.-К., 1989.
    
17. 
    Лабораторные работы по органической хмии. Изд. 2-е . Под ред. О.Ф. Гинзбурга и А.А. Петрова. Учеб. Пособие для хим.-технологич. Специальностей вузов. М., «Высш. школа», 1969.
    
18. 
    Оборудование химических лабораторий: Справочник. – Л.: Химия, 1978. – 480с.
    
19. 
    А.В. Домбровський, В.М. Найдан. Органічна хімія.- К.: Вища школа, 1992.
    
20. 
    О.В. Стеценко, Р.П. Виноградова. Біоорганічна хімія. Навчальний посібник.-К.: Вища школа, 1992.
    
21. 
    В.М. Найдан. Органічна хімія. Малий лабораторний практикум.-К., 1994.
    
22. 
    Н.А. Тюкавкина, Ю.И. Бауков. Биоорганическая химия. – Москва, -"Медицина", 1991.
    

ЗАНЯТТЯ №19
Тема:Монокарбонові кислоти.

Актуальність теми:Карбонові кислоти – найбільш поширені в природі органічні сполуки. Вони були вперше виділені із рослинної сировини, де містяться як у вільному стані, так і вигляді сполук. Більшість з них являються біологічно – активними сполуками і використовуються як ліки, або в їх виробництві.
Навчальні цілі:Теоретичне і практичне засвоєння будови ізомерії, номенклатури, властивостей та ідентифікації монокарбонових кислот. Малий практикум.

Знати:

• 
  гомологічний ряд монокарбонових кислот;
  
• 
  їх ізомерію та номенклатуру;
  
• 
  гомологічний ряд ненасичених кислот;
  
• 
  особливості ароматичних кислот;
  
• 
  медичні препарати класу кислот та їх застосування.
  

Вміти:

• 
  проводити ідентифікацію монокарбонових кислот;
  
• 
  розпізнавати насичені і ненасичені карбонові кислоти;
  
• 
  визначати силу кислот, їх рН середовища
  
• 
  розв’язувати типові задачі.
  

Самостійна позааудиторна робота

1.Вивчити теоретичний матеріал і вміти дати відповіді на контрольні питання теми.

2. Оформити три графи протоколу.

3. Здійснити синтез: СаСО₃ → СН₃–СООС₂ Н₅.

Написати відповідні рівняння реакцій.

4. Яку масу ацетатної кислоти ω=80%, необхідно для приготування 0.5 дм³ оцту ω=9%?

5. Яку масу ацетатної кислоти можна одержати з 3 кг кальцій карбіду за реакцією Кучерова, якщо вміст домішок в карбіді рівний 4%?

6. 
   Написати формули ізомерів валеріанової кислоти. Дати назви.
   
7. 
   Написати формули кислот та естерів складу С₄Н₈О₂ і назвати їх.
   
8. 
   На нейтралізацію 200 г розчину ацетатної кислоти витратили 16 г натрій гідроксиду. Обчислити масову частку кислоти у розчині.
   
9. 
   Написати рівняння реакцій дисоціації бутанової кислоти, добування її натрієвої солі та будь-якого естеру.
   
10. 
    Яку масу естеру можна добути з 16 г метанолу і 30 г ацетатної кислоти.
    

Контрольні питання

11. 
    Гомологічний ряд монокарбонових кислот, їх номенклатура.
    
12. 
    Ізомерія монокарбонових кислот, її види.
    
13. 
    Класифікація кислот. Насичені й ненасичені, одноосновні і багатоосновні, ароматичні кислоти.
    
14. 
    Вплив природи замісників у радикалі на реакційну здатність кислот.
    
15. 
    Вплив карбоксильної групи на вуглеводневий радикал. СН-кислотність α-вуглецевого атома.
    
16. 
    Реакції приєднання до α- і β-ненасичених кислот.
    
17. 
    Ароматичні кислоти. Бензойна кислота, її похідні та їх застосування.
    
18. 
    Хімічні властивості монокарбонових кислот: утворення солей, естерів, ангідридів, галогенпохідних, галогенангідридів, амідів, нітрилів.
    
19. 
    Хімічні та фізичні методи ідентифікації монокарбонових кислот.
    
20. 
    Окремі представники кислот, їх характеристика та медико-біологічне значення.
    

Самостійна аудиторна робота

10. 
    Виконати досліди передбачені у методичній вказівці.
    
11. 
    Результати спостережень, висновки внести у протокол.
    
12. 
    Написати тестовий контроль або самостійне індивідуальне завдання.
    
13. 
    Оформити протокол і захистити його у викладача.
    
14. 
    З навчального підручника виписати медичні препарати по даній темі та препарати аналогічної дії з УФД – 2001.
    
15. 
    Написати рівняння реакцій одержання бензойної і фенілацетатної кислот оксидацією відповідних спиртів, гідролізом нітрилів.
    
16. 
    З толуолу одержати всі ізомерні нітробензойні кислоти. Написати рівняння реакції.
    
17. 
    Написати рівняння реакцій взаємодії бензойної кислоти з кальцій гідроксидом, содою, етанолом, аміаком. Назвати одержанні продукти.
    
18. 
    Які карбонові кислоти можна одержати оксидацією наступних гомологів бензолу: пропілбензолу, о-диметилбензолу, п- ізопропілметилбензолу.
    

Теоретична частина

Карбоновими кислотами називаються похідні вуглеводнів, що містять в своєму складі одну або більше карбоксильних груп. Вони поділяються на аліфатичні, аліциклічні й ароматичні карбонові кислоти. Їх підрозділяють відповідно до числа карбоксильних груп на моно-, ди,-і полікарбонові. Серед аліфатичних розрізняють насичені і ненасичені кислоти. Назви кислот в основному дані за тривіальною номенклатурою. За замісниковою (ІЮПАК) назви карбонових кислот утворюють з назв вихідних вуглеводнів з тим самим числом атомів вуглецю, враховуючи і атом вуглецю карбоксильної групи, додаючи суфікс-ова та слово кислота.

Ізомерія монокарбонових кислот структурна. Одержують монокарбонові кислоти:

а) окисненням первинних спиртів і альдегідів;

б) гідролізом гемінальних тригалогенопохідних вуглеводнів;

в) гідролізом нітрилів;

г) взаємодіє магнійорганічних сполук з СО₂;

д) окисненням і гідрокарбоксилуванням алканів.

Реакційна здатність карбонових кислот визначається в основному наявністю в їх структурі карбоксильної групи. Виходячи з будови карбонових кислот, основні їх реакції можна умовно поділити на чотири типи:

а) за участю зв’язку О- Н (кислотні властивості);

б) реакції нуклеофільного заміщення за участю атома вуглецю карбонільної групи (взаємодія зі спиртами; взаємодія з галогенуючими реагентами (PCl₃, PCl₅, PBr₃, SOCl₂); взаємодія з аміаком і амінами).

в) заміщення атомів водню при α- вуглецевому атомі (реакція Гелля-Фольгарда-Зелінського);

г) окиснення та відновлення.

До ненасичених карбонових кислот відносяться карбонові кислоти, які містять у вуглеводному радикалі кратний зв’язок. У номенклатурі ненасичених кислот широко використовують тривіальні назви. За замісниковою (ІЮПАК) назви ненасичених кислот утворюють аналогічно насиченим, використовуючи суфікс –ен (єн) для позначення подвійного зв’язку та суфікси –ин (ін) для позначення потрійного.

Для добування ненасичених монокарбонових кислот можна використовувати багато методів як з методів синтезу насичених карбонових кислот. Крім того, використовують специфічні методи добування:

а) гідрокарбоксилуванням алкінів (реакція Реппе);

б) елімінування β-галоген- і β-гідроксикарбонових кислот.

Реакційна здатність ненасичених монокарбонових кислот зумовлена наявністю у їх структурі карбоксильної групи, зокрема, вони утворюють солі, галогенангідриди, ангідриди, естери, аміди. По кратному зв’язку у вуглеводневому радикалі ненасичені кислоти виявляють ще властивості алкенів (алкінів).

Ароматичні карбоновими (аренокарбоновими ) кислотами називають органічні кислоти, в яких карбоксильна група безпосередньо сполучена з ароматичним ядром.

Ароматичні карбонові кислоти можна одержати тими самими способами, що й аліфатичні:

а) окисненням алкіларенів;

б) гідролізом тригалогенопохідних вуглеводнів;

в) гідролізом нітрилів.

Реакційна здатність аренмонокарбонових кислот зумовлена наявністю в їх структурі карбоксильної групи та бензольного ядра.

По карбоксильні групі для них характерн6і реакції, властиві насиченим монокарбоновим кислотам (утворення солей, галогенангідридів, ангідридів, естерів та ін).

За рахунок бензольного кільця аренмонокарбонові кислоти вступають у реакції електрофільного заміщення (нітрування, сульфування,галогенування), властиві ароматичним вуглеводням.

Ідентифікацію проводять хімічними методами (утворення труднорозчинних солей з важкими металами, утворення естерів, виділення СО₂, а для ненасичених з бромною водою або розчином KMnO₄ ) і фізичними методами (УФ, ІЧ, ПМР-спектри).

Практична робота

Властивості монокарбонових кислот.
Дослід 1. Порівняння ступеня йонізації монокарбонових кислот.

Кілька крапель або кристалів мурашиної, оцтової, трихлороцтової, монохлороцтової, бензойної і стеаринової кислот помістити у окремі пробірки, і прилити по 2 см³ води (якщо кислота не розчиняється, то нагріти). Після охолодження спостерігати за змінами в кожній пробірці. Вміст кожної пробірки випробувати універсальним індикатором. Результати спостережень та величини рН внести в дану таблицю. Осад нерозчинних кислот зберегти для другого досліду.

Порядковий №	Назва кислот	Формули	рН розчину кислот	Сила кислот	Висновок

Дослід 2. Добування солей монокарбонових кислот.

До нерозчинних у попередньому досліді кислот прилити розчину лугу. Що спостерігається? Зробити висновок. Написати рівняння реакції взаємодії даних кислот з лугом

Дослід 3. Оксидація мурашиної кислоти.

У пробірку помістити декілька крупинок натрій форміату , долити 3 краплі 2н розчину сульфатної кислоти і 2 краплі 0.1н розчину калій перманганату. Вміст пробірки закрити корком з Г-подібною трубкою, кінець якої опустити в розчин баритової або вапняної води. Приготовлену суміш нагріти. Що спостерігається? Написати рівняння реакції оксидації форміатної кислоти.
Дослід 4. Доведення ненасиченості олеїнової або акрилової кислоти.

В пробірку налити 1-5 крапель олеїнової або акрилової кислот і долити 3-4 крапель бромної води. Дослід повторити з розчином калій перманганату, нейтралізованого 2-3см³ розчину соди. Що спостерігається в обох випадках? Написати рівняння реакції з бромною водою та розчином калій перманганату.
Дослід 5. Якісні реакції на карбонові кислоти.

В окремі три пробірки помістити кілька крупинок натрій форміату, ацетату та бензоату, долити кілька крапель води і 1-2краплі розчину ферум (ІІІ) хлориду. Що спостерігається? Розчин ферум (ІІІ) ацетату нагріти (1-2 хвилин ) до утворення осаду у вигляді пластівців. Де змінилось забарвлення? Де використовується дана реакція? Написати рівняння реакції з ацетатною кислотою.
Дослід 6. Утворення естерів.

У пробірці змішати 2 см³ етанолу спирту і стільки ж ацетатної кислоти та долити 0,5 см³ конц. сульфатної кислоти. Помістити пробірку в гарячу воду (60-70˚С), і нагрівати не доводячи до кипіння. Охолодити пробірку і долити 2 см³ води. За запахом визначити естер. Дослід повторити з мурашиною (форміатною) кислотою. Написати рівняння реакцій утворених естерів. Дати їм назву.
Дослід 7. Електропровідність та сила кислот.

У склянку для визначення електропровідності налити розчину ацетатної кислоти. Опустити електроди приладу. Звернути увагу на яскравість загоряння лампочки. Проробити аналогічний дослід з розчином масляної та сульфатної кислот. Порівняти яскравість загоряння лампочки у всіх випадках. Прилад нарисувати в протокол. Зробити висновки. Кислоти розмістити в ряду зменшення їх сили.

Дослід 8. Оксидація мурашиної (форматної) кислоти: ("реакція срібного дзеркала").

У пробірку налити 5-6 крапель аргентум нітрату і краплями приливати 5%-ний розчин аміаку до повного розчинення осаду. До утвореного аргентум аміакату долити 5-10 крапель 80%-ного розчину мурашиної кислоти. Вміст пробірки слабо нагріти. Спостерігати за зміною забарвлення реакційної суміші (утворення темно-сірого осаду). Написати рівняння реакцій.
Дослід 9. Кислотні властивості вищих насичених кислот.

В пробірці розчинити незначну кількість стеаринової або пальмітинової кислоти в диетиловому етері. В іншій пробірці змішати 2-3 крапель лугу з 1-2 краплями фенолфталеїну, який забарвиться в малиновий колір. До забарвленого розчину прилити краплями розчин даної кислоти. Спостерігати за зміною забарвлення. Написати рівняння реакції нейтралізації. Зробити висновок.
Дослід 10. Сублімація бензойної (бензоатної) кислоти "зимовий сад".

В хімічну склянку насипати кілька крупинок бензоатної кислоти і опустити в неї гілки ялинки. Склянку закрити склом і злегка нагріти. Спостерігати за гілочками, які вкриваються кристалами кислоти. Для чого можна використати дане явище?
ЗАНЯТТЯ № 20
Тема:Дикарбонові кислоти.

Актуальність теми:Дикарбонові кислоти, як і монокарбонові, являються біологічно-активними речовинами, які утворюють ряд похідних, використовуються в органічних синтезах, а також виробництві лікарських препаратів.
Навчальні цілі:Теоретичне і практичне засвоєння будови та властивостей насичених, ненасичених і ароматичних дикарбонових кислот. Малий практикум.

Знати:

• 
  гомологічні ряди дикарбонових кислот;
  
• 
  види їх ізомерії
  
• 
  номенклатуру кислот;
  
• 
  реакції ідентифікації кислот.
  

Вміти:

• 
  розрізняти насичені і ненасичені кислоти;
  
• 
  визначати їх електропровідність;
  
• 
  визначати рН розчинів різних кислот.
  

Самостійна позааудиторна робота

1. Вивчити теоретичний матеріал і вміти дати відповіді на контрольні питання теми.

2. Оформити три графи протоколу.

3. Здійснити синтез: СО₂ → НООС-СООН. Написати відповідні рівняння реакцій.

4. Здійснити перетворення: метан → метил хлорид → метанол → кальцієва сіль → форміатної кислоти → форміатна кислота → хлорангідрид форматної кислоти → амід форматної кислоти.

5. Обчислити рН 0.01н розчину оксалатної кислоти.

6.Написати формули ізомерів фталевої кислоти.

7.Написати формули похідних малонової кислоти. Дати назви.

8. Вставити структурні формули проміжних і кінцевих продуктів в дану схему: фталева кислота

9.Дати порівняльну характеристику ацетатної і оксалотної кислот.
Контрольні питання

1. 
   Загальна характеристика дикарбонових кислот.
   
2. 
   Гомологічний ряд насичених дикарбонових кислот.
   
3. 
   Насичені дикарбонові кислоти, їх будова, ізомерія та номенклатура.
   
4. 
   Щавлева кислота, її солі.
   
5. 
   Ненасичені дикарбонові кислоти. Цис- та транс-ізомери. Малеїнові і фумарова кислоти.
   
6. 
   Ароматичні дикарбонові кислоти. Фталеві кислоти.
   
7. 
   Особливі хімічні властивості дикарбонових кислот.
   
8. 
   Похідні дикарбонових кислот, їх застосування в органічному синтезі.
   
9. 
   Дикарбонові кислоти та їх похідні як лікарські засоби.
   

Самостійна аудиторна робота

1. 
   Виконати досліди передбачені у методичній вказівці.
   
2. 
   Результати спостережень і висновки внести у протокол.
   
3. 
   Оформити протокол і захистити його у викладача.
   
4. 
   Написати тестовий контроль або індивідуальне самостійне завдання.
   
5. 
   З навчального підручника виписати медичні препарати дати їм хімічні назви та вказати фармакологічну дію та застосування.
   
6. 
   Розв'язати вправи і задачі, запропоновані викладачем.
   

Теоретична частина
Дикарбоновими кислотами називають похідні вуглеводнів, які містять у своєму складі дві карбоксильні групи.

В номенклатурі дикарбонових кислот застосовують тривіальні назви. За замісниковою номенклатурою ІЮПАК назви дикарбонових кислот утворюють з назв відповідних вуглеводнів з додаванням префікса – ди-, суфікса – ова та слово кислота.

Ізомерія дикарбонових кислот зумовлена різною структурою вуглецевого скелету.

Одержують дикарбонові кислоти тими самими методами що й монокарбонові, використовуючи як вихідні речовини біфункціональні сполуки.

За хімічними властивостями дикарбонові кислоти подібні до монокарбонових, але утворюють два ряди похідних (дисоціюють ступінчасто утворюють солі кислі і середні, естери повні і неповні, галогенангідриди та аміди). Крім того дикарбонові кислоти проявляють ряд специфічних властивостей:

а) при нагріванні декарбоксилюються по одній карбоксильній групі і перетворюються на монокарбонові;

б) починаючи з янтарної кислоти при нагріванні утворюють циклічні ангідриди;

в) при нагріванні янтарної та глутарової кислот з аміаком утворюють циклічні іміди.

Ненасичені дикарбонові кислоти містять в своєму складі дві карбоксильні групи та кратний вуглець-вуглецевий зв’язок. Представниками даних кислот є малеїнова та фумарова кислоти, які являються геометричними цис- і транс- ізомерами. За хімічними властивостями ці кислоти подібні до насичених мононокарбонових кислот та ненасичених вуглеводнів.

Ароматичні дикарбонові кислоти містять дві карбоксильні групи безпосередньо сполучені з ароматичним ядром. Найважливішими представниками є фталева кислота та її ізомери. Їх одержують при окисненні ксилолів, багатоядерних сполук. Фталеві кислоти проявляють більшу кислотність ніж бензойна кислота. За хімічними властивостями вони не відрізняються від ароматичних монокарбонових.

Ідентифікують дикарбонві кислоти за фізико – хімічними властивостями, а також рядом специфічних методів.

Медичні препарати:ацетат калію і свинцю, бензоатна кислота, натрію бензоат, анестезин, новокаїн, “мурашиний спирт”, ізовалерянова кислота, натрію цетрат, фенібут та ін.
Практична робота

Властивості дикарбонових кислот аліфатичного ряду.
Дослід 1. Розчинність оксалатної кислоти.

У пробірку помістити декілька кристаликів кислоти і влити подвійний об’єм дистильованої води. Вміст пробірки добре розмішати. За допомогою універсального індикатора визначити за шкалою рН розчину кислоти. Зробити висновок.

Написати рівняння ступінчастої дисоціації кислоти.
Дослід 2. Одерження кальцієвої солі оксалатної кислоти та її розчиність в мінеральних кислотах.

У пробірку прилити 3 см³ 3%-ного розчину калій оксалату і такий же об׳єм см³ 5%-ного розчину кальцій хлориду. Одержаний осад розділити на дві частини (пробірки) і в першу долити 3-5 крапель ацетатної, а в другу стільки ж хлоридної кислот. Що спостерігається в обох пробірках?

Написати рівняння реакцій утворення відповідних солей та їх розчинність в мінеральній кислоті.
Дослід 3. Добування кислих та середніх солей оксалатної кислоти.

У пробірку прилити 2 см³ розчину оксалатної кислоти і краплями, перемішуючи паличкою, прилити розчин калій гідроксиду. Коли осад повністю розчиниться, додати такий же об’єм оксалатної кислоти.

Що спостерігається?

Написати всі відповідні рівняння реакцій.
Дослід 4. Оксидація оксалатної кислоти.

У пробірку налити 3 см³ 5%-ного розчину калій перманганату , 1 см³ 2н розчину сульфатної кислоти і 1 см³ розчину оксалатної кислоти. Швидко закрити пробірку корком з Г-подібною трубкою, кінець якої опустити в розчин баритової води і пробірку з реакційною сумішшю нагріти до початку реакції. Що спостерігається?

Написати рівняння реакцій і урівняти його оксидно – відновним балансом.
Дослід 5. Відновлення оксалатної кислоти.

До щіпки металічного магнію, зволоженого краплею води, прилити порціями (по 1 см³) 5 см³ розчину оксалатної кислоти. Відновлення проходить з виділенням газу. Якого? Утворюється альдокислота, яку можна розпізнати за допомогою фуксинсульфітної кислоти.

Написати рівняння реакції відновлення оксалатної кислоти.
Дослід 6. Добування оксалатів важких металів.

У дві пробірки прилити окремо по 5 крапель розчину амонію оксалату і відповідно до 1-ої пробірки прилити 5 крапель 10%-ного розчину плюмбум ацетату , а в другу – таку ж кількість 10%-ного розчину купрум (ІІ) сульфату. Осади розчинити в розчині хлоридної кислоти

Що спостерігається у пробірках?

Написати рівняння утворення відповідних оксалатів.
Дослід 7. Порівняння сили насичених і ненасичених дикарбонових кислот.

За допомогою приладу для вимірювання електропровідності порівняти силу дикарбонових кислот: янтарної, малеїнової, фумарової. Розмістити їх у порядку зменшення кислотних властивостей. Пояснити як впливає розміщення карбоксильних групи у цис- і транс-положенні на силу кислот.

Написати рівняння дисоціації даних кислот.
Дослід 8. Якісна реакція на малеїнову кислоту.

До 5 крапель розчину малеїнової кислоти прилити 5 крапель бромної води. Що спостерігаються? Аналогічно повторити дослід з розчином калій перманганату. Спостерігати за зміною забарвлення у обох випадках. Написати рівняння реакцій даних кислоти з Br₂ – водою i розчином KMnO₄.
Дослід 9. Ізомеризація малеїнової кислоти.

У пробірку налити 2 см³ 5%-ного розчину малеїнової кислоти і краплями прилити бромну воду. Одержану суміш опромінити кварцевою лампою або прямим сонячним світлом. Випадання кристалів фумарової кислоти свідчить про процес ізомеризації.

Написати рівняння ізомеризації кислоти.
Дослід 10. Ситуаційна задача.

У 3-х окремих пробірках містяться розчини оксалатної, малеїнової і ацетатної кислот. За допомогою якісних реакцій визначити кожну кислоту. Написати відповідні рівняння реакцій.

ЗАНЯТТЯ № 22

Тема:Функціональні похідні карбонових кислот.

Актуальність теми:Карбонові кислоти утворюють похідні як по радикалу так і по функціональні групі. Це реакційноздатні сполуки, особливо ангідриди, галогенангідриди, які використовуються як ацилюючі засоби у виробництві різних органічних сполук та ліків.
Навчальні цілі:Теоретичне і практичне засвоєння будови, властивостей естерів, жирів, восків, їх біологічним значенням та застосуванням.

Знати:

• 
  характеристику жирів (число омилення, йодне, нейтралізації);
  
• 
  гідроліз жирів у лужному і нейтральному середовищах;
  
• 
  значення жирів у фармації;
  
• 
  біологічну роль жирів, їх оксидація в організмі.
  

Вміти:

• 
  одержувати естери;
  
• 
  давати назви функціональним похідним карбонових кислот;
  
• 
  проводити ідентифікацію жирів, естерів;
  
• 
  розв’язувати типові задачі
  

Самостійна позааудиторна робота

1. 
   Теоретично підготуватись по контрольних питаннях даної теми.
   
2. 
   Повторити властивості солей неорганічних кислот.
   
3. 
   Який об'єм водню (н.у.) необхідний для одержання 2 т твердого тристеаринового жиру з триолеату?.
   
4. 
   За допомогою рівнянь реакцій здійснити такі перетворення:
   

СН₄СН₃-СООС₂Н₅

Вказати типи і механізми реакцій.

5. 
   Пояснити миючі властивості мила.
   
6. 
   Поверхнево – активні речовини, їх значення і застосування.
   
7. 
   На прикладі етилацетату написати механізми кислотного та лужного гідролізу амідів карбонових кислот.
   
8. 
   Написати структурні формули ангідриду бензойної кислоти, метилформіату, гідразиду ацетатної кислоти, бензоїлброміду.
   
9. 
   Яку масу форматної кислоти та етанолу необхідно для одержання 2 кг естеру, якщо вихід останнього становить 80%.
   
10. 
    Оформити три графи протоколу.
    

Контрольні питання

1. 
   Ліпіди, їх класифікація та біологічне значення.
   
2. 
   Естери. Їх склад і номенклатура.
   
3. 
   Реакція етерифікації, її механізм.
   
4. 
   Прості ліпіди. Воски. Бджолиний віск. Спермацет.
   
5. 
   Жири, їх склад та властивості. Продукти оксидації жирів.
   
6. 
   Омилення жирів, їх гідроліз. Мило, синтетичні миючі засоби (СМЗ).
   
7. 
   Гідрування жиру. Штучні жири. Твіни.
   
8. 
   Аналітичні характеристики жирів (число омилення, йодне число).
   
9. 
   Вищі жирні кислоти – структурні компоненти омилюванних ліпідів.
   
10. 
    Насичені вищі жирні кислоти. Стеарин.
    
11. 
    Ненасичені вищі жирні кислоти. Лінетол.
    

Самостійна аудиторна робота

1. 
   Проробити досліди передбачені у методичній вказівці.
   
2. 
   Результати спостережень і висновки внести у протокол.
   
3. 
   Написати тестовий контроль або самостійне індивідуальне завдання.
   
4. 
   Оформити протокол і захистити його у викладача
   
5. 
   Виписати з даної теми медичні препарати вказати їх фармакологічну дію та застосування.
   
6. 
   Написати формули ізомерів карбонових кислот та естерів складу С₅Н₁₀О₂.
   
7. 
   Написати схему реакцій добування пропіламіну з відповідного аміду карбонової кислоти і відповідного нітрилу.
   
8. 
   Написати схеми добування етилацетату, використовуючи при цьому різні ацилуючі реагенти.
   
9. 
   Написати формули твердого і рідкого жирів, мила.
   
10. 
    Синтетичні миючі засоби.
    

Теоретична частина

До функціональних похідних карбонових кислот відносяться ангідриди, галоген ангідриди, аміди, гідриди, нітрили, солі, бестери. Ізомерія даних кислот зумовлена ізомерією вуглецевого скелету. Назви функціональних похідних утворюють з назви відповідних кислот або анальних груп і назви замісників.

За хімічними властивостями дані кислоти проявляють біфункціональні властивості по функціональній групі і по заміснику. Галогенангідриди являються активними електрофільними реагентами і легко вступають в реакції нуклеофільного заміщення. Внаслідок чого галогенангідриди є ацилуючими реагентами. Ацилування ароматичних вуглеводнів проводять за реакцією Фріделя-Крафтса. Ангідриди карбонових кислот можуть бути лінійні та циклічні. Лінійні, що містять з0алишки різних кислот називаються змішаними ангідридами. Ангідриди карбонових кислот як і галогенангідриди є досить активні електрофільні реагенти, але мають менш виражений електрофільний характер і легко реагують з різними нуклеофільними реагентами.

Циклічні ангідриди реагують зі спиртами, аміаком і первинними амінами. Складні естери є електрофільними реагентами. Будучи електрофільними реагентами, естери вступають в реакції нуклеофільного заміщення (гідроліз, алкоголіз, гідразиноліз). Гідроліз проходить в кислому та лужному середовищі.

Аміди карбонових кислот практично не вступають в реакції нуклеофільного заміщення і є слабкими основами. При цьому вони утворюють солі лише з сильними мінеральними кислотами, піддаються гідролізу, дегідратації, розщепленню і відновленню.

Гідразиди карбонових кислот за хімічними властивостями подібні до амідів, виявляючи основні та нуклеофільні властивості (утворюють солі з мінеральними кислотами, вступають в реакцію ацилування, реагують з карбонільними сполуками, взаємодіють з азотистою кислотою).

Нітрили відрізняються від похідних карбонових кислот відсутністю карбонільної групи і наявністю ціаногрупи. Нітрили вступають в реакцію нуклеофільного приєднання по α-вуглецевому атомі, конденсації, гідролізу, відновлення.

Одержують функціональні похідні карбонових кислот діючи галогенідами фосфору, аміаком, спиртами, нагріванням амонійних солей, дегідратацією не заміщених амідів, розщепленням амідів.

Ідентифікацію проводять за допомогою фізичних та хімічних методів.

Медичні препарати: жири, твіни, спермацет, віск та ін.

Практична робота