Учебное пособие по химии для учащихся 10 классов, обучающихся в лицеях фдп рниму под редакцией проф. Теплова В. В

• Название: Учебное пособие по химии для учащихся 10 классов, обучающихся в лицеях фдп рниму под редакцией проф. Теплова В. В
• Анкор: Posobie_dlya_10kl_gl_var.doc
• Дата: 28.01.2017
• Размер: 3.52 Mb.
• Имя файла: Posobie_dlya_10kl_gl_var.doc
• Тип: Учебное пособие; #419
• страница: 10 из 12

Глава 13. УГЛЕВОДЫ
Углеводы- класс природных соединений, включающий простые углеводы (моносахариды) и сложные. Моносахариды являются гетерофункциональными соединениями, в молекулах которых одновременно содержатся карбонильная (альдегидная или кетонная) и несколько гидроксильных групп. Большинство этих веществ имеет состав, соответсвующей общей формуле C_nH_2nO_n.Наиболее распространены в природе пентозы(5 углеродных атомов) и гексозы(6 углеродных атомов). Все моносахариды имеют один или несколько асимметрических атомов углерода и поэтому имеют стереоизомеры( D и L). Нумерация цепи в углеводах начинается от атома углерода карбонильной группы или от того атома углерода, к которому она ближе находится.

Примеры стереоизомеров глюкозы и фруктозы:



D-глюкоза L-глюкоза D-фруктоза L-фруктоза

Моносахариды в растворе присутствуют в основном не в открытой (линейной) форме, а в циклической, которая является продуктом взаимодействия спиртового гидроксила и карбонильной группы. Таким образом, моносахариды представляют собой циклические полуацетали- пяти или шестичленные. Например, циклические формы β-рибозы и β-дезоксирибозы , входящие в состав нуклеиновых кислот:



β - рибоза β - дезоксирибоза

Сложные углеводы – углеводы, способные гидролизоваться с образованием простых углеводов. Сложные углеводы подразделяются на олигосахариды и полисахариды. Олигосахариды при гидролизе дают несколько молекул моносахаридов, полисахариды-множество таких молекул. Важнейшими олигосахаридами являются дисахариды. Наибольшее значение из дисахаридов имеет сахароза – свекловичный или тростниковый сахар С₁₂Н₂₂О₁₁, который при гидролизе даёт глюкозу и фруктозу. Полисахариды – это сложные сахара, каждая молекула которых при гидролизе распадается на большое число молекул моносахаридов(от 30 тысяч до 400 миллионов).Состав полисахаридов можно выразить формулой (С₆Н₁₀О₅)_n. Все они состоят из остатков молекул глюкозы, соединённых друг с другом. Наибольшее значение из полисахаридов имеют крахмал( полимер α– глюкозы) и целлюлоза( полимер β – глюкозы)
13.1. Химические свойства углеводов
Для глюкозы характерны многие реакции простых альдегидов.

1. Окисление

а) При окислении мягкими окислителями (бромная вода) получается глюконовая кислота


D- глюкоза D- глюконовая кислота

Подобно обычным альдегидам моносахариды, в частности, глюкоза, легко окисляются аммиачным раствором оксида серебра [Ag(NH₃)₂]OH , проявляя, таким образом, сильную восстанавливающую способность( реакция «серебряного зеркала»).

(C₅H₁₁O₅)CH=O + 2[Ag(NH₃)₂]OH

(C₅H₁₁O₅)COONH₄ + 2Ag↓ + 3NH₃ + H₂O

б) С помощью сильного окислителя (разбавленной азотной кислотой) окисляется вместе с альдегидной группой спиртовая группа, которая находится в конце цепи. При этом образуется сахарная кислота


глюкоза сахарная кислота
2. Восстановление

При восстановлении с помощью водорода в присутствии катализаторов гидрирования(никель) образуется шестиатомный спирт глюцит(сорбит):



глюкоза сорбит
3. Алкилирование

При взаимодействия спиртовых групп моносахаридов алкилгалогенидами образуются простые эфиры:


4. Ацилирование

При взаимодействии моносахаридов с уксусным ангидридом образуются сложные эфиры с участием всех гидроксильных групп,например:


5. Брожение гексоз

Брожение – сложный биохимический процесс под влиянием различных ферментов.

а) спиртовое

С₆Н₁₂О₆ 2С₂Н₅ОН + 2СО₂

б) маслянокислое

С₆Н₁₂О₆ СН₃СН₂СН₂СООН + 2СО₂ + 2Н₂

в) молочнокислое

С₆Н₁₂О₆ 2СН₃СН(ОН)СООН
6. Химические свойства целлюлозы определяются прежде

всего присутствием гидроксильных групп. За счёт этих групп целлюлоза даёт простые и сложные эфиры. Например:

[C₆H₇O₂(OH)₃]n + 3nHNO₃(H₂SO₄) [C₆H₇O₂(ONO₂)₃] + 3nH₂O

тринитроцеллюлоза

7. Реакция, характерная для многоатомных спиртов-комплексообразование с гидроксидом меди(II) на холоду(интенсивное синее окрашивание).

13.2. Примеры решения задач
Пример 34. При маслянокислом брожении глюкозы образовалось 13,44л(н.у.)

смеси газообразных веществ. Выход в реакции брожения составил 60%. Какая

масса глюкозы была взята для брожения?

Решение:

1) Напишем уравнение реакции

С₆Н₁₂О₆ С₃Н₇СООН + 2СО₂ + 2Н₂

2) Определяем количество вещества газообразных продуктов

n = 13,44/22,4 = 0,6 моль

3) Для образования 0,6 моль газов(0,3 моль СО₂ и 0,3 моль Н₂)

в соответствии с уравнением реакции прореагировало 0,15 моль глюкозы.

4) С учётом выхода глюкозы необходимо 0,15/ 0,6 = 0,25 моль

Масса глюкозы m(глюкозы) = 0,25∙180 = 45 г

Ответ: 45 г

Пример 35. Целлюлозу обработали нитрующей смесью(HNO₃ и H₂SO₄), в

результате был получен тринитрат целлюлозы. При этом масса нитрующей

смеси уменьшилась на 108 г. Определите массу полученной

тринитроцеллюлозы (выход 100%).

Решение:

1) Напишем уравнение реакции

[C₆H₇O₂(OH)₃]n + 3nHNO₃ [C₆H₇O₂(ONO₂)₃]n + 3nH₂O

х 3х х 3х

2) Пусть прореагирует х моль целлюлозы

Тогда в соответствии с уравнением реакции масса нитрующей смеси

уменьшится на 3х∙63 и увеличится на 3х∙18.

3) Итого, общий баланс 3х∙63 – 3х∙18 = 3х(63-18) = 135х, что составляет в

соответствии с условием 108 г.

Тогда 108 = 135х. Откуда х= 0,8(моль)

4) Масса тринитроцеллюлозы равна

0,8∙М(C₆H₇O₂(ONO₂)₃ = 0.8∙297 = 237,6(г).

Ответ: 237,6 г тринитроцеллюлозы

13.3. Задачи и упражнения для самостоятельного решения
410. Какие функциональные группы входят в состав молекулы глюкозы?

411. Какие из следующих углеводов подвергаются гидролизу:

а) глюкоза; б) фруктоза; в) крахмал; г)сахароза?

412. Для каких углеводов характерна реакция «серебряного зеркала»:

а) целлюлоза; б) глюкоза; в) фруктоза?

413. Напишите уравнения реакций молочно-кислого, спиртового и

масляно- кислого брожения глюкозы.

414. Полученное из глюкозы соединение состава С₃Н₆О₃ при взаимодействии

с натрием образует соединение С₃Н₄Na₂О₃; с СаСО₃ – С₆Н₁₀СаО₆, а с

этиловым спиртом в присутствии серной кислоты - С₅Н₁₀О₃.

Напишите уравнения соответствующих реакций и назовите полученные

соединения

415. Полученное из глюкозы соединение состава С₆Н₁₄О₆ при взаимодействии

с натрием образует соединение C₆H₈Na₆O_6, с Cu(OH)₂ - соединение синего

цвета, а с избытком уксусной кислоты в кислой среде - С₁₈Н₂₆О₁₂.

Напишите уравнения соответствующих реакций и назовите

полученные соединения.

416. Идентифицируйте растворы:

а) глюкозы и натриевой соли глюконовой кислоты;

б) 2.3-дихлорпропаналя и рибозы;

в) раствора муравьиной кислоты и раствора смеси уксусной кислоты и

глюкозы;

г) водного раствора рибозы и раствора смеси этиленгликоля и

формальдегида;

д) фруктозы, рибозы, пропанола и уксусного альдегида.

417. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить

следующие превращения:

глюкозамолочная кислотагидроксипропионат натрия

этанол этаналь уксусная кислота ацетат натрия

метан углерод.

418. Осуществите цепочку превращений, используя два различных

ферментативных брожений глюкозы:

глюкоза-брожение)А-(дегидратация)В-(HCl)

С-(NaOH_водн)D-(окисление)E-(хлорирование)F

419. Осуществите превращения:

а)глюкоза этиловый эфир масляной кислоты;

б) глюкоза 2-хлорбутират натрия;

в) глюкоза этилбензол; г) глюкоза сорбит.

420. Используя только неорганические вещества и ферменты, получите из

глюкозы эфиры пяти кислот и бутанола-2.

421. Смесь больших количеств

а) рибозы и фруктозы подвергли полному восстановлению, а полученные

продукты обработали малым количеством нитрата натрия и серной кислоты.

б) смесь рибозы и дезоксирибозы обработали малым количеством бромида

натрия и серной кислоты

в ) смесь глюкозы и рибозы обработали малым количеством смеси нитрата

калия и серной кислоты.

Какие продукты реакции, не содержащие серу, присутствовали в конечной

смеси?

422. При спиртовом брожении глюкозы было получено 115 г этанола. Какой

объём углекислого газа образовался при этом?

423. При молочнокислом брожении 450 г глюкозы было получено

400 г молочной кислоты.

Вычислите выход продукта реакции в %% от теоретического.

424. Рассчитайте массу глюкозы, при спиртовом брожении которой было

получено 414 мл 96% этанола (плотность 0,8 г/мл), и это составило 80%

от теоретического выхода.

425. Рассчитайте массу глюкозы, которая потребуется для получения из неё

этилового спирта брожением, если известно, что при нагревании полученного

спирта с концентрированной серной кислотой образуется 100 мл диэтилового

эфира (плотность 0925 г/мл), что составляет 50% от теоретически возможного

выхода.

426. В результате спиртового брожения виноградного сахара содержащего 20%

несахаристых примесей было получено 600 мл 96% спирта(плотность 0,8г/мл).

Какая масса виноградного сахара была подвергнута брожению? Какой объём

(н.у.) углекислого газа выделился при этом?

427. Рассчитайте массу 80% уксусной кислоты, которую можно получить из

спирта образующегося при брожении 100 кг глюкозы.

428. Рассчитайте массу сахарозы, которая при гидролизе образует столько

глюкозы, что при брожении последней получается 180 г молочной кислоты.

429. Рассчитайте массу сахарозы, которая подверглась гидролизу, если при

взаимодействии продуктов гидролиза с аммиачным раствором оксида серебра

было получено 43,2 г серебра.

430. Масса осадка, образовавшегося при нагревании раствора моносахарида с

избытком аммиачного раствора оксида серебра, была в 1,2 раза больше массы

углевода. Определите формулу углевода.

431. Образец моносахарида разделили на две равные части. Одну часть сожгли в

избытке кислорода, а другую подвергли полному гидрированию. Масса

образовавшегося углекислого газа была в 132 раза больше массы

водорода, пошедшего на гидрирование. Определите формулу углевода.

432. При спиртовом брожении глюкозы получен газ который прореагировал

с 80г раствора гидроксида натрия (ω =30%). Рассчитайте массу 60% раствора

этанола которая была получкена при этом.

433. При действии избытка гидрокарбоната натрия на молочную кислоту,

полученную в результате молочнокислого брожения, выделился газ объёмом

8,96л(н.у.). Определите массу глюкозы подвергнутую брожению.

434. Определите массу 10%-ного раствора глюкозы, подвергшегося

маслянокислому брожению, если при этом выделилось столько же газа, сколько

его образуется при сгорании 34,5 мл этанола (плотность=0,8 г/мл).

435. Газ, выделившийся при спиртовом брожении 100 г глюкозы, пропустили

через 661 мл 8% раствора гидроксида кальция ( плотность раствора 1,05 г/мл).

Осадок отделили и прокалили. Определите массовые доли веществ в полученном

растворе и массу остатка после прокаливания. Выход брожения глюкозы 90%.

436. Смесь глюкозы с сахарозой обработали избытком аммиачного раствора

оксида серебра, при этом выделилось 4,32 г осадка. В результате сгорания такого

же количества смеси выделился газ, при пропускании которого через 61 мл

20% раствора КОН ( плотность раствора 1,1 г/мл). Получили раствор, в котором

массовая доля кислой соли составила 30%. Определите массу смеси углеводов.

437. Смесь глюкозы и сахарозы обработали избытком аммиачного раствора оксида

серебра, при этом выделилось 21,6 г осадка. Такое же количество смеси

обработали при нагревании водой в присутствии серной кислоты, а затем

избытком аммиачного раствора оксида серебра в результате получили 32,4 г

осадка. Определите состав смеси углеводов в массовых долях.

438. Образец целлюлозы массой 3,2436г подвергли полному гидролизу.

Полученный раствор обработали избытком аммиачного раствора оксида серебра и

получили 0,0432г осадка. Определите число мономерных звеньев в целлюлозе.

439. Образец целлюлозы массой 97,2 г обработали раствором нитрующей смеси,

масса нитрующего раствора 252 г. В реакцию нитрования вступила азотная кислота, составляющая 40% от массы исходной нитрующей смеси. Определите массы полученных ди- и тринитратов целлюлозы.
Глава 14. АМИНЫ
Амины – производные аммиака , органические основания.

Классификация

1) Амины могут быть первичными – R-NH₂, вторичными – R-NH-R и третичными – R₃N.

2) В зависимости от строения углеводородного радикала различают амины: предельные, непредельные, алициклическме, ароматические, гетероциклические и смешанные.

3) По количеству аминогрупп в молекуле могут быть моноамины, диамины и т.д.

Номенклатура

Для аминов используют номенклатуру IUPAC, радикало-функциональную или тривиальную номенклатуры. Например: C₂H₅NH₂ – этанамин (этиламин); C₂H₅-NH-CH₃ – метилэтиламин; C₆H₅NH₂– фениламин (анилин).
14.1. Получение аминов
1. Алкилирование аммиака и аминов:

NH₃ + CH₃Cl CH₃NH₂ + HCl и т.д.

(см. алкилирование аминов).
2. Восстановление нитросоединений

(на никелевом катализаторе при нагревании или атомарным водородом в

момент выделения):

C₂H₅NO₂ + 3 H₂(t,Ni) C₂H₅NH₂ + 2H₂O
3 Восстановление амидов

(с помощью LiAlH₄)

CH₃- CO-NH₂ C₂H₅NH₂
4. Восстановление нитробензола

C₆H₅NO₂ +2Al + 2NaOH + 4H₂O C₆H₅NH₂ + 2NaAl(OH)₄

C₆H₅NO₂ + 3H₂(t,Ni) C₆H₅NH₂ + 2H₂O
14.2. Химические свойства аминов
1. Основность аминов

а) В водных растворах амины, как и аммиак, присоединяют протон, образуя аммонийные соединения. Эти растворы имеют щелочную реакцию, так как содержат ионы ОН^-. Поэтому амины, как и аммиак, проявляют основные свойства.

NH₃ + H-OH = [NH₄]⁺ + OH^-

R-NH₂ + H-OH = [R-NH_­3]⁺ + OH^-

Все амины – слабые основания. Их основность зависит от природы и числа углеводородных радикалов, связанных с атомом азота. В общем случае, основность аминов убывает в следующем ряду:

алифатические амины > NH₃ > ароматические амины. Среди алифатических аминов (в случае одинаковых радикалов):

вторичные амины > первичные амины > третичные амины.

б) Взаимодействие со щелочами. Щёлочи, являясь более сильными основаниями, вытесняют аммиак и амины из их солей.

NH₄Cl + NaOH NH₃↑ + NaCl + H₂O

[RNH₃]Cl + NaOH RNH₂ + NaCl + H₂O

в) Реакции с неорганическими кислотами с образованием аммонийных солей: CH₃NH₂ + HCl CH₃NH₃Cl (хлорид метиламмония)

г) Взаимодействие с органическими кислотами:

Без нагревания – образование аммонийных солей:

CH₃COOH + CH₃NH₂ CH₃COONH₃CH₃ (ацетат метиламмония)

При нагревании – образование амидов:

СH₃COOH + CH₃NH₂ CH₃CO-NHCH₃ + H₂O

д) Взаимодействие с солями более слабых нерастворимых оснований (реакция обмена):

AlCl₃ + 3 CH₃NH₂ + 3 H₂O Al(OH)₃↓ + 3 CH₃NH₃Cl
2. Взаимодействие с азотистой кислотой (качественная реакция , позволяющая различить первичные, вторичные и третичные амины):

а) первичные амины: СH₃NH₂ + HNO₂ CH₃OH + N₂ + H₂O

б) вторичные амины: (СH₃)₂NH +HNO₂ (CH₃)₂N-N=O +H₂O

в) третичные амины с HNO₂ не реагируют.
3. Алкилирование аминов:

CH₃NH₂ + CH₃Cl (CH₃)₂NH +HCl,

(CH₃)₂ NH + CH₃Cl (CH₃)₃N +HCl

C₆H₅NH₂ + CH₃Cl C₆H₅NHCH₃
4. Взаимодействие с ангидридами и хлорангидридами

карбоновых кислот

C₂H₅NH₂ + CH₃ COCl C₂H₅ –NH- CO-CH₃ + HCl

этилацетатамид

C₂H₅NH₂ + (CH₃-CO)₂O C₂H₅-NH-CO-CH₃ + CH₃COOH

этилацетатамид
5. Комплексообразование (аналогично аммиаку)

CuSO₄ + 4NH₃ [Cu(NH₃)₄]SO₄

CuSO₄ + C₂H₅NH₂ [Cu(NH₂C₂H₅)₄]SO₄
6. Горение – при их горении образуется углекислый газ, вода и азот.

4С₃H₇NH₂ + 21O₂ 12CO₂ + 18H₂O + 2N₂

4C₆H₅NH₂ + 31O₂ 24CO₂ + 14H₂O + 2N₂
7. Особенности ароматических аминов(анилина)

Образуют соли только с сильными кислотами:

C₆H₅NH₂ + HClC₆H₅NH₃Cl (хлорид фениламмония

или гидрохлорид анилина)

Аминогруппа сильно активирует ароматическое кольцо в реакциях замещения – анилин реагирует с бромной водой при комнатной температуре и без катализатора с выпадением осадка 2,4,6-триброманилина (качественная реакция на ароматические амины):


8. Окисление анилина

Другая качественная реакция - при действии хлорной извести образуются продукты с интенсивным фиолетовым окрашиванием.