Сопряженные и ароматические соединения

МОДУЛЬ 4 «ОРГАНИЧЕСКАЯ  ХИМИЯ»

Занятие №14

Тема: Сопряженные и ароматические соединения.

Взаимное  влияние атомов в органических соединениях

Мотивация цели:

Соединения углерода, лежащие в основе живой материи, очень многочисленны и разнообразны. Электронное строение химических связей и взаимное влияние атомов в органических соединениях—теоретический стержень курса органической химии. Необходимо изучение на современном научном уровне взаимосвязи строения и реакционной способности органических соединений. Такие понятия, как сопряжение, ароматичность, электронные эффекты должны стать ориентировочной основой действия, как при изучении медико-биологических дисциплин, так и в профессиональной деятельности специалиста.

Цель самоподготовки:

Усвоить понятие сопряженные системы, их классификация, критерии ароматичности, электронные эффекты заместителей в органических соединениях

Исходный уровень  знаний:

Для усвоения материала  данной темы необходимо знать: основные положения теории строения органических соединений А.М. Бутлерова, структурную изомерию, sp³-, sp²-, sp-гибридизацию атомов углерода, тетраэдрическое строение молекулы метана, основные правила систематической номенклатуры, электроотрицательность элементов.

План изучения темы:

1. Понятие сопряжение.

2. Сопряженные системы с открытой цепью  сопряжения.

3. Замкнутые сопряженные системы.

4. Понятие ароматичность

5. Критерии ароматичности

6. Электронные эффекты заместителей в алифатических и ароматических соединениях.

1) Электронодонорные  заместители

2) Электроноакцепторные заместители

7. Индуктивный электронный эффект. Определение. Возможные направления действия и обозначение индуктивного эффекта. Примеры

8. Мезомерный электронный эффект. Основное условие, необходимое для его проявления. Определение. Возможные направления действия и обозначение мезомерного эффекта. Примеры

Литература  для самоподготовки:

1. Конспект лекций.

2. Тюкавкина Н. А., Бауков  Ю. И. Биоорганическая химия. - М.: Медицина, 
1991, глава 2, с. 29-50

3. Тюкавкина Н. А., Бауков  Ю. И. Биоорганическая химия. - М.: Дрофа, 
2005, глава 2, с. 24-46

4. Руководство к лабораторным  занятиям по биоорганической  химии. Под ред. Тюкавкиной Н.А. - М.: Медицина, 1999, Тема 5, с.66

5. Пузаков С.А. Химия.- М.: Медицина, 1995. – 624с., глава 6, с.90-115

Решить задачи к занятию №14:

1. Дайте определение понятия «сопряжение». Назовите вид сопряжения в молекулах анилина; фенола; бутадиена-1,3; изопрена. Напишите формулы соединений.
2. Дайте определение понятия «ароматичность». Покажите соответствие критериям ароматичности следующих соединений: нафталина, пиррола, тиофена, фурана, пиридина. Напишите их строение. Приведите электронное строение пиррольного и пиридинового атомов азота.
3. Дайте определение «индуктивный эффект». Изобразите графически действие индуктивного эффекта заместителей в молекулах хлороформа CH₃Cl, n-метилфенола (n-крезол).
4. Что такое положительный и отрицательный мезомерный эффект? Покажите действие этого эффекта в молекулах акриловой (пропеновой) кислоты, фенола, n-гидроксибензойной и сульфаниловой кислот.
5. Сравните основность атомов азота. Ответ поясните.

6. Сравните кислотность дезинфицирующих средств – фенола и пара-крезола. Ответ поясните

 

 

Занятие №15

Тема: Классификация органических реакций

Мотивация цели:

Изучение механизма органических превращений необходимо для понимания взаимосвязи структурной организации и  биологической функции соединений в живом организме, а также для понимания терапевтического эффекта ряда лекарств.

Цель самоподготовки

Сформировать знания реакций гомолитического  и гетеролитического типа как основу для понимания процессов, протекающих в организме, понятие о механизме химической реакции, факторах, определяющих направление реакции

Исходный уровень  знаний:

Понятия кислотный, основный центр, радикал, нуклеофил, электрофил, электронные эффекты заместителей, электроотрицательность, поляризуемость, избирательность, устойчивость промежуточных соединений

План изучения темы:

1. Понятие реакционная способность соединения, субстрат, реагент, реакционный центр
2. Классифиция органических реакций по способу разрыва и образования связей

1) радикальные

2) ионные

3) согласованные

3. Классифиция органических реакций по направлению (или в соответствии с конечным результатом)

1) замещения  (S) - (S_N, S_Е, S_R)

2) присоединения  (A) - (А_Е, А_N)

3) отщепления (элиминирования) (E)

4) перегруппировки 

4. Классифиция органических реакций по молекулярности

1) Диссоциативные (мономолекулярные)

2) Ассоциативные  (бимолекулярные)

5. Классификация реагентов

1. радикальные,
2. электрофильные,
3. нуклеофильные

6. Избирательность химических превращений

7. Факторы, определяющие реакционную способность соединений

Литература  для самоподготовки:

1. Конспект лекций.

2. Тюкавкина Н. А., Бауков  Ю. И. Биоорганическая химия. - М.: Медицина, 
1991, глава 4, с. 88-117

3. Тюкавкина Н. А., Бауков Ю. И. Биоорганическая химия. - М.: Дрофа, 
2005, глава глава 4, с. 85-95

4. Руководство к лабораторным  занятиям по биоорганической  химии. Под ред. Тюкавкиной Н.А. - М.: Медицина, 1999, Тема 7-12

5. Пузаков С.А. Химия.- М.: Медицина, 1995. – 624с., глава 6, с.90-115

Решить задачи к занятию №15:

1. Напишите реакцию бромирования 2-метилпропана. Покажите на примере региоселективность реакции радикального замещения

2. Сравните реакционную способность пропена, 2-метилпропена, этилена и хлорэтена (винилхлорида) в реакциях электрофильного присоединения. Расположите перечисленные соединения в ряд по уменьшению реакционной способности.
3. Дайте обоснование правилу Марковникова на примере реакций гидратации пропена и 2-метилпропена (с учетом статического и динамического факторов). Рассмотрите влияние электронных эффектов алкильных групп на стабильность первичного, вторичного и третичного карбкатионов, расположите их в ряд по уменьшению стабильности.
4. Объясните, чем обусловлена склонность ароматических соединений вступать в реакции электрофильного замещения, а не присоединения. Напишите реакцию электрофильного замещения S_E – хлорирование фенола. Покажите ориентирующее влияние ОН-группы на реакционную способность фенола. Какого из продуктов реакции образуется больше, ответ поясните.
5. Проведите реакцию дегидратации пропанола-2. Сформулируйте правило Зайцева
6. Реакция этерификации – образование сложных эфиров при взаимодействии кислот со спиртами. Метилсалицилат относится к группе ненаркотических анальгетиков. Получите это соединение, используя реакцию этерификации

 

Занятие №16

Тема: Номенклатура, стереоизомерия и реакционная способность поли- и гетерофункциональных соединений

Мотивация цели:

Сформировать представление  о единстве строения, конфигурации и конформации органических молекул  с биологической активностью  природных и синтетических  биологически активных соединений для понимания механизмов химических реакций in vivo Гетерофункциональные соединения (гидроксиокси- и оксокислоты, аминоспирты, аминокислоты и их производные) широко распространены среди природных и синтетических соединений, имеющих биологическое значение и обладающих выраженной физиологической активностью. Они являются составной частью пищевых продуктов, метаболитами, лекарственными препаратами.

Цель самоподготовки:

Рассмотреть электронные  эффекты как основной способ передачи взаимного влияния атомов и электронное строение молекул с сопряженными связями как термодинамически устойчивые системы, используемые при построении биологически важных соединений, особенностях их реакционной способности

Исходный уровень  знаний:

Виды гибридизации атома  углерода, строение s- и p-связей, вопросы стереохимии (конформации молекул), правила систематической номенклатуры ИЮПАК, электронное строение пиррольного и пиридинового атомов азота, ароматичность, электронные эффекты

 

План изучения темы:

1.  Классификация полифункциональных соединений

2. Номенклатура полифункциональных соединений

3. Стереоизомерия гетерофункциональных соединений

4. Понятие хиральность, ассиметрический атом углерода

5. Абсолютная и относительная конфигурация 

6. Проекционные формулы Фишера

7. Реакционная способность гетерофункциональных соединений

1) Кислотно-основные  свойства

2) Влияние  гетерофункционального заместителя  на  реакционный центр

3) Свойства  гетероциклов (пиридин, пиррол, индол,  фуран, тиофен)

 

Литература для самоподготовки:

1. Конспект лекций.

2. Тюкавкина Н. А., Бауков  Ю. И. Биоорганическая химия. - М.: Медицина, 
1991, глава 3, с. 51-87; глава 9, 10 с.230-309

3. Тюкавкина Н. А., Бауков  Ю. И. Биоорганическая химия. - М.: Дрофа, 
2005, глава глава 3, с. 47-79; глава10,11,12, с.243-345

4. Руководство к лабораторным занятиям по биоорганической химии. Под ред. Тюкавкиной Н.А. - М.: Медицина, 1999, Тема 4,13,14,15

5. Пузаков С.А. Химия.- М.: Медицина, 1995. – 624с., глава 6, с.90-115, глава

Решить задачи к занятию №16:

1. Назовите по заместительной номенклатуре ИЮПАК соединения:

HOOC-CH₂-CH₂-COOH, HS-CH₂-CH(NH₂)-COOH, HOOC-CH₂-CO-COOH, CH₃-CH(OH)-COOH,  HO-CH₂-CH(OH)-CHO

2. Напишите формулы соединений:

2,4-дигидроксипиримидин (урацил); 2,4дигидрокси-5-метилпиримидин (тимин); 4-амино-2-гидроксипиримидин (цитозин); 4-метилимидазол; 6-аминопурин (аденин); 2-амино-6-гидроксипурин (гуанин)

3. Выберите соединение, молекула которого хиральна: 2-бромпропановая или  
3-гидроксипропановая кислота. Напишите формулы D-,L- стереоизомеров,  используя формулы Фишера

4. Какая из двух, участвующих в цикле Кребса карбоновых кислот – яблочная (2-гидроксибутандиовая) или фумаровая (бутендиовая) – способны существовать в виде энантиомеров? Напишите их формулы

5. Сравните основность анилина, п-аминобензойной кислоты, п-аминофенола.

6. Напишите реакции сульфирования пиррола, фурана, тиофена, пиридина. Объясните, как различаются условия проведения этих реакций по сравнению с бензолом. 

 

Занятие №17

Защита  модуля 4: «Органическая химия»

  Контрольная работа №4 на тему:

 «Сопряженные и ароматические соединения. Классификация органических реакций. Гетеро- и полифункциональные соединения»

 

Мотивация цели:

Смотри занятие №14-16

Цель самоподготовки:

Смотри занятие №14-16

Исходный уровень  знаний:

Смотри занятие №14-16

 

План изучения темы:

Повторить:

1. Сопряженные и ароматические  соединения. Взаимное влияние атомов  в органических соединениях

2. Классификация органических  реакций

3. Номенклатура, стереоизомерия  и реакционная способность поли- и гетерофункциональных соединений

 

Литература для самоподготовки:

1. Конспект лекций.

2. Тюкавкина Н. А., Бауков  Ю. И. Биоорганическая химия. - М.: Медицина, 
1991, с.520

3. Тюкавкина Н. А., Бауков  Ю. И. Биоорганическая химия. - М.: Дрофа, 
2005., с 527

4. Руководство к лабораторным  занятиям по биоорганической химии. Под ред. Тюкавкиной Н.А. - М.: Медицина, 1999

5. Пузаков С.А. Химия.- М.: Медицина, 1995. – 624с.

 

Решить задачи к занятию №17:

Решить 0 вариант контрольной  работы работа №4 на тему:

«Сопряженные  и ароматические соединения. Классификация органических реакций. Гетеро- и полифункциональные соединения»

 

 

ФБГОУ ВПО «ОГУ», Медицинский  институт

Предмет: Химия, 1 курс, специальность: «Лечебное дело», «Педиатрия»

Модуль №4 «Органическая  химия»

Контрольная работа №4 на тему:

«Сопряженные  и ароматические соединения. Классификация органических реакций. Гетеро- и полифункциональные соединения»

 

ВАРИАНТ №0

 

1. Какие из приведенных соединений являются сопряженными системами? Укажите вид сопряжения.

 

 

 

 

 

2.  Выберите из приведенных структур ароматические:  анилин, нафталин, циклогексан. Приведите критерии ароматичности и обоснуйте принадлежность выбранных структур  к ароматическим.    

3. Укажите вид и знак электронных эффектов в следующих соединениях: этилбензол, нитробензол, пентен-1, пропановая кислота. Обозначьте эффекты графически.