Слайд 1ФГБОУ ВО БГМУ Минздрава России
Кафедра общей химии
ЛЕКЦИЯ 2
Биологически важные
реакции карбонильных соединений. Карбоновые кислоты и их производные.
Слайд 2Реакционная способность альдегидов и кетонов.
Слайд 3Карбонильные соединения
Альдегиды
Кетоны
Определение:
альдегидами называются соединения,
в которых карбонильная группа соединена с углеводородным радикалом и атомом водорода, а кетонами – карбонильные соединения с двумя углеводородными радикалами
Слайд 4Классификация и номенклатура альдегидов
По характеру углеводородного радикала:
1) алифатические
насыщенные
2)
алифатические
ненасыщенные
3) ароматические
4) алициклические
5) гетероциклические
ТН уксусный альдегид
МН этаналь
ТН акриловый альдегид
МН пропеналь
ТН бензальдегид
Слайд 5Классификация и номенклатура кетонов
По характеру углеводородных радикалов:
алифатические насыщенные
ароматические
смешанные
ТН ацетон
РН диметилкетон
МН пропанон
РН дифенилкетон
РН метилфенилкетон
ТН ацетофенон
Слайд 6Гомологический ряд насыщенных альдегидов состава С1 – С5
С1
С2
С3
С4
С5
ТН муравьиный альдегид; формальдегид
МН метаналь
ТН уксусный альдегид; ацетальдегид
МН этаналь
ТН пропионовый альдегид
МН пропаналь
ТН масляный альдегид
МН бутаналь
ТН валериановый альдегид
МН пентаналь
Слайд 7Реакционные центры в молекулах карбонильных соединений на примере уксусного альдегида
С- Н
кислотный
центр
электрофильный центр
основный оксониевый центр
нуклеофильный центр
δ'+ <
δ +
δ -
:
Слайд 8Общая схема реакции нуклеофильного присоединения в карбонильных соединениях
δ+
δ-
+ Е –
Nu
E +
Слайд 9Сравнение реакционной способности альдегидов и кетонов в реакциях AN
Выводы:
Альдегиды обладают
большей реакционной способностью, чем кетоны.
Электроноакцепторные заместители увеличивают реакционную способность, электронодонорные
заместители – уменьшают.
Ароматические альдегиды и кетоны менее реакционноспособные, чем алифатические.
В гомологическом ряду насыщенных альдегидов реакционная способность уменьшается.
Слайд 10Реакции нуклеофильного присоединения АN
1. ПРИСОЕДИНЕНИЕ ВОДЫ
+ НОН
формальдегид
гидрат формальдегида
δ+
+ НОН
хлораль
хлоральгидрат
устойчив
Слайд 11δ +
δ -
+ С2Н5ОН
НСI сух.
2. ПРИСОЕДИНЕНИЕ СПИРТОВ
уксусный альдегид
этиловый спирт
полуацеталь неустойчив
+
С2Н5ОН
НСI сух.
+ НОН
ацеталь, устойчив диэтилацеталь уксусного альдегида
Слайд 12
3. Присоединение гидросульфита натрия
для выделения из смеси и очистки
карбонильных соединений
4. Реакция с тиолами
для «защиты» карбонильной группы
Слайд 135. Присоединение циановодородной кислоты
2-гидроксибутаннитрил
Слайд 14Реакции карбонильных соединений с азотсодержащими нуклеофилами АN - E
МЕХАНИЗМ:
+ NH2
- X
Н2О +
монозамещенный имин
δ +
Слайд 15Реакции карбонильных соединений с азотсодержащими нуклеофилами АN - E
+ NH3
этаналь
+
Н2О
+ Н2О
имин
+ NH2- CH3
N-замещенный имин
этаналь
метиламин
Слайд 16Реакции карбонильных соединений с азотсодержащими нуклеофилами АN - E
+ NH2-
ОН
+ Н2О
ацетон
ацетон
оксим
+ NH2 – NH2
гидроксиламин
гидразин
гидразон
+ Н2О
Слайд 17Реакции с углеродсодержащими нуклеофилами
Присоединение магнийорганических соединений
Слайд 18Реакции с участием С-Н-кислотного центра
Альдольно-кротоновая конденсация
+
Слайд 19Реакции окисления
окисление
δ +
Реакция «серебряного зеркала»
+ [Ag(NH3)2]OH
CH3-COONH4
+Ag
+ NH3+H2O
уксусный альдегид
+ 2Сu(OH)2
t
CH3-COOH
+ Cu2O
+
2H2O
оранжево- красный
Слайд 20Восстановление карбонильных соединений
Восстанавливающие реагенты: Н2 / Ni, NaH, LiAlH4
пропаналь альдегид
+
Н2
Ni, t
пропанол-1 первичный спирт
ацетон кетон
+ NaH
+ -
δ +
δ -
алкоголят
Н2О
-
NaОH
пропанол-2 вторичный спирт
Слайд 21Реакции диспропорционирования (Канниццаро)
КОН конц.
+
бензальдегид
соль кислоты бензоат калия
первичный спирт бензиловый
спирт
2
H2O
2
HCOOН + СН3-ОН
формальдегид
муравьиная кислота
метанол
Слайд 22Реакционная способность карбоновых кислот
Слайд 23Классификация карбоновых кислот
По числу карбоксильных групп:
монокарбоновые
дикарбоновые
трикарбоновые и т.д.
щавелевая к-та
уксусная к-та
Слайд 24Классификация карбоновых кислот
по строению углеводородного радикала:
никотиновая к-та
уксусная к-та
циклогексановая к-та
бензойная к-та
-алифатические
-ароматические
-гетероциклические
-алициклические
Слайд 25Номенклатура алифатических карбоновых кислот
тривиальное
название
IUPAC
муравьиная к-та
(формиаты)
метановая
кислота
уксусная к-та
(ацетаты)
этановая
кислота
пропионовая к-та
(пропионаты)
пропановая
кислота
Слайд 26IUPAC
масляная к-та
(бутираты)
бутановая
кислота
валериановая к-та
(валераты)
пентановая
кислота
Номенклатура алифатических карбоновых кислот
тривиальное
название
изовалериановая к-та
(изовалериаты)
3-метил-
бутановая
кислота
Слайд 27Непредельные карбоновые кислоты
акриловая кислота
пропеновая кислота
метакриловая кислота
2-метилпропеновая
кислота
Слайд 28Алифатические дикарбоновые кислоты
этандиовая кислота
(оксалаты)
щавелевая кислота
пропандиовая кислота
(малонаты)
малоновая кислота
Слайд 29Алифатические дикарбоновые кислоты
бутандиовая кислота
(сукцинаты)
янтарная кислота
пентандиовая кислота
(глутараты)
глутаровая кислота
Слайд 30Непредельные дикарбоновые кислоты
Н
СООН
СООН
Н
Н
СООН
НООС
Н
малеиновая кислота
цис-бутендиовая
фумаровая кислота
транс-бутендиовая
Слайд 31Реакционные центры в молекулах карбоновых кислот
R
C
C
O
O H
H
H
δ+
δ-
электрофильный
центр
:
основный центр
δ'
+
CH-кислотный
центр
..
OH-кислотный центр
Слайд 32Кислотные свойства
+
NaOH
+
H2O
пропионовая кислота
пропионат натрия
бензойная кислота
+
NaHCO3
бензоат натрия
+
CO2
+
H2O
Слайд 33Кислотные свойства карбоновых кислот
Электроноакцепторные заместители в радикале карбоновых кислот
повышают их кислотные свойства, электронодонорные – понижают.
В гомологическом ряду предельных алифатических карбоновых кислот кислотность понижается.
Слайд 34Реакции нуклеофильного замещения
+
E+ Nu-
-E+
присоеди-нение
E+
замещение
E+ OH-
+
E+
Слайд 35Функциональные производные карбоновых кислот
хлорангидриды
ангидриды
сложные эфиры
гидразиды
амиды
нитрилы
Слайд 36Реакции нуклеофильного замещения SN
Реакция образования сложных эфиров (этерификации)
+
СН3ОН
Н+
to
+
уксусная
кислота
метанол
метилацетат
Н2О
Слайд 37Получение хлорангидридов
уксусная кислота
+
SOCl2
+
+
HCl
SO2
ацетилхлорид
+
РCl5
+
РOCl3
+
HCl
бензоилхлорид
бензойная кислота
тионилхлорид
to
to
Слайд 38Получение ангидридов
+
+
Н2О
Р2О5 , to
уксусный ангидрид
Слайд 39Получение амидов
NH3
to
+
Н2О
пропионовая кислота
пропионат аммония
амид пропионовой кислоты
Слайд 40Реакции карбоновых кислот по радикалу
Насыщенные алифатические карбоновые кислоты
СН3–СН2–СООН + Cl2
Ркр,
t
пропионовая кислота
α-хлорпропионовая кислота
Слайд 41Реакции карбоновых кислот по радикалу
Ненасыщенные карбоновые кислоты
Реакция галоганирования
СН2=СН–СООН + Br2
H2O
пропеновая
кислота
2,3-дибромпропановая кислота
Слайд 42Реакции карбоновых кислот по радикалу
Ненасыщенные карбоновые кислоты
+ НBr
пропеновая кислота
3-бромпропановая кислота
Реакции
гидрогалогенирования акриловой кислоты протекают против правила Марковникова
δ+
δ-
+ –
Слайд 43Реакции карбоновых кислот по радикалу
Ароматические карбоновые кислоты
Реакции электрофильного замещения по
бензольному кольцу
+ Br2
+ НBr
бензойная кислота
м-бромбензойная кислота
FeBr3
to
Слайд 45Кислотные свойства
NaOH
– Н2O
NaOH
– Н2O
щавелевая кислота
кислый оксалат натрия
(мононатриевая соль)
оксалат натрия (динатриевая соль)
Слайд 46Качественная реакция
СaСl2
– СaCl2
щавелевая кислота
оксалат кальция
осадок белого цвета
Ca
Слайд 47Реакции нуклеофильного замещения
СН3OH
Н +
СН3OH
Н +
янтарная кислота
монометилсукцинат
диметилсукцинат
Слайд 48Специфические свойства
щавелевая кислота
Декарбоксилирование
С
О
О
to
+
СО2
муравьиная кислота
малоновая
кислота
С
О
О
to
+
СО2
уксусная кислота
Слайд 49Специфические свойства
Образование циклических ангидридов
С
Н2С
Н2С
to
+
Н2О
янтарная кислота
янтарный ангидрид
Слайд 50Контрольные вопросы:
Назовите реакционные центры в молекулах карбонильных соединений
Сравните реакционную способность
альдегидов и кетонов в реакциях АN
Назовите реакционные центры в молекулах
карбоновых кислот
Приведите примеры реакций SN, характерных для карбоновых кислот