рабочая тетрадь. фундаментальная и прикладная химия часть 3

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого»
Институт сельского хозяйства и природных ресурсов
Кафедра биологии и биологической химии
РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
ЧАСТЬ 3
Специальность 020201.65 – ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ И ПРИКЛАДНАЯ
ХИМИЯ
Студент
_________________________
Группа
_________________________
Великий Новгород
2012
СОДЕРЖАНИЕ
Консультация «Номенклатура органических соединений.
Углеводороды. Кислородсодержащие соединения»
Стартовый рейтинг «Номенклатура органических соединений.
Занятие 2
Углеводороды. Кислородсодержащие соединения»
МОДУЛЬ 4 АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Консультация «Нитросоединения. Амины»
Занятие 3
К.р. №1 «Азотсодержащие соединения»
Занятие 4
Занятие 1
МОДУЛЬ 5 ГЕТЕРОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Консультация «Гетерофункциональные соединения»
Занятие 5
К.р. №2 «Гетерофункциональные соединения»
Занятие 6
МОДУЛЬ 6 УГЛЕВОДЫ
П.з. «Оптическая изомерия»
Занятие 7
Консультация «Углеводы»
Занятие 8
Углеводы
Занятие 9
Л.р. №1 «Углеводы»
К.р. №3 «Углеводы»
Занятие 10
МОДУЛЬ 7 АМИНОКИСЛОТЫ
Аминокислоты
Занятие 11
Л.р.№ 2 «Аминокислоты»
Консультация «Пептиды. Пептидная связь»
Занятие 12
Белки
Занятие 13
Л.р. №3 «Белки»
К.р. №4 «Аминокислоты»
Занятие 14
МОДУЛЬ 8 ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Семинар №1 «Гетероциклические соединения»
Занятия 15-16
К.р. №5 «Гетероциклические соединения»
Занятие 17
Занятие 18-19
Контрольная лабораторная работа №4 «Определение
неизвестных веществ»
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ
2
C
ЗАНЯТИЕ 1
Консультация «Номенклатура органических соединений. Углеводороды.
Кислородсодержащие соединения»
Задания для аудиторной работы
1. Укажите класс и назовите по номенклатуре ИЮПАК соединения.
1)
9)
CH
CH3
CH2
C
C
C
CH
CH2
CH3
C
CH
CH3
2)
10)
CH3
CH
OH
CH3
OH
C
CH
C
C
CH
CH3
O
CH2
C
O
O
3)
CH2
11)
O
O
C
C
CH2
OH
CH3
CH3
C
C
OH
C
OH
O
O
4)
12)
NH
CH3
NH
CH2
CH3
CH3
5)
CH3
13)
CH2
CH3
O
C
OH
O
CH
C
CH2
O
CH2
CH3
CH3
6)
14)
O
CH3
OH
C
CH
O
NH2
CH
C
CH2
CH2
O
OH
CH
3
CH
Cl
C
CH3
7)
15)
CH3
C
N
C
C
CH2
OH
CH3
C
C
O
8)
O
OH
16)
OH
C
O
O
O
OH
C
C
OH
OH
2. Напишите формулы и укажите класс соединений.
6) 3,3 – диметилнонен – 1
1) 2- метилгексадиен –1,5–ин – 3
2) 2,4,6 – тринитрофенол
7) фенилнеопентиловый эфир
3) 4–гидрокси–3– метоксибензальдегид
8) п – аминофенол
4) 2 - (2/ - этокси)пропан
9) изопропанол
5) трипропилметан
10) фенилацетилен
O
O
OH
3. С какими из перечисленных реагентов (KMnO4, HBr, HNO3(разб.), H2 (kat – Ni),
Na, NaOH, Br2, H2O, CH3Cl, CH3OH, СН3СООН) взаимодействует ацетилен, бензол, фенол,
этиловый спирт, уксусная кислота? Напишите уравнения реакций.
4
4. Сравните по химическим свойствам вещества:
а) бензол и толуол;
б) муравьиная кислота и формалин.
Чем они отличаются? Докажите отличия с помощью реакций.
5
5. Осуществите цепь превращений с указанием условий протекания реакций:
а) пропен → 1,2-дибромпропан → 2,2-дибромпропан;
б) этан → гидроксиуксусная кислота
ЗАНЯТИЕ 2
Стартовая контрольная работа «Номенклатура органических соединений.
Углеводороды. Кислородсодержащие соединения»
Вопросы для внеаудиторной работы
1. Основные правила номенклатуры соединений по ИЮПАК.
2. Основные типы реакций в органической химии.
3. Основные механизмы реакций в органической химии.
4. Химические свойства, способы получения углеводородов.
6
5. Химические свойства, способы получения кислородсодержащих соединений.
МОДУЛЬ 4 АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
ЗАНЯТИЕ 3
Консультация «Нитросоединения. Амины»
Задания для внеаудиторной работы
1. Классификация аминов. Что такое первичный, вторичный и третичный амин?
2. Почему амины обладают основными свойствами?
3. В чем различие химических свойств аминов жирного и ароматического ряда?
4. Анилин, химические свойства. В чем выражается взаимное влияние радикала
(фенила) и аминогруппы?
5. Какие соединения называются аминоспиртами?
6. Напишите формулу коламина и холина, укажите их биологическую роль.
7. Какие соединения называются амидами?
Задания для аудиторной работы
1. Напишите уравнение взаимодействия аминов с соляной кислотой.
2. Как реагируют первичные, вторичные и третичные амины с азотистой кислотой?
7
3. Напишите уравнение реакции получения анилина по методу Н.Н. Зинина.
4. Напишите уравнения реакций взаимодействия анилина: а) с серной кислотой, с
образованием кислой соли; б) с водородом в присутствии никеля.
5. При действии азотистой кислоты на амин состава C4H11N образовался спирт и
выделился азот. Напишите структурные формулы возможных изомеров исходного амина и
дайте им названия.
6. Напишите формулы всех аминов, которые могут получиться при действии
аммиака на йодистый этил, и назовите их.
7. Из каких альдегидов и кетонов и каким образом можно получить: изопропиламин;
2-аминобутан? Напишите уравнения соответствующих реакций.
8. Напишите уравнения реакций взаимодействия изопропиламина с йодистым
этилом, хлористым ацетилом, уксусным ангидридом.
8
9. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить
следующие превращения веществ:
Оксид кальция→2,4,5-триброманилин
10. С помощью каких химических реакций можно различить: а) нитробензол и
анилин; б) пропиламин и метилэтиламин; в) п-толуидин и 4-метилциклогексиламин?
11. Мочевина. Напишите уравнение гидролиза мочевины.
ЗАНЯТИЕ 4
Контрольная работа №1 «Азотсодержащие соединения»
Вопросы для внеаудиторной работы
1. Нитросоединения: таутомерия, строение, химические свойства,
получения.
2. Амины: химические свойства, способы получения.
3. Ароматические амины: химические свойства.
4. Диазо- и азосоединения: химические свойства, способы получения.
способы
МОДУЛЬ 5 ГЕТЕРОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
ЗАНЯТИЕ 5
Консультация «Гетерофункциональные соединения»
Задания для внеаудиторной работы
1. Какие соединения называются оксикислотами и как они классифицируются?
2. Какие соединения называются фенолоксикислотами?
9
3. В чем отличие альдегидокислот от кетокислот по строению?
4. Напишите уравнения реакций, характерные для спиртовой группы молочной
кислоты.
5. Напишите уравнения реакций с гликолевой кислотой, характерные для
карбоксильной группы.
6. Напишите формулы всех изомеров оксибензойной кислоты.
7. напишите уравнение реакции образования сложного эфира из салициловой
кислоты и этанола.
8. В чем отличие альдегидокислот от кетокислот по строению?
9. Напишите уравнения реакций с пировиноградной кислотой, характерные для
карбоксильной группы.
10. Напишите уравнения реакций с глиоксалевой кислотой по альдегидной группе.
10
Задания для аудиторной работы
1. Напишите формулы всех изомерных оксимасляных кислот.
2. Молочная кислота, ее строение, изомерия. Напишите уравнения реакций
взаимодействия молочной кислоты с: а) металлом; б) хлорангидридом; в) пятихлористым
фосфором.
3. Напишите проекционные формулы оптических антиподов яблочной кислоты.
Напишите уравнений реакций: а) окисления яблочной кислоты; взаимодействия с : б)
метанолом; в) хлорангидридом уксусной кислоты; г) пятихлористым фосфором.
4. Напишите уравнения реакций взаимодействия: а) бензойной кислоты с
изопропиловым спиртом; б) салициловой кислоты с уксусным ангидридом; в) молочной
кислоты с хлорангидридом уксусной кислоты. Укажите условия проведения реакций.
5.
Приведите
способы
получения
оксикислот.
соответствующих реакций на примере молочной кислоты.
11
Напишите
уравнения
6. Перечислите свойства оксикислот, связанные с гидроксильной группой.
Иллюстрируйте их реакциями на примере яблочной кислоты.
7. Как происходит дегидратация α-, β-, γ- оксикислот? Напишите реакцию
образования лактида при дегидратации молочной кислоты.
8. Какие вещества называются лактидами, лактонами? Напишите уравнения реакции
образования образования лактона при дегидратации оксипентановой кислоты.
9. Поясните, что такое кето-енольная таутомерия на примере этилового эфира
ацетоуксусной кислоты. Напишите уравнение реакции получения ацетоуксусного эфира из
этилового спирта и ацетоуксусной кислоты.
10. Представьте процесс получения β-оксипропионовой кислоты из акриловой
кислоты, α-оксимасляной кислоты из масляной, яблочной – из янтарной. Назовите
упомянутые выше кислоты по международной номенклатуре.
11. Приведите уравнения реакций, с помощью которых можно получить
пировиноградную кислоту из виноградной.
Что образуется при восстановлении
пировиноградной кислоты?
12
12. Напишите уравнения реакций присоединения этилового спирта, синильной
кислоты и бисульфита натрия к глиоксалевой кислоте.
13. Напишите формулы молочной, яблочной и лимонной кислот. Как можно
осуществить
переходы
соответствующих
кислот:
пропионовая→αхлорпропионовая→молочная?
ЗАНЯТИЕ 6
Контрольная работа №2 «Гетерофункциональные соединения»
Вопросы для внеаудиторной работы
1. Алифатические гидроксикислоты. Методы синтеза. Химические свойства.
2. Ароматические гидроксикислоты.
3. Альдегидо- и кетокислоты. Специфика их свойств.
4. Кетоенольная таутомерия β-дикарбонильных соединений: ацетоуксусного эфира,
щавелевоуксусной кислоты.
5. Синтезы карбоновых кислот и кетонов на основе ацетоуксусного эфира.
МОДУЛЬ 6 УГЛЕВОДЫ
ЗАНЯТИЕ 7
Оптическая изомерия
Задания для внеаудиторной работы
1. Какой атом углерода называется асимметрическим?
2. Напишите формулы оптических изомеров глицеринового альдегида.
13
3. Какие изомеры называются энантиомерами?
4. Что называется рацематом?
5. В чем суть асимметрического синтеза?
Задания для аудиторной работы
1. Рассмотрите вопрос о циклоцепной таутомерии сахаров на примере D-фруктозы.
Напишите уравнение реакции взаимодействия метанола с β-D-фруктопиранозой. Назовите
образовавшийся продукт.
2. Сколько оптических изомеров существует для альдопентоз? Каким параметром
это определяется?
3. Объясните смысл следующих терминов: «мутаротация», «восстанавливающий
сахар», «формула Фишера».
4. Что такое L- и D- , α- и β-формы сахаров? Укажите на конкретных примерах
моносахаридов.
5. Напишите циклические и открытые формы глюкозы.
14
6. Мутаротация. Объясните это явление на примере глюкозы.
7. Стереоизомеры подразделяют на конформеры и конфигурационные изомеры. В
свою очередь, последние подразделяются на энантиомеры и диастереомеры. Приведите
соответствующие примеры стереизомеров в ряду углеводов.
8. Из перечисленных соединений выберите те, в молекулах которых имеется
ассиметрический атом углерода: ацетилхлорид, молочная кислота, бутен-2, этанол.
Составьте структурные формулы этих соединений, отметив знаком «*» асимметрический
углеродный атом, запишите формулы энантиомеров в виде тетраэдрических моделей.
9. Составьте формулу 2,3,4-тригидроксибутаналя. Обозначьте хиральные атомы
углерода знаком «*». Составьте формулы пространственных изомеров этого вещества в
проекциях Фишера. Обозначьте какие из них можно отнести к D-, а какие к L-ряду?
10. Из перечисленных соединений выберете те, в молекулах которых имеется
асимметричный атом углерода. Запишите формулы этих веществ, отметьте знаком «*»
хиральный атом углерода, изобразите формулы энантиомеров в виде тетраэдрических
моделей. Перечень соединений: 1,2-дихлорэтен, уксусный альдегид, 2-хлорпропанол-1,
этилбромид.
15
ЗАНЯТИЕ 8
Консультация «Углеводы»
Задания для внеаудиторной работы
1. Что такое гликозидный гидроксил? Какие реакции свойственны сахарам по этому
гидроксилу?
2. Напишите формулу рибозы и дезоксирибозы в карбонильной и циклической
формах.
3. Напишите уравнения реакций образования мальтозы и целлобиозы. Чем
отличаются структурные формулы этих дисахаридов?
4. Укажите, какие дисахариды относятся к
невосстанавливающему
типу.
Приведите
примеры
невосстанавливающих дисахаридов.
восстанавливающему
восстанавливающих
и
и
5. Гидролиз крахмала и клетчатки. Какие промежуточные и конечные продукты при
этом образуются?
6. Строение гликогена и его биологическая роль.
Задания для аудиторной работы
1. Как из альдогексозы получить кетогексозу? Объясните механизм этого
превращения на примере D-галактозы.
16
2. Напишите уравнения реакций гидролиза мальтозы и сахарозы. Возможна ли
мутарация этих дисахаридов? Для дисахарида, обладающего мутаратацией, напишите схему
перехода α-формы в β-форму.
3. Напишите структурные формулы лактозы и сахарозы и объясните, почему лактоза
восстанавливает жидкость Феллинга, а сахароза не восстанавливает?
4. Напишите схемы гидролиза крахмала и целлюлозы. Какие моносахара получаются
при полном их гидролизе?
5. Напишите уравнения реакций образования метил-β-D-рибофуранозида, фенил-αD-глюкопиранозида, бензил-β-D-фруктофуранозида.
6. Напишите уравнения реакций взаимодействия фруктозы с гидроксиламином,
фенилгидразином, ангидридом уксусной кислоты, водородом в присутствии никеля.
7. Напишите уравнение реакций взаимодействия глюкозы с метанолом в
присутствии хлороводорода.
8. Напишите уравнения реакций восстановления и окисления глюкозы,
взаимодействия с этиловым спиртом (в присутствии HCl) и уксусным ангидридом.
17
9. Напишите уравнения реакций, подтверждающих наличие в ксилозе карбонильной
группы, гликозидного и спиртовых гидроксилов.
10. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить цепочку
превращения веществ: целлюлоза→натриевая соль пикриновой кислоты. Отметьте условия
проведения реакций. Дайте названия реакциям и веществам, образующимся в ходе этих
реакций.
ЗАНЯТИЕ 9
Углеводы
Задания для внеаудиторной работы
1. С помощью каких химических реакций можно отличить глюкозу от её
структурного изомера – фруктозы?
2.
С помощью каких химических реакций можно доказать наличие в молекуле
глюкозы альдегидной группы; пяти гидроксильных групп; нормальной цепи углеродных
атомов?
3. В трех склянках без этикеток находятся вещества: раствор глицерина, раствор
уксусного альдегида, раствор глюкозы. Как химическим путем распознать какое вещество
находится в каждом из флаконов? Напишите ход распознавания.
4. При взаимодействии глюкозы с безводным метанолом в присутствии кислотного
катализатора образуется гликозид – ацеталь циклического строения, в котором атом
18
водорода гидроксильной группы при С-1 замещается на группу –ОСН3. Растворы гликозидов
в отличии от моносахаридов не вступают в реакцию «серебряного зеркала». Почему?
5. Мальтоза – дисахарид, в молекуле которого остатки циклической глюкозы
соединены α-1,4 гликозидной связью. Что это означает?
6. Напишите уравнения следующих реакций:
а) ацилирование целлюлозы;
б) восстановление глюкозы;
в) молочное брожение D-глюкозы;
г) гидролиз сахарозы.
7. Какая особенность строения целлюлозы обеспечивает ей высокую механическую
прочность?
Лабораторная работа № 1 «Углеводы»
Опыт 1. Реакция на гидроксильные группы.
Реакция моносахаридов со щелочным раствором гидроксида меди (II). В пробирке
смешайте 2 мл 1 %-ного раствора глюкозы и 1 мл 10 %-ного раствора гидроксида натрия,
затем по каплям добавьте 5 %-ный раствор сульфата меди. Образующийся вначале голубой
осадок гидроксида меди (II) при встряхивании растворяется, получается синий прозрачный
раствор комплексного алкоголята (сахарата) меди (II).
Эта реакция доказывает присутствие в молекуле глюкозы нескольких
гидроксильных групп; она характерна для многоатомных спиртов. Опыт повторите, но
вместо раствора глюкозы используйте 1 %-ный раствор фруктозы.
Вопрос:
Напишите уравнение реакции глюкозы с гидроксидом меди (II).
19
Опыт 2. Реакции на карбонильные группы в моносахаридах
Окисление моносахаридов реактивом Фелинга. Налейте в две пробирки по 1,5 – 2 мл
растворов моносахаридов: в одну пробирку – 1 %-ный раствор глюкозы, в другую – 1 %-ный
раствор фруктозы. Затем в каждую пробирку добавьте равный объем реактива Фелинга,
содержимое пробирок перемешайте и нагрейте верхнюю часть раствора до начинающегося
кипения. В верхней части жидкости в обеих пробирках появляется желтый осадок
гидроксида меди (I), переходящий в красный осадок оксида меди (I), нижняя часть жидкости,
которую не нагревали, остается синей.
Вопросы:
1.
Что такое реактив Фелинга? Какое строение имеет этот реактив и как его
готовят?
2. Напишите уравнение реакции окисления глюкозы в глюконовую кислоту
реактивом Фелинга.
Окисление моносахаридов аммиачным раствором раствором оксида серебра
(реакция серебряного зеркала). Сначала приготовьте аммиачный раствор гидроксида серебра
из 4 – 5 мл 1%-ного раствора нитрата серебра. Аммиачный раствор гидроксида серебра
разделите пополам. К одной части его прилейте 1,5 мл 1 %-ного раствора глюкозы, к другой
– 1,5 мл 1 %-ного раствора фруктозы. Обе пробирки нагревайте 5 – 10 мин в водяной бане,
нагретой до 70 – 80 0С. Металлическое серебро в обеих пробирках выделяется на стенках в
виде зеркального налета.
При окислении моносахаридов в щелочной среде получается смесь продуктов,
образующихся при глубоком расщеплении их молекул. Среди продуктов окисления глюкозы
найдени и альдоновая (одноосновная) глюконовая кислота.
Вопросы:
Напишите уравнения реакций: образования аммиачного раствора гидроксида
серебра и окисление D-глюкозы до D-глюконовой кислоты аммиачным раствором
гидроксида серебра.
Опыт 3. Реакция Селиванова на моносахариды. В две пробирки налейте по 2 мл
реактива Селиванова (раствор резорцина в разбавленной соляной кислоте), затем в одну
пробирку прибавьте 2 капли 1 % -ного раствора фруктозы, а в другую – 2 капли 1 %-ного
раствора глюкозы. Обе пробирки одновременно поместите в водяную баню с температурой
воды 80 0С и выдержите при этой температуре в течение 8 мин. Сравните окраску растворов
в пробирках с глюкозой и с фруктозой.
20
Вопросы:
Объясните опыт.
Опыт 4. Реакция на гидроксидные группы дисахаридов.
Реакция дисахаридов с гидроксидом меди (II) в щелочном растворе. В пробирке
смешайте 1,5 мл 1 %-ного раствора сахарозы и 1,5 мл 10 %-ного раствора гидроксида натрия.
В другой пробирке смешайте такие же количества 1 %-ного раствора лактозы (или мальтозы)
и 10 %-ного раствора щелочи. Затем в каждую пробирку по каплям добавьте 5 %-ный
раствор сульфата меди. Образующийся вначале бледно-голубой осадок гидроксида меди (II)
при встряхивании растворяется, растворы приобретают синеватую окраску вследствии
образования комплексных сахаратов меди (II).
Вопросы:
Напишите уравнение реакции образования моносахарата меди (II), получающегося
при взаимодействии сахарозы с гидроксидом меди (II). Какой вывод можно сделать из этого
опыта?
Опыт 5. Реакции дисахаридов по карбонильным группам (сравнение свойств
восстанавливающих и невостанавливающих дисахаридов).
Реакция дисахаридов с реактивом Фелинга. В три пробирки налейте по 1,5 – 2 мл
1%-ных растворов сахарозы, мальтозы и лактозы. Затем в каждую пробирку добавьте равный
объем реактива Фелинга, жидкости перемешайте и нагрейте в пламени горелки верхнюю
часть растворов до начинающегося кипения. Нижняя часть растворов не должна нагреться.
Вопросы:
1. Во всех ли пробирках появляется красный осадок оксида меди (I)? Объясните
результаты опыта.
2. Напишите уравнения реакций с гидроксидом меди (II) для тех дисахаридов,
которые дают положительную реакцию с реактивом Фелинга.
21
Опыт 6. Гидролиз (инверсия) сахарозы. В пробирку налейте 3 мл 1 %-ного раствора
сахарозы и прибавьте 1 мл 10 %-ного раствора серной кислоты. Полученный раствор
кипятите в течении 1 – 2 мин, затем охладите и разделите на две части. Половину раствора
нейтрализуйте сухим гидрокарбонатом натрия, добавляя его небольшими порциями при
перемешивании. (Осторожно, жидкость вспенивается от выделяющегося оксида углерода
(IV). После нейтрализации (когда прекратится выделение СО2) прилейте равный объем
реактива Фелинга и нагрейте верхнюю часть жидкости до начинающегося кипения.
Изменяется ли окраска реакционной смеси?
В другой пробирке смесь 1,5 мл 1 %-ного раствора сахароза сахарозы с равным
объемом реактива Фелинга. Сравните результаты опыта – реакцию сахарозы с реактивом
фелинга до гидролиза и после гидролиза.
Объясните процесс.
Вторую половину гидролизата сахарозы используйте для обнаружения фруктозы
(кетозы) реакцией Селиванова. Параллельно проведите реакцию Селиванова с раствором
негидролизованной сахарозы.
Сравните окраску растворов в двух пробирках. Объясните опыт.
Вопросы:
Напишите уравнение реакции гидролиз сахарозы.
Опыт 7. Качественная реакция на углеводы
Реакция с иодом. В пробирку налейте по 1 мл 1 %-ных растворов крахмального
клейстера и добавьте несколько капель сильно разбавленного водой раствора иода в иодиде
калия. В пробирке появляется интенсивное синее окрашивание. При нагревании этого
раствора до кипения синяя окраска исчезает, при охлаждении раствора снова появляется.
Вопросы:
Объясните опыт
Подпись преподавателя:
Дата:
ЗАНЯТИЕ 10
Контрольная работа №3 «Углеводы»
Вопросы для внеаудиторной работы
1. Номенклатура и классификация углеводородов.
2. Моносахариды. Стереизомерия. Конфигурационные ряды.
таутомерия. Мутаротация.
22
Циклоцепная
3. Химические свойства моносахаридов: окисление, восстановление, ацилирование,
алкилирование, образование фенилгидразонов и озазонов. Важнейшие пентозы и гексозы.
4. Олигосахариды. Востанавливающие и невостанавливающие дисахариды.
Таутомерия восстанавливающих дисахаридов. Отношение к гидролизу. Важнейшие
дисахариды.
5. Полисахариды. Принцип строения. Простые и сложные эфиры полисахаридов.
Отношение полисахаридов и их эфиров к гидролизу.Важнейшие высшие полисахариды.
6. Представление о гетерополисахаридах.
МОДУЛЬ 7 АМИНОКИСЛОТЫ
ЗАНЯТИЕ 11
Аминокислоты
Задания для внеаудиторной работы
1. Составьте структурную формулу β-аминомасляной кислоты. Напишите её
молекулярную формулу. Составьте формулы её изомеров и дайте им названия.
2. Объясните смысл следующих терминов «цвиттер-ион»,
аминокислоты», «изоэлектрическая точка», «простетическая группа».
3.
Приведите
структурные
формулы
характеристиками:
- неполярные боковые цепи;
- полярные боковые цепи;
- первичная спиртовая группа в боковой цепи;
- вторичная спиртовая группа в боковой цепи.
Дайте названия этим аминокислотам.
аминокислот
со
«незаменимые
следующими
4. С какими из перечисленных веществ реагирует глицин: серная кислота, уксусная
кислота, гидроксид калия, аммиак, азот, этанол, этан. Напишите уравнения возможных
реакций.
23
5. С какими из перечисленных веществ реагирует аланин: соляная кислота,
муравьиная кислота, гидроксид натрия, бензол, вода, метанол, пропан. Напишите уравнения
возможных реакций.
6. Аминокислоты – бифункциональные соединения. Что это означает? Докажите это
утверждение.
Лабораторная работа № 2 «Аминокислоты»
Опыт 1. Кислотно-основные свойства аминокислот. Аминокислоты, входящие в
состав белков различаются по характеру радикала. Поэтому диссоциация их молекул в
водной среде будет протекать различным образом.
Выполняют две серии опытов.
В каждой серии в 3 пробирки наливают по 1 мл растворов глицина, аспарагиновой
кислоты и аргинина (всего — 6 пробирок).
В каждую из 3 пробирок добавляют по 2-3 капли индикаторов:
I серия - фенолфталеин;
II серия - метиловый красный.
Отмечают окраску раствора в каждой пробирке.
глицин
аспаргиновая к-та
аргинин
фенолфталеин
метиловый красный
Вопрос:
1. Напишите уравнения диссоциации кислот, объясните результаты.
Реакции аминогруппы
Опыт 2. Взаимодействие с формальдегидом.
В пробирку наливают 1,5-2 мл раствора глицина и прибавляют 1-2 капли
индикатора метилового красного (в нейтральной среде - желтый цвет, в кислой - красный).
Добавляют 1 мл формалина, отмечают изменение окраски.
Вопрос:
24
Объясните
результат,
напишите
уравнение
монооксиметиламиноуксусной кислоты.
реакции
образования
N-
Опыт 3. Образование комплексной соли аминокислоты. В пробирку помещают 0,3-0,4
г оксида меди (II), приливают 2 мл раствора глицина и нагревают при встряхивании 2-3
мин. Пробирку ставят в штатив для охлаждения, отмечают окраску раствора.
После отстаивания раствор сливают в 2 пробирки.
В одну пробирку добавляют 2-3 капли 10 % раствора гидроксида натрия,
отмечают результат. Другую пробирку охлаждают в стакане с ледяной водой. Постепенно
выпадают кристаллы медной соли глицина.
Вопрос:
Напишите уравнения реакций.
Опыт 4. Реакция аминокислот с азотистой кислотой. Аминокислоты, как и
первичные амины. Реагируют с азотистой кислотой с выделением азота. Эту реакцию
используют для количественного определения аминокислот.
К 2 мл 10% раствора аминоуксусной кислоты приливают 2 мл 10% раствора
нитрита натрия и 2 капли ледяной уксусной кислоты. При встряхивании содержимого
пробирки обильно выделяются пузырьки газа азота.
Вопрос:
Напишите уравнение реакции аминоуксусной кислоты с азотистой кислотой.
Опыт 5. Реакция аминокислот с нингидрином. Реакция характерна для аминогрупп,
находящихся в α-положении. Аминокислоты при взаимодействии с водным раствором
нингидрина дают синее или сине-фиолетовое окрашивание. Химизм реакции сложен
(написать по указанию преподавателя).
К 1 мл раствора глицина добавляют 2-3 капли раствора нингидрина, встряхивают
и ставят в штатив. Через некоторое время отмечают окраску раствора.
Специфические реакции отдельных аминокислот (реакции по радикалу).
Опыт 6. Ксантопротеиноеая реакция (реакция Мульдера).
Это реакция электрофильного замещения в ароматическом ядре.
25
В пробирку насыпают 0,3- 0,5 г тирозина, осторожно приливают несколько капель
концентрированной азотной кислоты. Отмечают окраску смеси (нитропроизводные
ароматического ряда имеют желтый цвет).
Вопрос:
Напишите уравнение реакции образования динитротирозина.
Опыт 7. Реакция аминокислот, содержащих серу (реакция Фоля). Аминокислоты
цистеин (цистин, метионин) в значительных количествах содержится в белке кератине,
входящем в состав шерсти волос, ногтей (рогов, копыт). Поэтому серосодержащие кислоты
могут быть обнаружены путем реакции Фоля в составе волос человека.
Прядка волос (светлых и неокрашенных) помещается в сухую пробирку с помощью
стеклянной палочки. Затем туда наливается 1,5-2 мл 10% щелочи и при кипячении волосы
растворяются. В горячий раствор добавляются несколько капель реактива Фоля.
Наблюдается почернение раствора, обусловленное выпадением сульфида свинца.
Вопрос:
Напишите уравнения реакций.
Подпись преподавателя:
Дата:
ЗАНЯТИЕ 12
Консультация «Пептиды, пептидная связь»
Задания для внеаудиторной работы
1. Какие соединения называются полипептидами?
2. Номенклатура полипептидов.
3. Нарисуйте схему образования пептидной связи.
4. Напишите уравнение реакции получения трипептида из серина, аланина и
цистеина. Укажите в трипептиде пептидные связи, пептидный остов, N-конец пептида, Сконец пептида.
Задания для аудиторной работы
1. Напишите уравнение реакции образования дипептидов из соответствующих
аминокислот: а) фенилаланилтирозина, б) глицилсерина.
26
2. Напишите уравнение реакции образования трипептида аланилсерилфенилаланина
из соответствующих аминокислот.
3. Составьте формулу тетрапептидов: а) Ala-Ser-Gly-Tyr, б) Val-Gly-Phe-Ala.
4. Запишите структурные формулы следующих ди- и трипептидов: Gly-Ala-Val, GlyGly-Ser, Ala-Tyr, Ala-Tyr, Ala-Val, Ser-Gly-Ala.
5. При полном гидролизе трипептида образовались аланин, тирозин и валин.
Напишите структурные формулы возможных трипептидов.
6. Напишите уравнение реакции гидролиза глицилвалилаланина с N-конца.
7. Напишите уравнение реакции гидролиза цистеилсерилаланилглицина с С-конца.
27
ЗАНЯТИЕ 13
Белки
Задания для внеаудиторной работы
1. Дайте определение понятию «белки».
2. Классификация белков. Какие белки называются простыми, сложными,
полноценными, неполноценными?
3. Что Вы знаете о различных уровнях структуры белков? Охарактеризуйте каждый
из них.
4. Что такое денатурация белков? Чем она может быть вызвана?
5. Одна из цветных реакций на белок – взаимодействие с азотной кислотой,
называемая ксантопротеиновой реакцией. Какие химические превращения происходят в
данном случае?
Лабораторная работа № 3 «Белки»
Опыт 1. Обнаружение пептидных связей в белках (биуретовая реакция). К 5 каплям
исследуемого раствора белка и желатина добавляем 3 капли 10 % раствора NaOH и 1 каплю
28
1 % раствора CuSO4. При наличии белка в пробирке появляется устойчивое сине-фиолетовое
окрашивание.
Вопросы:
Опишите химизм реакции.
Опыт 2. Нингидриновая реакция на белки и природные α-аминокислоты. К 5 каплям
исследуемого раствора белка и желатина добавляем 0,1 % водного раствора нингидрина и
кипятим 1-2 мин. Появляется розово-фиолетовое или сине-фиолетовое окрашивание. При
стоянии раствор синеет. Окрашивание указывает на наличие α-аминогруппы.
Вопросы:
Напишите уравнение реакции.
Опыт 3. Ксантопротеиновая реакция на циклические аминокислоты. Возьмите 2
пробирки, налейте в первую 5 капель раствора яичного белка, а во вторую – 5 капель
раствора желатина. Затем в обе пробирки добавьте по 3-5 капель концентрированной азотной
кислоты. Выпадает осадок свернувшегося белка (осадочная реакция). Если осадок содержит
ароматические аминокислоты, то при нагревании осадок будет желтеть и растворяться.
После охлаждения в каждую пробирку добавляют по каплям 10 % раствор NaOH до
появления оранжевого окрашивания вследствии образования натриевой соли
динитротирозина.
Вопросы:
Напишите уравнение реакции.
Результаты опытов занесите в таблицу:
Наименование
реакции
Биуретовая
Реагент
Субстрат
Окрашивание
Чем обусловлена
реакция
а) яичный желток
Нингидриновая
б) желатин
а) яичный желток
Ксантопротеиновая
б) желатин
а) яичный желток
б) желатин
Опыт 4 Обратимое и необратимое осаждение белков. В 5 пробирок наливаем по 5
капель раствора белка.
29
а) в первой пробирке проводим денатурацию кипячением. При кипячении белок
денатурирует и выпадает в осадок в нейтральной или слабокислой среде. К белку
прибавляют 1 каплю 1% раствора уксусной кислоты для слабокислой реакции и нагревают –
наблюдаем выпадение осадка;
б) во второй пробирке смотрим действие неорганических кислот (проба Геллера). К
белку добавляем по каплям до появления до появления осадка концентрированную азотную
кислоту;
в) в третьей пробирке проводим осаждение белка органической кислотой. К белку
добавляем 1-2 капли 20 % раствора сульфасалициловой кислоты. Выпадает осадок, при
небольшом количестве белка появляется муть или опалесценция;
г) в четвертой пробирке проводим денатурацию солями тяжелых металлов. К
белку добавляем по каплям 2% раствор сернокислой меди до осаждения белка;
д) в пятой пробирке проводим обратимое осаждение белка (высаливание). К белку
добавляем равный объем (5-6 капель) насыщенного раствора сульфата аммония и хорошо
перемешиваем. Выпадает осадок.
Во все 5 пробирок с осадками добавляем дистиллированную воду в объеме, равном
содержимому пробирок, перемешиваем и проверяем, растворились ли осадки.
Вопросы:
Записать осадочные реакции белков.
Результаты опытов занести в таблицу:
№
пробирки
Субстрат
Осаждающий
реагент
Характер и цвет
осадка
1.
2.
3.
4.
5.
Вывод:
30
Обратимое или
необратимое
осаждение
Чем
обусловлена
реакция и ее
особенности
Подпись преподавателя:
Дата:
ЗАНЯТИЕ 14
Контрольная работа №4 «Аминокислоты. Белки»
Вопросы для внеаудиторной работы
1. Классификация. Структурные типы природных -аминокислот, стереохимия,
конфигурационные ряды.
2. Методы синтеза аминокислот. Кислотно-основные свойства аминокислот.
Изоэлектрическая точка. Образование производных по карбоксильной и аминогруппе.
Взаимодействие с азотистой кислотой.
3. Превращения, протекающие при нагревании аминокислот.
4. Пептиды, пептидная связь. Образование и гидролиз пептидов.
5. Белки. Структурная организация макромолекул.
МОДУЛЬ 8 ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
ЗАНЯТИЕ 15-16
Семинар № 1 «Гетероциклические соединения»
Задания для внеаудиторной работы
1. Общие представления и классификация гетероциклов. Номенклатура
гетероциклических соединений.
2. Ароматичность гетероциклов.
3. Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом (фуран, тиофен, пиррол).
4. Общие методы синтеза и взаимопревращения.
5. Зависимость степени ароматичности от природы гетероатома и ее влияние на
особенности взаимодействия гетероциклов с электрофилами.
6. Реакции гидрирования и окисления.
7. Фурфурол, пирослизевая кислота.
8. Пиррольный цикл как структурный фрагмент хлорофилла и гема.
9. Индол и его производные. Химические свойства индола как аналога пиррола.
Синтез важнейших производных.
10. Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом. Пиридин и его гомологи.
Ароматичность и основность пиридинового цикла.
11. Проявление нуклеофильных свойств: реакции с электрофилами по атому азота и
образование N- окиси.
12. Химические свойства пиридина и его гомологов.
13. Влияние гетероатома на реакционную способность пиридинового цикла в целом
и его отдельных положений.
14. Активность метильной группы и зависимости от ее расположения в
пиридиновом ядре.
15. Хинолин и его простейшие производные. Методы построения хинолинового
ядра, основанные на реакциях анилина с глицерином и карбонильными соединениями
(синтезы Скраупа и Дебнера-Миллера).
16. Сходство и различие химических свойств пиридина и хинолина. Изохинолин.
17. Представление о природных соединениях, лекарственных средствах и красителях
– производных пиридина.
18. Шестичленные азотистые гетероциклы с двумя гетероатомами
31
19. Пиримидин. Способы построения пиримидинового ядра, основанные на
взаимодействии мочевины и ее производных с малоновым эфиром, эфирами -альдегидо- и
-кетокислот.
20. Сходство и различие химических свойств пиридина и пиримидина.
21. Пиримидиновые основания (урацил, тимин, цитозин).
22. Пурин как конденсированная система имидазола и пиримидина.
23. Нуклеозиды, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты.
24. Рибонуклеиновые кислоты, их биологическая роль.
25. Дезоксирибонуклеиновые кислоты, их биологическая роль.
26. Понятие об алкалоидах (никотин, конин, хинин, анабазин).
ЗАНЯТИЕ 17
Контрольная работа № 5 «Гетероциклические соединения»
Задания для внеаудиторной работы
1. Гетероциклические соединения. Классификация гетероциклов.
2. Ароматичность гетероциклических соединений.
3. Ароматичность гетероциклических соединений.
4. Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом.
5. Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами.
6. Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом.
7. Шестичленные гетероциклы с двумя гетероатомами.
8.
Конденсированные
системы
гетероциклов.
Пурин.
Гидроксии
аминопроизводные пурина: гипоксантин, ксантин, мочевая кислота, аденин, гуанин.
Метилированные ксантины: кофеин, теофиллин, теобромин.
9. Нуклеозиды, нуклеотиды.
10. Алкалоиды. Химическая классификация. Основные свойства. Образование
солей.
11. Алкалоиды группы пиридина (никотин, анабазин). Алкалоиды группы хинолина.
12. Напишите уравнение реакции образования нуклеотида из гуанина, β-Dдезоксирибозы и фосфорной кислоты.
13. Напишите уравнение гидролиза нуклеотида, состоящего из урацила, рибозы и
фосфорной кислоты.
32
ЗАНЯТИЕ 18-19
Задания для внеаудиторной работы
1. Повторить качественные реакции основных классов органических соединений и
условия их протекания.
Контрольная лабораторная работа «Определение неизвестных веществ»
Задание: дано 10 растворов соединений, которые часто используются в
лабораторной практике (сульфат меди (II), соляная кислота, хлорид железа (III), бромная
вода, гидроксид натрия, фенол, муравьиная кислота, глюкоза, глицерин, формалин).
Пользуясь в качестве реагентов только этими растворами определить соединения или класс
соединения.
Заполните таблицу:
№
пробирки
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Опишите ход определения веществ, приведите все уравнения реакций веществ с
указанием условий их протекания.
33
Подпись преподавателя:
Дата:
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
Развитие теоретических представлений органической химии. Основные положения
теории А.М.Бутлерова.
Строение атома углерода. Гибридизация АО. Молекулярные орбитали σ-и π-типа.
Типы связей в органических молекулах. Характеристика связей.
Электронная структура органических молекул. Электронные эффекты.
Делокализация связей. Теория резонансных структур.
Классификация органических соединений (принципы, основные классы).
Номенклатура органических соединений (типы номенклатур, правила ИЮПАК).
Изомерия органических соединений (суть явления, виды изомерии).
Пространственное строение органических соединений. Конформация и
конфигурация - важнейшие понятия стереохимии.
Конформации. Возникновение конформаций в результате вращения вокруг σ –
связей. Факторы затрудняющие вращение. Проекционные формулы Ньюмена.
Виды напряжений, энергетическая характеристика заслоненных, скошенных,
заторможенных конформаций открытых цепей.
Оптическая изомерия. Поляризованный свет. Оптическая активность.
Асимметрический атом углерода.
Хиральность молекул. Проекционные формулы.
Соединение с одним асимметрическим атомом углерода.
Энантиомеры, рацематы. Конфигурационные ряды D, L,…R, S- номенклатура.
Стереоизомерия веществ с двумя и более асимметрическими атомами углерода в
молекуле.
Диастереомеры, мезоформы. Число стереоизомеров.
Способы разделения (расщепление рацематов).
Оптическая изомерия соединений, не содержащих асимметрических атомов
углерода.
Влияние стереоизомерии на свойство веществ.
34
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
43.
44.
45.
46.
47.
48.
49.
50.
51.
52.
53.
54.
55.
56.
57.
Типы реакций в органической химии (принципы классификации, примеры).
Реагенты в гетеролитических реакциях.
Факторы, влияющие на ход органических реакций.
Концепция кислотности и основности в органической химии. Принцип ЖМКО.
Алканы, изомерия, номенклатура, химические свойства.
Алкены, строение молекул, изомерия, номенклатура.
Алкены, химические свойства (реакции присоединения).
Реакции окисления алкенов.
Полимеризация алкенов (механизм, влияние различных факторов). Полимерные
материалы.
Алкадиены: типы, химические свойства. Синтетические каучуки.
Алкины. Строение молекулы ацетилена. Химические свойства: реакции
присоединения.
Алкины. Строение молекулы ацетилена. Химические свойства: реакции
замещения.
Циклоалканы, типы, изомерия. Конформеры. Химические свойства.
Арены. Строение бензола. Понятие об ароматичности органических соединений.
Химические свойства бензола. Механизм электрофильного замещения.
Производные бензола. Заместители 1 и 2 рода, реакционноспособность
производных бензола.
Полициклические ароматические углеводороды. Химические свойства и
применение.
Терпены и стероиды (структура молекул, нахождение в природе, значение).
Методы получения углеводородов (общие и специфические).
Спирты (классификация, номенклатура, изомерия). Физические свойства и методы
получения спиртов.
Химические свойства одноатомных спиртов.
Многоатомные спирты. Химические свойства. Важнейшие производные.
Фенолы, классификация, методы получения, физические и химические свойства
одноатомных спиртов.
Многоатомные фенолы. Нафтолы. Свойства и применение.
Альдегиды и кетоны, классификация и номенклатура. Химические свойства
(сходство и различия).
Хиноны, классификация и номенклатура. Методы получения и свойства.
Применение.
Элементарный химический анализ органических веществ.
Определение наличия в составе молекул углерода, водорода, азота, серы, фосфора.
Одноосновные карбоновые кислоты, классификация и номенклатура. Методы
получения.
Химсические свойства одноосновных карбоновых кислот.
Двухосновные карбоновые кислоты (предельные, непредельные, ароматические).
Особенности химических свойств.
Функциональные производные карбоновых кислот (ангидриды, галогенангедриды,
амиды, сложные эфиры). Методы получения и применение.
Галогензамещенные карбоновые кислоты: методы получения, свойства,
применение.
Гидроксикислоты: классификация, методы получения.
Гидроксикислоты: физические свойства, стереоизомерия, оптическая активность.
Гидроксикислоты: химические свойства. Роль гидроксикислот в природе.
Оксокислоты: нахождение в природе, получение, свойства.
Ацетоуксусный эфир: получение, таутомерия, химические свойства.
Синтезы на основе ацетоуксусного эфира.
35
58.
59.
60.
61.
62.
63.
64.
65.
66.
67.
68.
69.
70.
71.
72.
73.
74.
75.
76.
77.
78.
79.
80.
81.
82.
83.
84.
85.
86.
87.
88.
89.
90.
91.
92.
93.
94.
95.
96.
97.
Амины: классификация, получение, свойства.
Ароматические амины: получение, свойства.
Диазосоединения: методы получения, реакции с выделением азота.
Диазосоединения: получение, реакции без выделения азота. Азокрасители.
Амины. Классификация, номенклатура. Способы получения. Реакции Н.Н.Зинина.
Электронное строение аминогруппы. Физические и химические свойства.
Ароматические амины. Особенности их свойств.
Гетерофункциональные
соединения
гидроксикислоты.
Альдегидои
кетонокислоты. Особенности их свойств.
Аминокислоты. Номенклатура и классификация.
Структурные типы природных α-аминокислот, стереохимия и конфигурационные
ряды.
Амфотерность, биполярных ионов. Зависимость строения и свойств от рН среды.
Изоэлектрическая точка.
Образование производных по аминогруппе и карбоксильной группе.
Взаимодействие с азотистой кислотой.
Превращение, протекающие при нагревании аминокислот и зависимость их
результатов от взаимного расположения двух функциональных групп.
Пептиды. Название пептидов. Полиамидные полимеры: капрон, нейлон, энант.
Получение из них синтетических волокон.
Белки. Полипептидная теория строения белков.
Первичная, вторичная, третичная, четвертичная структура белковой молекулы.
Простые и сложные белки.
Углеводы. Классификация. Моносахариды. Виды изомерии присущие
моносахаридам.
Структурные и проекционные формулы, перспективные формулы Хеуорса.
Диастереомеры. Мутаротация. Гликозиды.
Химические свойства моносахаридов.
Дисахариды. Два типа дисахаридов (восстанавливающие и невосстанавливающие).
Проекционные формулы дисахаридов.
Высшие полисахариды. Строение амилазы и амилопектина.
Гликоген. Целлюлоза. Вещества, получаемые из целлюлозы.
Искусственные волокна. Гетерополисахариды.
Гетероциклические соединения. Классификация гетероциклов.
Ароматичность гетероциклических соединений.
Ароматичность гетероциклических соединений.
Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом.
Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами.
Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом.
Шестичленные гетероциклы с двумя гетероатомами.
Конденсированные системы гетероциклов. Пурин.
Гидроксии
аминопроизводные пурина: гипоксантин, ксантин, мочевая кислота, аденин,
гуанин. Метилированные ксантины: кофеин, теофиллин, теобромин.
Нуклеозиды, нуклеотиды.
Алкалоиды. Химическая классификация. Основные свойства. Образование солей.
Алкалоиды группы пиридина (никотин, анабазин). Алкалоиды группы хинолина.
Понятие о терпенах и терпеноидах. Изопреновое правило: классификация.
Монотерпены. Ациклические (цитраль и его изомеры). Моноциклические
(лимонен), бициклические (α- пинен, камфара).
Дитерпены: ретинол (витамин А), ретиналь.
Тетратерпены (каратиноиды), ß-каротин (провитамин А).
Стероиды.
36
98.
99.
АТФ. Их строение, свойства, биологическая роль. Нуклеиновые кислоты.
Биологическая роль ДНК и РНК.
37