В каких органических соединениях есть азот. Этиламин хлорид этил аммония
Амины. Эти органические соединения являются производными аммиака. Их можно рассматривать как продукты замещения одного, двух или трех атомов водорода в молекуле аммиака углеводородными радикалами:
H ─ N: CH 3 ─ N: CH 3 ─ N: CH 3 ─ N:
аммиак метиламин диметиламин триметиламин
Амины представляют собой органические основания. За счет неподеленной пары электронов у атома азота их молекулы, подобно молекуле аммиака, могут присоединять протоны:
CH 3 ─ N: + Н─О─Н → СН 3 ─ N─Н ОН -
гидроксид метиламмония
Аминокислоты и белки
Большое биологическое значение имеют аминокислоты - соединения со смешенными функциями, в которых, как в аминах, содержатся аминогруппы ─ NН 2 и одновременно, как в кислотах, - карбоксильные группы ─СООН.
Строение аминокислот выражается общей формулой (где R- углеводородный радикал, который может содержать и различные функциональные группы):
Н 2 N─CH ─ C─OH
Н 2 N─CH 2 ─ C─OH Н 2 N─CH ─ C─OH
глицин аланин
Аминокислоты - амфотерные соединения: они образуют соли с основаниями (за счет карбоксильной группы) и с кислотами (за счет аминогруппы).
Ион водорода, отщепляющийся при диссоциации от карбоксила аминокислоты, может переходить к ее аминогруппе с образованием аммониевой группировки. таким образом, аминокислоты существуют и вступают в реакции также в виде биполярных ионов (внутренних солей):
Н 2 N─CH ─ COOH ↔ Н 3 N + ─CH ─ COO -
аминокислота биполярный ион
(внутренняя соль)
Этим объясняется, что растворы аминокислот, содержащих одну карбоксильную и одну аминогруппу, имеют нейтральную реакцию.
Из молекул аминокислот строятся молекулы белковых веществ, или белков, которые при полном гидролизе под влиянием минеральных кислот, щелочей или ферментов распадаются, образуя смеси аминокислот.
Белки - природные высокомолекулярные азотсодержащие органические соединения. Они играют первостепенную роль во всех жизненных процессах, являются носителями жизни.
В состав белков входят углерод, водород, кислород, азот и, часто сера, фосфор, железо. Молекулярные массы белков очень велики - от 1500 до нескольких миллионов.
Структуру молекулы белка можно представить следующим образом:
R R′ R R" R"′
│ │ │ │ │
Н 2 N─CH ─ C─... НN─CH ─ C─.... НN─CH ─ C─... НN─CH ─ C─.... НN─CH ─ C─ОН
║ ║ ║ ║ ║
В молекулах белков многократно повторяются группы атомов ─СО─NH─; их называют амидными, или в химии белков - пептидными группами.
Задачи, контрольные вопросы
1. Сколько м 3 оксида углерода (IV) образуется при сжигании: а) 5 м 3 этана; б) 5 кг этана (н.у.)?
2. Напишите структурные формулы алкенов нормального строения, содержащих: а) четыре; б) пять; в) шесть атомов углерода.
3. Напишите структурную формулу н-пропанола.
4. Какие соединения относятся к карбонильным? Приведите примеры, напишите структурные формулы и укажите в них карбонильную группу.
5. Что такое углеводы? Приведите примеры.
Важнейшие органические и неорганические полимеры,
их строение и классификация
Высокомолекулярными соединениями, или полимерами , называют сложные вещества с большими молекулярными массами (порядка сотен, тысяч, миллионов), молекулы которых построены из множества повторяющихся элементарных звеньев, образующихся в результате взаимодействия и соединения друг с другом одинаковых или разных простых молекул - мономеров.
Олигомер - молекула в виде цепочки из небольшого числа одинаковых составных звеньев. Этим олигомеры отличаются от полимеров, в которых число звеньев теоретически неограниченно. Верхний предел массы олигомера зависит от его химических свойств. Свойства олигомеров сильно зависят от изменения количества повторяющихся звеньев в молекуле и природы концевых групп; с момента, когда химические свойства перестают изменяться с увеличением длины цепочки, вещество называют полимером.
Мономер - вещество, состоящее из молекул, каждая из которых может образовывать одно или несколько составных звеньев.
Составное звено - атом или группа атомов, входящих в состав цепи молекулы олигомера или полимера.
Степень полимеризации - число мономерных звеньев в макромолекуле.
Молекулярная масса является важной характеристикой высокомолекулярных соединений - полимеров, определяющая их физические (и технологические) свойства. Число мономерных звеньев, входящих в состав различных молекул одного и того же полимерного вещества различно, вследствие чего молекулярная масса макромолекул полимера также неодинакова. Поэтому при характеристике полимера говорят о среднем значении молекулярной массы. В зависимости от способа усреднения - принципа, лежащего в основе метода определения молекулярной массы, различают три основных типа молекулярных масс.
Среднечисловая молекулярная масса - усреднение по числу макромолекул в полимере:
v i -числовая доля макромолекул с молекулярной массой M i , N - число фракций
Среднемассовая молекулярная масса - усреднение по массе молекул в полимере:
Где w i - массовая доля молекул с молекулярной массой M i .
Молекулярно-массовое распределение (ММР) полимера (или его полидисперсность) - является его важнейшей характеристикой и определяется соотношением количеств n i макромолекул c различной молекулярной массой M i в данном полимере. ММР оказывает существенное влияние на физические характеристики полимеров, и, прежде всего, на механические свойства.
ММР характеризуют числовой и массовой долей макромолекул, чьи молекулярные массы (М), лежат в интервале от M до M+dM . Определяют числовую и массовую дифференциальные функции ММР:
dN M - число макромолекул в интервале dM ;
dm M - масса макромолекул в интервале dM ;
N 0 - общее число макромолекул в образце массой m 0 .
Для количественного сравнения ММР различных полимеров пользуются соотношениями средних значений их молекулярных масс.
Классификация полимеров
По происхождению полимеры делятся на:
природные (биополимеры ), например белки, нуклеиновые кислоты, смолы природные,
и синтетические , например, полиэтилен, полипропилен, феноло-формальдегидные смолы.
Атомы или атомные группы могут располагаться в макромолекуле в виде:
открытой цепи или вытянутой в линию последовательности циклов (линейные полимеры , например каучук натуральный);
цепи с разветвлением (разветвленные полимеры , например амилопектин),
трехмерной сетки (сшитые полимеры , сетчатыми, или пространственными, называются полимеры, построенные из длинных цепей, соединенных друг с другом в трехмерную сетку поперечными химическими связями; например отверждённые эпоксидные смолы). Полимеры, молекулы которых состоят из одинаковых мономерных звеньев, называются гомополимерами (например поливинилхлорид, поликапроамид, целлюлоза).
Макромолекулы одного и того же химического состава могут быть построены из звеньев различной пространственной конфигурации. Если макромолекулы состоят из одинаковых стереоизомеров или из различных стереоизомеров, чередующихся в цепи в определенной периодичности, полимеры называются стереорегулярными .
Полимеры, макромолекулы которых содержат несколько типов мономерных звеньев, называются сополимерами .
Сополимеры, в которых звенья каждого типа образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах макромолекулы, называются блоксополимерами .
К внутренним (неконцевым) звеньям макромолекулы одного химического строения могут быть присоединены одна или несколько цепей другого строения. Такие сополимеры называются привитыми .
Полимеры, в которых каждый или некоторые стереоизомеры звена образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах одной макромолекулы, называются стереоблоксополимерами .
В зависимости от состава основной (главной) цепи полимеры, делят на: гетероцепные , в основной цепи которых содержатся атомы различных элементов, чаще всего углерода, азота, кремния, фосфора,
и гомоцепные , основные цепи которых построены из одинаковых атомов.
Из гомоцепных полимеров наиболее распространены карбоцепные полимеры, главные цепи которых состоят только из атомов углерода, например полиэтилен, полиметилметакрилат, политетрафторзтилен.
Примеры гетероцепных полимеров - полиэфиры (полиэтилентерефталат, поликарбонаты), полиамиды, мочевино-формальдегидные смолы, белки, некоторые кремнийорганические полимеры.
Полимеры, макромолекулы которых наряду с углеводородными группами содержат атомы неорганогенных элементов, называются элементоорганическими . Отдельную группу полимеров образуют неорганические полимеры, например пластическая сера, полифосфонитрилхлорид.
Важнейшие природные и искусственные полимеры. Биополимеры.
Примерами природных высокомолекулярных соединений (биополимеров) могут служить крахмал и целлюлоза, построенные из элементарных звеньев, являющихся остатками моносахарида (глюкозы), а также белки, элементарные звенья которых представляют собой остатки аминокислот; сюда же относятся природные каучуки.
В настоящее время создано огромное количество искусственных полимеров. На основе их получают пластические массы (пластмассы ) - сложные композиции, в которые вводят различные наполнители и добавки, придающие полимерам необходимый комплекс технических свойств, - а также синтетические волокна и смолы.
Полиэтилен - полимер, образующийся при полимеризации этилена, например, при сжатии его до 150 -250 МПа при 150-200 0 С (полиэтилен высокого давления)
СН 2 =СН 2 + СН 2 =СН 2 + СН 2 =СН 2 → ... ─СН 2 ─СН 2 ─СН 2 ─СН 2 ─СН 2 ─СН 2 ─СН 2 ─...
полиэтилен
или n СН 2 =СН 2 →(─СН 2 ─СН 2 ─) n
Полиэтилен - предельный углеводород с молекулярной массой от 10 000 до 400 000. Он представляет собой бесцветный полупрозрачный в тонких и белый в толстых слоях, воскообразный, но твердый материал с температурой плавления 110-125 0 С. Обладает высокой химической стойкостью и водонепроницаемостью, малой газопроницаемостью.
Полипропилен - полимер пропилена
n
СН 3 СН 3 СН 3
пропилен полипропилен
В зависимости от условий полимеризации получают полипропилен, различающийся по структуре макромолекул, а. следовательно, и по свойствам. По внешнему виду это каучукоподобная масса, более или менее твердая и упругая. Отличается от полиэтилена более высокой температурой плавления.
Полистирол
n СН 2 =СН → ─СН 2 ─СН─СН 2 ─СН─
С 6 Н 5 С 6 Н 5 С 6 Н 5
стирол полистирол
Поливинилхлорид
n СН 2 =СН → ─СН 2 ─СН─СН 2 ─СН─
винилхлорид поливинилхлорид
Это эластичная масса, очень стойкая к действию кислот и щелочей.
Политетрафторэтилен
n СF 2 =С F 2 → (─ СF─СF─) n
тетрафторэтилен политетрафторэтилен
Политетрафторэтилен выпускается в виде пластмассы, называемой тефлоном, или фторопластом. Весьма стоек по отношению к щелочам и концентрированным кислотам, по химической стойкости превосходит золото и платину. Негорюч, обладает высокими диэлектрическими свойствами.
Каучуки - эластичные материалы, из которых путем специальной обработки получают резину.
Натуральный (природный) каучук представляет собой высокомолекулярный непредельный углеводород, молекулы которого содержат большое количество двойных связей, состав его может быть выражен формулой (С 6 Н 8) n (где величина n составляет от 1000 до 3000); он является полимером изопрена:
n СН 2 =С─СН=СН 2 → ─ СН 2 ─С=СН─СН 2 ─
СН 3 СН 3 n
натуральный каучук (полиизопрен)
В настоящее время производится много различных видов синтетических каучуков. Первый синтезированный каучук (способ предложен Лебедевым С.В. в 1928 г.) - полибутадиеновый каучук:
n СН 2 =СН─СН=СН 2 → (─СН 2 ─СН=СН─СН 2 ─) n
Аминами называются производные аммиака NH 3 , в молекуле которого один или несколько атомов водорода замещены остатками углеводородов.
Аминами можно рассматривать и как производные углеводородов, образованные замещением атомов водорода в углеводородах на группы
NH 2 (первичный амин); NHR (вторичный амин); NR " R " (третичный амин).
В зависимости от числа атомов водорода у атома азота, замещенных радикалами, амины называют первичными, вторичными или третичными.
Группа - NH 2 , входящая в состав первичных аминов, называется аминогруппой. Группа >NH во вторичных аминах называется иминогруппой .
Номенклатура аминов
Обычно амины называют по тем радикалам, которые входят в их молекулу, с прибавлением слова амин.
СН 3 NH 2 – метиламин; (СН 3) 2 NH – диметиламин; (СН 3) 3 N – триметиламин.
Ароматические амины имеют особенности номенклатуры.
С 6 Н 5 NH 2 – фениламин или анилин.
Физические свойства аминов
Первые представители аминов – метиламин, диметиламин, триметиламин – представляют собой при обычной температуре газообразные вещества. Остальные низшие амины – жидкости. Высшие амины – твердые вещества.
Первые представители, подобно аммиаку, растворяются в воде в больших количествах; высшие амины в воде нерастворимы.
Низшие представители обладают сильным запахом. Метиламин CH 3 NH 2 содержится в некоторых растениях, имеет запах аммиака; триметиламин в концентрированном состоянии имеет запах, сходный с запахом аммиака, но в малых концентрациях, с которыми обычно приходится встречаться, имеет очень неприятный запах гнилой рыбы.
Триметиламин (CH 3) 3 N в довольно больших количествах содержится в селедочном рассоле, а также в ряде растений, например, в цветах одного вида боярышника.
Диамины – это группа соединений, которые можно рассматривать как углеводороды, в молекулах которых два атома водорода замещены аминогруппами (NH 2).
Путресцин был впервые найден в гное. Он представляет собой тетраметилендиамин:
Н 2 С – СН 2 – СН 2 – СН 2
тетраметилендиамин
Кадаверин, гомолог путресцина, был найден в разлагающихся трупах (cadaver – труп), он является пентаметилендиамином:
Н 2 С – СН 2 – СН 2 – СН 2 – СН 2
пентаметилендиамин
Путресцин и кадаверин образуются из аминокислот при гниении белковых веществ. Оба вещества – сильные основания.
Органические основания, образующиеся при гниении трупов (в том числе путресцин и кадаверин), объединяют общим названием птомаины . Птомаины ядовиты.
Следующий представитель диаминов – гексаметилендиамин – применя-ется для получения ценного синтетического волокна – найлона.
Н 2 С – СН 2 – СН 2 – СН 2 – СН 2 – СН 2
гексаметилендиамин
Способы получения аминов
1. Действие аммиака на алкилгалогениды (галогенуглеводороды) - реакция Гофмана.
Начальная реакция:
СН 3 I+NH 3 = I
I+NH 3 CH 3 NH 2 +NH 4 I
метиламин
CH 3 NH 2 + СН 3 I[(CH 3) 2 NH 2 ]I
диметиламмонийиодид
[(CH 3) 2 NH 2 ]I + NH 3 (CH 3) 2 NH + NH 4 I
диметиламин
(CH 3) 2 NH + СН 3 I [(CH 3) 3 NH]I
триметиламмонийиодид
[(CH 3) 3 NH]I + NH 3 (CH 3) 3 N + NH 4 I
триметиламин
(CH 3) 3 N + СН 3 I [(CH 3) 4 N]I
тетраметиламмонийиодид –
соль четырехзамещенного аммония
Исходный метиламин может быть получен и следующим образом:
I + NaOH = CH 3 NH 2 + NaI + H 2 O
метиламин
В результате этих реакций получается смесь замещенных солей аммония (на первых стадиях реакцию остановить невозможно).
Подобная реакция позволяет получать так называемые инвертные мыла , мыла, которые используются в кислой среде.
(CH 3) 3 N+ С 16 Н 33 Cl[(CH 3) 3 NС 16 Н 33 ]Cl
триметилцетиламмоний хлорид
Моющим действием здесь обладает не анион, как в обычных мылах, а катион. Особенность этого мыла в том, что они используются в кислой среде.
Такие мыла не сушат кожу, имеющую, как известно, кислую среду с
В структуру инвертного мыла можно ввести заместитель, проявляющий антимикробную активность. В этом случае синтезируют бактерицидные мыла, используемые в хирургической практике.
2. Восстановление нитросоединений (катализатор никель)
СН 3 NO 2 + 3H 2 =CH 3 NH 2 + 2Н 2 О
3. В природных условиях алифатические амины образуются в результате гнилостных бактериальных процессов разложения азотистых веществ – в первую очередь при разложении аминокислот, образующихся из белков. Такие процессы происходят в кишечнике человека и животных.
Химические свойства аминов
1. Взаимодействие с кислотами
Амин + кислота = соль
Реакция аналогична реакции образования солей аммония:
NH 3 +HCl=NH 4 Cl
аммиак хлорид аммония
CH 3 NH 2 +HCl= Cl
метиламин хлорид метиламмония
2. Реакция с азотистой кислотой
Эта реакция дает возможность различать первичные, вторичные и третичные алифатические, а также ароматические амины, т.к. они по-разному относятся к действию азотистой кислоты.
Азотистая кислота используется в момент выделения по реакции разбавленной соляной кислоты с нитритом натрия, проводимой на холоду:
NaNO 2 (тв) +HCl(водн)NaCl(водн) +HON=O(водн)
Амины - органические производные аммиака NH 3 , в молекуле которого один, два или три атома водорода замещены на углеводородные радикалы:
Простейший представитель - метиламин:
Классификация. Амины классифицируют по двум структурным признакам:
- по количеству радикалов, связанных с атомом азота, различают: первичные (один радикал), вторичные (два радикала), третичные (три радикала) (табл. 7.2);
- по характеру углеводородного радикала амины подразделяются на алифатические (жирные) - производные алканов, ароматические и смешанные (или жирноароматические).
Таблица 7.2
Номенклатура аминов. Названия большинства аминов образуются из названий углеводородного радикала (радикалов в порядке увеличения) и суффикса -амин. Первичные амины также часто называют как производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на аминогруппы NH 2 . Аминогруппа при этом рассматривается как заместитель, а ее местоположение указывается цифрой в начале названия. Например:
Аминокислотами называются соединения, молекулы которых содержат одновременно амино- и карбоксильную группы. Простейшим представителем их является аминоуксусная кислота (глицин):
В составе молекулы аминокислоты могут содержаться несколько карбоксильных или аминогрупп, а также другие функциональные группы. В зависимости от положения аминогруппы по отношению к карбоксилу различают альфа- (а), бетта- (Р), гамма- (у), дельта- (Д), элсмлол-аминокислоты (е) и т.д.:
2-аминопропановая кислота (сс-аминопропиновая, аланин);
Альфа-аминокислоты играют важнейшую роль в процессах жизнедеятельности живых организмов, так как являются теми соединениями, из которых строится молекула любого белка. Все а-аминокислоты, часто встречающиеся в живых организмах, имеют тривиальные названия, которые обычно и употребляются. (Представители некоторых альфа-аминокислот приведены в табл. 7.3.)
Таблица 7.3
Аминокислоты - твердые кристаллические вещества с высокой температурой плавления, при плавлении разлагаются. Хорошо растворимы в воде, водные растворы электропроводны. Важнейшим химическим свойством амнокислот является межмолекулярное взаимодействие а-аминокислот, которое приводит к образованию пептидов. При взаимодействии двух а-аминокислот образуется дипептид. Межмолекулярное взаимодействие трех а-аминокислот приводит к образованию трипептида и т.д. Фрагменты молекул аминокислот, образующие пептидную цепь, называются аминокислотными остатками, а связь СО-NH - пептидной связью.
Аминокислоты находят применение во многих сферах. Их используют в качестве пищевых добавок. Так, лизином, триптофаном и треонином обогащают растительные белки, а метионин включают в блюда из сои. При выработке пищевых продуктов аминокислоты находят применение в роли усилителей вкуса и добавок. Благодаря выраженному мясному вкусу широко используется L-энантиомер мо- нонатриевой соли глутаминовой кислоты. Глицин добавляют как подсластитель, бактериостатическое вещество и антиоксидант. Являясь не только структурными элементами белков и других эндогенных соединений, аминокислоты имеют большое функциональное значение, некоторые из них выступают в качестве нейромедиаторных веществ, другие нашли самостоятельное применение в качестве лекарственных средств. Аминокислоты применяются в медицине в качестве парентерального (т.е., минуя желудочно-кишечный тракт) питания больных, с заболеваниями пищеварительных и других органов. Их также применяют для лечения заболеваний печени, малокровия, ожогов (метионин), язв желудка (гистидин), при нервно-психических заболеваниях (глутаминовая кислота и т.п.). Аминокислоты применяются в животноводстве и ветеринарии для питания и лечения животных, а также в микробиологической, и химической промышленности.
Лекция: Характерные химические свойства азотсодержащих органических соединений: аминов и аминокислот
Амины, особенности их строения
Вам уже известно, что молекулы органических соединений состоят из атомов углерода, водорода и кислорода. Но среди них есть и такие, которые содержат атомы азота. Именно азотсодержащие органические соединения, такие как аминокислоты, белки и нуклеиновые кислоты, являются основой жизни на Земле. Самыми простыми азотсодержащими соединениями являются амины.
Амины – это органические соединения, являющиеся производными аммиака, в молекуле которых один или несколько атомов водорода замещены на углеводородные радикалы (R).
Исходя из данного утверждения, т.е. по числу аминогрупп NH 2 амины подразделяются на:
первичные,
вторичные и
третичные.
Атом азота в молекуле амина всегда готов предоставить свою неподеленную электронную пару другому атому, поэтому он является донором. Таким образом, связь катиона водорода с атомом азота в молекуле амина происходит с помощью донорно-акцепторного механизма. Исходя из этого, амины, как и аммиак, обладают достаточно выраженными основными свойствами.
В зависимости от типа радикала, связанного с атомом азота, амины подразделяются на:
алифатические (CH 3 -N<) и
ароматические (C 6 H 5 -N<).
Изомерия алифатических аминов:
Алифатические амины, иначе называемые предельными, являются более сильными основаниями, чем аммиак. Это обусловлено тем, что в аминах углеводородные заместители имеют положительный индуктивный (+I) эффект. Так же, из - за этого, на атоме азота возрастает электронная плотность. Данный процесс заметно облегчает его взаимодействие с катионом Н + .
Изомерия ароматических аминов:
Ароматические амины проявляют более слабые основные свойства по сравнению с аммиаком. Это объясняется тем, что неподеленная электронная пара атома азота сдвигается в сторону ароматической π-системы бензольного кольца. Впоследствии, электронная плотность на атоме азота постепенно снижается.
Химические свойства аминов
Наличие электронной пары на атоме азота наделяет амины основными свойствами. Первичные предельные амины, в силу более сильных основных свойств, взаимодействуют с водой несколько лучше аммиака. В свою очередь, основность вторичных предельных аминов больше первичных. Проявление основных свойств третичными аминами не так однозначно, потому что атом азота в них, нередко экранирован углеводородными радикалами, что мешает проявлению его основных свойств.
Амины вступают в обратимые реакции с водой. Водный р-р аминов является щелочной средой, что является следствием диссоциации образующихся оснований. Общий вид реакции выглядит следующим образом:
RNH 2 + H 2 O <-> RNH 3 + + OH -
Свободные предельные амины и их водные р-ры взаимодействуют с кислотами с образованием солей. К примеру:
CH 3 NH 2 + H 2 SO 4 → HSO 4
C 6 H 5 NH 2 + HCl → Cl
Соли аминов представляют собой аналоги солей аммония и являются твердыми веществами. Они хорошо растворяются в воде и плохо в неполярных органических растворителях. В реакциях с щелочами при нагревании из солей аминов высвобождаются свободные амины:
[CH 3 NH 3 ]Cl + NаОH → CH 3 NH 2 + NаCl + H 2 O
Первичные предельные амины взаимодействуют с азотистой кислотой с образованием спиртов, газообразного азота N 2 и воды:
RNH 2 + HNO 2 → ROH + N 2 + H 2 O
Это качественная реакция первичных предельных аминов и применяется для их различения от вторичных и третичных.
Вторичные амины в такой же реакции образуют масляные жидкости с запахом - N -нитрозамины:
R 2 NH + HO-N=O → R 2 N-N=O + H 2 O
Третичные амины с азотистой кислотой не взаимодействуют.
- Амины вступают в реакции нуклеофильного замещения:
CH 3 CH 2 Br + CH 3 CH 2 NH 2 → (CH 3 CH 2 ) 2 NH 2 + Br - CH 2 CH 3
- Взаимодействие первичных и вторичных аминов с карбоновыми кислотами приводит к их ацилированию, в результет образуются важнейшие органические соединения амиды:
Полное сгорание любых аминов приводит к образованию углекислого газа, воды и азота:
4C n H 2n+3 N + (6n+3)O 2 → 4nCO 2 + (4n+6)H 2 O
Рассмотрим характерные химические свойства анилина (аминобензола) - простейшего ароматического амина. Аминогруппа в молекуле данного вещества непосредственно соединена с ароматическим кольком. Основные свойства анилина намного слабее алифатических аминов. Поэтому реакция анилина с водой и слабыми кислотами (например, угольной) не идёт.
Анилин реагирует с сильными и средними неорганическими кислотами с образованием фениламмония. К примеру:
С 6 Н 5 N Н 2 + HCl → С 6 Н 5 N Н 3 С l
Соли фениламмония C 6 H 5 NH 3 + хорошо растворимы в воде, но нерастворимы в неполярных органических растворителях.
Аминогруппа ароматических аминов, в частности анилина, втянутая в ароматическое кольцо снижает электронную плотность на атоме азота, но увеличивает ее в ароматическом ядре. Поэтому реакции электрофильного замещения (с галогенами) протекают значительно легче, особенно в орто- и пара- положениях. К примеру, анилин с легкостью вступает во взаимодействие с бромной водой, образуя белый осадок 2,4,6-триброманилина:
Это качественная реакция на анилин.
Анилин реагирует с азотистой кислотой при t 0 0 С, образуются соли диазония, имеющие большое практическое значение и применяемые для синтеза азокрасителей и других соединений:
C 6 H 5 NH 2 + KNO 2 + 2HCl → + Cl - + KCl + 2H 2 O
Продуктами приведенной реакции являются хлорид фенилдиазония, хлорид калия и вода.
При проведении реакции данного типа при высокой t выделяется азот, а анилин превращается в фенол:
C 6 H 5 NH 2 + NaNO 2 + H 2 SO 4 → C 6 H 5 -OH + N 2 + NaHSO 4 + H 2 O
Алкилирование анилина галогенпроизводными углеводородов образует вторичные и третичные амины.
Химические свойства аминокислот
Аминокислоты - органические соединения, молекулы которых имеют две функциональные группы – амино (-NH 2) и карбокси- (-COOH).
Общая формула аминокислот: (NH2)xR(COOH)y, где x и y чаще всего равны 1 или 2.
Наличие в молекулах данных соединений амино- и карбокси- групп объясняет химические свойства аминокислот, схожие с аминами и карбоновыми кислотами. Поэтому аминокислоты проявляют основные свойства, характерные для соединений, содержащих аминогруппы и ксилотные свойства, характерные для соединений, содержащих карбоксильную группу. Следовательно, аминокислоты - амфотерные органические соединения.
- В реакциях с щелочами аминокислоты проявляют кислотные свойства:
H 2 N-СH 2 -СООН + NаOН → H 2 N-СH 2 -СООН - Nа + + H 2 O
- В реакциях этерификации со спиртами также проявляют кислотные свойства:
NH 2 CH 2 COOH + CH 3 OH → NH 2 CH 2 COOCH 3 + H 2 O
В реакциях с сильными кислотами проявляют основные свойства:
NH 2 CH 2 COOH + HCl → + Cl -
Реакция с азотистой кислотой протекает как в случаях с первичными аминами:
NH 2 -CH 2 -COOH + HNO 2 → НО-CH 2 -COOH + N 2 + H 2 O
Алкилирование аминокислоты:
NH 2 CH 2 COOH + CH 3 I → + I -
В реакциях друг с другом аминокислоты образуют дипептиды – соединения, содержащие в своих молекулах пептидную связь –C(O)-NH-. К примеру, в реакции глицина и аланина образуется дипептид глицилаланин:
Проведение данной реакции без соблюдения специфических условий синтеза приведет к образованию не глицилаланина, а аланилглицина.
| | |
КЛАССИФИКАЦИЯ в эту группу соединений объединяют несколько классов: Амины Амиды Имиды Азосоединения Диазосоединения. Аминокислоты Нитросоединения Нитрозосоединения
АМИНЫ Амины могут быть рассмотрены как производные аммиака. Аминами называют органические соединения, которые получают замещением атомов водорода в аммиаке углеводородными радикалами.
o КЛАССИФИКАЦИИ В зависимости от количества атомов водорода в молекуле аммиака замещенных углеводородными радикалами амины делят на: Первичные Вторичные Третичные
По типу радикалов амины делят на: § Предельные; § Непредельные; § Ароматические. По количеству аминогрупп амины делят на: § Моноамины; § Диамины; § Полиамины.
o НОМЕНКЛАТУРА Универсальная. Название амина строят из двух слов: названия углеводородных радикалов по радикальной номенклатуре и слова «амин» . Рациональная. Употребляется для построения названий только первичных аминов. В основе лежит название углеводорода и приставка «амино-» перед которой цифрой указывают положение аминогруппы. Иногда вместо приставки используют суффикс «амин» .
Первичные амины Метиламин Аминометан Металомин Этиламин Аминоэтан Пропиламин 1 -аминопропан Изопропиламин 2 -аминопропан Пропиламин-2 Втор. пропиламин Бутиламин 1 -аминобутан
Втор. бутиламин 2 -аминобутан Изобутиламин 2 -метил-1 -аминопропан аминоизобутан Трет. бутиламин 2 -метил-2 -аминопропан 2 -метилпропиламин-2 Вторичные амины Диметиламин Метилэтиламин
o ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Метиламин, диметиламин, триметиламин представляют собой газы. Остальные низшие амины – жидкости. Высшие амины – твердые вещества. Амины обладают неприятным запахом «селедочного рассола» , который у низших выражен ярче, а у высших – слабее (или отсутствует). Низшие амины (первые представители) довольно хорошо растворимы в воде (подобно аммиаку), их растворы имеют основную реакцию среды.
o СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ В 1850 году немецкий ученый Гофман впервые получил амин в результате химической реакции взаимодействия галогенпроизводного углеводорода с избытком аммиака Избыток аммиака нужен для получения чистого амина. При недостатке аммиака всегда образуется смесь.
Наиболее биологически активными являются первичные амины. Их получили разложением амидов кислот (перегруппировка Гофмана). Амид пропионовой кислоты Этот способ широко используется в лабораторной практике.
В промышленности первичные амины получают восстановлением нитросоединений и нитрилов кислот. нитроэтан Нитрил пропионовой кислоты этиламин пропиламин
Взаимодействие с азотистой кислотой При взаимодействии первичных аминов с азотистой кислотой образуются первичные спирты.
Вторичные амины при взаимодействии с азотистой кислотой образуют нитрозамины (окрашенные соединения желто-оранжевого цвета).
Окисление. протекает трудно, а результат зависит от структуры. Окисление первичных аминов приводит к образованию нитросоединений.
Это соединения, в молекулах которых аминогруппа связана с бензольным кольцом. Простейшим представителем и родоначальником анилиновых красителей является
o. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Анилин – бесцветная, быстро буреющая на воздухе, жидкость. Плохо растворяется в воде.
o. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА обусловлены как аминогруппой, так и бензольным кольцом. Аминогруппа – заместитель электроннодонорный и свойства анилина обусловленные бензольным кольцом следующие:
взаимодействие со спиртами – специфические химические свойства аминогруппы, обусловленные непосредственным контактом с бензольным кольцом.
МОЧЕВИНА является полным амидом угольной кислоты. Широко распространена в природе. Является конечным продуктом белкового обмена. При обычных условиях мочевина – твердое кристаллическое вещество, плавящееся при температуре 133 С. Хорошо растворима в полярных и абсолютно нерастворима в неполярных растворителях. Обладает слабыми основными свойствами, но они выражены слабее, чем у аминов, из-за карбонильной группы.
ПОЛУЧЕНИЕ МОЧЕВИНЫ В промышленности мочевину получают следующими способами: Взаимодействием полного галогенангидрида угольной кислоты с аммиаком
Биурет является простейшим органическим соединением с пептидной связью. Пептидная связь является основной связью всех природных белковых тел. Реакция биурета с гидроксидом меди(II) является качественной реакцией на белки.
Аминокислотами называют такие производные карбоновых кислот, которые можно получить замещением одного или нескольких атомов водорода в радикале кислоты
o КЛАССИФИКАЦИИ В зависимости от количества карбоксильных групп: Одноосновные Двухосновные Многоосновные
В зависимости от количества аминогрупп: Моно-аминокислоты Ди-аминокислоты Три-аминокислоты В зависимости от строения радикала: С открытой цепью Циклические
o НОМЕНКЛАТУРА УНИВЕРСАЛЬНАЯ: правила построения названий такие же как для карбоновых кислот только с указанием в префиксе наличия, количества и положения аминогрупп. РАЦИОНАЛЬНАЯ: положение аминогрупп указывается буквами греческого алфавита + слово «амино» + название карбоновой кислоты по рациональной номенклатуре.
o ИЗОМЕРИЯ Изомерия положения аминогруппы относительно карбоксильной группы. Различают α-, β-, γ-, δ-, ε- и т. д. Структурная изомерия Оптическая изомерия
o ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Аминокислоты – бесцветные кристаллические вещества, обладающие высокими показателями температуры плавления. Не летучи. Плавятся с разложением. Хорошо растворяются в воде и плохо растворяются в органических растворителях. Обладают оптической активностью.
ГОМОЛОГИЧЕСКИЙ РЯД 2 -аминоэтановая α-аминоуксусная глицин 2 -аминопропановая α-аминопропионовая α-аланин 3 -аминопропановая β-аминопропионовая β-аланин 2 -аминобутановая α-аминомасляная 3 -аминобутановая β-аминомасляная 4 -аминобутановая γ-аминомасляная
СПЕЦИФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМИНОКИСЛОТ Отношение к нагреванию α-аминокислоты В отсутствии минеральных кислот
Двухосновные аминокислоты способны образовывать внутренние соли. Обе встречаются среди продуктов гидролиза белковых тел. Аспарагиновая кислота в свободном виде встречается в животных и растительных организмах. Играет важную роль в азотистом обмене. Образует амид – аспаргин. Глутаминовая кислота используется при лечении психических расстройств. Образует амид – глутамин.
Src="https://present5.com/presentation/1/206975869_437124838.pdf-img/206975869_437124838.pdf-81.jpg" alt="ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Взаимодействие с водой (в водных растворах p. H>7) "> ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Взаимодействие с водой (в водных растворах p. H>7)
α-аминокислоты участвуют в синтезе белка. В состав белковых тел входят и такие аминокислоты, которые кроме аминогрупп содержат и другие функциональные группы. По своей значимости для организма все аминокислоты делятся на: § Заменимые (синтезируются в организме) § Не заменимые (запас пополняется только с пищей)
Название Формула По номенклатуре тривиальное Усл. Об. α-аминоуксусная Глицин гли α-аминопропионовая Аланин Ала α-аминоизовалериановая Валин вал α-аминоизокапроновая Лейцин лей Втор. бутил –αаминоуксусная Изолейцин иле
α, εдиаминок апронова я кислота лизин лиз α-амино-δ гуанидова аргинин лерианов ая АРГ α-амино-βокипропио новая серин сер α-аминоβоксимасл яная треонин тре β-тио-αаминопроп ионовая цистеин цис
цистин α-амино-γ- метионин метилтиом асляная α-амино-βфенилпро пионовая кислота Фенилала нин β-птирозин оксифенилαаминопроп ановая цин мет фен тир
БЕЛКИ Белками, или белковыми веществами, называют высокомолекулярные органические соединения, молекулы которых построены из остатков α-аминокислот, связанных между собой пептидными связями. Количество последних может колебаться очень сильно и достигать иногда нескольких тысяч. Структура белков очень сложная. Отдельные пептидные цепи или их участки могут быть связаны между собой дисульфидными, солевыми или водородными связями. Солевые связи образуются между свободными аминогруппами (например, концевая аминогруппа, расположенная на одном конце полипептидной цепи или ε-аминогруппа лизина) и свободными карбоксильными группами (концевая карбоксильная группа цепи или свободные карбоксильные группы двухосновных аминокислот); Водородные связи могут возникать между атомом кислорода карбонильной группы и атомом водорода аминогруппы, а также за счет гидроксогрупп оксиаминокислот и кислорода пептидных групп.
БЕЛКИ Различают первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры белковых молекул. Все белки, независимо от того к какой группе они относятся и какие функции выполняют, построены из относительно небольшого набора (обычно 20) аминокислот, которые расположены в различной, но всегда строго определенной для данного вида белка последовательности. Белки подразделяют на протеины и протеиды. Ø Пртеины – простые белки, состоящие только из остатков аминокислот. ü Альбумины – обладают сравнительно небольшой молекулярной массой, хорошо растворимы в воде, при нагревании свертываются.
БЕЛКИ ü Глобулины – не растворимы в чистой воде, но растворимы в теплом 10%-ном растворе Na. Cl. ü Проламины – незначительно растворимы в воде, но растворимы в 60÷ 80%-ном водном этиловом спирте. ü Глютелины – растворимы только в 0, 2%-ной щелочи. ü Протамины – совершенно не содержат серы. ü Пртеиноиды – нерастворимые белки. ü Фосфопротеины – содержат фосфорную кислоту (козеин).
БЕЛКИ Ø Пртеиды – сложные белки, в состав которых наряду с аминокислотами входят углеводы, липиды, гетероциклические соединения, нуклеиновые кислоты, фосфорная кислота. ü Липопротеиды – гидролизуются на простой белок и липиды. (зерна хлорофила, протоплазма клеток). ü Гликопротеиды – гидролизуются на простые белки и высокомолекулярные углеводы. (слизистые выделения животных). ü Хромопротеиды – гидролизуются на простые белки и красящие вещества (гемоглобин) ü Нуклеопротеиды – гидролизуются на простые белки (обычно протамины) и нуклеиновые кислоты
