Методические указания с органической химии для студентов II курса специальности „Фармация”
Трех- и чотирьохчленныые гетероциклические соединения. Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом.
ЦЕЛЬ: сформировать знание о строении, классификации, номенклатуре, изомерию, методы добывания и химические свойства п’ятичленни гетероциклични соединения с одним гетероатомом.
Основные теоретические вопросы
1. Классификация и номенклатура гетероцикличних соединений.
2. Способы получения три- и четырехчленных киснет- и азотосодержащих гетероциклив.
3. Строение, физическое и химическое свойства оксирану, оксетану, азиридину и азетидину:
— реакции нуклеофильного присоединение (АN), что перебегают с разрывом связи «гетероатом—карбон»;
– реакции N-алкилування, N-ацилування и N-нитрозування в ряде азотосодержащих гетероциклив.
4. Отдельные представители, применение.
5. Классификация и номенклатура п’ятичленних гетероциклив с одним гетероатомом.
6. Ароматичнисть гетероцикличних соединений. Понятие о гетероатом (нитроген) пирольного и пиридинового типов.
7. Кислотно-основные свойства гетероциклив.
8. Способы получения пиролу, фурану и тиофену:
– циклизация 1, 4-дикарбонильних соединений (синтез Паале-Кнорра);
– взаимные преобразования пиролу, фурану и тиофену (цикл реакций Юр’єва);
– специфические способы получения.
9. Физическое и химическое свойства пиролу, фурану и тиофену:
– ацидофобнисть пиролу и фурану;
— реакции електрофильного замещение (SЕ)’,
– восстановление;
– окиснення.
10. Специфические химические свойства пиролу и фурану. Реакционная способность калия пиролиду.
11. Идентификация пиролу, фурану и тиофену.
12. Важнейшие производные пиролу, фурану и тиофену ( 2-пиролидон, порфин, фурфурол, биотин).
13. Индол: строение, способы получения, физическое и химическое свойства. Индоксил, индиго, изатин, триптофан, серотонин.
Домашняя задача: 1, 2, 3, 4, 7, 12
Ситуационные задачи
1. Напишите структурные формулы таких соединений: 1) етиленоксиду; 2) етиленимину; 3) N-метилазиридину; 4) 3-етилоксетану; 5) N-нитрозоазетидину.
2. Назовите соединения и укажите, которые из них относятся к гетероцикличних соединениям:
Среди гетероцикличних соединений укажите: 1) три-, четыре-, пяти- и шестичленни гетероцикли; 2) киснет-, азото- и сирковмисни гетероцикли; 3) насыщенные, ненасыщенные и ароматические гетероцикли.
3. Напишите уравнение реакций получения три- и четырехчленных кислородосодержащих гетероциклив.
4. Напишите схемы циклизации соответствующих галогенаминив, что положенные в основу получения азиридину и азетидину.
5. Объясните, чему три-, четырехчленные киснет- и азотосодержащие гетероцикли обнаруживают высокую реакционную способность.
6. Напишите схемы и назовите продукты взаимодействия оксирану с такими реагентами: 1) СН3NH2; 2) НВг; 3) С2Н5ВОН, Н+; 4) Н2ОБ, 5) СН3МgВг. Назовите продукты. Укажите, за каким механизмом
бегают эти реакции.
7. Сравните реакционную способность оксирану и его протонованої формы в реакциях нуклеофильного присоединение АN, Ответ объясните.
8. Напишите схемы получения с оксирану: 1) диетаноламину; 2) 2-хлоретанолу; 3) 1-пропанолу.
9. Напишите уравнение реакций, которые характеризуют основные и нуклеофильни свойства азиридину и азетидину.
10. Напишите уравнение реакций, которые разрешают получить с азетидину: 1) 1, 2-пропандиамин; 2) З-амино-1-пропанол; 3) 1-пропанамин.
11. Могут ли антибиотики группы пенициллина общей формулы
существовать в кислой или щелочной средах?
12. Напишите уравнение реакций, которые разрешают осуществить такие химические преобразования:
13. Напишите структурные формулы таких соединений: 1) α-метилфурану; 2) N-етилпиролу; 3) тиофену; 4) а-ацетилтиофену; 5) N-винил-2-пиролидону; 6) 2-пиролину; 7) пиролидину; 8) оксолану; 9) бензо[b]фурану; 10) β-индолилоцтової кислоты; 11) триптофана; 12) индигокармина; 13) 5-семикарбазону нитрофурфуролу; 14) фуроїну; 15) индиго белого.
14. Назовите приведенные соединения:
15. Назовите гетероциклични соединения, которые образуются при нагревании: 1) 2, 5-гександиону из фосфора (V) оксидом; 2) янтарного альдегида с концентрированной сульфатной кислотой; 3) 2, 5-гептандиону с амониаком; 4) 4-оксопентаналю из фосфора (V) сульфидом. Напишите соответствующие уравнения реакций.
16. Напишите схемы реакций, которые перебегают при пропуске иад алюминия оксидом (t- 450 °С) смеси: 1) а-метилфурану с метиламином; 2) тиофену с етиламином; 3) α-метилпиролу с сероводородом; 4) 2-етилпиролу с водой. Назовите продукты.
17. Охарактеризуйте электронное строение пиролу, фурану и тиофену. Объясните, чему данные гетероцикли есть ?-избыточными електюнними системами и как это влияет на их реакционную способность.
18. Сопоставьте ароматичнисть пиролу, фурану, тиофену и бензену. Ответ объясните. Чему фуран в отличие от пиролу и тиофену наилегче вступает в реакцию Дильса-Альдера? Напишите уравнение реакции.
19. Сравните отношение пиролу, фурану и тиофену к действию минеральных кислот. Как влияет природа заместителя в гетероцикли на уровень ацидофобности?
20. Чему пирол, фуран и тиофен легче, чем бензен, вступают реакции електрофильного замещение (SE)? Напишите схемы и назовите продукты нитрирования, сульфування, галогенирование и ацилування пиролу, фурану и тиофену.
21. напишите уравнение реакций, которые разрешают осуществить такие преобразования:
Назовите продукты реакций.
Методика выполнения практической работы
П’ятичленни гетероциклични соединения с одним гетероатомом.
Работа 1. Добывание фурфурола и изучение его свойств
Реактивы: висивки; измельченные кукурузные кочаны; подсолнечная шелуха или тирса; соляная кислота (раствор 1:1); хлорид железа (III) (5%-и раствор); нитрат серебра (1%-и раствор); аммиак (5%-и раствор).
А. Добывание фурфурола
В пробирку вносят приблизительно 1 г тирсы или другого пентозовмисного естественного материала и прибавляют разбавленную соляную кислоту (1:1) в таком количестве, чтобы она хорошо смочила тирсу, а также несколько капель 5%-го раствора хлорида железа (III). Полученную смесь нагревают на протяжении 15 мин. на кипящем водном куполе. Потом пробирку с реакционной смесью закрывают пробкой с газовидвидною трубкой и закрепляют наклонно на штативе (см. рис. 10). Конец газовидвидної трубки опускают в пробирку-приемник. Смесь в пробирке осторожно нагревают в пламени газовой горелки или спиртовки и отгоняют из нее 2-3 мл жидкости. Отогнанную жидкость, которая представляет собой водный раствор фурфурола и имеет характерный для него запах (запах свежеиспеченного хлеба), сохраняют для дальнейших опытов.
Б. Взаимодействие фурфурола с амиакатом гидроксиду серебра
В пробирке готовят амиакат гидроксиду серебра. Для этого до 2-3 капель 1%-го раствора нитрата серебра, каплями прибавляют 5%-и раствор аммиака к полному растворению осадка гидроксиду серебра, который сначала образовался. Необходимо следить за тем, чтобы в реакционную смесь не по трапив излишек аммиака, который снижает чувствительность реакции. К полученному амиакату гидроксиду серебра прибавляют 0,5 мл водного раствора фурфурола, полученного в опыте А. Наблюдают за образованием осадка металлического серебра черного цвета. Итак, подобно к алифатичних и ароматическим альдегидам фурфурол также имеет обновленные свойства и восстанавливает серебро из его оксида.
В. Реакция фурфурола с фенилгидразином
В пробирку вносят 1 мл воды, 0,1 г ацетата натрия и 0,05 г гидрохлорида фенилгидразину. К полученному раствору прибавляют несколько капель водного раствора фурфурола (см. опыт А). Наблюдают за образованием фенилгидразону фурфурола, который выделяется в виде маслянистой массы, которая быстро кристаллизуется.
Работа 2. Свойства индиго
Реактивы: индиго (порошок); серная кислота (концентрированная); хлорид олова (II) (10%-и раствор с добавкой соляной кислоты к почти полному исчезновению помутнения); гидроксид натрия (2 н. раствор); гидросульфит натрия (порошок).
А. Исследование растворимости индиго в воде
В пробирку вносят небольшое количество порошка индиго и 5-6 капель воды. Смесь в пробирке перемешивают, а потом нагревают в пламени к кипению. Каплю содержимого пробирки наносят на полоску фильтровальной бумаги. Образовывается бесцветное пятно, в центре которой оседает порошок индиго синего цвета. Итак, индиго не растворяется в воде. Индиго не растворяется также и в большинстве органических растворителей.
Б. Сульфування индиго
В сухую пробирку вносят небольшое количество порошка индиго и 0,5-1 мл концентрированной серной кислоты. Окрашенную в синий цвет реакционную смесь нагревают к кипению, а потом охлаждают. Несколько капель полученной реакционной смеси прибавляют до 2-3 мл воды. Образовывается интенсивно синий раствор. Каплю этого раствора наносят на полоску фильтровальной бумаги. Образовывается сплошное синее пятно. Итак, краситель индиго просульфувався серной кислотой и превратился в краситель сульфоиндиго, который, как и большинство сульфокислот, растворяется в воде.
В процессе сульфування индиго образовывается 5, 5-дисульфоиндиго -соединение, которое достало название индигокармин.
В. Восстановление индиго и кубовое крашение
В пробирку вносят 2-3 мл 10%-го раствора хлорида олова (II) и каплями 2 н. раствор гидроксиду натрия к полному растворению осадка, который сначала образовывается. К полученному раствору станиту прибавляют небольшое количество порошка индиго. Пробирку с реакционной смесью ставят в кипящий водный купол. Темно-синяя непрозрачная реакционная смесь быстро становится зеленой, а потом светло-желтой и прозрачной. Продолжая нагревание, в реакционную смесь прибавляют небольшие порции индиго, каждого раза добиваясь исчезновение синей окраски. Образовывается темно-желтая прозрачная жидкость. Часть полученной темно-желтой жидкости отливают в другую пробирку, разводят ее водой и сильно встряхивают. Раствор синеет, образовывается осадок синего индиго.
Растворы станитив являются сильными видновниками и в щелочной среде восстанавливают синее индиго в белое индиго (лейкоиндиго), которое содержит енольни гидроксилы и потому легко растворяется в лугах с образованием растворов желтого цвета. Кислород воздуха быстро окиснює белое индиго и превращает его снова в синее индиго.
Белую ткань вмещают в щелочной раствор восстановленного индиго, в так называемый куб, и на протяжении минуты смачивают им ткань, перемешивая при этом смесь ткани с раствором индиго стеклянной палочкой. Потом ткань вынимают из раствора, слегка ее отжимают и вывешивают на стеклянную шличку, закрепленную на штативе. На воздухе ткань сначала становится зеленой, а потом закрашивается в интенсивный синий цвет. Эту операцию в промышленности называют кубовым крашением.
Восстанавливать синее индиго можно также гидросульфитом натрия. Для этого в пробирку вносят 0,2 г гидросульфита натрия, 2 мл воды и небольшое количество порошка индиго. К полученной смеси прибавляют 2 мл 2 н. раствора гидроксиду натрия. Во время перемешивания осад индиго растворяется и образовывает раствор восстановленного (белого) индиго темно-желтого цвета.
Работа 3. Реакции индигокармина.
А. Отношение к окислителям. В пробирку вмещают 0,5 мл 0,5 %-вого раствора индигокармина и 2-3 капли концентрированной нитратной кислоты. При комнатной температуре или слабом нагревании синяя окраска раствора изменяется на желто-коричневое:
Б. Отношение к видновникив. В пробирку вмещают по 2 капле 0,5 %-вих растворов индигокармина и глюкозы. Смесь пидлуговують 1-2 каплями 5 %-вого раствора натрия карбоната и разводят 5 каплями воды. Полученный раствор осторожно, без взбалтывания,
нагревают в наклонно зафиксированной пробирке и наблюдают постепенное изменение окраски от синего, через фиолетовое, к светло-желтому. Потом пробирку энергично встряхивают. Раствор постепенно окрашивается в синий цвет. При стоянии жидкость снова желтеет. Изменение окраски происходит до тех пор, пока в растворе будет присутствующая глюкоза, способна в щелочной среде восстанавливать индигокармин.
Студент должен знать:
строение, классификацию, номенклатуру, изомерию, методы добывания и химические свойства п’ятичленнихи гетероцикличних соединений с одним гетероатомом.
.Студент должен уметь:
– на основе функциональных групп относить вещества к определенному классу органических соединений;
– давать названия органических соединениям с помощью рациональной и международной (IUPAC) номенклатурных систем;
– проводить реакции, которые характеризуют химические свойства.
Список рекомендованной литературы:
1. В.П. Черных, Б.С. Зименковський, И.С. Грищенко. Органическая химия. В 3-х ч. Харьков “Основа”, 1986. Ч. 2. С. 422-432, 454-461.
2. Ю.О. Ластухин, С.А. Воронов. Органическая химия. Львов “Центр Европы”, 2000. С. 457-479.
3. Б.Н. Степаненко. Курс органической химии. В 2-х. ч. М.: Высш. Шк., 1981. Ч. 1. С. 396-404.
4. А.А. Петров, Х.В. Бальян, А.Т. Трощенко. Органическая химия. Г.: Высш. шк., 1981, С. 252-258.
5. Тексты лекций.
Методическое указание составил: к.х. н., доц. Загричук Г.Я.
асист. Демид А.Е.
Утверждено на заседании кафедры
“___” ___________ 200__ г. Протокол № _____
Пересмотрено на заседании кафедры
“___” ___________ 200__ г. Протокол № _____
