Механизм реакций в органической химии. Реакционная способность углеводородов

З А Н Я Т И Е N  4

       ТЕМА:              Механизм реакций в органической химии.

                       Реакционная способность углеводородов

1. ЗНАЧИМОСТЬ ИЗУЧАЕМОЙ ТЕМЫ: Углеводороды среди органических соединений обладают наиболее простым составом. Из элементов-органогенов они содержат только атомы водорода. Реакционная способность углеводородов зависит от степени их насыщенности.

Для насыщенных углеводородов характерны реакции радикального замещения (S_R), ненасыщенных - электрофильного присоединения (А_Е), ароматических - электрофильного замещения (S_E). Подобные реакции протекают в организме человека, а также используются в синтезе лекарственных веществ.

2. ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: Сформировать знания реакций гомолитического типа неполярных σ-связей тетрагонального атома углерода,  способ­ности  двойных  углерод-углеродных  связей  в открытых системах к электрофильному присоединению, а также уметь прогнозировать реак­ционную  способность ароматических соединений в реакциях электро­фильного замещения как основу для  понимания  свободно радикальных процессов, реакции гидратации, протекающих в организме.

     3. ЗАДАЧИ: после изучения темы

     студент должен знать:

- понятие о механизме химической реакции;

- механизм радикального замещения (S_R) на примере реакций галогенирования алканов и циклоалканов;

- механизм электрофильного присоединения (А_Е) на примере ре­акций гидрирования, галогенирования,  гидрогалогенирования  и гид­ратации алкенов, алкадиенов и алкинов;

- механизм электрофильного замещения (S_E) на примере реакций галогенирования, сульфирования,  нитрования,  алкилирования   и ацилирования аренов и гетероциклических синтезе лекарственных веществ.

студент должен уметь:

- составлять уравнения реакций галогенирования алканов и циклоалканов и описывать механизм этих превращений;

- составлять уравнения реакций гидрирования, галогенирова­ния, гидрогалогенирования и гидратации алкенов, алкадиенов, алки­нов и описывать механизм этих превращений;

- сравнивать реакционную способность алкенов и алкинов в ре­акциях электрофильного присоединения;

- составлять уравнения реакций галогенирования, сульфирова­ния, нитрования, алкилирования, ацилирования аренов и ароматических гетероциклических соединений;

- сравнивать реакционную способность аренов и ароматических гетероциклов в реакциях электрофильного замещения (влияние заместителей в бензольном ядре и гетероатомов в ароматических гетеро­циклических соединений);

         приобрести практические навыки:

- в описании химических свойств углеводородов различных гомологических рядов: алканов, алкадиенов, алкинов, аренов, а также ароматических гетероциклических соединений;

- в описании механизмов химических реакций с их участием;

- в сравнении реакционной способности органических субстра­тов в реакциях S_R, A_E и S_E.

ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕМЫ:

1. Реакции радикального замещения (S_R). Галогенирование алканов и циклоалканов (обычные циклы). Понятие о цепных процессах.

2. Реакции электрофильного присоединения (A_E).  Гидрирование гид­рогалогенирование, галогенирование, гидратация алкенов.

3. Реакции электрофильного замещения (S_E). Галогенирование, суль­фирование, нитрование, алкилирование и ацилирование аромати­ческих углеводородов (аренов) и гетероциклических соединений. Влияние заместителей в бензольном ядре и гетероатомов в арома­тических гетероциклических соединениях на реакционную способ­ность и их ориентирующее действие.

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ (ОСНАЩЕНИЕ ЗАНЯТИЯ):

1. Методические указания для студентов по теме "Механизм реак­ций в органической химии. Реакционная способность углеводородов".

2. Учебные таблицы:

а) периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева (1);

б) таблица старшинства функциональных групп по классификации ИЮПАК  (12);

в) таблица "Электронные эффекты заместителей" (13).

МАТЕРИАЛЫ  ДЛЯ  КОНТРОЛЯ   УСВОЕНИЯ  ТЕМЫ:

тексты   контрольных  работ.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ:

1. Напишите уравнения реакций бромирования бутана, циклопентана. Опишите механизм этих реакций.

2. Напишите уравнения реакций галогенирования, гидрогалогенирова­ния, гидратации в кислой среде пропилена. Опишите механизм этих реакций. Сравните реакционную способность пропилена и 2-метилпропена с этиленом в реакциях электрофильного присоеди­нения. Объясните правило Марковникова в реакции гидратации и гидрогалогенирования.

3. Напишите  уравнение  реакции окисления пропилена калия перманганатом в щелочной среде и   объясните,  почему  она  используется как качественная реакция.

4. Напишите уравнение реакции гидрирования и галогенирования бу­тадиена-1,3 и объясните их особенности, связанные с электрон­ным строением.

5. Напишите уравнения реакций галогенирования, сульфирования, ал­килирования бензола, фенола и нафталина. Опишите механизм этих реакций. Сравните реакционную способность толуола, анилина, бензойной кислоты с бензолом в реакциях электрофильного заме­щения.

6. Напишите уравнения реакций бромирования и сульфирования пирро­ла и пиридина.

ПЕРЕЧЕНЬ СОЕДИНЕНИЙ, ФОРМУЛЫ КОТОРЫХ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ:

1. Олеиновая кислота.

2. Линолевая кислота.

 3. Арахидоновая кислота.

4. Сульфаниловая кислота.

МАТЕРИАЛЫ УИРС:

Реакции гидратации, протекающие в процессе обмена веществ в живых организмах по механизму А_Е (цикл Кребса, β-окисление высших жирных кислот и т.д.).

Хлорбензол используется для синтеза лекарственных веществ. Получение его из бензола. Описать механизм реакции (S_E). Объяс­нить, каким способом генерируется электрофильная частица.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ:

1.  Конспект лекций.

2. Н.А. Тюкавкина, Ю.И. Бауков, "Биоорганическая химия", М., Медицина, 1991, стр. 117-148.

3. Руководство к лабораторным занятиям по биоорганической химии/ Под ред. Н.А.  Тюкавкиной. – М.: Медицина, 1985. - с. 55-88.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ:

1. Г. Тейлор. Основа органической химии для студентов нехи­мических специальностей. - М: Мир, 1989. - с. 35-36, 40-44, 47-60.

2. Степаненко Б.Н. Курс органической химии: Учеб. для студ. мед. институтов. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1979. - с. 93-94, 218, 273.