zwiazki organiczne zawierajace azot, szkoła, chemia


P 8 Związki organiczne zawierając azot

Azot należy do ważniejszych pierwiastków występujących w związkach organicznych. Główne grupy połączeń, w których występuje azot to: związki nitrowe, aminy, amidy kwasowe, aminokwasy i białka. Wszystkie filmiki związane z tymi połączeniami znajdują się na płycie III, poświęconej połączeniom organicznym, w części III pt. Związki chemiczne w żywieniu i życiu codziennym. Tak więc tradycyjnie odniesienia do filmików będą posiadały notację np. 5/III co oznacza 5 doświadczenie w części III i oczywiście dotyczy to płyty nr3, gdyż tylko na tej płycie znajdują się filmiki związane z chemią organiczną. Obecność azotu w związku chemicznym stwierdza się wykonując próbę pokazaną na filmiku 3/III.

Związki nitrowe

Pod tym pojęciem rozumie się połączenia organiczne zawierające grupę nitrową -NO2 związaną z węglem alifatycznym lub aromatycznym. Nazwy nitrozwiązków tworzy się przez dodanie przedrostka nitro- do nazwy węglowodoru np. CH3-NH2 to nitrometan. W grupie nitrowej mamy dwa atomy tlenu związane z azotem podwójnymi wiązaniami, bilans elektronowy wskazuje jednak, że jeden z atomów tlenu połączony jest wiązaniem koordynacyjnym

-N→0x01 graphic

||

|O|

Otrzymywanie:

Alifatyczne związki nitrowe otrzymuje się przez działanie na chlorowcoalkany azotanem(III) srebra: R-Cl + AgNO2 → R-NO2 + AgCl

W praktyce większe znaczenie mają aromatyczne związki nitrowe, zaś reakcję nitrowania uważa się za reakcję charakterystyczną węglowodorów aromatycznych. Reakcja nitrowania benzenu przebiega wolno. Podczas tej reakcji jeden z atomów wodoru w pierścieniu benzenowym, formalnie biorąc, tworzy z grupą -OH wodę i na jego miejsce zostaje podstawiona grupa nitrowa. Reakcja taka nosi nazwę reakcji nitrowania Polega ona na działaniu mieszaniną kwasów azotowego(V) oraz siarkowego(VI) tzw. mieszaniną nitrującą na węglowodór. Obecność kwasu siarkowego(VI) powoduje utworzenie grupy nitrowe oraz związanie, dzięki właściwościom higroskopijnym, powstającej wody co powoduje przesunięcie równowagi w prawo (na stronę produktów).

C6H6 + HO-NO2 0x01 graphic
C6H5-NO2 + H2O grupa nitrowa należy do podstawników II rodzaju, to znaczy kieruje kolejny podstawnik w położenie meta

Aminy - to pochodne amoniaku, w cząsteczce którego atomy wodoru są podstawione rodnikami węglowodorowymi. Tak więc ogólny wzór aminy to R-NH2. Aminy otrzymuje się w wyniku reakcji fluorowcopochodnej z amoniakiem, następuje wówczas substytucja fluorowca grupą aminową. Specyfika tej grupy powoduje, że zawierające ja związki posiadają charakter zasadowy. Atom azotu w grupie aminowej, podobnie jak w amoniaku, posiada wolną parę elektronową, którą może przekazać i w ten sposób zgodnie, z teorią Lewisa, staje się zasadą. W zależności od tego, ile atomów wodoru w amoniaku zastaje podstawionych rodnikami węglowodorowymi, rozróżnia się aminy pierwszo (I-), drugo (II-) i trzeciorzędowe (III-)

H R R R

| | | |

:N- H : N- H : N-R :N- R

| | | |

H H H R

amoniak amina I-rzędowa amina II-rzędowa amina III-rzędowa

Nazwy amin o bardziej złożonej budowie tworzy się według ogólnie przyjętych zasad nazewnictwa systematycznego, traktując grupę aminową jako podstawnik.

H2N-CH2-CH2-CH2-NH2 1,2-diaminopropan

CH2=CH(NH2)-CH2-CH3 3-amino-1-penten

Pochodne amin podstawione w grupie aminowej, mają przedrostek N, np. C6H5NH2 - anilina; C6H5-NH-CH3 N- metyloanilina

Aminy można również otrzymać w wyniku działania amoniaku na fluorowcopochodne: CH3I+ NH3→CH3NH2 + HI

Aminy aromatyczne, które mają większe znaczenie praktyczne, otrzymuje się przez redukcję nitrozwiązków wodorem atomowym, który powstaje w równoległej reakcji cynku z kwasem solnym: C6H5NO2 + Zn + 6HCl → C6H5NH2 + ZnCl2 + 2H2O

Dzięki właściwościom zasadowym aminy reagują z kwasami, np.

CH3 -NH2 + HCl → CH3-NH3+Cl- chlorowodorek metyloaminy

Aminy aromatyczne są słabszymi zasadami ponieważ podstawnik aromatyczny jest bardziej elektroujemny i mocniej przyciąga wolną parę elektronową atomu azotu.

Amidy kwasowe - amidami kwasowymi nazywamy pochodne kwasów karboksylowych, w których grupa hydroksylowa jest zastąpiona grupą aminową.

R-C=O

|

NH2

Aminy otrzymuje się zasadniczo dwiema metodami:

  1. Przez działanie amoniaku na chlorek kwasowy

O O

|| ||

R-C-Cl + HNH2 → R-C-NH2 + HCl

  1. Przez ogrzewanie soli amonowej kwasu karboksylowego

O

||

CH3COONH4 0x01 graphic
CH3-C-NH2 + H2O amid kwasu octowego lub acetamid

Istotną cechą amidów jest ich zdolność do hydrolizy, np. amid kwasu octowego ulega hydrolizie w obecności kwasu nieorganicznego do kwasu karboksylowego i amoniaku:

CH3-CO(NH2) + H2O 0x01 graphic
CH3COOH + NH3

Mocznik jest diamidem kwasu węglowego (NH2)2CO. Dorosły człowiek wydziela dziennie około 30 g mocznika jako końcowego produktu przemiany materii. Doskonale rozpuszcza się w wodzie, nie posiada właściwości zasadowych jednak reaguje z mocnym kwasem azotowym(V) dając połączenie o barwie intensywnie żółtej, wykorzystywane do ilościowego oznaczenia mocznika w moczu. H2N-CO-NH2+ HNO3→ H2N-CO-HN2•HNO3

Mocznik ulega hydrolizie z wydzieleniem dwutlenku węgla i amoniaku:

(NH2)2CO + H2O 0x01 graphic
2NH3 + CO2

Podczas ogrzewania dwie cząsteczki mocznika dają biuret wydzielając jednocześnie amoniak

O O

|| ||

C C

/ \ / \

H2N NH2 / NH2

H2N NH2 → H-N + NH3

\ / \ NH2

C \ /

|| C

O ||

O

W środowisku zasadowym biuret tworzy z kationami miedzi(II) związek kompleksowy o barwie różowo fioletowej. Reakcję tę wykorzystuje się w tzw. próbie biuretowej, która służy do wykrywania białek, a konkretnie połączeń, w których występuje charakterystyczne dla białek, wiązanie biuretowe -CO-NH- (ćw.4/III).

Aminokwasy - zawierają w swej cząsteczce dwie grupy funkcyjne, grupę karboksylową i aminową. W związkach naturalnych grupa aminowa jest zawsze połączona z atomem węgla do którego przyłączona jest grupa karboksylowa a więc do tzw. atomu węgla α. Ogólna nazwa tego typu aminokwasów to α - aminokwasy. Aminokwasy występują jako tzw. jony wewnętrzne, które powstają w wyniku przeniesienia ładunku - protonu wodoru

COO-

|

H3N+- C - H

|

R

Obojnaczy jon aminooctowy jest efektem odszczepienia protonu wodoru od grupy karboksylowej i jego koordynacyjnego połączenia z atomem azotu grupy aminowej. Większość aminokwasów wykazuje czynność optyczną. Podręczniki podają nazwy wielu możliwych aminokwasów, jednak zasadniczo wystarczy zapamiętać dwa: kwas aminooctowy czyli glicynę i α - aminopropionowy czyli alaninę.

W zależności od pH środowiska mogą występować w trzech formach: w formie anionu, w formie kationu oraz jonu obojnaczego. Zjawisko to uwarunkowane jest tzw. reakcjami protolitycznymi grup funkcyjnych podczas rozpuszczania w wodzie:

R-COOH + H2O ↔ R-COO- + H3O+

R-NH2 + H2O ↔ R-NH3+ + OH-

Reakcje te są odwracalne a ich kierunek zależy od pH roztworu. Istnieją jednakże takie wartości pH roztworów, w których aminokwas nie porusza się w polu elektrycznym. Wielkość ta jest charakterystyczna dla każdego konkretnego aminokwasu i nosi nazwę punktu izoelektrycznego (pI)

Jedną z ważniejszych właściwości aminokwasów jest ich zdolność do połączenia się z sobą (polikondensacja). Powstają wówczas wiązanie peptydowe a powstałe związki noszą nazwę dipeptydów, tripeptydów lub ogólnie polipeptydów.

R1 O R2 R1 O H R2

| || | | || | |

H2N-CH-C-OH + H2N-CH-COOH → H2N- CH-C - N - CHCOOH + H2O

W wyniku działania alkoholi na aminokwasy powstaję estry są one, w przeciwieństwie do aminokwasów, lotne.

Białka, to wielkocząsteczkowe struktury zbudowane z około 20 rodzajów aminokwasów połączonym wiązaniami peptydowymi (biuretowymi). Białka są najważniejszymi związkami organicznymi stąd ich nazwa proteiny, bowiem protos z greckiego oznacza pierwszy. Do białek zalicza się cząsteczki zbudowane z więcej ni 100 aminokwasów. Związki o mniejszej ilości aminokwasów to oligopeptydy zaś o większej to polipeptydy. Obecność azotu w cząsteczkach białek można stwierdzić za pomocą próby pokazanej w doświadczeniu 3/III. Wyróżnia się cztery rzędy określenia struktury białek

  1. struktura I- rzędowa określa sekwencję aminokwasów

  2. struktura II - rzędowa rodzaj utworzonej helisy

  3. struktura III - rzędowa wzajemne przenikanie się dwóch helis

  4. struktura IV - rzędowa koordynację białek o określonej strukturze III -rzędowe wokół jonów metalu np. żelaza w hemoglobinie.

Jako podstawę klasyfikacji białek przyjęto ich skład chemiczny, budowę przestrzenną cząsteczki oraz ich właściwości, zwłaszcza zaś rozpuszczalność. Najpowszechniejszy jest podział na białka proste czyli proteiny oraz złożone czyli proteidy. Białka proste w zależności od kształtu dzieli się na fibrylarne i globularne. Najpopularniejszymi białkami globularnymi są albuminy (rozpuszczalne w wodzie) i proteiny (nierozpuszczalne). Do białek fibrylarnych należą skleroproteidy (kolagen, keratyna)

Nazwy białek złożonych zależą od rodzaju występującego w nich składnika niebiałkowego np. lipoproteidy zawierają cząsteczki tłuszczów, glikoproteidy węglowodanów, chromoproteidy jony metali nadające barwę itd. Reakcje stosowane do wykrywania białek to reakcja ksantoproteinowa ze stężonym kwasem azotowym(V) (4/III) i biuretowa (4/III)

Białka reagują z kwasami, alkoholem, roztworami soli ulegając denaturacji. (5/III).

Przykłady zadań

  1. Omów reakcję hydrolizy mocznika i jego reakcję z kwasem azotowym

  2. Ile dm3 gazowego amoniaku można otrzymać w wyniku hydrolizy 85 g mocznika w warunkach normalnych

  3. Napisz równanie reakcji hydrolizy amidu kwasu octowego i nazwij jej produkty.

  4. Czym różnią się aminy aromatyczne od alifatycznych?

  5. Napisz wzory strukturalne: dietyloaminy, trimetyloaminy, etylo-difenyloaminy

  6. Napisz odpowiednie równania reakcji i oblicz, ile aniliny można otrzymać wychodząc z 120 g benzenu, przyjmując 80% wydajności poszczególnych procesów.

  7. Omów reakcję mocznika z stężonym kwasem azotowym(V)

  8. Napisz równania reakcji następującego ciągu przemian: acetylen → benzen → nitrobenzen → aminobenzen (anilina)

  9. Napisz równania następujących przemian: amoniak → etyloamina; amoniak → mocznik; amoniak → kwas azotowy(V) → nitrobenzen → anilina

  10. Napisz równania następującego ciągu przemian: etanol → eten → chloroetan → chlorowodorek etyloaminy → etyloamina

Rozwiązania zadań

Zad.1

Hydroliza mocznika, jak i innych amidów kwasowych, prowadzi do odpowiedniego kwasu, w przypadku diamidu kwasu węglowego będzie to oczywiście dwutlenek węgla (jako bezwodnik kwasu węglowego oraz amoniak

(NH2)2CO + H2O → 2NH3 + CO2

mocznik przejawia tylko w bardzo znikomym stopniu właściwości zasadowe, reaguje jednak z kwasem azotowym(V) dając azotan mocznika charakteryzujący się żółtą barwą. Natężenie barwy żółtej służy to ilościowego oznaczania mocznika w moczu.

Zad.2

Równanie reakcji hydrolizy mocznika: (NH2)2CO + H2O → 2NH3 + CO2 wynika:

Z 1 mola mocznika, czyli z 60 g powstają 2 mole amoniaku czyli 44,8 dm3

85 g mocznika daje x dm3

x = 63,7 dm3 amoniaku

Zad. 3

CH3CONH2 + H2O → CH3COOH + NH3

produktami hydrolizy amidu kwasu octowego są kwas octowy oraz amoniak

Zad.4

Tak aminy alifatyczne jak i aromatyczne wykazują właściwości zasadowe, wynikające z faktu, że azot grupy aminowej może być donorem pary elektronowej. Para ta jest jednak łatwiej oddawana w sytuacji, gdy grupa aminowa jest połączona z mniej polarnym rodnikiem alifatycznym. Aminy aromatyczne są słabszymi zasadami ze względu na silniej elektroujemny charakter rodnika aromatycznego (sekstet elektronów zdelokalizowanych pierścienia benzenowego).

Zad. 5

CH3-CH2-N-CH2-CH3 CH3-N-CH3 CH3-CH2-N-C6H5

| | |

H CH3 C6H5

Dietyloamina trimetyloamina etylodifenyloamina

Zad. 6

Odpowiednie równania reakcji:

  1. C6H6 + HNO3 0x01 graphic
    C6H5NO2 + H2O

  2. C6H5NO2 + 6[H] → C6H5NH2 + 2H2O

Przy założeniu 100% wydajności, na podstawie równania reakcji można stwierdzić:

Z 1 mola benzenu czyli 78 g powstaje 1 mol czyli 93 g aniliny

120 g powstanie x g aniliny x = 143 g aniliny

przeliczamy na określoną w zadaniu wydajność:

143 g przy 100% wydajności, czyli ułamek procentowy 1

x g przy 80% x 80% wydajności, ułamek procentowy 0,64

x = 91,6 g aniliny

Zad. 7

Reakcję mocznika z kwasem azotowym(V) omówiono przy okazji rozwiązania zadania 1

(powstaje azotan mocznika o barwie intensywnie żółtej. Reakcję tę wykorzystuje się do ilościowego oznaczania mocznika w moczu)

Zad. 8

Równania reakcji wskazane w cyklu przemian

  1. 3C2H2 → C6H6

  2. C6H6 + HNO3 0x01 graphic
    C6H5NO2 + H2O

  3. C6H5NO2 + 6[H] → C6H5NH2 + 2H2O

Zad. 9

Amoniak → etyloamina NH3 + C2H5Cl → C2H5NH2 + HCl

Amoniak → mocznik 2NH3 + CO2 → (NH2)2CO + H2O

Amoniak → kwas azotowy(V) 2NH3 + 2½O2 → 2NO + 3H2O

2NO + O2 → N2O4

N2O4 + H2) → HNO3 + HNO2

Kwas azotowy(V) → nitrobenzen C6H6 + HNO3 0x01 graphic
C6H5NO2

Nitrobenzen → anilina C6H5NO2 + 3Zn + 6HCl → C6H5NH2 + 2H2O + 3ZnCl2

Zad. 10

Etanol → eten C2H5OH 0x01 graphic
C2H4 + H2O

Eten → chloroetan C2H4 + HCl → C2H5Cl

Chloroetan → chlorowodorek etyloaminy C2H5Cl + NH3 → CH3-CH2-NH2·HCl

Chlorowodorek etyloaminy → etyloamina

CH3-CH2-NH2·HCl + NaOH → CH3-CH2-NH2 + NaCl + H2O

7



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
ISE powtorka z chemii, ISE zwiazki organiczne zawierajace azot, P 8 Związki organiczne zawierając az
związki organiczne zawierające tlen(1)
Związki organiczne ChOgol, Biotechnologia, Semestr 1, Chemia ogólna, Egzamin
związki organiczne zawierające tlen(2)
związki organiczne zawierające tlen(1)
związki organiczne zawierające tlen(2)
chemia sprawdzian ze zwiazkow organicznych
Chemia Poznajemy pochodne węglowodorów zawierające azot kartkówka
Chemia Natura związków organicznych i ich budowa
chemia, zwiazki organiczne
Chemia labolatorium, Grupy funkcyjne, Grupa funkcyjna jest to charakterystyczne ugrupowanie atomów w
Analiza jakościowa związków organicznych, STUDIA IŚ, semestr III, Chemia
Chemia org. - Izomeria optyczna 1, SZKOŁA, CHEMIA, Organiczna
5.Parachora kilku związków organicznych, chemia fizyczna
syntezy zwiazkow organicznych, Chemia, Organiczna

więcej podobnych podstron