Амфотерные органические и неорганические соединения

Амфотерность – это способность некоторых соединений проявлять как кислотные, так и основные свойства в зависимости от условий. Это способность объясняется тем, что амфотерные соединения могут выступать в роли доноров катионов водорода в щелочной среде, а в кислой среде – в роли их акцепторов.

 В неорганическом мире амфотерные соединения представлены оксидами и гидроксидами таких металлов, как алюминий, цинк, хром, бериллий, германий, олово, свинец и некоторые другие. Среди органических веществ к типичным амфотерным представителям относят аминокислоты, а также таковыми являются белки и пептиды. Рассмотрим амфотерные свойства на конкретных примерах.

При взаимодействии амфотерных оксидов с сильными кислотами, они ведут себя как основные оксиды. Например, при взаимодействии оксида алюминия с соляной кислотой образуются хлорид алюминия и вода.

В ионном виде: оксид алюминия плюс три катиона водорода равно катион алюминия плюс три молекулы воды.

Al₂О₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O

Al₂О₃ + 3H⁺ = Al³⁺ + 3H₂O

При взаимодействии амфотерных оксидов со щелочами, они проявляют себя как кислотные оксиды. В реакции между оксидом алюминия и гидроксидом натрия образуются диоксоалюминат натрия и вода.

Al₂О₃ + 2NaOH = 2NaAlO₂ + H₂O

В ионном виде: оксид алюминия плюс два гидроксид-аниона равно два диоксоалюминат-аниона плюс вода.

Al₂О₃ + 2OH^- = 2AlO₂^- + H₂O

В реакциях между амфотерными гидроксидами и сильными кислотами амфотерные гидроксиды ведут себя как нерастворимые основания. Например, при взаимодействии гидроксида цинка с серной кислотой образуются сульфат цинка и вода.

Zn(OH)₂ + H₂SO₄ = ZnSO₄ + 2H₂O

В ионном виде: гидроксид цинка плюс два катиона водорода равно катион цинка плюс две молекулы воды.

Zn(OH)₂ + 2H⁺ = Zn²⁺+ 2H₂O

В случае взаимодействия амфотерного гидроксида со щелочью, амфотерный гидроксид ведет себя как кислота. При взаимодействии гидроксида цинка с гидроксидом натрия образуются диоксоцинкат натрия и вода.

 Zn(OH)₂ + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + 2H₂O

В ионном виде: гидроксид цинка плюс два гидроксид - аниона равно диоксоцинкат – анион плюс две молекулы воды.

Zn(OH)₂ + 2OH^- = ZnO₂^2- +2H₂O

Амфотерность органических соединений разберем на примере типичных представителей – альфа-аминокислот, которые в своем составе имеют аминогруппу, определяющую основные свойства, и карбоксильную группу, определяющую кислотные свойства.

Общая схема строения α-аминокислот

 

 

К реакциям, идущим по карбоксильной группе, относятся взаимодействия аминокислот со щелочами и спиртами. Например, при взаимодействии аминоуксусной кислоты с гидроксидом натрия образуются натриевая соль аминоуксусной кислоты и вода. При взаимодействии аминоуксусной кислоты с метанолом образуются метиловый эфир аминоуксусной кислоты и вода.

Взаимодействие со щелочами:

NH₂-CH₂-COOH + NaOH → NH₂-CH₂-COONa + H₂O

Взаимодействие со спиртами:

NH₂-CH₂-COOH + CH₃OH → NH₂-CH₂-COOCH₃ + H₂O

Взаимодействие аминокислот с сильными кислотами идет по аминогруппе. Например, при взаимодействии аминоуксусной кислоты с соляной кислотой образуется хлороводородная соль аминоуксусной кислоты. HOOC-CH₂-NH₂ + HCl → [HOOC-CH₂-NH₃]⁺Cl^-

В растворе аминокислоты диссоциируют с образованием диполярного иона, который формируется в результате отщепления катиона водорода от карбоксильной группы и присоединения его к аминогруппе. Именно этим объясняются амфотерные свойства аминокислот.

 

Для аминокислот характерны реакции поликонденсации, результатом которых является образование полипептидов и белков. Эти реакции очень важны для живых организмов, так как они обеспечивают биосинтез белков.