Органические соединения

АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ

ПОНЯТИЯ:

1. Азотсодержащие органические соединения – это органические соединения, в молекулах которых присутствует один или несколько атомов азота. Общие формула С_хН_уN_z или С_хН_уО_zN_k.

К первым относятся: амины и нитрилы.

Ко вторым относятся: нитросоединения, аминокислоты, амиды карбоновых кислот и аминосложные эфиры.

2. Амины – это азотсодержащие органические соединения, в молекулах которых присутствует одна или несколько аминогрупп (–NН₂), связанных с углеводородным радикалом. Общая формула: R(NН₂)_n.

Или -это производные аммиака, в молекуле которого один или несколько атомов водорода замещены углеводородными радикалами (–R). Делятся:

а) по природе углеводородного радикала: предельные (содержат только одинарные связи), непредельные (содержат одну или несколько двойных или тройных связей), ароматические (содержат одно или несколько ароматических колец);

б) по структуре радикала:

– первичные (аминогруппа связана только с одним углеводородным радикалом). Общая формула R–NН₂;

– вторичные (аминогруппа связана с двумя углеводородными радикалами). Общая формула: (R)₂NН или R–NН–R;

– третичные (аминогруппа связана с тремя углеводородными радикалами). Общая формула (R)₃N.

3. Аминокислоты – это дифункциональные органические соединения, в молекулах которых присутствует две функциональные группы – карбоксильная

(–СООН) и аминогруппа (–NН₂), связанные между собой углеводородным радикалом. Общая формула: NН₂–R–СООН. Делятся:

б) по числу функциональных групп:

– нейтральные (число аминогрупп равно числу карбоксильных группами). Общая формула
NН₂–R–СООН;

– кислые (число аминогрупп меньше числа карбоксильных групп). Общая формула:
NН₂–R(СООН)_n;

– основные или щелочные (число аминогрупп больше, чем число карбоксильных групп). Общая формула: (NН₂)_nR–СООН;

*в) по положению аминогруппы:

– α-аминокислоты (аминогруппа расположена у первого углеродного атома, после карбоксильной группы). Например: СН₃–С ^α Н(NН₂)–СООН α-аминопропионовая кислота (аланин). В природе распространено двадцать основных
α-аминокислот, из которых состоят все пептиды и белки;

– β-аминокислоты (аминогруппа расположена у второго углеродного атома, после карбоксильной группы). Например: NН₂–С ^β Н₂–СН₂–СООН β-аминопропионовая кислота и т.д.;

– **ω-аминокислоты (аминогруппа находится у самого дальнего атома углерода от карбоксильной группы).

4. *Нитросоединения – это азотсодержащие органические соединения, в молекулах которых присутствует одна или несколько нитрогрупп (–NO₂), связанных с углеводородным радикалом. Общая формула: R(NO₂)_n.

5. *Нитрование – это химическая реакция образования нитросоединений с помощью нитрующей смеси (смеси концентрированных азотной и серной кислот) или чистой («дымящей») азотной кислотой (или её раствором), или оксидом азота (IV), как правило, при нагревании.

6. *Аминирование – это химическая реакция введения аминогруппы (–NН₂), как правило, взаимодействием аммиака с галогенпроизводными алканов или других органических веществ.

7. **Аммонолиз – это химическая реакция разрушения связей в молекулах органических соединений под действием молекул аммиака. Например, при образовании амидов карбоновых кислот из их галогенангидридов.

8. **Нитрилы – это азотсодержащие органические вещества, в молекулах которых присутствует одна или несколько нитрильных групп (–СN), связанных с углеводородным радикалом. Общая формула: R(СN)_n.

9. **Амиды карбоновых кислот – это производные карбоновых кислот, в молекулах которых гидроксил карбоксильной группы замещен на аминогруппу. Общая формула: R–СО–NН₂.

10. **Карбамид (мочевина, полный амид угольной кислоты) – это бесцветное кристаллическое вещество, без запаха, хорошо растворимое в воде. Конечный продукт белкового обмена в организме человека и млекопитающих. Применяется как ценное органическое удобрение, для получения мочевиноформальдегидных пластмасс, лекарственных препаратов. Формула: NН₂–СО–NН₂.

11. *Биполярный ион (цвиттер-ион)аминокислот – это внутренняя соль, образованная в результате внутримолекулярного взаимодействия карбоксильной группы и аминогруппы в аминокислотах. В виде биполярного иона нейтральные аминокислоты существуют как в растворах, так и в кристаллах.

12. *Пептиды – это короткие белки, состоящие из двух или более
(≈ до 40) остатков α-аминокислот, связанных пептидной связью. Делятся на олиго- и полипептиды.

13. Пептидная (амидная) связь – это прочная ковалентная полярная связь, которая образуется при взаимодействии карбоксильной группы одной аминокислоты и аминогруппы другой аминокислоты. Её особенность – транс-расположение атомов кислорода и водорода по отношению к связи.

14. *Азотсодержащие гетероциклические соединения – это гетероциклические соединения, в циклах которых, кроме атомов углерода входят один или несколько атомов азота. Важнейшие из них: пиррол (С₄Н₅N), пиридин (С₅Н₅N), пиримидин (С₄Н₄N₂) и пурин (С₅Н₄N₄).

15. **Пиррол – это азотсодержащий пятичленный гетероцикл, обладающий слабыми основными свойствами. Содержится в костном масле, а также в каменноугольной смоле. Пиррольные кольца входят в состав молекул хлорофилла и гемоглобина крови. Условная формула: С₄Н₅N.

ИМЕННЫЕ РЕАКЦИИ:

1. *Реакция М.И.Коновалова (1888 год, Россия) – реакция нитрования алканов раствором азотной кислоты (16-18 %):
R– Н + НО – NO_{2 (раствор)} R– NO₂ + H₂O

R – алкильный (углеводородный) радикал (–C_nH_2n+1).

2. *Реакция А.В.Гофмана (1850 год, Германия) – реакция получения алифатических аминов из галогеналканов:

R– Нal + 2NH₃ R– NH₂+ NH₄Hal

R– NH₂+ R– Нal R–NH –R + HHal

R–NH –R + R– Нal N(R)₃+ HHal

3. *Реакция Н.Н.Зинина (1842 год, Россия) – реакция получения анилина восстановлением нитробензола:

С₆Н₅NO₂ + 3Fe + 6HCl С₆Н₅NH₂+ 2H₂O + 3FeCl₂
Основы заместительной
номенклатуры IUPAC для АОС

Название азотсодержащих органических соединений по заместительной номенклатуре IUPAC может состоять из двух или трёх частей – основы и суффикса или приставки, основы и суффикса. Правила их составления даны в таблице:

Приставка	Основа	Суффикс
а) здесь перечисляются все заместители (радикалы) в строгом алфавитном порядке. б) перед каждым заместителем ставиться локант (углеродный номер). Локанты перечисляются через запятую, а затем ставится тире. в) если одинаковых заместителей несколько, то перед названием заместителя добавляется латинское числительное: 2 – ди- 3 – три- 4 – тетра- 5 – пента- 6 – гекса- 7– гепта-	а) после перечисления всех заместителей (радикалов) пишется главное слово. Это зависит от числа углеродных атомов в главной цепи: С₁ – мет- С₂ – эт- С₃ – проп- С₄ – бут- С₅ – пент- С₆ – гекс- С₇ – гепт- С₈ – окт- С₉ – нон- С₁₀ – дек- б) если главная углеродная цепь замкнута в цикл, то перед главным словом слитно пишется дополнительная приставка цикло-.	а) после написания главного слова пишутся суффиксы: 1) в зависимости от вида химических связей в главной углеродной цепи: – ан; – ен; – диен; – ин. После –ен, –диен или –ин ставятся локанты (кроме случаев, когда название является однозначным без локантов). 2) в зависимости от вида старшой функциональной группы (в первой колонке указано место старшинства, учитывая кислородсодержащие группы):

		III	–СО–NH₂	–амид
		IV	–С≡N	–нитрил
		VIII	–NH₂	–амин
		После –амин ставится локант (кроме случаев, когда название является однозначным без локантов).

АЛГОРИТМ построения
названиЙ АОС по заместительной номенклатуре IUPAC

1) Выбирается главная углеродная цепь (соединение-основа). Ею является наиболее длинная углеродная цепь, в которой присутствует (подпункты расположены в порядке уменьшения старшинства):

а) максимальное количество старших функциональных групп;

б) максимальное количество двойных или тройных связей;

в) наибольшее число заместителей (радикалов).

2) Выбранная цепь нумеруется, т.е. необходимо найти начало и конец выбранной углеродной цепи и проставить локанты (углеродные номера). Для этого минимальный локант присваивается углеродному атому, к которому (подпункты расположены в порядке уменьшения старшинства):

а) ближе старшая функциональная группа;

б) ближе двойная или тройная связь;

б) ближе заместитель;

в) ближе углеродный атом, у которого два заместителя;

г) ближе заместитель – первый в алфавитном порядке.

Всегда должно выполняться правило: сумма локантов заместителей должна быть минимальной.

3) составляется приставка(префикс); 4) составляется основа (главное слово); 5) составляется суффикс.