Изменение цвета индикаторов в растворах. Структурные формулы основных представителей карбоновых кислот

2. Основания взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации). Например:

КОН + НС1 = КС1 + Н 2 О;

Fe(OH) 2 +2HNO 3 = Fe(NO 3) 2 + 2Н 2 О

3. Щелочи взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием соли и воды:

Са(ОН) 2 + СО 2 = СаСО 2 + Н 2 О.

4. Растворы щелочей взаимодействуют с растворами солей, если в результате образуется нерастворимое основание или нерастворимая соль. Например:

2NaOH + CuSO 4 = Cu(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4 ;

Ва(ОН) 2 + Na 2 SO 4 = 2NaOH + BaSO 4 ↓

5. Нерастворимые основания при нагревании разлагаются на основный оксид и воду.

2Fе(ОН) 3 Fе 2 О 3 + ЗН 2 О.

6. Растворы щелочей взаимодействуют с металлами, которые образуют амфотерные оксиды и гидроксиды (Zn, Al и др.).

2AI + 2КОН + 6Н 2 О = 2K + 3H 2 .

Получение оснований

Получение растворимых оснований :

а) взаимодействием щелочных и щелочноземельных металлов с водой:

2Na + 2Н 2 О = 2NaOH + Н 2 ;

б) взаимодействием оксидов щелочных и щелочноземельных металлов с водой:

Na 2 O + Н 2 О = 2NaOH.

2. Получение нерастворимых оснований действием щелочей на растворимые соли металлов:

2NaOH + FeSO 4 = Fe(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4 .

Кислоты ‑ сложные вещества, при диссоциации которых в воде, образуются ионы водорода H + и никаких других катионов.

Химические свойства

Общие свойства кислот в водных растворах обусловлены присутствием ионов Н + (вернее H 3 O +), которые образуются в результате электролитической диссоциации молекул кислот:

1. Кислоты одинаково изменяют цвет индикаторов (табл. 6).

2. Кислоты взаимодействуют с основаниями.

Например:

Н 3 РО 4 + 3NaOH=Na 3 PO 4 +ЗН 2 О;

Н 3 РО 4 + 2NaOH = Na 2 HPO 4 + 2Н 2 О;

Н 3 РО 4 + NaOH = NaH 2 PO 4 + Н 2 О;

3. Кислоты взаимодействуют с основными оксидам:

2НСl + СаО = СаС1 2 + Н 2 О;

H 2 SO 4 +Fe 2 O 3 = Fe 2 (SO 4) 3 + ЗН 2 О.

4. Кислоты взаимодействуют с амфотерными оксидами:

2HNO 3 + ZnO = Zn(NO 3) 2 + Н 2 О.

5. Кислоты взаимодействуют с некоторыми средними солями с образованием новой соли и новой кислоты, реакции возможны в том случае, если в результате образуется нерастворимая соль или более слабая (или более летучая) кислота, чем исходная. Например:

2НС1+Na 2 CO 3 = 2NaCl+H 2 O +CO 2 ;

2NaCl + H 2 SO 4 = 2HCl + Na 2 SO 4 .

6. Кислоты взаимодействуют с металлами. Характер продуктов этих реакций зависит от природы и концентрации кислоты и от активности металла. Например, разбавленная серная кислота, хлороводородная кислота и другие кислоты-неокислители взаимодействуют с металлами, которые находятся в ряду стандартных электродных потенциалов (см. главу 7.) левее водорода. В результате реакции образуются соль и газообразный водород:

H 2 SO 4 (разб)) + Zn = ZnSO 4 + Н 2 ;

2НС1 + Mg = MgCl 2 + H 2 .

Кислоты-окислители (концентрированная серная кислота, азотная кислота HNO 3 любой концентрации) взаимодействуют и с металлами, стоящими в ряду стандартных электродных потенциалов после водорода с образованием соли и продукта восстановления кислоты. Например:

2H 2 SO 4 (конц) + Zn = ZnSO 4 +SO 2 + 2H 2 O;

Получение кислот

1. Бескислородные кислоты получают путем синтеза из простых веществ и последующим растворением продукта в воде.

S + Н 2 = Н 2 S.

2. Оксокислоты получают взаимодействием кислотных оксидов с водой.

SO 3 + Н 2 О = H 2 SО 4 .

3. Большинство кислот можно получить взаимодействием солей с кислотами.

Na 2 SiО 3 + H 2 SO 4 = H 2 SiО 3 + Na 2 SO 4 .

Амфотерные гидроксиды

1. В нейтральной среде (чистая вода) амфотерные гидроксиды практически не растворяются и не диссоциируют на ионы. Они растворяются в кислотах и щелочах. Диссоциацию амфотерных гидроксидов в кислой и щелочной средах можно выразить следующими уравнениями:

Zn+ OH - Zn(OH)H + + ZnO

А1 3+ + ЗОН - Al(OH) 3 H + + AlO+ H 2 O

2. Амфотерные гидроксиды взаимодействуют как с кислотами, так и со щелочами, образуя соль и воду.

Взаимодействие амфотерных гидроксидов с кислотам:

Zn(OH) 2 + 2НCl + ZnCl 2 + 2Н 2 О;

Sn(OH) 2 + H 2 SO 4 = SnSO 4 + 2Н 2 О.

Взаимодействие амфотерных гидроксидов со щелочами:

Zn(OH) 2 + 2NaOH Na 2 ZnO 2 + 2H 2 O;

Zn(OH) 2 + 2NaOH Na 2 ;

Pb(OH) 2 + 2NaOHNa 2 .

Соли – продукты замещения атомов водорода в молекуле кислоты на атомы металла или замещения гидроксид-иона в молекуле основания кислотными остатками.

Общие химические свойства солей

1. Соли в водных растворах диссоциируют на ионы:

а) средние соли диссоциируют на катионы металлов и анионы кислотных остатков:

NaCN =Na + +СN - ;

6) кислые соли диссоциируют на катионы металла и сложные анионы:

KHSО 3 = К + + HSO 3 - ;

в) основные соли диссоциируют на сложные катионы и анионы кислотных остатков:

АlОН(СН 3 СОО) 2 =АlОН 2+ + 2СН 3 СОО - .

2. Соли взаимодействуют с металлами с образованием новой соли и нового металла. Данный металл может вытеснять из растворов солей только те металлы, которые находятся правее его в электрохимическом ряду напряжения:

CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Сu.

Растворимые соли взаимодействуют со щелочами с образованием новой соли и нового основания. Реакция возможна, если образующееся основание или соль выпадают в осадок.

Например:

FeCl 3 +3КОН = Fe(OH) 3 ↓+3КС1;

К 2 СО 3 +Ba(OH) 2 = ВаCO 3 ↓+ 2КОН.

4. Соли взаимодействуют с кислотами с образованием новой более слабой кислоты или новой нерастворимой соли:

Na 2 CO 3 + 2HC1 = 2NaCl + CO 2 + H 2 O.

При взаимодействии соли с кислотой, образующей данную соль, получается кислая соль (это возможно в том случае, если соль образована многоосновной кислотой).

Например:

Na 2 S + H 2 S = 2NaHS;

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCО 3) 2 .

5. Соли могут взаимодействовать между собой с образованием новых солей, если одна из солей выпадает в осадок:

AgNO 3 + KC1 = AgCl↓ + KNO 3 .

6. Многие соли разлагаются при нагревании:

MgCО 3 MgO+ CО 2 ;

2NaNO 3 2NaNO 2 + O 2 .

7. Основные соли взаимодействуют с кислотами с образованием средних солей и воды:

Fe(OH) 2 NO 3 +HNO 3 = FeOH(NO 3) 2 +H 2 O;

FeOH(NO 3) 2 +HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + H 2 O.

8. Кислые соли взаимодействуют с щелочами с образованием средних солей и воды:

NaHSO 4 + NaOH = Na 2 SO 3 + H 2 O;

КН 2 РО 4 + КОН = К 2 НРО 4 + Н 2 О.

Получение солей

Все способы получения солей основаны на химических свойствах важнейших классов неорганических соединений. Десять классических способов получения солей представлены в таблице. 7.

Кроме общих способов получения солей, возможны и некоторые частные способы:

1. Взаимодействие металлов, оксиды и гидроксиды которых являются амфотерными, со щелочами.

2. Сплавление солей с некоторыми кислотными оксидами.

K 2 CO 3 + SiO 2 K 2 SiO 3 + CO 2 .

3. Взаимодействие щелочей с галогенами:

2КОН +Сl 2 KCl +KClO + H 2 O.

4. Взаимодействие галогенидов с галогенами:

2КВг + Cl 2 = 2КС1 +Вг 2.

Винная кислота относится к классу карбоновых кислот. Свое название данное вещество получило из-за того, что основным источником его получения служит виноградный сок. При брожении последнего происходит выделение кислоты в виде плохо растворимой калиевой соли. Основной областью применения этого вещества является производство продукции пищевой промышленности.

Общее описание

Винная кислота относится к категории ациклических двухосновных гидрокислот, в составе которых содержится и гидроксильная, и карбоксильная группы. Такие соединения рассматривают также как гидроксильные производные карбоновых кислот. Это вещество имеет и другие названия:

• диоксиянтарная;
• тартаровая;
• 2, 3-дигидроксибутандиовая кислота.

Химическая формула винной кислоты: С4Н6О6.

Для данного соединения характерна стереоизометрия, оно может существовать в 3 формах. Структурные формулы винных кислот представлены на рисунке ниже.

Наиболее устойчивой является третья форма (мезовинная кислота). D- и L- кислоты – оптически активные, но смесь этих изомеров, взятых в эквивалентном количестве, оптически неактивна. Такую кислоту еще называют r- или i-винной (рацемической, виноградной). По внешнему виду данное вещество – это бесцветные кристаллы или белый порошок.

Местонахождение в природе

L-винная (RR-винная) и виноградная кислоты содержатся в большом количестве в винограде, продуктах его переработки, а также в кислых соках многих фруктов. Впервые данное соединение было выделено из винного камня – осадка, который выпадает при изготовлении вина. Он представляет собой смесь виннокислого калия и кальция.

Мезовинная кислота в природе не встречается. Ее можно получить только искусственным путем – при кипячении в едких щелочах D- и L-изомеров, а также при окислении малеиновой кислоты или фенола.

Физические характеристики

Основными физическими свойствами винной кислоты являются:

• Молекулярная масса – 150 а. е. м.
• Температура плавления: o D- или L-изомера – 170 °С; o виноградной кислоты – 260 °С; o мезовинной кислоты – 140 °С.
• Плотность – 1,66-1,76 г/см3.
• Растворимость – 135 г безводного вещества на 100 г воды (при температуре 20 °С).
• Теплота сгорания – 1096,7 кДж/(г∙моль).
• Удельная теплоемкость – 1,26 кДж/(моль∙°С).
• Молярная теплоемкость – 0,189 кДж/(моль∙°С).

Кислота хорошо растворяется в воде, при этом наблюдается поглощение теплоты и снижение температуры раствора.

Кристаллизация из водных растворов происходит в гидратной форме (2С4Н6О6)∙ Н2О. Кристаллы имеют форму ромбических призм. У мезовинной кислоты они призматические или чешуйчатые. При нагреве свыше 73 °С из спирта кристаллизуется безводная форма.

Химические свойства

Винной кислоте, как и другим оксикислотам, присущи все свойства спиртов и кислот. Функциональные группы –СООН и –OH могут реагировать с другими соединениями как независимо, так и оказывать взаимное влияние друг на друга, что обусловливает химические особенности этого вещества:

• Электролитическая диссоциация. Винная кислота является более сильным электролитом, чем родоначальные карбоновые кислоты. Наибольшей степенью диссоциации обладают D- или L-изомеры, наименьшей – мезовинная кислота.
• Образование кислых и средних солей (тартратов). Наиболее распространенными из них являются: кисло-виннокислый и виннокислый калий, виннокислый кальций.
• Формирование с металлами хелатных комплексов, имеющих различное строение. Состав этих соединений зависит от кислотности среды.
• Образование сложных эфиров при замещении –OH в карбоксильной группе.

При нагревании L-винной кислоты до 165 °С в продукте преобладают мезовинная и виноградная кислоты, в интервале 165-175 °С – виноградная, свыше 175 °С – метавинная кислота, представляющая собой смолообразное вещество желтоватой окраски.

Виноградная кислота при нагреве до 130 °С в смеси с соляной кислотой частично превращается в мезовинную.

Свойства солей

Среди характеристик солей винной кислоты можно выделить следующие:

• Кислая калиевая соль KHC4H4O6 (гидротартрат калия, винный камень): o плохо растворима в воде и спирте; o выпадает в осадок при длительной выдержке; o имеет вид бесцветных мелких кристаллов, форма которых может быть ромбической, квадратной, шестиугольной или прямоугольной; o относительная плотность – 1,973.
• Виннокислый кальций CaC4H4O6: o внешний вид – кристаллы ромбической формы; o плохо растворим в воде.
• Средняя калиевая соль K2C4H4∙0,5 H2O, кислая кальциевая соль CaH2 (C4H4O6)2 – хорошая растворимость в воде.

Синтез

Существует 2 вида сырья для получения винной кислоты:

• виннокислая известь (продукт переработки выжимки, осадочных дрожжей, отходов производства коньячного спирта из виноматериалов);
• гидротартрат калия (образуется в молодом вине при его охлаждении, а также при концентрировании виноградного сока).

Накопление винной кислоты в винограде зависит от его сорта и климатических условий, в которых он выращивался (в холодные годы ее образуется меньше).

Виннокислую известь сначала очищают от примесей промывкой водой, фильтрацией, центрифугированием. Гидроторат калия измельчают на шаровых мельницах или дробилках до размера частиц 0,1-0,3 мм, а затем перерабатывают в известь в реакции обменного осаждения с помощью хлорида и карбоната кальция.

Получение винной кислоты производится в реакторах. Сначала в него заливают воду после промывки гипсового шлама, затем загружают винный камень из расчета 80-90 кг/м3. Эту массу нагревают до 70-80 °С, добавляют в нее хлористый кальций и известковое молоко. Разложение винного камня длится 3-3,5 ч, после чего суспензию фильтруют и промывают.

Из виннокислой извести кислоту выделяют разложением H2SO4 в реакторе из кислотоупорной стали. Массу нагревают до 85-90 °С. Избыток кислоты в конце процесса нейтрализуют при помощи мела. Кислотность раствора при этом должна быть не более 1,5. Затем раствор винной кислоты выпаривают и кристаллизуют. Растворенный гипс выпадает в осадок.

Области применения

Применение винной кислоты связано в основном с пищевой промышленностью. Ее употребление способствует повышению аппетита, усилению секреторной функции желудка и поджелудочной железы, улучшению пищеварительного процесса. Ранее винная кислота широко применялась в качестве подкислителя, но в настоящее время она вытеснена лимонной кислотой (в том числе в виноделии при переработке очень спелого винограда).

Диацетилвиннокислый эфир используется для улучшения качества хлеба. Благодаря его применению увеличивается пористость и объем хлебного мякиша, а также срок его хранения.

Основные области применения винной кислоты обусловлены ее физико-химическими свойствами:

• подкислитель и регулятор кислотности;
• антиокислитель;
• консервант;
• катализатор сольвеолиза водой в органическом синтезе и аналитической химии.

В пищевой промышленности вещество используют в качестве добавки Е334 в такие продукты питания, как:

• кондитерские изделия, печенье;
• овощные и фруктовые консервы;
• желе и джемы;
• слабоалкогольные напитки, лимонад.

Метавинная кислота применяется в качестве стабилизатора, добавки для предотвращения помутнения вина, шампанского и появления винного камня.

Виноделие и пивоварение

Винную кислоту добавляют в сусло, если ее уровень ниже 0,65% для красных вин и 0,7-0,8% для белых. Корректировку производят до начала брожения. Сначала это делают на опытном образце, затем небольшими порциями вещество добавляют в сусло. Если винной кислоты в избытке, то проводят холодную стабилизацию. Иначе кристаллы выпадают в осадок в бутылках с товарным вином.

При производстве пива кислоту используют для отмывания культурных дрожжей от диких. Заражение пива последними является причиной его помутнения и брака. Добавление даже небольшого количества винной кислоты (0,5-1,0%) обезвреживает эти микроорганизмы.

Название	Формула	Название солей и сложных эфиров
Алифатические
Метановая (муравьиная)	НСООН	формиат
Этановая (уксусная)	СН 3 СООН	ацетат
Пропановая (пропионовая)	СН 3 СН 2 СООН	пропионат
Бутановая (масляная)	СН 3 (СН 2) 2 СООН	бутират
2-метилпропановая (изомасляная)	(СН 3) 2 СНСООН	изобутират
Пропеновая (акриловая)	СН 2 =СНСООН	акрилат
Бутен-3-овая (винилуксусная)	СН 2 =СНСН 2 СООН	винилацетат
Ароматические
Бензойная		бензоат
Алифатические
Этандиовая (щавелевая)	НООС─СООН	оксалат
Пропандиовая (малоновая)	НООССН 2 СООН	малонат
Бутандиовая (янтарная)	НООССН 2 СН 2 СООН	сукцинат
Пентандиовая (глутаровая)	НООС(СН 2) 3 СООН	глутарат
Цис-Бутендиовая (малеиновая)		малеинат
Транс-Бутендиовая (фумаровая)		фумарат

Приложение 5.

Медико-биологическое значение карбоновых кислот и их производных

Карбоновые кислоты содержатся в значительном количестве в клетках животных и особенно растений. Они являются продуктами превращения основных питательных веществ: жиров, белков и углеводов. Кроме того, многие имеющиеся или поступающие в клетку органические вещества на конечных этапах катаболизма (диссимиляции) превращаются в ту или иную карбоновую кислоту. В то же время карбоновые кислоты синтезируются в клетке, т.е. являются продуктами анаболизма (ассимиляции), так как они необходимы для жизнедеятельности клетки и организма в целом.

Многие карбоновые кислоты и их производные применяют для синтеза лекарственных соединений.

Изовалериановая кислота используется для получения таких лекарственных средств, как валидол и бромизовал. Этиловый эфир α-бромизовалериановой кислоты (СН 3) 2 СНСН(Br)COOC 2 H 5 входит в состав валокордина, корвалола и валосердина.

Акриловая кислота и её производные склонны к полимеризации. Полиакрилаты широко используются в стоматологической практике для изготовления протезов. Водные эмульсии полиакрилатов (типа латекса) применяются в производстве клеев и мягких медицинских пластырей.

Бензоат натрия (C 6 H 5 COONa) используется в пищевой промышленности в качестве консерванта.

Парацетамол и фенацетин являются замещенными амидами уксусной кислоты, уже много лет используются в медицинской практике.

Янтарная кислота (HOOCCH 2 CH 2 COOH) – промежуточный продукт биологического расщепления белков, углеводов и жиров.

Фумаровая кислота участвует в биохимических процессах. Она является промежуточным соединением в цикле трикарбоновых кислот.

Тема 3. ВЫСШИЕ ЖИРНЫЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ. ЛИПИДЫ. ФОСФОЛИПИДЫ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Липиды являются широкой группой природных жирорастворимых соединений выполняющих ряд важнейших биологических функций.

В животном организме липиды выполняют энергетическую функцию (резервные топливные молекулы), защитную и терморегуляторную функции, структурную (компоненты клеточной мембраны) и регуляторную (жирорастворимые витамины и гормоны) функции.

Вследствие многообразия химического строения и функций при классификации липидов используется не их химическое строение, а способность вступать в реакцию щелочного гидролиза (омыления) с образованием водорастворимых продуктов (мыла).

В соответствии с этим признаком липиды делятся на омыляемые и неомыляемые.

К омыляемым липидам относятся простые липиды: жиры, масла и воски; сложные липилы: фосфолипиды, гликолипиды, сфинголипиды.

К неомыляемым относятся терпеноиды (липиды растительных клеток), стероиды (липиды животных клеток) и простагландины, проявляющие высокую регуляторную активность.

Понимание строения, физических и химических свойств различных классов липилов обеспечивают понимание биохимических аспектов липидного обмена и его нарушений, процессов переваривания жиров, функций низкомолекулярных биорегуляторов: витаминов и гормонов.

Представления о дифильной структуре сложных липидов, позволяет трактовать их участие в построении клеточной мембраны и обеспечении ее избирательной проницаемости и реологических характеристик.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

ОБЩАЯ ЦЕЛЬ:

Уметь классифицировать липиды по их способности вступать в реакцию омыления, по их природе, определять их основные структурные компоненты для объяснения особенностей их химического поведения.

КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ.

УМЕТЬ:

1. Интерпретировать понятия высшая жирная карбоновая кислота, насыщенные и ненасыщенные, заменимые и незаменимые жирные кислоты.

2. Интерпретировать химические поведение жиров и масел с точки зрения природы сложноэфирной связи.

3. Интерпретировать механизм реакции гидролиза с точки зрения особенностей строения омыляемых липидов.

4. Интерпретировать биологическую роль сложных липидов в построении клеточных мембран и нервной ткани.

5. Трактовать зависимость биологической активности стероидов от их химического строения и природы функциональных групп.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

1. Классификация и биологическая роль липидов.

2. Основные структурные компоненты омыляемых липидов: высшие жирные карбоновые кислоты (ВЖК) (Приложение 6), глицерин, гетерофункциональные соединения: этаноламин (коламин), серин, холин, сфингозин.

3. Строение и свойства простых липидов: реакции гидролиза, омыления, гидрирования. Жиры и масла.

4. Сложные липиды: классификация, строение, свойства и биологическая роль фосфолипидов, гликолипидов и сфинголипидов (Приложение 7). Реакции гидролиза.

5. Неомыляемые липиды. Строение и биологическая роли стероидов. Холестерин. Желчные кислоты, стероидные гормоны (Приложение 8).

6. Строение и биологическая роль терпеноидов. Витамин А. b-Каротин.

Основная литература.

1. Губський Ю.І. Біоорганічна хімія: Підручник. – Вінниця: Нова книга, 2004. – С.251-282

РЕШЕНИЕ ОБУЧАЮЩИХ ЗАДАЧ

Задача 1.

Напишите уравнение реакции гидролиза пальмитоилолеоилстеарина, назовите продукты реакции.

Эталон решения:

Пальмитоилолеоилстеароилглицерин является триглицеридом, содержащим остатки пальмитиновой, олеиновой и стеариновой кислот. Данное соединение содержит три сложноэфирные связи, присоединяет три молекулы воды, образуя свои структурные компоненты: глицерин и три ВЖК: пальмитиновую, олеиновую и стеариновую кислоты.

Гидролиз пальмитоилолеоилстеароилглицерина протекает по уравнению:

Задача 2.

Напишите уравнение реакции гидрирования 2-олеоил-дилинолеоилглицерина, назовите продукт реакции.

Эталон решения:

2-Олеоил-дилинолеоилглицерин является триглицеридом, содержащим остатки ненасыщенных олеиновой и линолиевой кислот, и может быть классифицирован как масло. Гидрирование – процесс, в результате которого двойные связи в ненасыщенных высших карбоновых кислотах насыщаются (происходит присоединение водорода), остатки ненасыщенных кислот превращаются в насыщенные, содержащие такое же количество атомов углерода.

Гидролиз 2-олеоил-дилинолеоилглицерина протекает по уравнению:

Остатки олеиновой и линолевых кислот превращаются в остатки стеариновой кислоты, а масло превращается в жир, содержащий остатки насыщенных ВЖК – тристеароилглицерин.

Задача 3.

Напишите структурную формулу сложного липида фосфатидилхолина, содержащего остатки пальмитиновой и линолиевой кислот.

Эталон решения:

Фосфолипиды являются производными фосфатидной кислоты, основными структурными компонентами которой являются глицерин, ВЖК и фосфорная кислота.

В фосфатидной кислоте первая он группа глицеринового фрагмента ацилирована насыщенной жирной кислотой (к данной задаче – пальмитиновой), вторая ОН- группа ацилирована ненасыщенной ВЖК (в данной задаче – олеиновой), третья ОН группа – ацилирована фосфорной кислотой. Структурная формула форфатидной кислоты может быть представлена как:

Остаток фосфорной кислоты в молекуле фосфатидной кислоты ацилирует аминоспирт, образуя основные группы фосфолипидов. В данной задаче в качестве аминоспирта выступает холин, образуя сложный липид – фостатидилхолин:

Задача 4.

Напишите уравнение реакции ацилирования холестерина пальмитиновой кислотой.

Эталон решения:

В организме человека холестерин является важнейшим представителем стероидов и присутствует как в индивидуальном виде, так и в виде эфиров с ВЖК.

С точки зрения химической структуры холестерин является типичным стероидом, особенностью которого является наличие ОН группы в положении 3. Таким образом, холестерин проявляет функции спирта, реагируя с кислотами с образованием сложных эфиров.

Уравнение реакции ацилирования холестерина пальмитиновой кислотой может быть представлено уравнением:

НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ КОНТРОЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

Задание 1.

Назовите следующее соединение С 17 Н 29 СООН

А. Пальмитиновая кислота

В. Стеариновая кислота

С. Олеиновая кислота

D. Линолевая кислота

Е. Линоленовая кислота

Задание 2.

Дайте определение. Простые липиды это –

А. Простые эфиры глицерина и высших жирных кислот

В. Простые эфиры гликоля и высших жирных кислот

С. Сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот

D. Сложные эфиры гликоля и высших жирных кислот

Е. Сложные эфиры глицерина и фосфорной кислоты

Задание 3.

Каким реагентом обрабатывают жиры в промышленности для получения мыл?

Задание 4.

Какие соединения при щелочном гидролизе трипальмитоилглицерина:

А. Глицерин и пальмитиновую кислоту

В. Глицерин и пальмитат натрия

С. Глицерин и NаОН

D. Пальмитиновую кислоту и NаОН

Е. Глицерин и стеарат натрия

Задание 5.

Какую функцию выполняют фосфолипиды в организме человека?

А. Энергетическую

В. Теплорегуляторную

С. Необходимы для синтеза витамина D 3

D. Структурную

Е. Необходимы для синтеза гормонов

Задание 6.

Укажите структурные компоненты фосфатидилэтаноламина:

А. Глицерин, ВЖК,этаноламин

В. Глицерин, ВЖК, Н 3 РО 4,

С. Сфингозин, ВЖК, Н 3 РО 4

D. Глицерин, ВЖК, этаноламин, Н 3 РО 4

Е. Сфингозин, ВЖК, глюкоза

Задание 7.

Какие незаменимые кислоты принимают активное участие в формировании клеточных мембран, соединительной ткани, липопротеидов?

А. Линолевая, линоленовая

В. Стеариновая, линолевая

С. Пальмитиновая, стеариновая

D. Олеиновая, пальмитиновая

Е. Пальмитиновая, линоленовая

Задание 8.

Какие липиды преимущественно входят в состав клеточных мембран?

А. Церамиды

В. Фосфолипиды

С. Триглицериды

Е. Терпеноиды

Задание 9.

Выбрать вещества, относящиеся к сложным липидам:

A. Кефалин, холестерин, витамин A

B. Тристеарин, холевая кислота, воск

C. Сфингомиелин, лецитин, галактоцереброзид

D. Фосфатидилсерин, лецитин, триолеин

E. Тристеарин, холевая кислота, арахидоновая кислота

Задание 10.

Напишите уравнение реакции гидролиза липида диолеоил-2-стеароилглицерина, назовите продукты реакции.

Задание 11.

Напишите формулу фосфатидилэтоноламина, содержащего остатки стеариновой и линоленовой кислоты. Укажите гидрофобную и гидрофильную части молекулы

Задание 12.

Напишите структурную формулу холестерина, укажите его биологические функции.

Эталоны ответов:

1 – Е, 2 – С, 3 – D, 4 – B, 5 – D, 6 – D, 7 – A, 8 – B, 9 – C.

7. Кислоты. Соли. Взаимосвязь между классами неорганических веществ

7.1. Кислоты

Кислоты - это электролиты, при диссоциации которых в качестве положительно заряженных ионов образуются только катионы водорода H + (точнее - ионы гидроксония H 3 O +).

Другое определение: кислоты - это сложные вещества, состоящие из атома водорода и кислотных остатков (табл. 7.1).

Таблица 7.1

Формулы и названия некоторых кислот, кислотных остатков и солей

Формула кислоты	Название кислоты	Кислотный остаток (анион)	Название солей (средних)
HF	Фтористоводородная (плавиковая)	F −	Фториды
HCl	Хлористоводородная (соляная)	Cl −	Хлориды
HBr	Бромистоводородная	Br −	Бромиды
HI	Иодистоводородная	I −	Иодиды
H 2 S	Сероводородная	S 2−	Сульфиды
H 2 SO 3	Сернистая	SO 3 2 −	Сульфиты
H 2 SO 4	Серная	SO 4 2 −	Сульфаты
HNO 2	Азотистая	NO 2 −	Нитриты
HNO 3	Азотная	NO 3 −	Нитраты
H 2 SiO 3	Кремниевая	SiO 3 2 −	Силикаты
HPO 3	Метафосфорная	PO 3 −	Метафосфаты
H 3 PO 4	Ортофосфорная	PO 4 3 −	Ортофосфаты (фосфаты)
H 4 P 2 O 7	Пирофосфорная (двуфосфорная)	P 2 O 7 4 −	Пирофосфаты (дифосфаты)
HMnO 4	Марганцевая	MnO 4 −	Перманганаты
H 2 CrO 4	Хромовая	CrO 4 2 −	Хроматы
H 2 Cr 2 O 7	Дихромовая	Cr 2 O 7 2 −	Дихроматы (бихроматы)
H 2 SeO 4	Селеновая	SeO 4 2 −	Селенаты
H 3 BO 3	Борная	BO 3 3 −	Ортобораты
HClO	Хлорноватистая	ClO –	Гипохлориты
HClO 2	Хлористая	ClO 2 −	Хлориты
HClO 3	Хлорноватая	ClO 3 −	Хлораты
HClO 4	Хлорная	ClO 4 −	Перхлораты
H 2 CO 3	Угольная	CO 3 3 −	Карбонаты
CH 3 COOH	Уксусная	CH 3 COO −	Ацетаты
HCOOH	Муравьиная	HCOO −	Формиаты

При обычных условиях кислоты могут быть твердыми веществами (H 3 PO 4 , H 3 BO 3 , H 2 SiO 3) и жидкостями (HNO 3 , H 2 SO 4 , CH 3 COOH). Эти кислоты могут существовать как в индивидуальном (100%-ном виде), так и в виде разбавленных и концентрированных растворов. Например, как в индивидуальном виде, так и в растворах известны H 2 SO 4 , HNO 3 , H 3 PO 4 , CH 3 COOH.

Ряд кислот известны только в растворах. Это все галогеноводородные (HCl, HBr, HI), сероводородная H 2 S, циановодородная (синильная HCN), угольная H 2 CO 3 , сернистая H 2 SO 3 кислота, которые представляют собой растворы газов в воде. Например, соляная кислота - это смесь HCl и H 2 O, угольная - смесь CO 2 и H 2 O. Понятно, что употреблять выражение «раствор соляной кислоты» неправильно.

Большинство кислот растворимы в воде, нерастворима кремниевая кислота H 2 SiO 3 . Подавляющее число кислот имеют молекулярное строение. Примеры структурных формул кислот:

В большинстве молекул кислородсодержащих кислот все атомы водорода связаны с кислородом. Но есть и исключения:

Кислоты классифицируют по ряду признаков (табл. 7.2).

Таблица 7.2

Классификация кислот

Признак классификации	Тип кислоты	Примеры
Число ионов водорода, образующихся при полной диссоциации молекулы кислоты	Одноосновные	HCl, HNO 3 , CH 3 COOH
	Двухосновные	H 2 SO 4 , H 2 S, H 2 CO 3
	Трехосновные	H 3 PO 4 , H 3 AsO 4
Наличие или отсутствие в молекуле атома кислорода	Кислородсодержащие (кислотные гидроксиды, оксокислоты)	HNO 2 , H 2 SiO 3 , H 2 SO 4
	Бескислородные	HF, H 2 S, HCN
Степень диссоциации (сила)	Сильные (полностью диссоциируют, сильные электролиты)	HCl, HBr, HI, H 2 SO 4 (разб), HNO 3 , HClO 3 , HClO 4 , HMnO 4 , H 2 Cr 2 O 7
	Слабые (диссоциируют частично, слабые электролиты)	HF, HNO 2 , H 2 SO 3 , HCOOH, CH 3 COOH, H 2 SiO 3 , H 2 S, HCN, H 3 PO 4 , H 3 PO 3 , HClO, HClO 2 , H 2 CO 3 , H 3 BO 3 , H 2 SO 4 (конц)
Окислительные свойства	Окислители за счет ионов Н + (условно кислоты-неокислители)	HCl, HBr, HI, HF, H 2 SO 4 (разб), H 3 PO 4 , CH 3 COOH
	Окислители за счет аниона (кислоты-окислители)	HNO 3 , HMnO 4 , H 2 SO 4 (конц), H 2 Cr 2 O 7
	Восстановители за счет аниона	HCl, HBr, HI, H 2 S (но не HF)
Термическая устойчивость	Существуют только в растворах	H 2 CO 3 , H 2 SO 3 , HClO, HClO 2
	Легко разлагаются при нагревании	H 2 SO 3 , HNO 3 , H 2 SiO 3
	Термически устойчивы	H 2 SO 4 (конц), H 3 PO 4

Все общие химические свойства кислот обусловлены наличием в их водных растворах избытка катионов водорода H + (H 3 O +).

1. Вследствие избытка ионов H + водные растворы кислот изменяют окраску лакмуса фиолетового и метилоранжа на красную, (фенолфталеин окраску не изменяет, остается бесцветным). В водном растворе слабой угольной кислоты лакмус не красный, а розовый, раствор над осадком очень слабой кремниевой кислоты вообще не изменяет окраску индикаторов.

2. Кислоты взаимодействуют с основными оксидами, основаниями и амфотерными гидроксидами, гидратом аммиака (см. гл. 6).

Пример 7.1. Для осуществления превращения BaO → BaSO 4 можно использовать: а) SO 2 ; б) H 2 SO 4 ; в) Na 2 SO 4 ; г) SO 3 .

Решение. Превращение можно осуществить, используя H 2 SO 4:

BaO + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + H 2 O

BaO + SO 3 = BaSO 4

Na 2 SO 4 с BaO не реагирует, а в реакции BaO с SO 2 образуется сульфит бария:

BaO + SO 2 = BaSO 3

Ответ : 3).

3. Кислоты реагируют с аммиаком и его водными растворами с образованием солей аммония:

HCl + NH 3 = NH 4 Cl - хлорид аммония;

H 2 SO 4 + 2NH 3 = (NH 4) 2 SO 4 - сульфат аммония.

4. Кислоты-неокислители с образованием соли и выделением водорода реагируют с металлами, расположенными в ряду активности до водорода:

H 2 SO 4 (разб) + Fe = FeSO 4 + H 2

2HCl + Zn = ZnCl 2 = H 2

Взаимодействие кислот-окислителей (HNO 3 , H 2 SO 4 (конц)) с металлами очень специфично и рассматривается при изучении химии элементов и их соединений.

5. Кислоты взаимодействуют с солями. Реакция имеет ряд особенностей:

а) в большинстве случаев при взаимодействии более сильной кислоты с солью более слабой кислоты образуется соль слабой кислоты и слабая кислота или, как говорят, более сильная кислота вытесняет более слабую. Ряд убывания силы кислот выглядит так:

Примеры протекающих реакций:

2HCl + Na 2 CO 3 = 2NaCl + H 2 O + CO 2

H 2 CO 3 + Na 2 SiO 3 = Na 2 CO 3 + H 2 SiO 3 ↓

2CH 3 COOH + K 2 CO 3 = 2CH 3 COOK + H 2 O + CO 2

3H 2 SO 4 + 2K 3 PO 4 = 3K 2 SO 4 + 2H 3 PO 4

Не взаимодействуют между собой, например, KCl и H 2 SO 4 (разб), NaNO 3 и H 2 SO 4 (разб), K 2 SO 4 и HCl (HNO 3 , HBr, HI), K 3 PO 4 и H 2 CO 3 , CH 3 COOK и H 2 CO 3 ;

б) в некоторых случаях более слабая кислота вытесняет из соли более сильную:

CuSO 4 + H 2 S = CuS↓ + H 2 SO 4

3AgNO 3 (разб) + H 3 PO 4 = Ag 3 PO 4 ↓ + 3HNO 3 .

Такие реакции возможны тогда, когда осадки полученных солей не растворяются в образующихся разбавленных сильных кислотах (H 2 SO 4 и HNO 3);

в) в случае образования осадков, нерастворимых в сильных кислотах, возможно протекание реакции между сильной кислотой и солью, образованной другой сильной кислотой:

BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2HCl

Ba(NO 3) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2HNO 3

AgNO 3 + HCl = AgCl↓ + HNO 3

Пример 7.2. Укажите ряд, в котором приведены формулы веществ, которые реагируют с H 2 SO 4 (разб).

1) Zn, Al 2 O 3 , KCl (p-p); 3) NaNO 3 (p-p), Na 2 S, NaF;2) Cu(OH) 2 , K 2 CO 3 , Ag; 4) Na 2 SO 3 , Mg, Zn(OH) 2 .

Решение. С H 2 SO 4 (разб) взаимодействуют все вещества ряда 4):

Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 O + SO 2

Mg + H 2 SO 4 = MgSO 4 + H 2

Zn(OH) 2 + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + 2H 2 O

В ряду 1) неосуществима реакция с KCl (p-p), в ряду 2) - с Ag, в ряду 3) - с NaNO 3 (p-p).

Ответ : 4).

6. Очень специфически в реакциях с солями ведет себя концентрированная серная кислота. Это нелетучая и термически устойчивая кислота, поэтому из твердых (!) солей вытесняет все сильные кислоты, так как они более летучие, чем H 2 SO 4 (конц):

KCl (тв) + H 2 SO 4 (конц) KHSO 4 + HCl

2KCl (тв) + H 2 SO 4 (конц) K 2 SO 4 + 2HCl

Соли, образованные сильными кислотами (HBr, HI, HCl, HNO 3 , HClO 4), реагируют только с концентрированной серной кислотой и только находясь в твердом состоянии

Пример 7.3. Концентрированная серная кислота, в отличие от разбавленной, реагирует:

3) KNO 3 (тв);

Решение. С KF, Na 2 CO 3 и Na 3 PO 4 реагируют обе кислоты, а с KNO 3 (тв) - только H 2 SO 4 (конц).

Ответ : 3).

Способы получения кислот весьма разнообразны.

Бескислородные кислоты получают:

• растворением в воде соответствующих газов:

HCl (г) + H 2 O (ж) → HCl (p-p)

H 2 S (г) + H 2 O (ж) → H 2 S (р-р)

• из солей вытеснением более сильными или менее летучими кислотами:

FeS + 2HCl = FeCl 2 + H 2 S

KCl (тв) + H 2 SO 4 (конц) = KHSO 4 + HCl

Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + H 2 SO 3

Кислородсодержащие кислоты получают:

• растворением соответствующих кислотных оксидов в воде, при этом степень окисления кислотообразующего элемента в оксиде и кислоте остается одинаковой (исключение - NO 2):

N 2 O 5 + H 2 O = 2HNO 3

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4

• окислением неметаллов кислотами-окислителями:

S + 6HNO 3 (конц) = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O

• вытеснением сильной кислоты из соли другой сильной кислоты (если выпадает нерастворимый в образующихся кислотах осадок):

Ba(NO 3) 2 + H 2 SO 4 (разб) = BaSO 4 ↓ + 2HNO 3

AgNO 3 + HCl = AgCl↓ + HNO 3

• вытеснением летучей кислоты из ее солей менее летучей кислотой.

С этой целью чаще всего используют нелетучую термически устойчивую концентрированную серную кислоту:

NaNO 3 (тв) + H 2 SO 4 (конц) NaHSO 4 + HNO 3

KClO 4 (тв) + H 2 SO 4 (конц) KHSO 4 + HClO 4

• вытеснением более слабой кислоты из ее солей более сильной кислотой:

Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2 SO 4 = 3CaSO 4 ↓ + 2H 3 PO 4

NaNO 2 + HCl = NaCl + HNO 2

K 2 SiO 3 + 2HBr = 2KBr + H 2 SiO 3 ↓

Кислоты – это сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов водорода, способных замещаться, и кислотных остатков.

Кислотный остаток имеет отрицательный заряд.

Бескислородные кислоты: HCl, HBr, H 2 S и т.д.

Элемент, который вместе с атомами водорода и кислорода образует молекулу кислородсодержащей кислоты, называют кислотообразующим .

По числу в молекуле атомов водорода кислоты подразделяют на одноосновные и многоосновные .

Одноосновные кислоты содержат один атом водорода: HCl, HNO 3 , HBr и т.д.

Многоосновные кислоты содержат два и более атомов водорода: H 2 SO 4 (двухосновная), H 3 PO 4 (трехосновная).

В бескислородных кислотах к названию элемента, который образует кислоту, прибавляют соединительную гласную «о» и слова «…водородная кислота ». Например: HF – фтороводородная кислота.

Если кислотообразующий элемент проявляет максимальную степень окисления (она соответствует номеру группы), то к названию элемента прибавляют «…ная кислота». Нопример:

HNO 3 – азотная кислота (потому что атом азота имеет максимальную степень окисления +5)

Если степень окисления элемента ниже максимальной, то прибавляют «…истая кислота»:

1+3-2
HNO 2 – азотистая кислота (т.к. кислотообразующий элемент N имеет минимальную степень окисления).

H 3 PO 4 – орто фосфорная кислота.

HPO 3 – мета фосфорная кислота.

Структурные формулы кислот.

В молекуле кислородсодержащей кислоты атом водорода связан с атомом кислотообразующего элемента через атом кислорода. Поэтому при составлении структурной формулы к атому кислотообразующего элемента в первую очередь нужно присоединить все гидроксид-ионы.

Затем оставшиеся атомы кислорода двумя черточками соединить непосредственно с атомами кислотообразующего элемента (рис.2).