48. Взаимосвязь органических соединений

Изменено: 23.02.2016 Posted on

Природные соединения, и самые сложные, как ДНК, могут включать и неорганическую (как фосфаты), так и органические части (в ДНК — кислородные и азотные гетероциклы. См.также Уотсон). Получение одних веществ из других и цепочки превращений определяют их связи. Например, переход от неорганических, угля к органическим ранее осуществляли через получение карбида кальция и ацетилена.  Для синтеза сложных соединений типа лекарств нужны наиболее простые пути перехода к нужному (при выходе 80% каждой стадии при 5 общий выход 0.85<1/3, при 10~1/10) от известных и доступных, для промышленности — все из наиболее дешевого — природного газа — метана или этилена из нефти.   

Взаимосвязь между важнейшими классами: гидрирование непредельных соединений дает предельные и наоборот, дегидрирование алканов — ненасыщенные, а гидратация и окисление тех — кислородсодержащие — спирты, альдегиды, кислоты и их производные (ред-окс). Через галогенпроизводные и аммиак можно получить аминопроизводные, например, через хлорирование уксусной кислоты — аминоуксусную — глицин.   Например, по схеме: алкен — кислота — производноечерез окисление, спирт и альдегид: СH2=СHHOH>CH3CH2OH[O]>> CH3COOH, ROH>СH3СOOR или Cl2>ClСH2СOOHNH3>NH2CH2СOOH.

Более дешевое — получение уксусной кислоты окислением этилена через альдегид или из метана или бутана (в.39). Аналогично — полимер винилхлорида СH2=СH2С1 можно получить из различных С2— углеводородов, наиболее прямо — из ацетилена С2H2HС1>CH2=СHС1 невыгодно из-за цены его, дешевле — из этана С2H6С12>C2Н4C1(смесь) -НС1>CH2=СНС1, или СH2=СH2С12>CH2=СНС1 (а из С2H6  →СH2=СH2+H2).

*Для систематизации знаний и взаимосвязей можно использовать таблицу — систему соединений (ПС), где место каждого определяется по числу атомов углерода и степени окисления (Т.1), вместе со всеми другими. Соединения одной степени окисления связаны между собой изомеризацией или присоединением воды, НГ или NH3. Ряд окисления включает 2 ряда — углеводородов (бескислородных) и их замещенных (различных по степени насыщения — присоединения). Так, дегидрирование или окисление алканов СnH2n+2 приводит к алкенам CnH2n или спиртам СnH2n+2O, связанным между собой и с другими — галоген- или амино-производными присоединением-отщеплением и замещением:

    Ряд окисления: С2H6→С2H4→C2H2→ или С2H6→С2H5ОН→CН3СНО→СН3СООН →НОСН2СООН→СНОСООН→(СOOH)2…(Т.11), галогенирования: С2H6→С2H5Cl →С2H4С12→…→С2Cl6.

Без ред-окс: Ряд замещения: С2H5X←С2H5OH←С2H5NH2(аналогично из следующих С2Гполучаются все O- и N-замещенные до (СООН)и (СN)2). Ряд присоединения: С2H4+HX> С2H5X, С2H2+HX2H3X →С2H4X(Х=Г, ОН или NH2). Ряд конденсации — с изменением длины Сn, например, ди-, три, поли-меризация (в.2933), альдольная, реакция Вюртца (в.28) и т.д. Различают реакции изменения скелета и превращения функциональных групп с множеством вариантов каждой.

Cтепень\CH4\Cоед. окисления     групп-4         -3          5 7:СH3Г6:CH3OHCH3NH2  -2 -1 СH2Г2CH2O  +1 СО,СHГ3HСООН+2:HCN  COH2CO3+3    +4:  CO(NH2)2
органические соединения (C2H6)   4CН3СН3 C2H4C2H5XC2H5OHC2H5NH2 C2H2C2H4X2(CH2ОН)2CH3CHO C2(HX)n(CH2O)2CH3COOH C2X2ГCH2COO-NH2CH2СООН-Гли C2X4CHOCOO-глиоксилат C2X6(COOH)2-щавелевая к-та
конденсат (CH2)n (CH2O)n (HCN)n
Cn: Классы: CтH2n+2 алканы алкены, спирты алкиныальдегиды углеводыкислоты гидрокси/амино- оксо-кислоты много-основные кислоты

   Среди простейших органических C2— соединений указаны играющие наибольшую роль в живой природе более окисленные и не изучаемые в школе — глицин, глиоксиловая и щавелевая кислоты. Более подробная периодическая система органических соединений с основными путями метаболизма (метаболическая карта) приведена на обложке и с.60 (пирамидальный вариант).

Охватывая все возможные соединения, имеющие однозначное место, эти ПС охватывают и все возможные их реакции, переходы (стрелки) между ними, на следующем уровне связанные с их ферментами, генами частями организма, нарушениями, лекарствами и т.д. Этот уровень, прежде недоступный практически никому, т.о. становится доступным для каждого. 

*Эта взаимосвязь “всего со всем” (идея алхимии) реализуется в организмах, в синтезе из СОили глюкозы тысяч веществ — с почти 100% выходом за счет специфических катализаторов – ферментов (в.47, Д4).

Контрольные вопросы (с вариантами ответа):

?1а Конечный продукт цепочки превращений: СН41500>…C,400>…Cl2,Fe> 1- хлорэтан 2- дихлорэтен 3- гексахлорбензол 3- гексахлорциклогексан.

2а Конечный продукт цепочки реакций СН41500>…НС1>…Cl2,> 1- СС142- С2Н3С133- С2Н5С1 4- С6Н5С1.

3а Бутадиен можно получить из спирта, по Лебедеву, реакцией 1- конденсации 2- окисления 3- гидрирования 4- дегидратации.

4а Продукт цепочки превращений СН2О HCN> HOCH2CN NH3>… H2O,H+>Х= 1- глицин 2- аланин 3- этилендиамин 4- мочевина  (в.44).*

5в Глицерин можно получить из продуктов нефти цепочкой превращений:СН2=СНСН3Cl2-HCl?500> СН2=CHСН2Cl →.

6а Для осуществления цепочки превращений СaCO3→C2H2→C2H4→HOCH2CH2OH →HOCH2CH2Cl необходимы вещества:  1- С и Н2О, Н2, КМпО4, С12  2- С и Н2О, Н2, Н2О2, НС1  3- Н2, СН4, Н2и О2, НОCl   4-  С и Н2, Н2, Н2и О2, NaOCl.

7а Альдоль — продукт конденсации этаналя может называться 1) 2-метил-1-оксипропналь 2)  3-оксибутаналь 3)  2-оксибутаналь 4) бутен-1-аль.

8а Продукт Х в цепочке превращений СH2=СHHOH>CH3CH2OH →Х →СH3СOOСHэто 1) СH2=СH2) СH3CH2С1   3) CH3CHО 4) СH3СOOН.

9а Для получения 1 моль продукта цепочки превращений N2→NH3→NO→HNO3→C6H5NO2→C6H5NH2→C6H5NH3NO3  — при выходе 90% на каждой стадии исходного азота понадобится около (моль) 1- 1 2- 2  3-  4  4- 6.

10а Масса сухой древесины, могущей получиться из углекислого газа, получаемого при сжигании всего потребляемого РБ — 18 млрд.мприродного газа в год может составить (млн.т) около
1- 1  2- 24  3- 90  4- 1000.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *