Szakmai kémia a 13. GL osztály részére 2016/2017. 7. Szerves kémia – nitrogéntartalmú vegyületek http://tp1957.atw.hu/szk_7.ppt

A nitrogéntartalmú vegyületek típusai Sokfélék lehetnek: nitrovegyületek nitrozovegyületek, aminok elsőrendű (primer), másodrendű (szekunder), harmadrendű (tercier) aminok, negyedrendű (kvaterner) ammónium-vegyületek; diazóniumsók, azovegyületek karbonsavszármazék: – savamidok, savazidok; helyettesített karbonsav: – aminosavak; heterociklusos vegyületek.

A nitrovegyületek A nitrovegyületben a szénhidrogén egy vagy több hidrogén- atomja helyett – NO2 csoport van (közvetlen C – N kötés). Elnevezés: nitro- előtag csatolása a szénhidrogén nevéhez: CH3 – NO2 nitro-metán Kémiai tulajdonságok: gyúlékonyak Redukció: több lépésben redukálhatók R – NO2 + H2 → R – NO + H2O nitrozovegyület R – NO + 2 H2 → R – NH2 + H2O Végtermék: elsőrendű (primer) amin Előállítás: a megfelelő szénhidrogén nitrálásával (alkánok: salétromsav gőzfázis, aromások: nitrálósav [HNO3+H2SO4]) Felhasználás: oldószer, robbanóanyag (trinitro-toluol, szerkezete?), aminok előállítása.

Aminok fogalma, nevezéktana, fiz. tul. Az aminok az ammóniából vezethetők le úgy, hogy az ammónia egy vagy több hidrogén-atomja helyett szén- hidrogéncsoport van. Rendűség: az ammónia hány H atomját helyettesítettük szénhidrogén csoporttal Elsőrendű pl. CH3 – CH2 – NH2 Másodrendű pl. CH3 – NH – CH3 Harmadrendű pl. C2H5 – N – C2H5 ǀ CH3 Elnevezés: csoportok megnevezése + -amin Elsőrendűeknél amino- + szénhidrogén név: CH3 – NH2 amino-metán Fizikai tulajdonságok: kellemetlen szagú gáz – foly. – szil., vízben többé – kevésbé oldódnak. etil-amin dimetil-amin dietil-metil-amin

Aminok kémiai tulajdonságai 2. Bázisos jelleg: a nitrogénen lévő nemkötő elektronpár miatt bázisos jellegűek. Erősség II. r. > I. r. > III. r. Reakció vízzel (helyettesített ammónium-hidroxid lesz) R-NH2 + H2O → R-NH3+–OH R-NH-R’ + H2O → R-NH2+–OH ǀ R’ R-N-R’ + H2O → R-N+HR’–OH ǀ ǀ R” R” Reakció savval: só képződik R-NH2 + HCl → R-NH3+–Cl R-NH-R’ + HCl → R-NH2+–Cl A harmadrendű is hasonló.

Aminok kémiai tulajdonságai 3. Reakció salétromossavval: Alifás, elsőrendű: R-NH2 + HNO2 → R-OH + N2 + H2O A termék: alkohol Aromás, elsőrendű, hidegen (< 5°C): Ar-NH2 + HNO2 + HCl → Ar-N≡N+–Cl + 2 H2O A termék: diazóniumsó A diazóniumsók bomlékonyak: Ar-N≡N+–Cl + H2O → Ar-OH + N2 + HCl A termék: fenol Acilezés: savamid keletkezik R-NH2 + R”-COCl → R-NH-CO-R” R-NH-R’ + R”-COCl → R-N-R’ ǀ CO-R”

Az aminok előállítása „Felépítés” ammóniából: NH3 + R-X → R-NH2 + HX elsőrendű amin R-NH2 + R’-X → R-NH-R’ + HX másodrendű amin R-NH-R’ +R”-X → R-N-R’ + HX harmadrendű amin ǀ R” R’” R-N-R’ +R’”-X → R-N+-R’ + –X negyedrendű ammóniumsó ǀ ǀ R” R” Nitrovegyületek redukciója – csak elsőrendű amin R-NO2 + 3 H2 → R-NH2 + 3 H2O

Aminosavak Funkciós csoport: aminocsoport (-NH2) és karboxilcsoport. Elnevezés: Triviális: glicin, alanin, leucin, lizin, stb. IUPAC: amino- előtag csatolása a karbonsav nevéhez NH2 –CH2 – COOH amino-etánsav Fizikai tulajdonságok: színtelenek, szilárdak, vízben többé – kevésbé oldódnak (ikerion +NH3–CH2–COO–). Kémiai tulajdonságok: adják az aminok és a karbonsavak reakcióit, amfoter (sav + bázis) természetűek. Reakció savval, lúggal: R – CH – COOH + HCl → R – CH – COOH + H2O ǀ ǀ NH2 NH3+–Cl R – CH – COOH + NaOH → R – CH – COO–+Na + H2O ǀ ǀ NH2 NH2

Az aminosavak jelentősége Reakcióik egymással Peptid, majd polipeptid keletkezik. Peptidkötés Aminosavak építik fel a fehérjéket. A fehérjék természetes polipeptidek, alfa-aminosavakból épülnek fel. A fehérjék közt vannak enzimek (biokatalizátorok), izom- fehérjék, a haj, köröm anyaga (szaru), stb.

Heterociklusos vegyületek A gyűrűben van más is, mint C atom (pl. N, O, S) Csoportosítás heteroatomok minősége: N, O, S, esetleg más, vegyes; száma: 1, 2, több; a gyűrűk tagszáma: 5, 6, néha más Az öt és hat tagú, egy és két heteroatomot tartalmazó, egy és kétgyűrűs vegyületek a leggyakoribbak. a gyűrű jellege aromás; nem aromás, vegyes H N N N N O S

Egy gyűrűs, hat tagú, 1 heteroatomos Piridin A piridin bűzös bázis (idézet a vegyész operából). Ok: nemkötő elektronpár. furán tiofén N

Egy gyűrűs, öt tagú, 1 heteroatomos A pirrol savas. furán tiofén S

Egy gyűrűs, 2 heteroatomos Öt tagú, 2 heteroatomos (az egyik mindig N; azolok) oxazol tiazol imidazol pirazol Hat tagú, 2 heteroatomos (mindkettő N) pirimidin pirazin piridazin O N S N N H N H N N N

Két gyűrűs heterociklusos vegyületek Kinolin izokinolin indol Purin N N N \ H

Nukleinsavak bázisai Pirimidin-bázisok: Citozin Uracil Timin Purin-bázisok: Adenin Guanin DNS: C-G, A-T RNS: C-G, A-U

Nukleinsavak bázisai Pirimidin-bázisok: Citozin Uracil Timin Purin-bázisok: Adenin Guanin DNS: C-G, A-T RNS: C-G, A-U

Vitaminok Piridoxin, B6 vitamin Nikotinsav-amid, niacin Riboflavin, B2 vitamin Tiamin, aneurin, B1 vitamin

Alkaloidok Erős fiziológiás hatású nitrogéntartalmú szerves vegyületek. Többségük heterociklusos vegyület. Csoportosithatók hatás, szerkezet, származás szerint. Nevük többnyire -in végződésű, rendszerint arról a növény-ről kapták nevüket, amiben előfordulnak. Néhány példa: nikotin (Nicotiana tabacum = dohány), koffein (Coffea arabica vagy robusta = kávé), papaverin (Papaver somniferum = mák), atropin (Atropa belladonna = nadragulya)), efedrin (Ephedra distachya = csikófark), koniin (Conium maculatum = foltos bürök), kinin (Cinchona pubescens = kínafa), stb.

Néhány ismertebb alkaloid Erős fiziológiás hatású nitrogéntartalmú szerves vegyületek. Koffein Nikotin Kinin Atropin

Antibiotikumok Baktériumellenes szerek Penicillinek (R különböző csoport lehet) Ceftriaxon Nalidixsav