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).

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.

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.