СЛОЖНЫЕ ЭФИРЫ. ЖИРЫ

ЛЕКЦИЯ-ШОУ

Цели урока.

Продолжить формирование системы знаний о классах органических соединений и генетической связи между ними; способствовать закреплению понимания взаимосвязи применения, свойств и химического строения веществ.

Задачи урока.

1. Закрепить знания о сложных эфирах, их номенклатуре, реакции этерификации.

2. Дать понятия о физических и химических свойствах сложных эфиров, механизме реакции этерификации.

3. Развить понятие о водородной связи, взаимном влиянии атомов, воздействии этих явлений на свойства веществ.

4. Способствовать развитию эрудиции, логического и ассоциативного мышления учащихся.

Методы и приемы: словесные, наглядные, практические – в логической взаимосвязи.

ХОД УРОКА

Оргмомент

Тема урока «Сложные эфиры. Жиры». Форма проведения урока – лекция-шоу. Вам, конечно, знакомо английское слово «show». Оно означает «показывать». Заимствована лекция-шоу из интенсивных методик, применяемых в обучении бизнесменов. Лекция-шоу предполагает донесение основной информации до учащихся через пиктограммы – логические рисунки, где в символах и условных знаках «зашифровано» содержание изучаемого. Чтобы расшифровать пиктограмму, нужно понять ее внутреннюю логику, соединив усилия восприятия, воображения и мышления, активно работая над изучаемым материалом, в результате чего содержание усваивается прочно. Как девиз лекциям-шоу очень соответствуют слова А.Эйнштейна: «Самое лучшее, что может быть, – это видеть и понимать». Внимательно смотреть, стараться понять и применять к учебной ситуации знания, которыми вы владеете, – все это требуется от вас сейчас на уроке.

Подготовка к изучению нового материала

Сначала приведем в активное состояние имеющиеся у вас знания. На доске даны названия веществ: калий, медь, оксид магния, оксид углерода(IV), гидроксид натрия, карбонат натрия, серная кислота, этанол, этановая кислота, этаналь, хлор, хлороводород.

С какими из перечисленных веществ вступит в реакцию:

а) этиловый спирт (шесть реакций);

б) уксусная кислота (семь реакций)?

Желающие учащиеся записывают на доске по два уравнения реакций и комментируют, какие свойства отражают эти уравнения, какой тип реакции и как называются продукты.

Вывод: спирты и карбоновые кислоты взаимодействуют между собой с образованием сложных эфиров.

Изучение нового материала

(последовательная демонстрация
и комментирование пиктограмм)

Пиктограмма 1 отражает то, что реакция карбоновой кислоты со спиртом – это реакция замещения, но имеет собственное название: реакция этерификации (от греч. – эфир). А какое значение вкладывали в слово «эфир» в древности? – Воздух.

Эфирами были названы рассматриваемые вещества в эпоху алхимии, когда названия давались не случайно, а в соответствии с ярко выраженными их свойствами. Самым «выдающимся» свойством эфиров является летучесть, проявляющая себя в наличии запаха.

Назовите эфиры, формулы которых приведены на пиктограмме 1. Обратите внимание на свойственный эфирам запах: этилбутирату – ананаса, бутилбутирату – персика, пентилформиату – вишни, изопентилацетату – груши, этилбензоату – жасмина, изоамиловому эфиру изовалериановой кислоты – яблока.

С какой особенностью строения химик свяжет наличие у вещества выраженного запаха? С отсутствием между молекулами водородных связей.
А почему между молекулами сложных эфиров водородные связи не образуются? Нет связи О–Н, в которой атом водорода соединен с электроотрицательным атомом.

Итак, водородных связей между молекулами нет, а температуры кипения сложных эфиров достаточно высокие. Как химик объяснит эту особенность сложных эфиров? Достаточно длинные молекулярные цепи – межмолекулярное притяжение значительно.

Какие еще физические свойства химик может предсказать для сложных эфиров? Они хорошо растворяются в воде за счет образования водородных связей между атомами водорода молекул воды и карбонильными атомами кислорода молекул эфира. Составьте схему водородной связи на любом примере.

Обратим еще раз внимание на реакцию этерификации. При каких условиях она протекает?
Необходимы повышенная температура и наличие концентрированной серной кислоты. Какова роль серной кислоты? Это катализатор для ускорения реакции и водопоглощающее средство для смещения химического равновесия в сторону образования продуктов реакции.

Составьте уравнения реакций образования эфиров, указанных на пиктограмме 1. При составлении уравнений реакций этерификации обратите внимание на то, что кислоты теряют гидроксигруппу, а спирты – атом водорода. Почему реакция протекает именно так, объясняется ее механизмом. Для понимания этого механизма вспомним взаимное влияние атомов в молекулах карбоновых кислот (пояснение заготовленной на доске схеме).

Пиктограмма 2 отражает то, что, образно говоря, в молекулах карбоновых кислот доминирует
-связь, стабилизированная p--сопряжением с одной из неподеленных электронных пар гидроксильного атома кислорода и утратившая вследствие такой стабилизации способность к самым характерным для p-связи реакциям – реакциям присоединения. Единственное исключение – реакция со спиртами, этерификация, механизм которой, как мы сейчас увидим, включает присоединение за счет разрыва -связи.

Пиктограмма 3 на образном языке демонстрирует, что пристрастие к спиртному разрушительно даже для химических связей, а для человека – тем более.

Методом меченых атомов доказано, что молекулы карбоновых кислот в реакции этерификации, которая обычно проводится в присутствии сильных минеральных кислот, отщепляют гидроксигруппу, а молекулы спиртов – атом водорода:

Важнейшее свойство сложных эфиров – гидролиз. Что такое гидролиз? Разложение вещества водой (от греч. – вода и – разложение). Гидролиз сложных эфиров – реакция, обратная этерификации. В формуле сложного эфира «кислотная» часть включает карбонильную группу, а «спиртовая» связана с «мостиковым» атомом кислорода. Водород из молекулы воды соединяется со «спиртовой» частью, а гидроксигруппа – с «кислотной» частью.

Как вы считаете, чем будут отличаться продукты реакции, если гидролиз проводится не водой, а водным раствором щелочи? (Образуется не карбоновая кислота, а ее соль, и реакция необратима.)

Составьте в тетрадях уравнения гидролиза:

пентилформиата – водой,
этилбутирата – водой,
пропилформиата – гидроксидом калия,
метилбутирата – гидроксидом лития,
изопропилацетата – гидроксидом натрия.

Прежде чем прокомментировать следующую пиктограмму, составьте уравнения реакций:

этилен + вода,
тримеризация ацетилена,
хлорбензол + гидроксид калия (t, p),
оксид углерода(II) + расплав гидроксида калия,
гидрирование угля,
гидрирование ацетилена,
спиртовое брожение глюкозы.

Проверьте составленные уравнения, сопоставляя их с написанными на доске.

Пиктограмма 4 имеет отношение к реакциям, с которыми мы давно знакомы, многократно составляли их уравнения в «генетических цепочках» и задачах. Объединяет эти реакции то, что впервые их осуществил французский химик Пьер Эжен Марселен Бертло – «король органического синтеза», как называли его современники и называют до сих пор историки химии. Он был не только великим химиком, но и великим человеком – умным, с умелыми руками и горячим сердцем.

На пиктограмме 4 – портрет Бертло в королевской короне, рядом прибор, в котором проводится большинство органических синтезов, в том числе синтез сложных эфиров. Прибор состоит из круглодонной колбы (для равномерного подогрева) с боковым отводом (это колба Вюрца, в ней протекает синтез), водяного холодильника Либиха, где конденсируются продукты реакции, и аллонжа, направляющего конденсат в колбу-приемник. Великому химику Бертло был дан еще редкий дар – дар большой любви. Бертло очень любил свою жену, испытывал потребность видеть ее постоянно. В его лаборатории была отгорожена стеклом кабинка, где мадам Бертло читала, вязала, пока ее муж занимался синтезами. Он всегда мог подойти к ней, поговорить, подержать за руку, и это общение вдохновляло «короля органического синтеза» на новые подвиги во благо науки.

Судьба супругов Бертло соответствует словам Александра Грина: «Они жили счастливо и умерли в один день». Действительно, Бертло не смог пережить утраты жены: она умерла утром, он – вечером. Похоронили их в одной могиле в соборе Парижской богоматери, где хоронят самых выдающихся граждан Франции.

Одним из величайших достижений химика Бертло был синтез жиров – веществ, характерных для живых организмов, т.е. органических веществ в прямом смысле этого слова. Синтезировав жиры, Бертло нанес сокрушительный удар по теории витализма – божественного происхождения органических веществ.

Пиктограмма 5 отражает то, что в работах по синтезу жиров Бертло использовал результаты аналитической деятельности своего современника, французского химика-органика Мишеля Эжена Шевреля, который изучил состав многих жиров и сделал вывод, что жиры – это сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и карбоновых кислот, чаще всего стеариновой С₁₇Н₃₅СООН, пальмитиновой С₁₅Н₃₁СООН, масляной С₃Н₇СООН, олеиновой С₁₇Н₃₃СООН, линолевой С₁₇Н₃₁СООН и линоленовой С₁₇Н₂₉СООН. Последние три кислоты являются непредельными.

Как мы понимаем термин «непредельность»? Как практически доказать, что молекулы непредельных кислот содержат -связи?

Кислоты, входящие в состав жиров, называются «жирными кислотами». Насыщенные кислоты образуют твердые жиры, обычно они животного происхождения (исключение – кокосовое масло). Непредельные кислоты образуют жидкие жиры, они обычно растительного происхождения (исключение – рыбий жир).

Составьте в тетрадях формулы: триолеата глицерина, трипальмитата глицерина, тристеарата глицерина.

Как все сложные эфиры, жиры подвергаются водному и щелочному гидролизу. Щелочной гидролиз сложных эфиров называется омылением.

Составьте в тетрадях уравнения омыления:

тристеарата глицерина – гидроксидом натрия,
трипальмитата глицерина – гидроксидом калия.

Эти реакции используются для получения глицерина и мыла: твердого С₁₇Н₃₅СООNa и жидкого С₁₅Н₃₁СООК.

Жидкие жиры подвергаются гидрированию, например триолетат глицерина переходит в тристеарат глицерина (составить уравнение реакции). Условия гидрирования жидких жиров общие для реакций гидрирования (t, p, кат. Ni). Составленное уравнение реакции отражает химизм производства маргарина из растительного масла.

Пиктограмма 6 содержит информацию о значении сложных эфиров и жиров. Сложные эфиры используются как растворители, ароматизирующие добавки в парфюмерной, фармацевтической и пищевой отраслях промышленности. Жиры – основной источник энергии в живых организмах. При расщеплении 1 г жира освобождается существенно больше энергии, чем в случае белков и углеводов. Жировые прослойки выполняют структурные и защитные функции (жировые капсулы сердца, печени, почек), теплорегулирующую функцию (у животных – обитателей Севера и Антарктиды очень развита жировая подкожная прослойка). Жиры являются источником эндогенной воды (горб верблюда), выполняют гормональные функции, например жировую природу имеют половые гормоны. Витамины одного из классов называются «жирорастворимые», и жиры пищи способствуют усвоению этих витаминов (к ним относятся, например, витамины А и D). Как уже отмечалось, жиры используются для производства мыла и глицерина.

Подведение итогов урока. Оценить наиболее активных учащихся, задать вопрос: «Понравилась ли вам такая форма проведения урока?»

Домашнее задание. Учебник «Химия-10» Г.Е.Рудзитиса, Ф.Г.Фельдмана (М.: АСТ-Астрель, 2003), с. 113–119, упр. 6 и 8, задачи 1–4, записи.

Е.Г.СМИРНОВА,
учитель химии гимназии № 57
(г. Курган)