Страница 360 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

1. Чем отличаются по химическому строению жидкие жиры от твёрдых?

Основное химическое различие между жидкими и твёрдыми жирами заключается в строении остатков высших карбоновых (жирных) кислот, которые вместе с трёхатомным спиртом глицерином образуют молекулу жира (триглицерид). Различие состоит в степени насыщенности углеводородных цепей этих кислот.

Твёрдые жиры (чаще всего животного происхождения, например, сливочное масло, говяжий или свиной жир) состоят преимущественно из остатков предельных (насыщенных) жирных кислот. В углеводородных радикалах таких кислот все связи между атомами углерода одинарные ($C-C$). Примерами таких кислот являются пальмитиновая ($C_{15}H_{31}COOH$) и стеариновая ($C_{17}H_{35}COOH$) кислоты. Поскольку в цепях нет двойных связей, они имеют вытянутую, практически прямую форму. Это позволяет молекулам жира плотно "упаковываться" друг с другом, образуя компактную кристаллическую структуру. За счёт этого силы межмолекулярного притяжения (силы Ван-дер-Ваальса) между ними значительны, что обусловливает их высокую температуру плавления и твёрдое агрегатное состояние при комнатной температуре.

Жидкие жиры, или масла (чаще всего растительного происхождения, например, подсолнечное, оливковое, льняное, а также рыбий жир), состоят преимущественно из остатков непредельных (ненасыщенных) жирных кислот. В их углеводородных радикалах присутствует одна или несколько двойных ($C=C$) связей. Примерами таких кислот являются олеиновая ($C_{17}H_{33}COOH$, одна двойная связь), линолевая ($C_{17}H_{31}COOH$, две двойные связи) и линоленовая ($C_{17}H_{29}COOH$, три двойные связи). Наличие двойных связей (как правило, в цис-конфигурации) создаёт изломы или изгибы в углеводородной цепи. Эти изгибы препятствуют плотной упаковке молекул. В результате расстояние между молекулами увеличивается, а силы межмолекулярного притяжения ослабевают. Это приводит к более низкой температуре плавления, поэтому такие жиры остаются жидкими при комнатной температуре.

Ответ: Жидкие жиры отличаются от твёрдых тем, что в состав их молекул входят преимущественно остатки непредельных (ненасыщенных) жирных кислот, содержащих одну или несколько двойных связей $C=C$ в углеводородных цепях. Твёрдые жиры, напротив, образованы в основном остатками предельных (насыщенных) жирных кислот, в которых все связи между атомами углерода одинарные. Наличие двойных связей в молекулах жидких жиров создаёт изгибы, которые мешают их плотной упаковке, что ведёт к низким температурам плавления. Прямолинейное строение молекул твёрдых жиров позволяет им плотно упаковываться, что обеспечивает высокие температуры плавления.

2. Изобразите структурные формулы линолевой и линоленовой кислот.

Линолевая и линоленовая кислоты — это высшие полиненасыщенные карбоновые кислоты, которые являются незаменимыми для человека, так как не синтезируются в его организме. Обе кислоты содержат в своей структуре углеродную цепь из 18 атомов.

Линолевая кислота

Линолевая кислота (систематическое название: цис,цис-октадека-9,12-диеновая кислота) — это полиненасыщенная жирная кислота с двумя двойными связями, относящаяся к классу омега-6 жирных кислот. Её общая формула — $C_{18}H_{32}O_2$. В её молекуле, состоящей из 18 атомов углерода, две двойные связи находятся между 9-м и 10-м, а также между 12-м и 13-м атомами углерода (если вести нумерацию от атома углерода карбоксильной группы -COOH).

Структурная формула линолевой кислоты:

$CH_3-(CH_2)_4-CH=CH-CH_2-CH=CH-(CH_2)_7-COOH$

Ответ: Структурная формула линолевой кислоты: $CH_3-(CH_2)_4-CH=CH-CH_2-CH=CH-(CH_2)_7-COOH$.

Линоленовая кислота

Линоленовая кислота (чаще всего подразумевается её изомер — альфа-линоленовая кислота, АЛК; систематическое название: цис,цис,цис-октадека-9,12,15-триеновая кислота) — это полиненасыщенная жирная кислота с тремя двойными связями, относящаяся к классу омега-3 жирных кислот. Её общая формула — $C_{18}H_{30}O_2$. Молекула также содержит 18 атомов углерода, но уже три двойные связи, которые расположены между 9-м и 10-м, 12-м и 13-м, а также 15-м и 16-м атомами углерода.

Структурная формула альфа-линоленовой кислоты:

$CH_3-CH_2-CH=CH-CH_2-CH=CH-CH_2-CH=CH-(CH_2)_7-COOH$

Ответ: Структурная формула линоленовой кислоты (альфа-линоленовой): $CH_3-CH_2-CH=CH-CH_2-CH=CH-CH_2-CH=CH-(CH_2)_7-COOH$.

3. Напишите структурную формулу триолеата — жидкого жира, содержащего только остатки олеиновой кислоты.

3.Решение

Триолеат (или триолеилглицерин) — это жир, который относится к классу сложных эфиров. Он образуется в результате реакции этерификации между одной молекулой трехатомного спирта глицерина и тремя молекулами высшей ненасыщенной карбоновой кислоты — олеиновой.

Молекулярная формула олеиновой кислоты: $C_{17}H_{33}COOH$. Ее структурная формула, показывающая двойную связь: $$CH_3–(CH_2)_7–CH=CH–(CH_2)_7–COOH$$

Глицерин (пропан-1,2,3-триол) имеет формулу: $$ \begin{array}{c} \text{СН}_2\text{—ОН} \\ | \\ \text{СН—ОН} \\ | \\ \text{СН}_2\text{—ОН} \end{array} $$

В ходе реакции этерификации три гидроксильные группы (–ОН) глицерина взаимодействуют с карбоксильными группами (–СООН) трех молекул олеиновой кислоты. В результате образуются три сложноэфирные связи (–СОО–) и выделяются три молекулы воды.

Таким образом, структурная формула триолеата, в которой остаток глицерина связан с тремя остатками олеиновой кислоты, выглядит следующим образом:

Наличие ненасыщенных (двойных) связей в углеводородных цепях является причиной того, что этот жир является жидким при комнатной температуре.

Ответ:

4. Напишите структурную формулу твёрдого жира, образованного только одной карбоновой кислотой и содержащего 51 атом углерода в молекуле.

Дано:

Жир является твёрдым.

Жир образован остатками одной и той же карбоновой кислоты.

Общее число атомов углерода в молекуле жира $N_C = 51$.

Найти:

Структурную формулу жира.

Решение:

Жиры (триглицериды) являются сложными эфирами трёхатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот. По условию, жир является твёрдым, следовательно, он образован насыщенной карбоновой кислотой. Так как жир образован только одной кислотой, все три кислотных остатка в его молекуле одинаковы. Общая формула насыщенных одноосновных карбоновых кислот — $C_n H_{2n+1}COOH$.

Молекула жира состоит из глицеринового остатка ($C_3H_5$), который содержит 3 атома углерода, и трёх одинаковых остатков карбоновой кислоты ($C_n H_{2n+1}COO-$), каждый из которых содержит $(n+1)$ атом углерода.

Зная общее число атомов углерода в молекуле жира (51), составим и решим уравнение:

$3 + 3 \times (n + 1) = 51$

$3(n + 1) = 51 - 3$

$3(n + 1) = 48$

$n + 1 = \frac{48}{3}$

$n + 1 = 16$

$n = 15$

Таким образом, карбоновая кислота, образующая жир, имеет в своём составе 16 атомов углерода ($n+1=16$). Её химическая формула — $C_{15}H_{31}COOH$. Это пальмитиновая кислота. Жир, образованный глицерином и тремя остатками пальмитиновой кислоты, называется трипальмитин (или трипальмитат глицерина).

Его структурная формула выглядит следующим образом:

$\begin{matrix} CH_2-O-CO-(CH_2)_{14}-CH_3 \\ | \\ CH-O-CO-(CH_2)_{14}-CH_3 \\ | \\ CH_2-O-CO-(CH_2)_{14}-CH_3 \end{matrix}$

Ответ:

Структурная формула искомого жира (трипальмитина):

$\begin{matrix} CH_2-O-CO-(CH_2)_{14}-CH_3 \\ | \\ CH-O-CO-(CH_2)_{14}-CH_3 \\ | \\ CH_2-O-CO-(CH_2)_{14}-CH_3 \end{matrix}$

5. При гидролизе 356 г жира, образованного одной карбоновой кислотой, образовалось 36,8 г глицерина. Установите формулу жира.

Дано:

$m(\text{жира}) = 356 \text{ г}$

$m(\text{глицерина}) = 36,8 \text{ г}$

Найти:

Формулу жира.

Решение:

Жиры являются сложными эфирами трехатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот. По условию, жир образован одной карбоновой кислотой. Общая формула такого жира — $(RCOO)_3C_3H_5$, где R — углеводородный радикал карбоновой кислоты. Уравнение реакции гидролиза жира выглядит следующим образом:

$(RCOO)_3C_3H_5 + 3H_2O \rightarrow C_3H_5(OH)_3 + 3RCOOH$

1. Найдем количество вещества (моль) образовавшегося глицерина $C_3H_5(OH)_3$.

Молярная масса глицерина (эмпирическая формула $C_3H_8O_3$):

$M(C_3H_8O_3) = 3 \cdot A_r(C) + 8 \cdot A_r(H) + 3 \cdot A_r(O) = 3 \cdot 12 + 8 \cdot 1 + 3 \cdot 16 = 92 \text{ г/моль}$

Количество вещества глицерина:

$n(C_3H_5(OH)_3) = \frac{m(C_3H_5(OH)_3)}{M(C_3H_5(OH)_3)} = \frac{36,8 \text{ г}}{92 \text{ г/моль}} = 0,4 \text{ моль}$

2. Согласно уравнению реакции, из 1 моль жира образуется 1 моль глицерина. Следовательно, количество вещества прореагировавшего жира равно количеству вещества образовавшегося глицерина:

$n(\text{жира}) = n(C_3H_5(OH)_3) = 0,4 \text{ моль}$

3. Рассчитаем молярную массу жира, используя его массу из условия и найденное количество вещества:

$M(\text{жира}) = \frac{m(\text{жира})}{n(\text{жира})} = \frac{356 \text{ г}}{0,4 \text{ моль}} = 890 \text{ г/моль}$

4. Установим формулу карбоновой кислоты. Молярная масса жира складывается из молярной массы глицеринового остатка $C_3H_5$ и трех молярных масс кислотных остатков $RCOO$.

$M(\text{жира}) = M(C_3H_5) + 3 \cdot M(RCOO)$

Молярная масса глицеринового остатка $M(C_3H_5) = 3 \cdot 12 + 5 \cdot 1 = 41 \text{ г/моль}$.

Найдем молярную массу кислотного остатка $RCOO$:

$3 \cdot M(RCOO) = M(\text{жира}) - M(C_3H_5) = 890 - 41 = 849 \text{ г/моль}$

$M(RCOO) = \frac{849}{3} = 283 \text{ г/моль}$

Теперь найдем молярную массу углеводородного радикала R. Кислотный остаток состоит из радикала R и группы COO.

$M(COO) = 12 + 2 \cdot 16 = 44 \text{ г/моль}$

$M(R) = M(RCOO) - M(COO) = 283 - 44 = 239 \text{ г/моль}$

5. Определим формулу радикала R. Предположим, что жир образован предельной (насыщенной) карбоновой кислотой. Тогда общая формула радикала $C_nH_{2n+1}$. Его молярная масса равна:

$M(C_nH_{2n+1}) = 12n + (2n+1) = 14n + 1$

Приравняем это выражение к найденной молярной массе радикала:

$14n + 1 = 239$

$14n = 238$

$n = \frac{238}{14} = 17$

Следовательно, радикал R имеет формулу $C_{17}H_{35}$. Этот радикал соответствует стеариновой кислоте $C_{17}H_{35}COOH$.

6. Таким образом, искомый жир — это триглицерид стеариновой кислоты (тристеарин). Его химическая формула:

$(C_{17}H_{35}COO)_3C_3H_5$

Также можно записать его структурную формулу:

$\begin{array}{l} CH_2-O-CO-C_{17}H_{35} \\ | \\ CH-O-CO-C_{17}H_{35} \\ | \\ CH_2-O-CO-C_{17}H_{35} \end{array}$

Молекулярная формула жира: $C_{57}H_{110}O_6$.

Ответ: Формула жира: $(C_{17}H_{35}COO)_3C_3H_5$.

6. Напишите уравнение омыления трипальмитата раствором гидроксида натрия. Назовите полученные продукты. Где они используются?

Уравнение омыления трипальмитата раствором гидроксида натрия

Омыление трипальмитата (жира) — это реакция его щелочного гидролиза. Трипальмитат является сложным эфиром, образованным трёхатомным спиртом глицерином и тремя молекулами пальмитиновой кислоты. При взаимодействии с гидроксидом натрия (щёлочью) при нагревании сложный эфир распадается с образованием исходного спирта (глицерина) и соли соответствующей кислоты (пальмитата натрия).

Уравнение реакции выглядит так:

$(\text{C}_{15}\text{H}_{31}\text{COO})_3\text{C}_3\text{H}_5 + 3\text{NaOH} \xrightarrow{t^\circ} \text{C}_3\text{H}_5(\text{OH})_3 + 3\text{C}_{15}\text{H}_{31}\text{COONa}$

трипальмитат + гидроксид натрия → глицерин + пальмитат натрия

Ответ: $(\text{C}_{15}\text{H}_{31}\text{COO})_3\text{C}_3\text{H}_5 + 3\text{NaOH} \rightarrow \text{C}_3\text{H}_5(\text{OH})_3 + 3\text{C}_{15}\text{H}_{31}\text{COONa}$.

Названия полученных продуктов

В результате реакции образуются следующие вещества:

• $\text{C}_3\text{H}_5(\text{OH})_3$ — глицерин (систематическое название: пропан-1,2,3-триол). Это представитель трёхатомных спиртов.
• $\text{C}_{15}\text{H}_{31}\text{COONa}$ — пальмитат натрия. Это натриевая соль высшей предельной карбоновой (пальмитиновой) кислоты.

Ответ: Продуктами реакции являются глицерин и пальмитат натрия.

Где они используются

Продукты омыления жиров имеют огромное практическое значение.

Пальмитат натрия, как и другие натриевые соли высших карбоновых кислот, является основным компонентом твёрдого мыла. Молекулы мыла обладают дифильным строением: у них есть гидрофильная ("любящая воду") полярная часть ($\text{-COONa}$) и гидрофобная ("боящаяся воды") неполярная часть (углеводородный радикал $\text{C}_{15}\text{H}_{31}\text{-}$). Благодаря этому свойству мыло проявляет моющее действие, выступая в роли поверхностно-активного вещества (ПАВ), эмульгирующего жиры и загрязнения.

Глицерин — ценный побочный продукт мыловарения, находящий применение во многих областях:

• Косметология и гигиена: как увлажняющий и смягчающий компонент входит в состав кремов, лосьонов, зубных паст.
• Пищевая промышленность: используется как пищевая добавка Е422 для улучшения консистенции, удержания влаги и в качестве подсластителя.
• Фармацевтика: служит основой для мазей, растворителем для некоторых лекарств, входит в состав сиропов.
• Химическая промышленность: из глицерина получают нитроглицерин — мощное взрывчатое вещество, а также компонент динамита и бездымного пороха.
• Техника: используется как антифриз, компонент тормозных и гидравлических жидкостей, для смягчения кож в кожевенном производстве.

Ответ: Пальмитат натрия используется в основном для производства твёрдого мыла. Глицерин находит широкое применение в косметической, пищевой, фармацевтической, химической промышленности и в технике.

7. Какой объём водорода (в пересчёте на н. у.) может прореагировать с 1 кг триолеата глицерина?

Дано:

$m(\text{триолеата глицерина}) = 1$ кг

Найти:

$V(H_2)$ (н.у.) - ?

Решение:

Триолеат глицерина (триолеин) — это сложный эфир, образованный трехатомным спиртом глицерином и непредельной олеиновой кислотой. Молекула олеиновой кислоты ($C_{17}H_{33}COOH$) содержит одну двойную связь углерод-углерод. Соответственно, молекула триолеата глицерина, содержащая три остатка олеиновой кислоты, имеет три двойные связи. Реакция с водородом (гидрирование) представляет собой присоединение водорода по месту разрыва этих двойных связей. Для полного насыщения одной молекулы триолеата глицерина необходимо три молекулы водорода ($H_2$). В результате реакции образуется предельный (насыщенный) жир — тристеарат глицерина.

Составим уравнение реакции гидрирования:

$(C_{17}H_{33}COO)_3C_3H_5 + 3H_2 \rightarrow (C_{17}H_{35}COO)_3C_3H_5$

1. Рассчитаем молярную массу триолеата глицерина. Его химическая формула — $C_{57}H_{104}O_6$. Для расчета используем округленные значения атомных масс: $Ar(C)=12$, $Ar(H)=1$, $Ar(O)=16$.

$M(C_{57}H_{104}O_6) = 57 \cdot 12 + 104 \cdot 1 + 6 \cdot 16 = 684 + 104 + 96 = 884$ г/моль.

2. Найдем количество вещества триолеата глицерина в 1 кг (1000 г).

$n((C_{17}H_{33}COO)_3C_3H_5) = \frac{m}{M} = \frac{1000 \text{ г}}{884 \text{ г/моль}} \approx 1.131$ моль.

3. По уравнению реакции, количество вещества прореагировавшего водорода в 3 раза больше количества вещества триолеата глицерина. Соотношение количеств веществ:

$\frac{n((C_{17}H_{33}COO)_3C_3H_5)}{1} = \frac{n(H_2)}{3}$

Отсюда находим количество вещества водорода:

$n(H_2) = 3 \cdot n((C_{17}H_{33}COO)_3C_3H_5) = 3 \cdot 1.131 \text{ моль} \approx 3.393$ моль.

4. Зная количество вещества водорода, найдем его объем при нормальных условиях (н.у.). Молярный объем газа при н.у. ($V_m$) равен 22,4 л/моль.

$V(H_2) = n(H_2) \cdot V_m = 3.393 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} \approx 76.0$ л.

Ответ: объем водорода, который может прореагировать с 1 кг триолеата глицерина, составляет 76,0 л.

8. Определите иодное число триолеата глицерина.

Иодное число — это масса иода (в граммах), которая может присоединиться к 100 граммам органического вещества. Этот показатель характеризует степень ненасыщенности жиров и масел, то есть количество двойных связей в молекулах жирных кислот, входящих в их состав.

Дано:

Вещество: триолеат глицерина (триолеин)

Масса вещества для расчета: $m_{жира} = 100 \text{ г}$

Найти:

Иодное число (ИЧ) триолеата глицерина.

Решение:

1. Определим химическую формулу и молярную массу триолеата глицерина.

Триолеат глицерина — это триглицерид, образованный одной молекулой глицерина и тремя молекулами олеиновой кислоты. Формула олеиновой кислоты — $C_{17}H_{33}COOH$ (или $C_{18}H_{34}O_2$). Олеиновая кислота содержит одну двойную связь $C=C$.

Молекула триолеата глицерина образуется в результате реакции этерификации:

$C_3H_5(OH)_3 + 3 C_{17}H_{33}COOH \rightarrow (C_{17}H_{33}COO)_3C_3H_5 + 3 H_2O$

Суммарная формула триолеата глицерина: $C_{57}H_{104}O_6$.

Рассчитаем молярную массу триолеата глицерина ($M_{триолеата}$), используя округленные относительные атомные массы: $Ar(C) = 12$, $Ar(H) = 1$, $Ar(O) = 16$.

$M_{триолеата} = 57 \times 12 + 104 \times 1 + 6 \times 16 = 684 + 104 + 96 = 884 \text{ г/моль}$.

2. Определим количество двойных связей и реакцию с иодом.

Каждый остаток олеиновой кислоты содержит одну двойную связь. В молекуле триолеата глицерина три таких остатка, следовательно, в одной молекуле содержится 3 двойные связи.

Иод присоединяется по месту двойных связей. Таким образом, одна молекула триолеата глицерина реагирует с тремя молекулами иода ($I_2$):

$(C_{17}H_{33}COO)_3C_3H_5 + 3I_2 \rightarrow (C_{17}H_{33}I_2COO)_3C_3H_5$

Молярная масса молекулярного иода ($I_2$), используя $Ar(I) = 127$:

$M_{I_2} = 2 \times 127 = 254 \text{ г/моль}$.

3. Рассчитаем иодное число.

Согласно уравнению реакции, на 1 моль триолеата глицерина (884 г) расходуется 3 моль иода ($3 \times 254 = 762$ г).

Составим пропорцию, чтобы найти массу иода ($m_{I_2}$), которая прореагирует со 100 г триолеата глицерина:

884 г триолеата глицерина реагирует с 762 г $I_2$

100 г триолеата глицерина реагирует с $x$ г $I_2$

Отсюда, иодное число (ИЧ) равно $x$:

$ИЧ = x = \frac{100 \text{ г} \times 762 \text{ г}}{884 \text{ г}} \approx 86,2 \text{ г } I_2 / 100 \text{ г жира}$

Расчет можно также провести по общей формуле:

$ИЧ = \frac{n \times M(I_2)}{M_{жира}} \times 100$

где $n$ — количество двойных связей в молекуле жира.

$ИЧ = \frac{3 \times 254}{884} \times 100 = \frac{762}{884} \times 100 \approx 86,2$

Ответ: Иодное число триолеата глицерина составляет приблизительно 86,2.

9. Какие органические продукты образуются при мягком и жёстком окислении олеиновой кислоты перманганатом калия? Напишите схемы реакций.

Олеиновая кислота ($CH_3(CH_2)_7CH=CH(CH_2)_7COOH$) — это мононенасыщенная карбоновая кислота, содержащая одну двойную связь $C=C$. Продукты её окисления перманганатом калия зависят от условий реакции (температуры и pH среды).

Мягкое окисление

Мягкое окисление (реакция Вагнера) протекает в нейтральной или слабощелочной среде (водный раствор $KMnO_4$) при низкой температуре (около $0^\circ C$). При этом происходит разрыв $\pi$-связи в молекуле олеиновой кислоты и присоединение двух гидроксильных групп по месту бывшей двойной связи. В результате образуется гликоль — 9,10-дигидроксиоктадекановая кислота. При этом фиолетовый раствор перманганата калия обесцвечивается и выпадает бурый осадок диоксида марганца ($MnO_2$).

Схема реакции:

$3CH_3(CH_2)_7CH=CH(CH_2)_7COOH + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3CH_3(CH_2)_7CH(OH)-CH(OH)(CH_2)_7COOH + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$

Ответ: при мягком окислении олеиновой кислоты образуется 9,10-дигидроксиоктадекановая кислота (дигидроксистеариновая кислота).

Жёсткое окисление

Жёсткое окисление протекает в кислой среде (например, в присутствии серной кислоты) при нагревании. В этих условиях происходит полный разрыв молекулы по месту двойной связи (разрываются и $\sigma$-, и $\pi$-связи). Атомы углерода, образовывавшие двойную связь, окисляются до карбоксильных групп ($-COOH$). В результате молекула олеиновой кислоты расщепляется на две молекулы карбоновых кислот: одноосновную и двухосновную.

Схема реакции:

$5CH_3(CH_2)_7CH=CH(CH_2)_7COOH + 8KMnO_4 + 12H_2SO_4 \xrightarrow{t^\circ} 5CH_3(CH_2)_7COOH + 5HOOC(CH_2)_7COOH + 8MnSO_4 + 4K_2SO_4 + 12H_2O$

Органическими продуктами реакции являются нонановая (пеларгоновая) кислота, $CH_3(CH_2)_7COOH$, и нонандиовая (азелаиновая) кислота, $HOOC(CH_2)_7COOH$.

Ответ: при жёстком окислении олеиновой кислоты образуются нонановая (пеларгоновая) кислота и нонандиовая (азелаиновая) кислота.

10. Объясните, почему при пероксидном окислении двойной связи реакция идёт по двум направлениям.

Пероксидное окисление двойной связи, например, с помощью надкислот (реакция Прилежаева), может приводить к образованию двух типов продуктов, из-за чего говорят, что реакция идёт по двум направлениям. Это связано с тем, что продукт первой стадии (эпоксид) способен вступать в дальнейшее превращение в условиях самой реакции.

Первое направление — это непосредственное эпоксидирование двойной связи. В этой реакции атом кислорода пероксида (или надкислоты) присоединяется к двойной $C=C$ связи, образуя трёхчленный гетероцикл с атомом кислорода — эпоксид (оксиран). Эта реакция является согласованной, то есть все связи образуются и разрываются одновременно. Побочным продуктом реакции с надкислотой является карбоновая кислота.

Общая схема реакции эпоксидирования:$R_1R_2C=CR_3R_4 + R'CO_3H \rightarrow \text{эпоксид} + R'COOH$

Второе направление — это последующее раскрытие эпоксидного цикла. Карбоновая кислота ($R'COOH$), которая образуется на первой стадии, создаёт в реакционной смеси кислую среду. В этой среде атом кислорода эпоксидного кольца может протонироваться. Протонированный эпоксид является очень активным электрофилом, и его трёхчленный цикл легко атакуется нуклеофилами, присутствующими в смеси (например, молекулами воды или самой карбоновой кислоты). Эта атака приводит к раскрытию цикла.

Механизм раскрытия цикла в кислой среде (на примере атаки водой):
1. Протонирование эпоксида: $\text{эпоксид} + H^+ \rightleftharpoons \text{протонированный эпоксид}$
2. Нуклеофильная атака водой и депротонирование: $\text{протонированный эпоксид} + H_2O \rightarrow \text{диол} + H^+$
В результате образуется диол (двухатомный спирт).

Таким образом, реакция протекает по двум направлениям, потому что первый процесс (эпоксидирование) генерирует реагент (кислоту), который катализирует второй процесс (раскрытие цикла). В зависимости от условий (температуры, растворителя, стабильности эпоксида) в продуктах реакции может преобладать либо эпоксид, либо продукт его раскрытия.

Ответ: Пероксидное окисление двойной связи идёт по двум направлениям, потому что реакция протекает в две последовательные стадии. Первая стадия — это образование эпоксида (оксирана). Вторая стадия — это кислотно-катализируемое раскрытие образовавшегося эпоксидного цикла. Катализатором для второй стадии выступает кислота, которая является побочным продуктом первой стадии (например, карбоновая кислота при использовании надкислот). В результате в реакционной смеси могут одновременно присутствовать как исходный продукт окисления — эпоксид, так и продукт его дальнейшего превращения — диол.

11. Человек в сутки потребляет около 10 000 кДж энергии. Если бы жиры были единственным источником энергии, сколько граммов жира расходовалось бы каждый день?

Дано:

Найти:

Массу жира в граммах, $m$ — ?

Решение:

Для решения задачи необходимо использовать справочное значение энергетической ценности (удельной теплоты сгорания) жиров. При окислении 1 грамма жира в организме человека выделяется в среднем около 39 кДж энергии. Обозначим эту величину как $q$.

$q = 39 \frac{\text{кДж}}{\text{г}}$

Общее количество энергии $E$, которое можно получить из массы вещества $m$ с удельной теплотой сгорания $q$, вычисляется по формуле:

$E = q \cdot m$

Из этой формулы выразим массу $m$, необходимую для получения заданного количества энергии:

$m = \frac{E}{q}$

Подставим числовые значения в формулу. Удобно использовать энергию в кДж, так как удельная теплота сгорания дана в кДж/г. В этом случае масса сразу получится в граммах.

$m = \frac{10\;000 \text{ кДж}}{39 \frac{\text{кДж}}{\text{г}}} \approx 256,41 \text{ г}$

Так как суточное потребление энергии дано как "около 10 000 кДж", результат целесообразно округлить. Округлим до целого значения.

$m \approx 256 \text{ г}$

Ответ:

Если бы жиры были единственным источником энергии, каждый день расходовалось бы около 256 граммов жира.