Præsentation om emnet "genetisk sammenhæng". Lektionsopsummering "Genetiske sammenhænge mellem hovedklasserne af organiske forbindelser

Der er en genetisk sammenhæng mellem forskellige klasser af organiske stoffer, som gør det muligt at syntetisere de ønskede forbindelser ud fra det valgte transformationsskema. Til gengæld kan de enkleste organiske stoffer fås fra uorganiske stoffer. Som et eksempel kan du overveje den praktiske implementering af reaktioner i henhold til følgende skema:

CH3CH2OH

CH C O

eddikesyre aminoeddikesyre.

1) Metan kan opnås fra kulstof (grafit) ved direkte syntese:

C+2H2		CH4,

eller i to trin - gennem aluminiumcarbid:

3C + 4AltAl4C3

Al4C3 + 12H2OCH4 + Al(OH)3.

2) Ethylen kan opnås fra metan på forskellige måder i flere trin, for eksempel kan du udføre Wurtz-syntesen efterfulgt af dehydrogenering af ethan:

2CH3Br + 2Na

CH3 + 2NaBr

eller udføre termisk krakning af methan og delvis hydrogenering af den resulterende acetylen:

2CH4	1500 o C	CH+3H2

CHCH + H2Ni CH2CH2.

3) Ethylalkohol opnås ved hydratisering af ethylen i nærvær af uorganisk syre:

CH2CH2 + H2OH+, t CH3CH2OH.

4) Acetaldehyd (ethanal) kan opnås ved dehydrogenering af ethanol på en kobberkatalysator eller ved oxidation af alkohol med kobber(II)oxid:

	200 o C	O+H



CH3CH2OH + CuO		CH3C	Cu + H2O

5) Acetaldehyd oxideres let til eddikesyre, for eksempel ved "sølvspejl"-reaktionen, eller når det reagerer med en forsuret opløsning af KMnO4 eller K2 Cr2 O7 ved opvarmning. Dette kan vises skematisk med følgende ligning (prøv at skrive komplette reaktionsligninger):

CH C O

6) Syntesen af aminoeddikesyre udføres gennem det mellemliggende trin til opnåelse af chloreddikesyre:

CH3CO OH + Cl2P (rød) ClCH2CO OH + HCl

ClCH2C	2NH3	CH2C	NH4Cl

Bemærk venligst, at halogenderivater af organiske forbindelser på grund af deres høje reaktivitet ofte anvendes i organiske synteser som udgangsmaterialer og mellemprodukter.

MULIGHED 1

2. Beregn mængden af stof (i mol) og massen af stof (i gram) af hvert produkt under følgende omdannelser: ethan → bromethan → ethanol, hvis ethan blev taget med en masse på 90 g. Produktets udbytte på hvert trin af syntesen tages konventionelt som 100%.

3. Lav et diagram og reaktionsligninger, der kan bruges til at opnå carboxylsyre fra metan.

MULIGHED 2

1. Skriv reaktionsligninger, der kan bruges til at udføre følgende transformationer:

2. Beregn mængden af stof (i mol) og massen af stof (i gram) af hvert produkt under følgende omdannelser: benzen → chlorbenzen → phenol, hvis benzen blev taget med en masse på 156 g. Produktets udbytte på hvert trin af syntesen tages konventionelt som 100%.

3. Lav et diagram og reaktionsligninger, der kan bruges til at få en aminosyre fra ethylen.

MULIGHED 3

1. Skriv reaktionsligninger, der kan bruges til at udføre følgende transformationer:

2. Beregn mængden af stof (i mol) og massen af stof (i gram) af hvert produkt under følgende omdannelser: benzen → nitrobenzen → anilin, hvis benzen blev taget med en masse på 39 g. Produktets udbytte på hvert trin af syntesen tages konventionelt som 100%.

3. Tegn et diagram og reaktionsligninger, der kan bruges til at opnå en ester fra kul.

MULIGHED 4

1. Skriv de reaktionsligninger, der kan bruges til at udføre følgende transformationer:

2. Beregn mængden af stof (i mol) og massen af stof (i gram) af hvert produkt, når du udfører følgende omdannelser: chlormethan → methanol → methylacetat, hvis chlormethan blev taget med en masse på 101 g. Udbyttet af produktet på hvert trin af syntesen tages konventionelt som 100%.

3. Tegn et diagram og reaktionsligninger, der kan bruges til at opnå en aromatisk amin fra metan.

Se lignende

Integrer kode

I kontakt med

Klassekammerater

Anmeldelser

Tilføj din anmeldelse

Slide 2

Forholdet mellem klasser af stoffer udtrykkes af genetiske kæder

Den genetiske serie er implementeringen af kemiske transformationer, som et resultat af hvilke stoffer af en klasse kan opnås fra stoffer af en anden klasse.
For at udføre genetiske transformationer skal du vide:
klasser af stoffer;
nomenklatur af stoffer;
egenskaber af stoffer;
typer af reaktioner;
nominelle reaktioner, for eksempel Wurtz-syntesen:

Slide 3

Slide 4

Hvilke reaktioner skal udføres for at opnå en anden fra én type kulbrinte?
Pilene i diagrammet angiver kulbrinter, der direkte kan omdannes til hinanden ved én reaktion.

Slide 5

Udfør flere kæder af transformationer

Bestem typen af hver reaktion:

Slide 6

Tjekker

Slide 7

Fordel stoffer i klasser:

C3H6; CH3COOH; CH3OH; C2H4; UNSC; CH4; C2H6; C2H5OH; NSSON; C3H8; CH3COOC2H5; CH3SON; CH3COOCH3;

Slide 8

Undersøgelse

Alkaner: CH4; C2H6; С3Н8
Alkener: C3H6; С2Н4
Alkoholer: CH3OH; C2H5OH
Aldehyder: НСО; CH3SON
Carboxylsyrer: CH3COOH; UNDC
Estere: CH3COOC2H5; CH3COOCH3

Slide 9

Hvordan kan det opnås fra kulbrinter:
a) alkoholer b) aldehyder c) syrer?

Slide 10

Carbon rejse

C CaC2 C2H2 CH3CHO C2H5OH
CH3COOH CH3COOCH2CH3

Slide 11

2C + Ca CaC2
CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2
C2H2 + H2O CH3CHO
CH3CHO + H2C2H5OH
CH3CHO + O2 CH3COOH
CH3COOH + CH3CH2OH CH3COOC2H5

Slide 12

Til iltholdige forbindelser

opstille reaktionsligninger, angive betingelser for forekomst og type af reaktioner.

Slide 13

At opnå en ester fra et carbonhydrid

C2H6 C2H5ClC2H5OH CH3CHO CH3COOH CH3COOCH2CH3

Slide 14

Slide 15

Slide 16

Slide 17

Slide 18

Slide 19

Konklusion: I dag i lektionen, ved at bruge eksemplet på den genetiske forbindelse af organiske stoffer i forskellige homologiske serier, så og beviste vi ved hjælp af transformationer enhed af den materielle verden.

Slide 20

butan buten-1 1,2-dibrombutan buten-1
penten-1 pentan 2-chlorpentan
penten-2 CO2
Lav transformationer.

Se alle dias

Abstrakt

Hvad er nano?�

.�

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Demonstration af et videoklip.

Slide 15

Slide 16

Slide 17

Slide 18

Slide 19

Slide 20

Slide 21

Slide 22

Slide 23

Slide 24

Slide 25

Hvad er nano?�

Nye teknologier er det, der fører menneskeheden fremad på sin vej mod fremskridt.�

Målene og formålene med dette arbejde er at udvide og forbedre elevernes viden om verden omkring dem, nye præstationer og opdagelser. Dannelse af sammenlignings- og generaliseringsfærdigheder. Evnen til at fremhæve det vigtigste, udvikle kreativ interesse, dyrke uafhængighed i at søge efter materiale.

Begyndelsen af det 21. århundrede er præget af nanoteknologi, som kombinerer biologi, kemi, IT og fysik.

I de senere år er tempoet i de videnskabelige og teknologiske fremskridt begyndt at afhænge af brugen af kunstigt skabte objekter i nanometerstørrelse. Stoffer og genstande med en størrelse på 1-100 nm skabt på deres basis kaldes nanomaterialer, og metoderne til deres produktion og anvendelse kaldes nanoteknologier. Med det blotte øje kan en person se en genstand med en diameter på cirka 10 tusind nanometer.

I sin bredeste forstand er nanoteknologi forskning og udvikling på atom-, molekylært og makromolekylært niveau på en størrelsesskala fra et til hundrede nanometer; skabelse og brug af kunstige strukturer, enheder og systemer, der på grund af deres ultra-små størrelser har væsentligt nye egenskaber og funktioner; manipulation af stof på den atomare afstandsskala.

Slide 3

Teknologier bestemmer livskvaliteten for hver enkelt af os og magten i den stat, vi lever i.

Den industrielle revolution, som begyndte i tekstilindustrien, ansporede udviklingen af jernbanekommunikationsteknologier.

Efterfølgende blev væksten i transport af forskellige varer umulig uden nye bilteknologier. Hver ny teknologi forårsager således fødslen og udviklingen af relaterede teknologier.

Den nuværende tidsperiode, vi lever i, kaldes den videnskabelige og teknologiske revolution eller informationsrevolution. Begyndelsen på informationsrevolutionen faldt sammen med udviklingen af computerteknologier, uden hvilken det moderne samfunds liv ikke længere er tænkeligt.

Udviklingen af computerteknologi har altid været forbundet med miniaturisering af elektroniske kredsløbselementer. I øjeblikket er størrelsen af et logisk element (transistor) i et computerkredsløb omkring 10-7 m, og forskere mener, at yderligere miniaturisering af computerelementer kun er mulig, når specielle teknologier kaldet "nanoteknologi" udvikles.

Slide 4

Oversat fra græsk betyder ordet "nano" dværg, nisse. En nanometer (nm) er en milliardtedel af en meter (10-9 m). En nanometer er meget lille. En nanometer er det samme antal gange mindre end en meter, som tykkelsen af en finger er mindre end jordens diameter. De fleste atomer har en diameter på 0,1 til 0,2 nm, og tykkelsen af DNA-strengene er omkring 2 nm. Diameteren af røde blodlegemer er 7000 nm, og tykkelsen af et menneskehår er 80.000 nm.

Figuren viser en række objekter fra venstre mod højre i rækkefølge af stigende størrelse - fra atomet til solsystemet. Mennesket har allerede lært at drage fordel af genstande af forskellig størrelse. Vi kan splitte atomkerner for at producere atomenergi. Ved at udføre kemiske reaktioner får vi nye molekyler og stoffer med unikke egenskaber. Ved hjælp af specialværktøjer har mennesket lært at skabe genstande - fra et knappenålshoved til enorme strukturer, der er synlige selv fra rummet.

Men hvis man ser nøje på figuren, vil man bemærke, at der er et ret stort område (på en logaritmisk skala), hvor forskere ikke har sat sine ben i lang tid - mellem hundrede nanometer og 0,1 nm. Nanoteknologi skal arbejde med objekter, der varierer i størrelse fra 0,1 nm til 100 nm. Og der er al mulig grund til at tro, at vi kan få nanoverdenen til at fungere for os.

Nanoteknologier bruger de seneste resultater inden for kemi, fysik og biologi.

Slide 5

Nyere forskning har bevist, at i det gamle Egypten blev nanoteknologi brugt til at farve hår sort. Til dette formål blev der brugt en pasta af kalk Ca(OH)2, blyoxid og vand. Under farvningsprocessen blev der opnået nanopartikler af blysulfid (galena) som følge af interaktion med svovl, som er en del af keratin, hvilket sikrede ensartet og stabil farvning

British Museum huser "Lycurgus Cup" (koppens vægge viser scener fra denne store spartanske lovgivers liv), lavet af antikke romerske håndværkere - den indeholder mikroskopiske partikler af guld og sølv tilføjet til glasset. Under forskellig belysning skifter koppen farve - fra mørkerød til lys gylden. Lignende teknologier blev brugt til at skabe farvede glasvinduer i middelalderlige europæiske katedraler.

I øjeblikket har forskere bevist, at størrelsen af disse partikler er fra 50 til 100 nm.

Slide 6

I 1661 publicerede den irske kemiker Robert Boyle en artikel, hvori han kritiserede Aristoteles' påstand om, at alt på Jorden består af fire elementer - vand, jord, ild og luft (det filosofiske grundlag for grundlaget for den daværende alkymi, kemi og fysik). Boyle argumenterede for, at alt består af "legemer" - ultrasmå dele, der i forskellige kombinationer danner forskellige stoffer og genstande. Efterfølgende blev idéerne fra Democritus og Boyle accepteret af det videnskabelige samfund.

I 1704 foreslog Isaac Newton at udforske mysteriet med blodlegemer;

I 1959 sagde den amerikanske fysiker Richard Feynman: "For nu er vi tvunget til at bruge de atomare strukturer, som naturen tilbyder os." "Men i princippet kunne en fysiker syntetisere ethvert stof efter en given kemisk formel."

I 1959 brugte Norio Taniguchi første gang udtrykket "nanoteknologi";

I 1980 brugte Eric Drexler udtrykket.

Slide 7

Richard Phillips Feyman (1918-1988) fremragende amerikansk fysiker. En af skaberne af kvanteelektrodynamikken. Vinder af Nobelprisen i fysik i 1965.

Feynmans berømte foredrag, kendt som "There's Still Plenty of Room Down There", betragtes nu som udgangspunktet i kampen for at erobre nanoverdenen. Den blev første gang læst på California Institute of Technology i 1959. Ordet "under" i titlen på foredraget betød i "en verden af meget små dimensioner."

Nanoteknologi blev et videnskabsområde i sig selv og blev et langsigtet teknisk projekt efter detaljeret analyse af den amerikanske videnskabsmand Eric Drexler i begyndelsen af 1980'erne og udgivelsen af hans bog Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology.

Slide 9

De første enheder, der gjorde det muligt at observere nanoobjekter og flytte dem, var scanningsprobemikroskoper - et atomkraftmikroskop og et scanningstunnelmikroskop, der fungerede efter et lignende princip. Atomic force microscopy (AFM) blev udviklet af Gerd Binnig og Heinrich Rohrer, som blev tildelt Nobelprisen for denne forskning i 1986.

Slide 10

Grundlaget for AFM er en sonde, normalt lavet af silicium og repræsenterer en tynd cantilever-plade (det kaldes en cantilever, fra det engelske ord "cantilever" - konsol, bjælke). For enden af cantileveren er der en meget skarp spids, der ender i en gruppe af et eller flere atomer. Hovedmaterialet er silicium og siliciumnitrid.

Når mikrosonden bevæger sig langs overfladen af prøven, stiger og falder spidsen af spidsen, hvilket viser overfladens mikrorelief, ligesom en grammofonpen glider langs en grammofonplade. I den udragende ende af cantileveren er der et spejlområde, hvorpå laserstrålen falder og reflekteres. Når spidsen sænkes og stiger på overfladeuregelmæssigheder, afbøjes den reflekterede stråle, og denne afvigelse registreres af en fotodetektor, og kraften, hvormed spidsen tiltrækkes af nærliggende atomer, registreres af en piezoelektrisk sensor.

Fotodetektor- og piezosensordata bruges i feedbacksystemet. Som et resultat er det muligt at konstruere en volumetrisk relief af prøveoverfladen i realtid.

Slide 11

En anden gruppe scanningsprobemikroskoper bruger den såkaldte kvantemekaniske "tunneleffekt" til at konstruere overfladerelief. Essensen af tunneleffekten er, at den elektriske strøm mellem en skarp metalnål og en overflade placeret i en afstand på omkring 1 nm begynder at afhænge af denne afstand - jo mindre afstanden er, jo større er strømmen. Hvis der påføres en spænding på 10 V mellem nålen og overfladen, kan denne "tunnel"-strøm variere fra 10 pA til 10 nA. Ved at måle denne strøm og holde den konstant, kan afstanden mellem nålen og overfladen også holdes konstant. Dette giver dig mulighed for at bygge en volumetrisk profil af overfladen. I modsætning til et atomkraftmikroskop kan et scanningstunnelmikroskop kun studere overfladerne af metaller eller halvledere.

Et scanning tunneling mikroskop kan bruges til at flytte ethvert atom til et punkt valgt af operatøren. På den måde er det muligt at manipulere atomer og skabe nanostrukturer, dvs. strukturer på overfladen med dimensioner i størrelsesordenen en nanometer. Tilbage i 1990 viste IBM-medarbejdere, at dette var muligt ved at kombinere navnet på deres virksomhed fra 35 xenon-atomer på en nikkelplade.

En skrådifferentiale pryder hjemmesiden for Institute of Molecular Manufacturing hjemmeside. Udarbejdet af E. Drexler ud fra atomer af brint, kulstof, silicium, nitrogen, fosfor, brint og svovl med et samlet antal på 8298. Computerberegninger viser, at dets eksistens og funktion ikke er i modstrid med fysikkens love.

Slide 12

Klasser for lyceumstuderende i nanoteknologiklassen ved det russiske statspædagogiske universitet opkaldt efter A.I. Herzen.

Slide 13

Nanostrukturer kan samles ikke kun fra individuelle atomer eller enkelte molekyler, men også fra molekylære blokke. Sådanne blokke eller elementer til at skabe nanostrukturer er grafen, kulstofnanorør og fullerener.

Slide 14

1985 Richard Smalley, Robert Curl og Harold Kroteau opdagede fullerener og var i stand til at måle et objekt på 1 nm i størrelse for første gang.

Fullerener er molekyler bestående af 60 atomer arrangeret i form af en kugle. I 1996 blev en gruppe videnskabsmænd tildelt Nobelprisen.

Demonstration af et videoklip.

Slide 15

Aluminium med et lille additiv (ikke mere end 1%) af fulleren opnår hårdheden af stål.

Slide 16

Grafen er et enkelt, fladt ark af kulstofatomer bundet sammen for at danne et gitter, hvor hver celle ligner en bikage. Afstanden mellem nærmeste carbonatomer i grafen er omkring 0,14 nm.

Lyskuglerne er kulstofatomer, og stavene mellem dem er bindingerne, der holder atomerne i grafenarket.

Slide 17

Grafit, hvad almindelige blyantledninger er lavet af, er en stak af plader af grafen. Grafenerne i grafit er meget dårligt bundet og kan glide forbi hinanden. Derfor, hvis du kører grafit over papir, bliver det ark grafen, der er i kontakt med det, adskilt fra grafitten og forbliver på papiret. Dette forklarer, hvorfor grafit kan bruges til at skrive.

Slide 18

Dendrimerer er en af stierne ind i nanoverdenen i "bottom-up"-retningen.

Trælignende polymerer er nanostrukturer, der varierer i størrelse fra 1 til 10 nm, dannet ved at kombinere molekyler med en forgrenet struktur. Dendrimersyntese er en af de nanoteknologier, der er tæt knyttet til polymerkemi. Som alle polymerer er dendrimerer sammensat af monomerer, og molekylerne af disse monomerer har en forgrenet struktur.

Inde i dendrimeren kan der dannes hulrum fyldt med stoffet, i hvis nærvær dendrimererne blev dannet. Hvis en dendrimer syntetiseres i en opløsning, der indeholder et hvilket som helst lægemiddel, bliver denne dendrimer en nanokapsel med dette lægemiddel. Derudover kan hulrummene inde i dendrimeren indeholde radioaktivt mærkede stoffer, der bruges til at diagnosticere forskellige sygdomme.

Slide 19

I 13 % af tilfældene dør mennesker af kræft. Denne sygdom dræber omkring 8 millioner mennesker på verdensplan hvert år. Mange kræftformer betragtes stadig som uhelbredelige. Videnskabelig forskning viser, at nanoteknologi kan være et stærkt værktøj i kampen mod denne sygdom. Dendrimerer – kapsler med gift til kræftceller

Kræftceller har brug for store mængder folinsyre for at dele sig og vokse. Derfor hæfter folinsyremolekyler meget godt til overfladen af kræftceller, og hvis den ydre skal af dendrimerer indeholder folinsyremolekyler, så vil sådanne dendrimerer selektivt kun klæbe til kræftceller. Ved hjælp af sådanne dendrimerer kan kræftceller gøres synlige, hvis nogle andre molekyler er knyttet til skallen af dendrimererne, for eksempel glødende under ultraviolet lys. Ved at fastgøre et lægemiddel, der dræber kræftceller, til dendrimerens ydre skal, er det muligt ikke kun at opdage dem, men også at dræbe dem.

Ifølge videnskabsmænd vil det ved hjælp af nanoteknologi være muligt at indlejre mikroskopiske sensorer i menneskelige blodceller, der advarer om forekomsten af de første tegn på sygdomsudvikling.

Slide 20

Kvanteprikker er allerede et praktisk værktøj for biologer til at se forskellige strukturer inde i levende celler. De forskellige cellulære strukturer er lige gennemsigtige og ufarvede. Derfor, hvis du ser på en celle gennem et mikroskop, kan du ikke se andet end dens kanter. For at gøre visse cellestrukturer synlige blev der skabt kvanteprikker af forskellig størrelse, som kan holde sig til specifikke intracellulære strukturer.

De mindste, lysende grønt, blev limet til molekyler, der var i stand til at klæbe til mikrotubulierne, der udgør cellens indre skelet. Mellemstore kvanteprikker kan klæbe til membranerne i Golgi-apparatet, og de største kan klæbe til cellekernen. Cellen dyppes ned i en opløsning indeholdende alle disse kvanteprikker og holdes i den i nogen tid, de trænger ind i og klæber til, hvor de kan. Herefter skylles cellen i en opløsning, der ikke indeholder kvanteprikker og under et mikroskop. Cellulære strukturer blev tydeligt synlige.

Rød - kerne; grøn - mikrotubuli; gul – Golgi apparat.

Slide 21

Titandioxid, TiO2, er den mest almindelige titaniumforbindelse på jorden. Dens pulver har en blændende hvid farve og bruges derfor som farvestof ved fremstilling af maling, papir, tandpasta og plast. Årsagen er et meget højt brydningsindeks (n=2,7).

Titaniumoxid TiO2 har meget stærk katalytisk aktivitet - det fremskynder forekomsten af kemiske reaktioner. I nærvær af ultraviolet stråling spalter det vandmolekyler i frie radikaler - hydroxylgrupper OH- og superoxidanioner O2 - med så høj aktivitet, at organiske forbindelser nedbrydes til kuldioxid og vand.

Den katalytiske aktivitet øges med faldende partikelstørrelse, derfor bruges de til at rense vand, luft og forskellige overflader fra organiske forbindelser, som normalt er skadelige for mennesker.

Fotokatalysatorer kan indgå i betonen på motorveje, hvilket vil forbedre miljøet omkring veje. Derudover foreslås det at tilsætte pulver fra disse nanopartikler til bilbrændstof, hvilket også skal reducere indholdet af skadelige urenheder i udstødningsgasser.

En film af titaniumdioxid-nanopartikler påført glas er gennemsigtig og usynlig for øjet. Sådant glas er imidlertid, når det udsættes for sollys, i stand til at rense sig selv fra organiske forurenende stoffer og omdanne alt organisk snavs til kuldioxid og vand. Glas behandlet med titaniumoxid-nanopartikler er fri for fedtede pletter og er derfor godt fugtet af vand. Som et resultat dugger sådant glas mindre, da vanddråber straks spredes langs glassets overflade og danner en tynd gennemsigtig film.

Titaniumdioxid holder op med at virke i lukkede rum, fordi... Der er praktisk talt ingen ultraviolet lys i kunstigt lys. Forskere mener dog, at ved at ændre dens struktur lidt, vil det være muligt at gøre det følsomt over for den synlige del af solspektret. Baseret på sådanne nanopartikler vil det være muligt at lave en belægning til eksempelvis toiletter, hvorved indholdet af bakterier og andre organiske stoffer på toiletflader kan reduceres flere gange.

På grund af dets evne til at absorbere ultraviolet stråling, bruges titaniumdioxid allerede til fremstilling af solcremer, såsom cremer. Cremeproducenter er begyndt at bruge det i form af nanopartikler, som er så små, at de giver næsten absolut gennemsigtighed til solcremen.

Slide 22

Selvrensende nanogræs og "lotuseffekt"

Nanoteknologi gør det muligt at skabe en overflade, der ligner en massagemikrobørste. Sådan en overflade kaldes nanogræs, og den består af mange parallelle nanotråde (nanostave) af samme længde, placeret i lige stor afstand fra hinanden.

En dråbe vand, der falder på nanogræsset, kan ikke trænge ind mellem nanogræsset, da dette forhindres af væskens høje overfladespænding.

For at gøre nanogræsets befugtningsevne endnu mindre, er dets overflade dækket af et tyndt lag af en eller anden hydrofob polymer. Og så vil ikke kun vand, men også eventuelle partikler aldrig klæbe til nanogræsset, pga rør kun ved nogle få punkter. Derfor falder smudspartikler, der befinder sig på en overflade dækket med nanovilli, enten selv af den eller bliver båret væk af rullende vanddråber.

Selvrensningen af en flad overflade fra smudspartikler kaldes "lotuseffekten", fordi Lotus blomster og blade er rene, selv når vandet omkring er uklart og snavset. Dette sker på grund af det faktum, at bladene og blomsterne ikke fugtes af vand, så vanddråber ruller af dem som kugler af kviksølv, efterlader ingen spor og vasker alt snavs væk. Selv dråber af lim og honning kan ikke blive på overfladen af lotusbladene.

Det viste sig, at hele overfladen af lotusblade er tæt dækket af mikrobumser på omkring 10 mikrometer i højden, og selve bumserne er til gengæld dækket med endnu mindre mikrovilli. Forskning har vist, at alle disse mikrobumser og villi er lavet af voks, som er kendt for at have hydrofobe egenskaber, hvilket får overfladen af lotusblade til at ligne nanogræs. Det er den bumsede struktur på overfladen af lotusblade, der væsentligt reducerer deres befugtningsevne. Til sammenligning: den relativt glatte overflade af et magnoliablad, som ikke har evnen til selv at rense.

Nanoteknologi gør det således muligt at skabe selvrensende belægninger og materialer, der også har vandafvisende egenskaber. Materialer fremstillet af sådanne stoffer forbliver altid rene. Der produceres allerede selvrensende forruder, hvis ydre overflade er dækket af nanovilli. Der er ikke noget for vinduesviskere at gøre på sådanne glas. Der er permanent rene fælge til bilhjul til salg, som selvrenser ved hjælp af "lotus-effekten", og nu kan du male dit hus udvendigt med maling, som snavs ikke klæber til.

Fra polyester belagt med mange bittesmå siliciumfibre har schweiziske forskere formået at skabe et vandtæt materiale.

Slide 23

Nanotråde er ledninger med en diameter af størrelsesordenen en nanometer, lavet af et metal, halvleder eller dielektrikum. Længden af nanotråde kan ofte overstige deres diameter med 1000 gange eller mere. Derfor kaldes nanotråde ofte endimensionelle strukturer, og deres ekstremt lille diameter (ca. 100 atomstørrelser) gør det muligt at manifestere forskellige kvantemekaniske effekter. Nanotråde findes ikke i naturen.

De unikke elektriske og mekaniske egenskaber ved nanotråde skaber forudsætningerne for deres anvendelse i fremtidige nanoelektroniske og nanoelektromekaniske enheder, såvel som elementer af nye kompositmaterialer og biosensorer.

Slide 24

I modsætning til transistorer sker miniaturiseringen af batterier meget langsomt. Størrelsen af galvaniske batterier, reduceret til en effektenhed, er i løbet af de sidste 50 år kun faldet 15 gange, og transistorens størrelse er på samme tid faldet mere end 1000 gange og er nu omkring 100 nm. Det er kendt, at størrelsen af et autonomt elektronisk kredsløb ofte ikke bestemmes af dets elektroniske fyldning, men af størrelsen af strømkilden. Desuden, jo smartere enhedens elektronik er, jo større batteri kræver den. For yderligere miniaturisering af elektroniske enheder er det derfor nødvendigt at udvikle nye typer batterier. Og her hjælper nanoteknologi igen

I 2005 skabte Toshiba en prototype af et lithium-ion-batteri, hvis negative elektrode var belagt med lithium-titanat-nanokrystaller, som et resultat af, at elektrodearealet steg flere titusinder af gange. Det nye batteri er i stand til at opnå 80 % af sin kapacitet på kun et minuts opladning, mens konventionelle lithium-ion-batterier oplades med en hastighed på 2-3 % i minuttet og tager en time at oplade helt.

Ud over høj genopladningshastighed har batterier, der indeholder nanopartikelelektroder, en forlænget levetid: efter 1000 opladnings-/afladningscyklusser er kun 1% af dens kapacitet tabt, og den samlede levetid for nye batterier er mere end 5 tusinde cyklusser. Desuden kan disse batterier fungere ved temperaturer ned til -40°C, og de mister kun 20% af deres opladning mod 100% for typiske moderne batterier allerede ved -25°C.

Siden 2007 har batterier med elektroder lavet af ledende nanopartikler været tilgængelige til salg, som kan installeres i elektriske køretøjer. Disse lithium-ion-batterier er i stand til at lagre energi op til 35 kWh og oplades til maksimal kapacitet på kun 10 minutter. Nu er rækkevidden for en elbil med sådanne batterier 200 km, men den næste model af disse batterier er allerede blevet udviklet, hvilket gør det muligt at øge rækkevidden af en elbil til 400 km, hvilket næsten kan sammenlignes med den maksimale rækkevidde for benzinbiler (fra tankning til tankning).

Slide 25

For at et stof kan indgå i en kemisk reaktion med et andet, er visse betingelser nødvendige, og meget ofte er det ikke muligt at skabe sådanne betingelser. Derfor eksisterer et stort antal kemiske reaktioner kun på papiret. For at udføre dem er der brug for katalysatorer - stoffer, der letter reaktionen, men som ikke deltager i den.

Forskere har fundet ud af, at den indre overflade af kulstofnanorør også har stor katalytisk aktivitet. De mener, at når en "grafit"-plade af kulstofatomer rulles ind i et rør, bliver koncentrationen af elektroner på dens indre overflade mindre. Dette forklarer evnen af den indre overflade af nanorør til at svække f.eks. bindingen mellem oxygen- og kulstofatomerne i CO-molekylet og bliver en katalysator for oxidationen af CO til CO2.

For at kombinere den katalytiske evne af kulstofnanorør og overgangsmetaller blev nanopartikler fra dem introduceret inde i nanorørene (det viste sig, at dette nanokompleks af katalysatorer er i stand til at starte en reaktion, som man kun har drømt om - den direkte syntese af ethylalkohol fra syntese gas (en blanding af kulilte og brint) opnået fra naturgas, kul og endda biomasse.

Faktisk har menneskeheden altid forsøgt at eksperimentere med nanoteknologi uden selv at vide det. Vi lærte om dette i begyndelsen af vores bekendtskab, hørte begrebet nanoteknologi, lærte historien og navnene på de videnskabsmænd, der gjorde det muligt at tage et sådant kvalitativt spring i udviklingen af teknologi, stiftede bekendtskab med selve teknologierne og endda hørt historien om opdagelsen af fullerener fra opdageren, nobelprisvinderen Richard Smalley.

Teknologier bestemmer livskvaliteten for hver enkelt af os og magten i den stat, vi lever i.

Den videre udvikling af denne retning afhænger af dig.

Download abstrakt

Opsummerende lektion

Lektionens mål:

Sikre, at eleverne tilegner sig viden om det genetiske forhold mellem klasser af organiske forbindelser;

Udvikling af selvstændige tænkeevner;

Skabe betingelser for udvikling af kompetencer til selvstændigt og teamwork.

Lektionens mål:

Fortsætte med at udvikle elevernes evne til at anvende tidligere erhvervet viden;

Udvikling af logisk tænkning;

Udvikling af elevernes talekultur;

Udvikling af kognitiv interesse for faget.

Under undervisningen:

1. Introduktion.

2. Varm op.

3. Quiz: "Gæt stoffet."

4. Tegning af en genetisk kæde.

5. Hjemmearbejde.

Introduktion. Ved at kende kemien af funktionelle grupper, mulige måder at erstatte dem på og betingelserne for deres transformationer, kan man planlægge organisk syntese, der går fra relativt simple forbindelser til mere komplekse. I Carrolls berømte bog Alice in Wonderland spørger Alice Cheshire Cat: "Vær venlig at fortælle mig, hvor skal jeg tage hen?" Hvortil Cheshire Cat med rimelighed bemærker: "Det afhænger i høj grad af, hvor du vil hen." Hvordan kan denne dialog relateres til en genetisk sammenhæng? Vi vil forsøge, ved hjælp af viden om organiske forbindelsers kemiske egenskaber, at udføre transformationer fra de enkleste repræsentanter for alkaner til højmolekylære forbindelser.

I. Opvarmning.

1. Gennemgå klasserne af organiske forbindelser.

2. Hvad er strukturen af transformationsrækker?

3. Løsning af serier af transformationer:

1) CaC2 → C2H2 → C6H6 → C6H5Cl → C6H5OH → C6H2Br3OH

2) Al4C4 → CH4 → C2H2 → C6H6 → C6H5ONa → C6H5OCH3

3) hexan → benzen → chlorbenzen → toluen → 2.4.6-tribromtoluen

II. Quiz: "Gæt stoffet."

Opgave til eleverne: Identificer det pågældende stof og sig et par ord om dette stof. (Eleven skriver formlerne for stoffer ned på tavlen.)

1) Dette stof kaldes sumpgas, det er grundlaget for naturgas, et værdifuldt og tilgængeligt råmateriale til syntese af mange stoffer. (metan)

Lærerens tilføjelse: en interessant besked om, hvor metan kom til nytte. Det lykkedes specialister fra et af den amerikanske flådes forskningslaboratorier at udvikle en metode til fremstilling af kunstige diamanter. Metan blev tilført til en wolframplade opvarmet til 2500 C, hvorpå de resulterende krystaller satte sig.

2) Dette stof kaldes lysende gas. Denne gas blev oprindeligt primært brugt til belysning: gadelamper, teaterfodlys, camping og minearbejders lanterner. Ældre cykler havde karbidlygter. Vand strømmede ind i en beholder fyldt med calciumcarbid, og den resulterende gas strømmede gennem en speciel dyse ind i lampen, hvor den brændte med en lys flamme. (Acetylen)

3) Strukturen af dette stof tog 40 år at blive etableret, og løsningen kom, da en slange dukkede op i Kekules fantasi, der bed sin egen hale. (benzen)

4) Særlige forsøg har fastslået, at når indholdet af dette stof i luften er cirka 0,1 %, modner grøntsager og frugter hurtigere. Dette stof kaldes en plantevækstregulator. (ethylen)

Lærerens tilføjelse: Det viser sig, at ananas har brug for ethylen for at blomstre. På plantager afbrændes brændselsolie, og små mængder produceret ethylen er tilstrækkelige til at producere en afgrøde. Herhjemme kan du bruge en moden banan, som også frigiver ethylen. Forresten kan ethylen overføre information. Kudu-antiloper lever af akacieblade, som producerer tannin. Dette stof giver bladene en bitter smag, og i høje koncentrationer er det giftigt. Antiloper ved, hvordan man vælger blade med et lavt tanninindhold, men under ekstreme forhold spiser de noget og dør. Det viser sig, at de blade, der spises af antiloper, udsender ethylen, som tjener som et signal til nabo-akacier, og efter en halv time producerer deres blade intensivt tannin, hvilket fører til antilopernes død.

5) Druesukker. (Glucose.)

6) Vinalkohol. (ethanol)

7) Fedtet væske. Som blev opnået fra Tolu balsam. (Toluen)

8) Når der er fare, frigiver myrer netop dette stof. (Myresyre)

9) Et eksplosivt stof, der har flere navne: tol, TNT. TNT. Typisk producerer 1 g sprængstof omkring 1 liter gasser, hvilket svarer til en tusindfold stigning i volumen. Virkningsmekanismen for ethvert eksplosivt stof er den øjeblikkelige dannelse af et stort volumen gas fra et lille volumen væske eller fast stof. Trykket af de ekspanderende gasser er eksplosionens ødelæggende kraft. (Trinitrotoluen)

III. Tegning af en genetisk kæde.

Arbejde i grupper. Klassen er opdelt i grupper á 4 personer.

Opgave til grupper: Lav en række transformationer ved at bruge så mange stoffer som muligt, der er gættet i quizzen. Opgaven udbydes i en periode. Efter afslutning kontrolleres opgaven ved tavlen.

I slutningen af lektionen skal du vurdere elevernes svar.

Lad os overveje den genetiske serie af organiske stoffer, som omfatter det største antal klasser af forbindelser:

Hvert tal over pilen svarer til en specifik reaktionsligning (den omvendte reaktionsligning er angivet med et tal med et primtal):

IV. Hjemmearbejde: Opret en genetisk serie af transformationer, der omfatter mindst fem klasser af organiske forbindelser.

Alice (i Eventyrland til Cheshire-katten): - Sig mig, hvor skal jeg tage hen herfra? Alice (i Eventyrland til Cheshire-katten): - Sig mig, hvor skal jeg tage hen herfra? Cheshire kat: – Det kommer an på, hvor du vil hen? Cheshire kat: – Det kommer an på, hvor du vil hen? 2

Syntesestrategi “Jeg vil lovsynge skabelsen af molekyler - kemisk syntese... ...jeg er dybt overbevist om, at det er en kunst. Og samtidig er syntese logik.” Roald Hoffman (Nobelprisen i kemi 1981) Udvælgelse af udgangsmaterialer Konstruktion af molekylets kulstofrygrad Introduktion, fjernelse eller udskiftning af en funktionel gruppe Beskyttelse af gruppen Stereoselektivitet 5

CO + H 2 Ru, 1000 atm, C ThO 2, 600 atm, C Cr 2 O 3, 30 atm, C Fe, 2000 atm, C ZnO, Cr 2 O 3, 250 atm, C PARAFFINS ISOPARAFFINER TOLUEN, XYLENER HØJERE ALKOHOLER CH3OH 6

С n H 2n+2 Skema for dannelse af σ-bindinger i et metanmolekyle Modeller af metanmolekyler: kugle-og-stik (venstre) og skala (højre) CH4CH4CH4CH4 Tetraedrisk struktur sp 3 -hybridisering af σ-bindinger homolytisk spaltning af X: Y-binding homolytisk spaltning af bindingen Radikale substitutionsreaktioner (SR) substitution (S R)ForbrændingDehydrogenering S – eng. substitution - udskiftning Reaktivitetsprognose 7

CH 3 Cl – METHYL CHLORID CH 4 METHAN C – SOD C 2 H 2 – ACETYLEN CH 2 Cl 2 – DICHLOROMETHAN CHCl 3 – TRICHLORMETHAN CCl 4 – TETRACHLOROMETHAN H 2 – BRINTSYNTESE 2 SYN GAS CO2 + , hγ Klorering C pyrolyse H 2 O, Ni, C Omdannelse af O 2, Oxidation CH 3 OH – METHANOL HCHO – METHANAL opløsningsmidler Benzen СHFCl 2 freon HCOOH - myresyre Syntetisk benzin SYNTESE BASEREDE PÅ METAN 8 C Cl 3 NO . NO 2 chloropicrin CH 3 NH 2 methylamin HNO 3, C Nitrering

С n H 2n Skema for dannelse af σ-bindinger med deltagelse af sp 2 -hybridskyer af carbonatomet Skema for dannelse af π-bindinger med deltagelse af p-skyer af carbonatomet Model for ethylenmolekylet Elektrofil additionsreaktioner (A E) Polymerisation Polymerisation Oxidation Oxidation Forbrænding Fladt molekyle (120 0) sp 2 – hybridisering af σ– og σ– og π– bindinger Eb (C = C) = 611 kJ/mol Eb (C – C) = 348 kJ/ mol A – eng. tilføjelse – tiltrædelse Reaktivitetsprognose 9

C 2 H 4 Ethylen Polymerisation H 2 O, H + Hydration Cl 2 Klorering Oxidation ETHYL ALKOHOL MED 2 H 5 OH ETHYL ALKOHID MED 2 H 5 OH SYNTESE BASEREDE PÅ ETHYLENDICHLOROETHANALETHYLENETHYLEN 2, Ag K MnO4,H 2 O O 2, PdCl 2, CuCl 2 HDPE HDPE MED MPa 80 0 C, 0,3 MPa, Al(C 2 H 5) 3, TiCl 4 SKD LDPE LDPE Butadien-1,3 (divinyl) Eddikesyre Dioxan Eddikesyre 10

С n H 2n-2 Skema for dannelse af σ-bindinger og π-bindinger med deltagelse af sp-hybride skyer af carbonatomet Modeller af acetylenmolekylets elektrofile additionsreaktioner (A E) oxidation oxidation di-, tri- og tetramerisering di -, tri- og tetramerisering forbrændingsreaktioner, der involverer det "sure" hydrogenatom Lineær struktur (180 0) (cylindrisk fordeling af elektrontæthed) sp – hybridisering af σ– og 2 σ – og 2π – bindinger Reaktivitetsprognose 11

C2H2C2H2 HCl, Hg 2+ H 2 O, Hg 2+ Kucherov-reaktion C act, C-trimerisering SYNTESE BASEREDE PÅ ACETYLEN ACETALDEHYD ACETALDEHYD CuCl 2, HCl, NH 4 Cl dimerisering ROH Eddikesyre BENZEN SKORREN SKINYL KLORNYL KLORNYL, VINYL, VINYL ethere Polyvinyl chlorid VINYL CHLORID HCN, СuCl, HCl, 80 0 C ACRYLONITRIL Fibre 12

Skema for dannelse af π-bindinger i et benzenmolekyle Delokalisering af elektrondensitet i et benzenmolekyle Skema for dannelse af σ-bindinger i et benzenmolekyle med deltagelse af sp 2 - hybridorbitaler af carbonatomer C n H 2n-6 Reaktivitetsforudsigelse Fladt molekyle sp 2 - hybridisering af σ- og σ – og π – bindinger Aromatisk struktur Elektrofile substitutionsreaktioner (S E) Radikale additionsreaktioner (AR) Radikale additionsreaktioner (AR) Forbrænding 14 M. Faraday (1791–1867) Engelsk fysiker og kemiker. Grundlægger af elektrokemi. Opdaget benzen; var den første til at opnå klor, hydrogensulfid, ammoniak og nitrogenoxid (IV) i flydende form.

BENZEN H 2 /Pt, C hydrogenering SYNTESE BASEREDE PÅ BENZEN NITROBENZEN NITROBENZEN Cl 2, FeCl 3 chlorering HNO 3, H 2 SO 4 (koncentreret) nitrering CH 3 Cl, AlCl 3 alkylering CHLOROBENZEN Anilin TOLUEN-6EN TOLUEN-2EN trinitrotoluen STYREN STYREN Polystyren 1. CH 3 CH 2 Cl, AlCl 3 Alkylering 2. – H 2, Ni-dehydrogenering CH 2 =CH-CH 3, AlCl 3 alkylering CUMEN (ISOPROPYLBENZEN) CUMEN (ISOPROPYLBENZEN) CYCLOHEN HEXLOHEXANEN CYKLOHEN HEXLOHEN CYKLOHEN HEXLOHEN CYKLOS. E 15

SYNTESE BASEREDE PÅ METHANOL CH 3 OH VINYL METHYLETHER VINYL METHYLETHER DIMETHYLANILIN C 6 H 5 N(CH 3) 2 DIMETHYL ANIlin C 6 H 5 N(CH 3) 2 DIMETHYLETHER CH 3 ETHER CH 3 – DIOMETHER O–CH 3 METHYLAMIN CH 3 NH 2 METHYLAMIN CH 3 NH 2 VINYL ACETAT METHYL CHLORID CH 3 Cl METHYL CHLORID CH 3 Cl FORMALDEHYD CuO, t HCl NH 3 METHYL THIOL CH 3 H SH METHY S 6, T SH 6 H5NH2 + CO16H+, t

SYNTESE BASEREDE PÅ FORMALDEHYD METHANOL CH 3 OH METHANOL CH 3 OH PARAFORM PHENOLFORMALDEHYD HARPIKS PHENOLFORMALDEHYD HARPIKS PHENOLFORMALDEHYD HARPIKS TRIOXAN PRIMÆRE ALKOHOLER UREA HARPIKS UREA HARPIKS UROTROPIN (HEXTROPIN (HEXTROMETHER) (HEXTROPIN (HEXTROPIN) IC ACID MYRESYRE Hexogen [O] [H] 1861 A.M. Butlerov 18

CxHyOzCxHyOz Genetisk forhold mellem oxygenholdige organiske forbindelser ALDEHYDER ALDEHYDER CARBOXYLSYRER CARBOXYLSYRER KETONER KETONER ESTERE ESTERE ESTERE ALKOHOL hydrolyse dehydrering hydrogenering oxidation, dehydrogenering esterificering H, esterificering oxidation

C n H 2n+2 C n H 2n Cykloalkaner Alkener C n H 2n-2 Alkyner Alkadiener C n H 2n-6 Arener, benzen

C n H 2n+2 C n H 2n Cykloalkaner Alkener C n H 2n-2 Alkyner Alkadiener Primære Sekundære Tertiære C n H 2n-6 Arener, benzen 12 C n H 2n Cykloalkaner Alkener C n H 2n-2 Alkyner Alkadiener

C n H 2n+2 C n H 2n Cykloalkaner Alkener C n H 2n-2 Alkyner Alkadiener Primære Sekundære Tertiære C n H 2n-6 Arener, benzen Polyethylen Polypropylen 12 C n H 2n Cykloalkaner Alkener C n H 2n-2 Al Rubbers Alkadiener Katalysator Ziegler – Natta (1963) 25

C n H 2n+2 C n H 2n Cykloalkaner Alkener C n H 2n-2 Alkyner Alkadiener Primære Sekundære Tertiære C n H 2n-6 Arener, benzen Polyethylen Polypropylengummi Fedtstoffer Phenol-formaldehydharpikser 12 C n H 2n Cykloner H 2n Cykloner 2n- 2 AlkynerAlkadiener

C n H 2n+2 C n H 2n Cykloalkaner Alkener C n H 2n-2 Alkyner Alkadiener Primære Sekundære Tertiære C n H 2n-6 Arener, benzen Polyethylen Polypropylen Gummi Fedtstoffer Syntetiske farvestoffer Phenol-formaldehyd harpikser 12n C n H Cycloal n H 2n-2 Alkyner Alkadienes

Anvendelse af anilin ANILINE N.N. Zinin (1812 - 1880) Medicinske stoffer Farvestoffer Sprængstoffer Streptocide Norsulfazol Phthalazol Fremstilling af anilin - Zinin reaktion Tetryl Anilin gul Nitrobenzen p-Aminobenzoesyre (PABA) Indigo sulfanilsyre Paracetamol 28

C n H 2n+2 C n H 2n Cykloalkaner Alkener C n H 2n-2 Alkyner Alkadiener Primære Sekundære Tertiære C n H 2n-6 Arener, benzen Polyethylen Polypropylengummi Fedtstoffer Syntetiske farvestoffer Phenol-formaldehydharpikser Proteiner 12 C Cykener C n H 2n-2 Alkyner Alkadiener