Podstawy budowy związków organicznych. Teoria budowy związków organicznych. Teoria struktury związków chemicznych A. M. Butlerowa – Hipermarket Wiedzy

1. Podstawowe zasady teorii budowy chemicznej A.M. Butlerow

1. Atomy w cząsteczkach są połączone ze sobą w określonej kolejności, zgodnie z ich wartościowościami. Sekwencja wiązań międzyatomowych w cząsteczce nazywana jest jej strukturą chemiczną i jest odzwierciedlona przez jeden wzór strukturalny (wzór struktury).

2. Budowę chemiczną można określić metodami chemicznymi. (Obecnie stosowane są również nowoczesne metody fizyczne).

3. Właściwości substancji zależą od ich budowy chemicznej.

4. Na podstawie właściwości danej substancji można określić strukturę jej cząsteczki, a na podstawie struktury cząsteczki można przewidzieć jej właściwości.

5. Atomy i grupy atomów w cząsteczce oddziałują na siebie wzajemnie.

Cząsteczka związku organicznego to zbiór atomów połączonych w określonej kolejności, zwykle wiązaniami kowalencyjnymi. W tym przypadku związane atomy mogą różnić się elektroujemnością. Wartości elektroujemności w dużej mierze determinują tak ważne cechy wiązania, jak polarność i siła (energia tworzenia). Z kolei polarność i siła wiązań w cząsteczce w dużej mierze determinują zdolność cząsteczki do wchodzenia w określone reakcje chemiczne.

Elektroujemność atomu węgla zależy od jego stanu hybrydyzacji. Wynika to z ułamka orbitalu s w orbicie hybrydowym: jest on mniejszy dla sp3 i większy dla atomów hybrydowych sp2 i sp.

Wszystkie atomy tworzące cząsteczkę są ze sobą połączone i na siebie wpływają. Wpływ ten przekazywany jest głównie poprzez układ wiązań kowalencyjnych, wykorzystujący tzw. efekty elektroniczne.

Efekty elektroniczne nazywane są przesunięciami gęstości elektronów w cząsteczce pod wpływem podstawników.

Atomy połączone wiązaniem polarnym niosą cząstkowe ładunki, oznaczone grecką literą delta (d). Atom, który „ciągnie” gęstość elektronową wiązania s w swoim kierunku, nabywa ładunek ujemny D-. Rozważając parę atomów połączonych wiązaniem kowalencyjnym, atom bardziej elektroujemny nazywany jest akceptorem elektronów. Jego partner w wiązaniu s będzie zatem miał deficyt gęstości elektronów o równej wielkości, tj. częściowy ładunek dodatni d+ będzie nazywany donorem elektronów.

Przesunięcie gęstości elektronów wzdłuż łańcucha wiązań S nazywa się efektem indukcyjnym i oznacza się I.

2. Izomeria- istnienie związków (głównie organicznych), identycznych pod względem składu pierwiastkowego i masy cząsteczkowej, ale różniących się właściwościami fizycznymi i chemicznymi. Takie związki nazywane są izomerami.

Izomeria strukturalna- wynik różnic w budowie chemicznej. Ten typ obejmuje:

Izomeria szkieletu węglowego wynikająca z różnej kolejności wiązania atomów węgla. Najprostszy przykład- butan CH3-CH2-CH2-CH3 i izobutan (CH3)3CH. Inne przykłady: antracen i fenantren (odpowiednio wzory I i II), cyklobutan i metylocyklopropan (III i IV).

Izomeria walencyjna - specjalny rodzaj izomeria strukturalna, w której izomery można przekształcać w siebie jedynie poprzez redystrybucję wiązań. Na przykład izomerami walencyjnymi benzenu (V) są bicykloheksa-2,5-dien (VI, „benzen Dewara”), pryzman (VII, „benzen Ladenburga”) i benzwalen (VIII).

Izomeria grup funkcyjnych - różni się charakterem grupy funkcyjnej; na przykład etanol (CH3-CH2-OH) i eter dimetylowy (CH3-O-CH3).

Izomeria pozycji- Rodzaj izomerii strukturalnej, charakteryzujący się różnicą w położeniu identycznych grup funkcyjnych lub wiązań podwójnych przy tym samym szkielecie węglowym. Przykład: kwas 2-chlorobutanowy i kwas 4-chlorobutanowy.

Enancjomery (izomery optyczne, izomery lustrzane) to pary antypodów optycznych - substancje charakteryzujące się przeciwnymi znakami i równymi co do wielkości obrotami płaszczyzny polaryzacji światła z identycznością wszystkich innych właściwości fizycznych i chemicznych (z wyjątkiem reakcji z innymi optycznie czynnymi substancje i właściwości fizyczne w środowisku chiralnym). Koniecznym i wystarczającym powodem pojawienia się antypodów optycznych jest to, że cząsteczka należy do jednej z następujących grup symetrii punktowej: Cn, Dn, T, O lub I (chiralność). Najczęściej mówimy o asymetrycznym atomie węgla, czyli atomie połączonym z czterema różnymi podstawnikami.

3. sp³-hybrydyzacja - Występuje, gdy orbitale jeden s i trzy p są zmieszane. Pojawiają się cztery identyczne orbitale, umieszczone względem siebie pod kątami czworościennymi 109° 28' (109,47°), długość 0,154 nm.

Dla atomu węgla i innych pierwiastków drugiego okresu proces ten przebiega według następującego schematu:

2s + 2px + 2py + 2pz = 4 (2sp3)

Alkany(węglowodory nasycone, parafiny, związki alifatyczne) - węglowodory acykliczne o budowie liniowej lub rozgałęzionej, zawierające jedynie wiązania proste i tworzące szereg homologiczny o wzorze ogólnym CnH2n+2 .Budowa chemiczna alkinu(kolejność łączenia atomów w cząsteczkach) najprostszych alkanów - metanu, etanu i propanu - pokazują ich wzory strukturalne podane w rozdziale 2. Z tych wzorów jasno wynika, że ​​w alkanach występują dwa rodzaje wiązań chemicznych:

S-S i S-N. Komunikacja SS jest kowalencyjny niepolarny. Połączenie S-N- kowalencyjny słabo polarny, ponieważ węgiel i wodór mają zbliżoną elektroujemność

Orbital p nie biorący udziału w hybrydyzacji, położony prostopadle do płaszczyzny wiązania σ, służy do tworzenia wiązań π z innymi atomami. Ta geometria węgla jest charakterystyczna dla grafitu, fenolu itp.

Kąt wiązania- kąt utworzony przez kierunki wiązań chemicznych pochodzących z jednego atomu. Znajomość kątów wiązań jest konieczna do określenia geometrii cząsteczek. Kąty wiązań zależą zarówno od indywidualnych cech przyłączonych atomów, jak i od hybrydyzacji orbitali atomowych atomu centralnego. W przypadku prostych cząsteczek kąt wiązania, podobnie jak inne parametry geometryczne cząsteczki, można obliczyć metodami chemii kwantowej. Wyznacza się je eksperymentalnie na podstawie wartości momentów bezwładności cząsteczek uzyskanych poprzez analizę ich widm rotacyjnych (patrz Spektroskopia w podczerwieni, Widma molekularne, Spektroskopia mikrofalowa). Kąt wiązania złożonych cząsteczek wyznacza się metodami dyfrakcyjnej analizy strukturalnej.

4. sp2-hybrydyzacja (płasko-trójkątna) Orbitale jeden s i dwa p mieszają się, tworząc trzy równoważne orbitale hybrydowe sp2 umieszczone w tej samej płaszczyźnie pod kątem 120° (zaznaczone na niebiesko). Mogą tworzyć trzy wiązania σ. Trzeci orbital p pozostaje niezhybrydyzowany i jest zorientowany prostopadle do płaszczyzny położenia orbitali hybrydowych. To p-AO bierze udział w tworzeniu wiązania π . Dla pierwiastków II okresu proces hybrydyzacji sp2 przebiega według następującego schematu:

2s + 2px + 2py = 3 (2sp2)

Drugi stan wartościowości atomu węgla. Istnieją substancje organiczne, w których atom węgla jest związany nie z czterema, ale z trzema sąsiednimi atomami, pozostając jednocześnie czterowartościowym

5. sp-hybrydyzacja (liniowa) Mieszają się orbitale jednego s i jednego p, tworząc dwa równe orbitale sp umieszczone pod kątem 180, tj. na jednej osi. Hybrydowe orbitale sp biorą udział w tworzeniu dwóch wiązań σ. Obydwa orbitale p nie są zhybrydyzowane i znajdują się w wzajemnie prostopadłych płaszczyznach. -Orbitale tworzą w związkach dwa wiązania π.

Dla elementów drugiego okresu hybrydyzacja sp przebiega według następującego schematu:

2s + 2px= 2 (2sp)

2py- i 2pz-AO nie ulegają zmianie.

Acetylen— węglowodór nienasycony C2H2. Ma potrójne wiązanie między atomami węgla, należy do klasy alkinów

Atomy węgla w acetylenie są hybrydyzowane sp. Są połączone jednym lub dwoma wiązaniami, max. których gęstości znajdują się w dwóch wzajemnie prostopadłych obszarach, tworząc cylindryczny. chmura gęstości elektronowej; poza nim znajdują się atomy H.

METYLOACETYLEN(propyn, allilen) CH3C=CH. Według chemii Święty M. jest typowym przedstawicielem węglowodorów acetylenowych. Łatwo wchodzi w elektrof., nukleof. i rodnik, na przykład, przy wiązaniu potrójnym. podczas interakcji z metanolem tworzy eter metylowo-izopropenylowy.

6. Rodzaje komunikacji - Wiązanie metaliczne, wiązanie kowalencyjne, wiązanie jonowe, wiązanie wodorowe

Wiązanie jonowe- silne wiązanie chemiczne powstające pomiędzy atomami o dużej różnicy elektroujemności, w którym wspólna para elektronów zostaje całkowicie przeniesiona na atom o wyższej elektroujemności. Przykładem jest związek CsF, w którym „stopień jonowości” wynosi 97%.

skrajny przypadek polaryzacji polarnego wiązania kowalencyjnego. Powstał pomiędzy typowym metalem i niemetalem. W tym przypadku elektrony z metalu są całkowicie przenoszone na niemetal. Tworzą się jony.

Jeśli pomiędzy atomami, które mają bardzo dużą różnicę elektroujemności (EO > 1,7 według Paulinga) powstaje wiązanie chemiczne, wówczas wspólna para elektronów zostaje całkowicie przeniesiona do atomu o wyższym EO. W wyniku tego powstaje związek z przeciwnie naładowanych jonów.

Wiązanie kowalencyjne(wiązanie atomowe, wiązanie homeopolarne) – wiązanie chemiczne utworzone przez nakładanie się (wspólność) pary chmur elektronów walencyjnych. Chmury elektronów (elektrony), które zapewniają komunikację, nazywane są wspólną parą elektronów.

Proste wiązanie kowalencyjne powstaje z dwóch niesparowanych elektronów walencyjnych, po jednym z każdego atomu:

W wyniku socjalizacji elektrony tworzą wypełniony poziom energetyczny. Wiązanie powstaje, jeśli ich całkowita energia na tym poziomie jest mniejsza niż w stanie początkowym (a różnica energii będzie niczym więcej niż energią wiązania).

Wypełnianie elektronami orbitali atomowych (na krawędziach) i molekularnych (w środku) w cząsteczce H2. Oś pionowa odpowiada poziomowi energii, elektrony są oznaczone strzałkami odzwierciedlającymi ich spiny.

Zgodnie z teorią orbitali molekularnych nakładanie się dwóch orbitali atomowych prowadzi w najprostszym przypadku do powstania dwóch orbitali molekularnych (MO): MO wiążącego i MO antywiążącego (antywiążącego). Wspólne elektrony znajdują się w wiązaniu MO o niższej energii.

7. Alkany- węglowodory acykliczne o budowie liniowej lub rozgałęzionej, zawierające jedynie wiązania proste i tworzące szereg homologiczny o wzorze ogólnym CnH2n+2.

Alkany są węglowodorami nasyconymi i zawierają maksymalną możliwą liczbę atomów wodoru. Każdy atom węgla w cząsteczkach alkanu znajduje się w stanie sp3-hybrydyzacji - wszystkie 4 orbitale hybrydowe atomu C mają jednakowy kształt i energię, 4 chmury elektronów są skierowane do wierzchołków czworościanu pod kątem 109°28”. do wiązań pojedynczych pomiędzy atomami C, swobodny obrót wokół wiązania węgla.Rodzaj wiązania węgla to wiązanie σ, wiązania są niskopolarne i słabo polaryzowalne.Długość wiązania węglowego wynosi 0,154 nm.

Izomeria węglowodorów nasyconych wynika z najprostszego rodzaju izomerii strukturalnej - izomerii szkieletu węglowego. Homologiczny różnica - -CH2-. Alkany zawierające więcej niż trzy atomy węgla mają izomery. Liczba tych izomerów wzrasta w ogromnym tempie wraz ze wzrostem liczby atomów węgla. Dla alkanów o n = 1...12 liczba izomerów wynosi 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.

Nazewnictwo - Racjonalny. Wybiera się jeden z atomów łańcucha węglowego, uważa się go za podstawiony metanem i od niego wywodzi się nazwa alkil1alkil2alkil3alkil4metan

Paragon. Redukcja halogenowanych alkanów. Redukcja alkoholi. Redukcja związków karbonylowych. Uwodornienie węglowodorów nienasyconych. Synteza Kolbego. Zgazowanie paliw stałych. Reakcja Wurtza. Synteza Fischera-Tropscha.

8. Alkany mają niską aktywność chemiczną. Wyjaśnia to fakt, że pojedyncze wiązania C-H i CC są stosunkowo mocne i trudne do złamania.

Radykalne reakcje podstawienia.

Halogenowanie alkanów przebiega poprzez radykalny mechanizm. Aby zapoczątkować reakcję, mieszaninę alkanu i halogenu należy naświetlić światłem UV lub ogrzać. Chlorowanie metanu nie kończy się na etapie otrzymywania chlorku metylu (jeśli przyjąć równomolowe ilości chloru i metanu), ale prowadzi do powstania wszystkich możliwych produktów podstawienia, od chlorku metylu do czterochlorku węgla.

Azotowanie (reakcja Konovalova)

Alkany reagują z 10% roztworem kwasu azotowego lub tlenku azotu N2O4 w fazie gazowej tworząc nitropochodne:

RH + HNO3 = RNO2 + H2O

Wszystkie dostępne dane wskazują na mechanizm wolnorodnikowy. W wyniku reakcji powstają mieszaniny produktów.

Reakcje utleniania. Spalanie

Główną właściwością chemiczną węglowodorów nasyconych, która decyduje o ich zastosowaniu jako paliwa, jest reakcja spalania. Przykład: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

W przypadku braku tlenu zamiast niego wytwarzany jest dwutlenek węgla tlenek węgla lub węgiel (w zależności od stężenia tlenu).

Ogólnie równanie reakcji spalania dowolnego węglowodoru, CxHy, można zapisać w następujący sposób: CxHy + (x + 0,5y)O2 → xCO2 + 0,5yH2O

Utlenianie katalityczne

Mogą tworzyć się alkohole, aldehydy i kwasy karboksylowe.

Przemiany termiczne alkanów. Rozkład

Reakcje rozkładu zachodzą dopiero pod wpływem wysokich temperatur. Wzrost temperatury prowadzi do zerwania wiązań węglowych i powstania wolnych rodników.

Przykłady: CH4 → C + 2H2 (t > 1000°C); C2H6 → 2C + 3H2

Pękanie

Po podgrzaniu powyżej 500°C alkany ulegają rozkładowi pirolitycznemu, tworząc złożoną mieszaninę produktów, których skład i stosunek zależą od temperatury i czasu reakcji.

Odwodornienie

Tworzenie alkenów i wydzielanie wodoru

Warunki przepływu: 400 - 600 °C, katalizatory - Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3;C2H6 → C2H4 + H2

Izomeryzacja - Pod wpływem katalizatora (na przykład AlCl3) zachodzi izomeryzacja alkanu, na przykład:

butan (C4H10) oddziałujący z chlorkiem glinu (AlCl3) przekształca się z n-butanu do 2-metylopropanu.

Konwersja metanu

CH4 + H2O → CO + H2 - Katalizator Ni („CO + H2” „gaz syntezowy”)

Alkany nie oddziałują z nadmanganianem potasu (KMnO4) i wodą bromową (Br2).

9.Alkeny(inaczej olefiny lub węglowodory etylenowe) to acykliczne nienasycone węglowodory zawierające jedno podwójne wiązanie pomiędzy atomami węgla, tworzące szereg homologiczny o ogólnym wzorze CnH2n. Atomy węgla przy wiązaniu podwójnym są w stanie hybrydyzacji sp² i mają kąt wiązania 120°. Najprostszym alkenem jest eten (C2H4). Zgodnie z nomenklaturą IUPAC nazwy alkenów powstają z nazw odpowiednich alkanów poprzez zastąpienie przyrostka „-ane” słowem „-ene”; Położenie wiązania podwójnego jest oznaczone cyfrą arabską.

Alkeny posiadające więcej niż trzy atomy węgla mają izomery. Alkeny charakteryzują się izomerią szkieletu węglowego, pozycjami wiązań podwójnych, międzyklasowymi i przestrzennymi. eten (etylen) C2H4, propen C3H6, buten C4H8, penten C5H10, heksen C6H12,

Metody otrzymywania alkenów - Główną przemysłową metodą produkcji alkenów jest katalityczny i wysokotemperaturowy kraking węglowodorów ropy naftowej i gazu ziemnego. Aby wytworzyć niższe alkeny, stosuje się również reakcję odwodnienia odpowiednich alkoholi.

W praktyce laboratoryjnej zwykle stosuje się metodę odwodnienia alkoholi w obecności mocnych kwasów mineralnych, dehydrohalogenację i dehalogenację odpowiednich pochodnych halogenowych; syntezy Hoffmanna, Chugaeva, Wittiga i Cope'a.

10. Właściwości chemiczne alkenów Alkeny są chemicznie aktywne. O ich właściwościach chemicznych w dużej mierze decyduje obecność wiązania podwójnego. Najczęstszymi reakcjami alkenów są reakcje addycji elektrofilowej i reakcji addycji rodnikowej. Reakcje addycji nukleofilowej zwykle wymagają obecności silnego nukleofila i nie są typowe dla alkenów.

Alkeny charakteryzują się również reakcjami cykloaddycji i metatezy.

Alkeny łatwo ulegają reakcjom utleniania, ulegają uwodornieniu pod wpływem silnych środków redukujących lub wodoru pod działaniem katalizatorów do alkanów, a także mają zdolność podstawienia rodników allilowych.

Reakcje addycji elektrofilowej. W tych reakcjach atakującą cząstką jest elektrofil Główny artykuł: Reakcje addycji elektrofilowej

Halogenowanie alkenów zachodząca pod nieobecność rodnikowych inicjatorów reakcji, jest typową reakcją addycji elektrofilowej. Prowadzi się ją w środowisku niepolarnych, obojętnych rozpuszczalników (np. CCl4):

Reakcja halogenowania jest stereospecyficzna – addycja zachodzi po przeciwnych stronach w stosunku do płaszczyzny cząsteczki alkenu

Hydrohalogenacja. Elektrofilowa addycja halogenowodorów do alkenów zachodzi zgodnie z regułą Markownikowa:

Hydroborowanie. Dodatek zachodzi wieloetapowo z utworzeniem pośredniego cyklicznego aktywowanego kompleksu, a dodatek boru następuje wbrew zasadzie Markownikowa – do najbardziej uwodornionego atomu węgla

Uwodnienie. Dodanie wody do alkenów następuje w obecności kwasu siarkowego

Alkilowanie. Dodatek alkanów do alkenów w obecności katalizatora kwasowego (HF lub H2SO4) w temp niskie temperatury powoduje powstanie węglowodoru o wyższej masie cząsteczkowej i jest często stosowany w przemyśle

11. Alkiny(inaczej węglowodory acetylenowe) to węglowodory zawierające potrójne wiązanie pomiędzy atomami węgla, o ogólnym wzorze CnH2n-2. Atomy węgla przy potrójnym wiązaniu znajdują się w stanie hybrydyzacji sp.

Alkiny charakteryzują się reakcjami addycji. W przeciwieństwie do alkenów, które podlegają reakcjom addycji elektrofilowej, alkiny mogą również ulegać reakcjom addycji nukleofilowej. Wynika to ze znacznego charakteru s wiązania i w konsekwencji zwiększonej elektroujemności atomu węgla. Ponadto duża ruchliwość atomu wodoru przy wiązaniu potrójnym determinuje właściwości kwasowe alkinów w reakcjach podstawienia.

Główny przemysłowy sposób uzyskania acetylen to elektro- lub termiczny kraking metanu, piroliza gazu ziemnego i metoda węglikowa

12. WĘGLOWODANY DENOWE(dieny), nienasycone węglowodory z dwoma podwójnymi wiązaniami. Alifaticz. dieny СnН2n_2 zwane alkadieny, alicykliczne СnН2n_4 - cykloalkadieny. W artykule omówiono węglowodory dienowe posiadające sprzężone wiązania podwójne [sprzężone dieny; patrz tabela]. Dieny z izolowanymi wiązaniami podwójnymi zgodnie z chemią. Przede wszystkim święty dla ciebie nie różni się niczym od olefin. O połączeniu ze skumulowanymi wiązaniami podwójnymi, patrz Allens. W węglowodorach dienowych wszystkie cztery atomy węgla układu sprzężonego mają hybrydyzację sp2 i leżą w tej samej płaszczyźnie. Cztery p-elektrony (po jednym z każdego atomu węgla) łączą się, tworząc cztery orbitale p-molekularne (dwa wiązania - zajęte i dwa antywiązania - wolne), z których tylko najniższy jest zdelokalizowany na wszystkich atomach węgla. Częściowa delokalizacja p-elektronów powoduje efekt koniugacji, objawiający się spadkiem energii układu (o 13-17 kJ/mol w porównaniu do układu izolowanych wiązań podwójnych), wyrównywaniem odległości międzyatomowych: wiązania podwójne są nieco dłuższe ( 0,135 nm), a wiązania pojedyncze są krótsze (0,146 nm) niż w cząsteczkach bez koniugacji (odpowiednio 0,133 i 0,154 nm), zwiększona polaryzowalność, podniesienie refrakcji molekularnej itp. fizyczne. efekty. Węglowodory dienowe występują w dwóch konformacjach, które przekształcają się w siebie, przy czym forma s-trans jest bardziej stabilna

13. Alkohole są związkami zawierającymi jedną lub więcej grup hydroksylowych. Według ich liczby alkohole dzielą się na jednowodorotlenowe, dwuatomowe, trójatomowe itp. Długości i kąty wiązań w alkoholu metylowym.

W przypadku alkoholi istnieje kilka sposobów nadawania im nazw. We współczesnej nomenklaturze IUPAC do nazwy węglowodoru w nazwie alkoholu dodaje się końcówkę „ol”. Najdłuższy łańcuch zawierający grupę funkcyjną OH numeruje się od końca, do którego najbliższa jest grupa hydroksylowa, a podstawniki są oznaczone przedrostkiem.

Paragon. Hydratacja alkenów. Kiedy alkeny reagują z rozcieńczonymi wodnymi roztworami kwasów, głównym produktem jest alkohol.

Hydroksymerkuracja-demerkuracja alkenów. Reakcji tej nie towarzyszą przegrupowania i prowadzą do powstania poszczególnych alkoholi. Kierunek reakcji odpowiada regule Markownikowa, reakcję prowadzi się w łagodnych warunkach z wydajnością zbliżoną do ilościowej.

Hydroborowanie alkenów i późniejsze utlenianie borany z roztworem nadtlenku wodoru w środowisku zasadowym ostatecznie prowadzą do anty-Markownikowskiego produktu dodania wody do wiązania podwójnego.

Redukcja aldehydów i ketonów za pomocą wodorku litowo-glinowego lub borowodorku sodu

LiAlH4 i NaBH4 redukują aldehydy do alkoholi pierwszorzędowych i ketony do alkoholi drugorzędowych, a borowodorek sodu jest preferowany ze względu na większe bezpieczeństwo stosowania: można go nawet stosować w roztworach wodnych i roztwory alkoholowe. Wodorek litowo-glinowy reaguje wybuchowo z wodą i alkoholem i rozkłada się wybuchowo po podgrzaniu powyżej 120° w stanie suchym.

Redukcja estrów i kwasów karboksylowych do alkoholi pierwszorzędowych. Alkohole pierwszorzędowe powstają w wyniku redukcji estrów i kwasów karboksylowych wodorkiem litowo-glinowym w eterze lub THF. Metoda redukcji estrów wodorkiem litowo-glinowym jest szczególnie dogodna z preparatywnego punktu widzenia. Należy zauważyć, że borowodorek sodu nie redukuje grup estrowych i karboksylowych. Umożliwia to selektywną redukcję grupy karbonylowej za pomocą NaBH4 w obecności grup estrowych i karboksylowych. Wydajność produktu odzysku rzadko spada poniżej 80%. Borowodorek litu, w przeciwieństwie do NaBH4, redukuje estry do alkoholi pierwszorzędowych.

14. Alkohole wielowodorotlenowe. Glicerol- związek chemiczny o wzorze HOCH2CH(OH)-CH2OH lub C3H5(OH)3. Najprostszy przedstawiciel alkoholi trójwodorotlenowych. Jest to lepka, przezroczysta ciecz. Łatwo powstający w wyniku hydrolizy naturalnych (roślinnych lub zwierzęcych) tłuszczów i olejów (trójglicerydów). Po raz pierwszy został uzyskany przez Karla Scheele w 1779 r. podczas zmydlania tłuszczów.

Właściwości fizyczne. Glicerol- bezbarwna, lepka, higroskopijna ciecz, nieskończenie rozpuszczalna w wodzie. Smakuje słodko, dlatego ma swoją nazwę (glikos - słodki). Dobrze rozpuszcza wiele substancji.

Właściwości chemiczne gliceryna jest typowa dla alkoholi wielowodorotlenowych.W wyniku oddziaływania gliceryny z halogenowodorami lub halogenkami fosforu powstają mono- i dihalohydryny.Gliceryna jest estryfikowana węglowodorami i kwasy mineralne z utworzeniem odpowiednich estrów. I tak gliceryna tworzy z kwasem azotowym triazotan – nitroglicerynę (otrzymaną w 1847 roku przez Ascanio Sobrero), która obecnie wykorzystywana jest do produkcji prochu bezdymnego.

Po odwodnieniu tworzy akroleinę:

HOCH2CH(OH)-CH2OH H2C=CH-CHO + 2 H2O,

Glikol etylenowy, HO–CH2–CH2–OH jest najprostszym przedstawicielem alkoholi wielowodorotlenowych. Po oczyszczeniu jest klarowną, bezbarwną cieczą o lekko oleistej konsystencji. Jest bezwonny i ma słodkawy smak. Toksyczny. Spożycie glikolu etylenowego lub jego roztworów może prowadzić do nieodwracalnych zmian w organizmie i śmierci.

W przemyśle glikol etylenowy otrzymywany przez hydratację tlenek etylenu w 10 atm. i 190-200°C lub w 1 atm. i 50-100°C w obecności 0,1-0,5% kwasu siarkowego (lub fosforowego), osiągając wydajność 90%. Produktami ubocznymi są glikol dietylenowy, glikol trietylenowy i niewielka ilość wyższych homologów polimerowych glikolu etylenowego.

15. Aldehydy- alkohol pozbawiony wodoru; związki organiczne zawierające grupę karbonylową (C=O) z jednym podstawnikiem.

Aldehydy i ketony są bardzo podobne, z tą różnicą, że te ostatnie mają dwa podstawniki w grupie karbonylowej. Polaryzacja podwójnego wiązania węgiel-tlen zgodnie z zasadą koniugacji mezomerycznej pozwala na zapisanie następujących struktur rezonansowych:

To oddzielenie ładunków zostało potwierdzone metodami fizycznymi badań i w dużej mierze określa reaktywność aldehydów jako wyraźnych elektrofilów. Ogólnie właściwości chemiczne aldehydów są podobne do ketonów, jednakże aldehydy wykazują większą aktywność, co wiąże się z większą polaryzacją wiązania. Ponadto aldehydy charakteryzują się reakcjami, które nie są charakterystyczne dla ketonów, na przykład hydratacją w roztworze wodnym: w metanale, ze względu na jeszcze większą polaryzację, wiązanie jest pełne, a w innych aldehydach częściowe:

RC(O)H → RC(OH)2H, gdzie R oznacza H, dowolny rodnik alkilowy lub arylowy.

Najprostsze aldehydy mają ostry, charakterystyczny zapach (na przykład benzaldehyd ma zapach migdałów).

Pod wpływem hydroksyloaminy ulegają przemianie do oksymów: CH3CHO + NH2OH = CH3C(=NOH)H + H2O

Formaldehyd (od łac. Formica - mrówka), aldehyd mrówkowy, CH2O, pierwszy członek homologicznej serii aldehydów alifatycznych; bezbarwny gaz o ostrym zapachu, dobrze rozpuszczalny w wodzie i alkoholu, temperatura wrzenia - 19°C. W przemyśle fosfor wytwarzany jest przez utlenianie alkoholu metylowego lub metanu tlenem atmosferycznym. F. łatwo polimeryzuje (szczególnie w temperaturach do 100°C), dlatego jest przechowywany, transportowany i stosowany głównie w postaci formaldehydu oraz stałych polimerów niskocząsteczkowych – trioksanu (patrz Trioksymetylen) i paraformy (patrz Paraformaldehyd).

F. jest bardzo reaktywny; wiele jego reakcji leży u podstaw przemysłowych metod otrzymywania wielu ważnych produktów. Zatem podczas interakcji z amoniakiem F. tworzy urotropinę (patrz heksametylenotetramina), z mocznikiem - żywicami mocznikowo-formaldehydowymi, z melaminą - żywicami melaminowo-formaldehydowymi, z fenolami - żywicami fenolowo-formaldehydowymi (patrz żywice fenolowo-formaldehydowe), z fenolem - i kwasy naftalenosulfonowe – garbniki, z ketenem – b-propiolakton. F. jest również używany do produkcji poliwinyloformalu (patrz: poliacetale winylu), izoprenu, pentaerytrytolu, substancji leczniczych, barwników, do garbowania skór oraz jako środek dezynfekujący i dezodoryzujący. W wyniku polimeryzacji poliformaldehydu otrzymuje się poliformaldehyd. F. jest toksyczny; maksymalne dopuszczalne stężenie w powietrzu wynosi 0,001 mg/l.

Aldehyd octowy, aldehyd octowy, CH3CHO, związek organiczny, bezbarwna ciecz o ostrym zapachu; temperatura wrzenia 20,8°C. Temperatura topnienia – 124°C, gęstość 783 kg/m3”, miesza się pod każdym względem z wodą, alkoholem, eterem. A. posiada wszystkie typowe właściwości aldehydów. W obecności kwasów mineralnych polimeryzuje do ciekłego trimerycznego paraldehydu (CH3CHO )3 i krystaliczny tetrameryczny metaldehyd (CH3CHO) 4. Gdy oba polimery ogrzewa się w obecności kwasu siarkowego, uwalnia się A.

Jeden z głównych, od dawna znanych sposoby na zdobycie A. polega na dodaniu wody do acetylenu w obecności soli rtęci w temperaturze około 95°C

16. Ketony- są to substancje organiczne, w cząsteczkach których grupa karbonylowa jest połączona z dwoma rodnikami węglowodorowymi.

Ogólny wzór ketonów to R1-CO-R2. Wśród innych związków karbonylowych obecność w ketonach dokładnie dwóch atomów węgla bezpośrednio związanych z grupą karbonylową odróżnia je od kwasów karboksylowych i ich pochodnych, a także aldehydów.

Właściwości fizyczne. Ketony to lotne ciecze lub topliwe ciała stałe, które dobrze mieszają się z wodą. Brak możliwości tworzenia międzycząsteczkowych wiązań wodorowych powoduje, że ich lotność jest nieco większa niż alkoholi i kwasów karboksylowych o tej samej masie cząsteczkowej.

Metody syntezy. Utlenianie alkoholi drugorzędowych.

Z trzeciorzędowych peroksoeterów metodą przegrupowania Krige.

Cykloketony można wytworzyć metodą cyklizacji Ružički.

Ketony aromatyczne można wytworzyć w reakcji Friedela-Craftsa

Właściwości chemiczne. Istnieją trzy główne typy reakcji ketonowych.

Pierwszy związany jest z atakiem nukleofilowym na atom węgla grupy karbonylowej. Na przykład oddziaływanie ketonów z anionem cyjankowym lub związkami metaloorganicznymi. Ten sam typ (addycja nukleofilowa) obejmuje oddziaływanie grupy karbonylowej z alkoholami, prowadzące do acetali i półacetali.

Interakcja z alkoholami:

CH3COCH3 + 2C2H5OH → C2H5—O—C(CH3)2—O—C2H5

z odczynnikami Grignarda:

C2H5–C(O)–C2H5 + C2H5MgI → (C2H5)3OMgI → (C2H5)3OH, alkohol trzeciorzędowy. Reakcje z aldehydami, a zwłaszcza z metanalem, są zauważalnie bardziej aktywne, przy czym z aldehydami powstają alkohole drugorzędowe, a z metanalami alkohole pierwszorzędowe.

Ketony reagują również z zasadami azotowymi, na przykład z amoniakiem i aminami pierwszorzędowymi, tworząc iminy:

CH3—C(O)—CH3 + CH3NH2 → CH3—C(N—CH3)—CH3 + H2O

Drugi rodzaj reakcji to deprotonowanie atomu węgla beta względem grupy karbonylowej. Powstały karboanion jest stabilizowany w wyniku koniugacji z grupą karbonylową, wzrasta łatwość usuwania protonów, dlatego związki karbonylowe są stosunkowo mocnymi kwasami CH.

Trzecia to koordynacja elektrofilów przy wolnej parze atomu tlenu, na przykład kwasy Lewisa, takie jak AlCl3

Odrębnym typem reakcji jest redukcja ketonów – redukcja Leuckarta z wydajnością zbliżoną do ilościowej.

17. porównaj pytania 15 i 16.

18. Jednozasadowe nasycone kwasy karboksylowe(jednozasadowe nasycone kwasy karboksylowe) - kwasy karboksylowe, w których nasycony rodnik węglowodorowy jest połączony z jedną grupą karboksylową -COOH. Wszystkie mają ogólny wzór СnH2n+1COOH, gdzie n = 0, 1, 2, ...

Nomenklatura. Nazwy systematyczne jednozasadowych nasyconych kwasów karboksylowych podaje się nazwą odpowiedniego alkanu z dodatkiem przyrostka -ova i słowa kwas.

Izomeria szkieletowa w rodniku węglowodorowym objawia się, zaczynając od kwasu butanowego, który ma dwa izomery:

CH3-CH2-CH2-COOH Kwas n-butanowy; CH3-CH(CH3)-COOH Kwas 2-metylopropanowy.

Izomeria międzyklasowa pojawia się, zaczynając od kwasu octowego:

CH3-COOH kwas octowy; mrówczan metylu H-COO-CH3 (ester metylowy kwasu mrówkowego); HO-CH2-COH hydroksyetanal (aldehyd hydroksyoctowy); Tlenek hydroksyetylenu HO-CHO-CH2.

19. Estry- związki organiczne, pochodne kwasów karboksylowych lub mineralnych, w których grupę hydroksylową -OH o funkcji kwasowej zastąpiono resztą alkoholu. Różnią się od eterów, w których dwa rodniki węglowodorowe są połączone atomem tlenu (R1-O-R2).

Tłuszcze lub trójglicerydy- naturalne związki organiczne, kompletne estry gliceryny i jednozasadowych kwasów tłuszczowych; należą do klasy lipidów. Tłuszcze, obok węglowodanów i białek, są jednym z głównych składników komórek zwierząt, roślin i mikroorganizmów. Tłuszcze płynne pochodzenia roślinnego, podobnie jak masło, nazywane są zwykle olejami.

Kwasy węglowe- Klasa związki organiczne, którego cząsteczki zawierają jedną lub więcej funkcyjnych grup karboksylowych -COOH. Właściwości kwasowe wynikają z tego, że ta grupa może stosunkowo łatwo wyodrębnić proton. Z nielicznymi wyjątkami kwasy karboksylowe są słabe. Na przykład kwas octowy CH3COOH ma stałą kwasowości 1,75·10-5. Kwasy di- i trikarboksylowe są silniejsze niż kwasy monokarboksylowe.

Tłuszcz jest dobrym izolatorem ciepła, dlatego u wielu stałocieplnych zwierząt odkłada się w podskórnej tkance tłuszczowej, co ogranicza utratę ciepła. Szczególnie gruba podskórna warstwa tłuszczu jest charakterystyczna dla ssaków wodnych (wielorybów, morsów itp.). Jednocześnie u zwierząt żyjących w gorącym klimacie (wielbłądy, jerboa) odkładają się rezerwy tłuszczu na

Funkcja strukturalna

Fosfolipidy stanowią podstawę dwuwarstwy błony komórkowe, cholesterol - regulatory płynności błon. U archeonów błony zawierają pochodne węglowodorów izoprenoidowych. Woski tworzą kutykulę na powierzchni organów nadziemnych (liście i młode pędy) roślin. Wytwarzają je także liczne owady (np. pszczoły budują z nich plastry miodu, a łuski i łuski tworzą osłony ochronne).

Regulacyjne

Witaminy - lipidy (A, D, E)

Hormonalne (steroidy, eikozanoidy, prostaglandyny itp.)

Kofaktory (dolichol)

Cząsteczki sygnalizacyjne (diglicerydy, kwas jasmonowy; kaskada MP3)

Ochronne (amortyzujące)

Chroni gruba warstwa tłuszczu narządy wewnętrzne wiele zwierząt przed uszkodzeniami w wyniku uderzeń (na przykład lwy morskie ważące do tony mogą wskoczyć na skalisty brzeg z klifów o wysokości 4-5 m).

20-21-22. Jednozasadowe kwasy nienasycone- pochodne nienasyconych węglowodorów, w których jeden atom wodoru zastąpiono grupą karboksylową.

Nazewnictwo, izomeria. W grupie kwasów nienasyconych najczęściej stosowanymi nazwami empirycznymi są: CH2=CH-COOH – kwas akrylowy (propenowy), CH2=C(CH3)-COOH – kwas metakrylowy (2-metylopropenowy). Izomeria w grupie nienasyconych kwasów jednozasadowych wiąże się z:

a) izomeria szkieletu węglowego; b) położenie wiązania podwójnego; c) izomeria cis-trans.

Metody uzyskiwania.1. Dehydrohalogenacja kwasów halogenowanych:

CH3-CH2-CHCl-COOH ---KOH(stęż.)---> CH3-CH=CH-COOH

2. Odwodnienie hydroksykwasów: HO-CH2-CH2-COOH -> CH2=CH-COOH

Właściwości fizyczne. Niższe kwasy nienasycone to rozpuszczalne w wodzie ciecze o silnym ostrym zapachu; wyższy - substancje stałe, nierozpuszczalne w wodzie, bezwonne.

Właściwości chemiczne nienasycone kwasy karboksylowe wynikają zarówno z właściwości grupy karboksylowej, jak i właściwości wiązania podwójnego. Kwasy z podwójnym wiązaniem umiejscowionym blisko grupy karboksylowej – kwasy alfa, beta-nienasycone – mają specyficzne właściwości. W tych kwasach dodatek halogenowodorów i hydratacja są sprzeczne z zasadą Markownikowa: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH

Przy ostrożnym utlenianiu powstają dihydroksykwasy: CH2 = CH-COOH + [O] + H20 -> HO-CH2-CH(OH)-COOH

Podczas energicznego utleniania wiązanie podwójne zostaje rozerwane i powstaje mieszanina różne produkty, na podstawie którego można określić położenie wiązania podwójnego. Kwas oleinowy C17H33COOH to jeden z najważniejszych wyższych kwasów nienasyconych. Jest to bezbarwna ciecz, która twardnieje pod wpływem zimna. Jego wzór strukturalny: CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH.

23. Dwuzasadowe nasycone kwasy karboksylowe(dwuzasadowe nasycone kwasy karboksylowe) - kwasy karboksylowe, w których nasycony rodnik węglowodorowy jest połączony z dwiema grupami karboksylowymi -COOH. Wszystkie mają ogólny wzór HOOC(CH2)nCOOH, gdzie n = 0, 1, 2, ...

Nomenklatura. Nazwy systematyczne dwuzasadowych nasyconych kwasów karboksylowych podaje się nazwą odpowiedniego alkanu z dodatkiem przyrostka -diowy i słowa kwas.

Izomeria szkieletowa rodnika węglowodorowego pojawia się począwszy od kwasu butanodiowego, który ma dwa izomery:

HOOC-CH2-CH2-COOH Kwas n-butanodiowy (kwas etano-1,2-dikarboksylowy);

Kwas CH3-CH(COOH)-COOH etano-1,1-dikarboksylowy.

24-25. KWASY TLENOWE (kwasy hydroksykarboksylowe), mają w cząsteczce wraz z grupą karboksylową – COOH, grupę hydroksylową – np. OH. HOCH2COOH (kwas glikolowy). Zawarte w organizmach roślinnych i zwierzęcych (kwas mlekowy, cytrynowy, winowy i inne).

Dystrybucja w przyrodzie

Hydroksykwasy są bardzo rozpowszechnione; Zatem kwas winowy, cytrynowy, jabłkowy, mlekowy i inne są klasyfikowane jako hydroksykwasy, a ich nazwa odzwierciedla główne naturalne źródło, w którym substancja została znaleziona.

Metody syntezy

Reakcja Reformatsky'ego to metoda syntezy estrów kwasu β-hydroksykarboksylowego.

„Kwasy owocowe”. Wiele hydroksykwasów stosuje się w kosmetykach jako środki keratolityczne. Jednak marketerzy nieco zmienili nazwę - aby uatrakcyjnić je w kosmetyce, często nazywa się je „kwasami owocowymi”.

26-27. KWASY TLENOWE (kwasy alkoholowe), związki dwufunkcyjne, zarówno alkohole, jak i kwasy, zawierające zarówno resztę wodną, ​​jak i grupę karboksylową. W zależności od położenia OH względem COOH (obok siebie, w jednym, dwóch, trzech miejscach) wyróżnia się a-, /?-, y-, b-hydroksykwasy. Aby otrzymać tlen, istnieje wiele metod, z których najważniejszą jest ostrożne utlenianie glikoli: CH3.CH(OH).CH2.OH + 02 = CH3. .CH(OH).COOH; zmydlanie oksynitryli CH3.CH(OH).CN -* CH3.CH(OH).COOH; wymiana halogenu w kwasach halogenkowych na OH: CH2C1.COOH + KOH = CH2(OH).COOH + + KS1, wpływ HN02 na aminokwasy: CH2(NH2). COOH + HN02 = CH2(OH) + N2 + + H20. W organizmie zwierzęcia hydroksykwasy powstają podczas deaminacji (patrz) aminokwasów, podczas utleniania kwasów tłuszczowych (patrz Ciała acetonowe, Metabolizm – białko), podczas glikolizy (patrz), fermentacji (patrz) i innych substancji chemicznych. procesy. Hydroksykwasy są gęstymi cieczami lub krystalicznymi. Substancje. W chemii w stosunku do O. reagują zarówno jak alkohole, jak i narkotyki: dają np. zarówno etery, jak i estry; pod wpływem związków halogenowych fosforu oba OH zastępuje się halogenem; Kwasy halogenowodorowe reagują tylko z alkoholem OH.—Specjalne reakcje charakteryzują kwasy a-, i)-, y- i b-hydroksy: a-hydroksykwasy, tracąc wodę z dwóch cząsteczek, dają cykliczne estry, laktydy: 2CH2(OH).COOH = 2H2O + CH2.O.CO (glikolid); с.о.сн2 /З-О., uwalniając wodę, tworzą związki nienasycone: CH2(OH).CH2.COOH-H20 = CH2:CH. .COOH; y- i d-hydroksykwasy tworzą bezwodniki - laktony: CH3.CH(OH).CH2.CH2.COOH= =H2O+CH3.CH.CH2.CH2.CO. O. są szeroko rozpowszechnione w organizmach zwierzęcych i roślinnych. Przedstawiciele alifatycznego a-O. to kwas glikolowy, CH2OH.COOH(kwas hydroksyoctowy), kwas mlekowy; z /a-hydroksykwasów - kwas hydrakrylowy, CH2OH.CH2COOH, kwas /9-hydroksymasłowy; U-O. są nieznane w postaci wolnej, ponieważ tracą wodę i stają się laktonami. Wśród dwuzasadowego O. ważny jest kwas jabłkowy (hydroksybursztyn); COOH.CHON.CH2.COOH, szeroko rozpowszechniony w roślinach; ma rotację w lewo w słabych rozwiązaniach, prawą rotację w mocnych; syntetyczne są nieaktywne. Dwuzasadowe kwasy tetraatomowe obejmują kwasy winowe (kwasy dioksybursztynowe). Z drugiego O.—cytryna, HO.CO.CH2. .(SON)(COOH).CH2.COOH, bardzo powszechny w świecie roślin (w winogronach, cytrynach) i występujący u zwierząt (w mleku); w postaci cytrynianu żelaza stosowany jest w medycynie. Z aromatycznych O. (kwasów fenolowych) są ważne w medycynie kwas salicylowy, kwas galusowy i ich pochodne; ester fenylowy kwasu salicylowego (salol), kwas sulfosalicylowy, C6H3.OH.S03H.COOH (odczynnik białkowy), kwas acetylosalicylowy (aspiryna). W roślinach występuje wiele różnych O. serii aromatycznej, do których pochodnych zaliczają się między innymi garbniki, które mają istotne znaczenie techniczne. O biolu. znaczenie poszczególnych O. i metody ich ilościowego oznaczania – zob. Ciała acetonowe, Bro-glikoliza, Deaminacja, Krew, Kwas mlekowy, Mocz, Mięśnie, Kwas beta(^)-hydroksymasłowy.

28-29. w cząsteczce amoniaku zastępując kolejno atomy wodoru rodnikami węglowodorowymi otrzymujemy związki należące do klasy amin. Odpowiednio, aminy są pierwszorzędowe (RNH2), drugorzędowe (R2NH) i trzeciorzędowe (R3N). Grupa -NH2 nazywana jest grupą aminową.

Istnieją aminy alifatyczne, aromatyczne, alicykliczne i heterocykliczne, w zależności od tego, które rodniki są związane z atomem azotu.

Nazwy amin konstruuje się poprzez dodanie przedrostka amino- do nazwy odpowiedniego węglowodoru (aminy pierwszorzędowe) lub końcówki -amine do wymienionych nazw rodników związanych z atomem azotu (w przypadku dowolnych amin).

Metody otrzymywania:1. Reakcja Hoffmanna. Jedną z pierwszych metod wytwarzania amin pierwszorzędowych była alkilacja amoniaku halogenkami alkilu . 2. Reakcja Zinina- wygodny sposób otrzymywania amin aromatycznych poprzez redukcję aromatycznych nitrozwiązków. Jako środki redukujące stosuje się: H2 (na katalizatorze). Czasami wodór wytwarza się bezpośrednio w czasie reakcji, w przypadku której metale (cynk, żelazo) traktuje się rozcieńczonym kwasem.

Właściwości fizyczne amin. Obecność wolnej pary elektronów na atomie azotu powoduje więcej wysokie temperatury temperaturze wrzenia niż odpowiadające im alkany. Aminy mają nieprzyjemny, ostry zapach. W temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem atmosferycznym pierwszymi przedstawicielami wielu amin pierwszorzędowych są gazy, które dobrze rozpuszczają się w wodzie. Wraz ze wzrostem rodnika węglowego wzrasta temperatura wrzenia i maleje rozpuszczalność w wodzie.

Właściwości chemiczne amin. Podstawowe właściwości amin

Aminy są zasadami, ponieważ atom azotu może zapewnić parę elektronów tworzącą wiązania z formami pozbawionymi elektronów poprzez mechanizm donor-akceptor (zgodnie z definicją zasadowości Lewisa). Dlatego aminy, podobnie jak amoniak, mogą oddziaływać z kwasami i wodą, dodając proton, tworząc odpowiednie sole amonowe.

Sole amonowe są dobrze rozpuszczalne w wodzie, ale słabo rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych. Wodne roztwory amin mają odczyn zasadowy.

Podstawowe właściwości amin zależą od charakteru podstawników. W szczególności aminy aromatyczne są słabszymi zasadami niż alifatyczne, ponieważ wolna para elektronów azotu wchodzi w koniugację z układem  jądra aromatycznego, co powoduje zmniejszenie gęstości elektronów na atomie azotu (efekt -M). Wręcz przeciwnie, grupa alkilowa jest dobrym donorem gęstości elektronowej (efekt +I).

Utlenianie amin. Spalaniu amin towarzyszy powstawanie dwutlenku węgla, azotu i wody: 4CH3NH2+9O2=4СO2+2N2+10Н2О

Aminy aromatyczne samoistnie utleniają się w powietrzu. Zatem anilina szybko brązowieje w powietrzu w wyniku utleniania.

Dodatek halogenków alkilu Aminy dodają haloalkany, tworząc sól

Reakcja amin z kwasem azotawym Świetna cena ma reakcję diazowania pierwszorzędowych amin aromatycznych pod działaniem kwasu azotawego, otrzymywaną in situ w reakcji azotynu sodu z kwasem solnym.

Pierwszorzędowe aminy alifatyczne reagują z kwasem azotawym tworząc alkohole, natomiast drugorzędowe aminy alifatyczne i aromatyczne dają pochodne N-nitrozo: R-NH2 + NaNO2+HCl=R-OH+N2+NaCl+H2O; NH+NaNO2+HCl=R2N-N=O+NaCl+H2O

W aminach aromatycznych grupa aminowa ułatwia podstawienie w pozycjach orto i para pierścienia benzenowego. Dlatego halogenowanie aniliny zachodzi szybko i przy braku katalizatorów, a trzy atomy wodoru pierścienia benzenowego są zastępowane jednocześnie i wytrąca się biały osad 2,4,6-tribromoaniliny:

Tę reakcję z wodą bromową stosuje się jako reakcję jakościową aniliny.

Aplikacja

Aminy znajdują zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym i syntezie organicznej (CH3NH2, (CH3)2NH, (C2H5)2NH, itp.); przy produkcji nylonu (NH2-(CH2)6-NH2 - heksametylenodiamina); jako surowiec do produkcji barwników i tworzyw sztucznych (anilina).

30. Aminokwasy (kwasy aminokarboksylowe)- związki organiczne, których cząsteczka zawiera jednocześnie grupy karboksylowe i aminowe. Aminokwasy można uznać za pochodne kwasów karboksylowych, w których jeden lub więcej atomów wodoru zastąpiono grupami aminowymi.

Ogólne właściwości chemiczne. 1. Aminokwasy mogą wykazywać zarówno właściwości kwasowe ze względu na obecność w swoich cząsteczkach grupy karboksylowej -COOH, jak i właściwości zasadowe ze względu na grupę aminową -NH2. Dzięki temu roztwory aminokwasów w wodzie mają właściwości roztworów buforowych.

Jon obojnaczy jest cząsteczką aminokwasu, w której grupa aminowa jest przedstawiona jako -NH3+, a grupa karboksylowa jest przedstawiona jako -COO-. Taka cząsteczka ma znaczny moment dipolowy przy zerowym ładunku wypadkowym. To z takich cząsteczek zbudowane są kryształy większości aminokwasów.

Niektóre aminokwasy mają wiele grup aminowych i grup karboksylowych. W przypadku tych aminokwasów trudno mówić o jakimś konkretnym jonie obojnaczym.

2. Ważną cechą aminokwasów jest ich zdolność do polikondensacji, prowadząca do powstania poliamidów, w tym peptydów, białek i nylonu-66.

3. Punkt izoelektryczny aminokwasu to wartość pH, przy której maksymalna część cząsteczek aminokwasu ma ładunek zerowy. Przy tym pH aminokwas jest najmniej mobilny w polu elektrycznym i tę właściwość można wykorzystać do separacji aminokwasów, a także białek i peptydów.

4. Aminokwasy zazwyczaj ulegają wszystkim reakcjom charakterystycznym dla kwasów karboksylowych i amin.

Izomeria optyczna. Wszystkie α-aminokwasy występujące w organizmach żywych, z wyjątkiem glicyny, zawierają asymetryczny atom węgla (treonina i izoleucyna zawierają dwa asymetryczne atomy) i wykazują aktywność optyczną. Prawie wszystkie naturalnie występujące α-aminokwasy mają formę L i tylko L-aminokwasy wchodzą w skład białek syntetyzowanych na rybosomach.

Ta cecha „żywych” aminokwasów jest bardzo trudna do wyjaśnienia, ponieważ w reakcjach między optycznie nieaktywnymi substancjami lub racematami (które najwyraźniej były reprezentowane przez cząsteczki organiczne na starożytnej Ziemi) formy L i D powstają w równych ilościach. Może. wybór jednej z form (L lub D) jest po prostu wynikiem przypadkowego zbiegu okoliczności: pierwsze cząsteczki, od których można było rozpocząć syntezę matrycy, miały określony kształt i to do nich „dopasowały się” odpowiednie enzymy.

31. Aminokwasy to organiczne związki amfoteryczne. Zawierają w cząsteczce dwie grupy funkcyjne o przeciwstawnym charakterze: grupę aminową o właściwościach zasadowych i grupę karboksylową o właściwościach kwasowych. Aminokwasy reagują zarówno z kwasami, jak i zasadami:

H2N-CH2-COOH + HCl → Cl[H3N-CH2-COOH],

H2N-CH2-COOH + NaOH → H2N-CH2-COONa + H2O.

Kiedy aminokwasy rozpuszczają się w wodzie, grupa karboksylowa usuwa jon wodorowy, który może przyłączyć się do grupy aminowej. W tym przypadku powstaje sól wewnętrzna, której cząsteczką jest jon dwubiegunowy:

H2N-CH2-COOH +H3N-CH2-COO-.

Wodne roztwory aminokwasów mają środowisko obojętne, zasadowe lub kwaśne, w zależności od liczby grup funkcyjnych. Zatem kwas glutaminowy tworzy roztwór kwaśny (dwie grupy -COOH, jedna -NH2), lizyna tworzy roztwór zasadowy (jedna grupa -COOH, dwie grupy -NH2).

Podobnie jak aminy pierwszorzędowe, aminokwasy reagują z kwasem azotawym, w wyniku czego grupa aminowa przekształca się w grupę hydroksylową, a aminokwas w hydroksykwas: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2+ H2O

Pomiar objętości uwolnionego azotu pozwala na określenie ilości aminokwasu (metoda Van-Slyke'a).

Aminokwasy mogą reagować z alkoholami w obecności gazowego chlorowodoru, zamieniając się w ester (dokładniej chlorowodorek estru): H2N-CH(R)-COOH + R"OH H2N-CH(R)-COOR " + H2O.

Estry aminokwasów nie mają struktury dwubiegunowej i są związkami lotnymi. Najważniejszą właściwością aminokwasów jest ich zdolność do kondensacji, tworząc peptydy.

32. Grupa karboksylowałączy w sobie dwie grupy funkcyjne - karbonylową =CO i hydroksylową -OH, wzajemnie na siebie wpływające.

Kwasowe właściwości kwasów karboksylowych wynikają z przesunięcia gęstości elektronów na tlen karbonylowy i wynikającej z tego dodatkowej (w porównaniu do alkoholi) polaryzacji wiązania OH.

W roztworze wodnym kwasy karboksylowe dysocjują na jony: R-COOH = R-COO- + H+

Rozpuszczalność w wodzie i wysokie temperatury wrzenia kwasów wynikają z tworzenia międzycząsteczkowych wiązań wodorowych.

Grupa aminowa - grupa jednowartościowa -NH2, reszta amoniaku (NH3). Grupa aminowa występuje w wielu związkach organicznych - aminach, aminokwasach, aminoalkoholach itp. Związki zawierające grupę -NH2 mają z reguły charakter zasadowy, ze względu na obecność wolnej pary elektronów na atomie azotu.

W reakcjach podstawienia elektrofilowego w związkach aromatycznych grupa aminowa jest czynnikiem orientującym pierwszego rodzaju, tj. aktywuje pozycje orto i para w pierścieniu benzenowym.

33. Polikondensacja- proces syntezy polimerów ze związków wielofunkcyjnych (najczęściej dwufunkcyjnych), któremu zwykle towarzyszy uwalnianie produktów ubocznych o niskiej masie cząsteczkowej (woda, alkohole itp.) podczas oddziaływania grup funkcyjnych.

Masa cząsteczkowa polimeru powstałego w procesie polikondensacji zależy od proporcji składników wyjściowych i warunków reakcji.

Reakcje polikondensacji mogą obejmować jeden monomer z dwiema różnymi grupami funkcyjnymi: na przykład synteza poli-ε-kaproamidu (nylon-6, kapron) z kwasu ε-aminokapronowego lub dwa monomery posiadające różne grupy funkcyjne, na przykład synteza nylonu-6 66 metodą polikondensacji kwasu adypinowego i heksametylenodiaminy; w tym przypadku powstają polimery o strukturze liniowej (polikondensacja liniowa, patrz ryc. 1). Jeżeli monomer (lub monomery) zawierają więcej niż dwie grupy funkcyjne, powstają usieciowane polimery o trójwymiarowej strukturze sieciowej (polikondensacja trójwymiarowa). W celu otrzymania takich polimerów do mieszaniny monomerów często dodaje się „sieciujące” składniki wielofunkcyjne.

Na szczególną uwagę zasługują reakcje syntezy polimerów z monomerów cyklicznych z wykorzystaniem mechanizmu otwarcia pierścienia – dodatek np. synteza nylonu-6 z kaprolaktamu (cykliczny amid kwasu ε-aminokapronowego); Pomimo tego, że nie następuje uwolnienie fragmentu drobnocząsteczkowego, reakcje takie częściej określa się mianem polikondensacji.

Wiązanie peptydowe- rodzaj wiązania amidowego, który powstaje podczas tworzenia białek i peptydów w wyniku oddziaływania grupy α-aminowej (-NH2) jednego aminokwasu z grupą α-karboksylową (-COOH) innego aminokwasu.

Wiązanie C-N w wiązaniu peptydowym ma częściowo charakter podwójny, co objawia się w szczególności zmniejszeniem jego długości do 1,32 angstremów. Dzięki temu uzyskujemy następujące właściwości:

4 atomy wiązań (C, N, O i H) i 2 atomy węgla α znajdują się w tej samej płaszczyźnie. Grupy R aminokwasów i wodory przy atomach węgla α znajdują się poza tą płaszczyzną.

H i O w wiązaniu peptydowym, a także atomy węgla α dwóch aminokwasów są zorientowane w pozycji trans (izomer trans jest bardziej stabilny). W przypadku L-aminokwasów, co ma miejsce we wszystkich naturalnych białkach i peptydach, grupy R są również zorientowane w pozycji trans.

Obrót wokół wiązania C-N nie jest możliwy, ale możliwy jest obrót wokół wiązania CC.

peptydy (gr. πεπτος – odżywczy) – rodzina substancji, których cząsteczki zbudowane są z reszt α-aminokwasowych połączonych w łańcuch wiązaniami peptydowymi (amidowymi) –C(O)NH-.

34. Białka (białka, polipeptydy) - wielkocząsteczkowe substancje organiczne składające się z aminokwasów połączonych w łańcuch wiązaniami peptydowymi. W organizmach żywych skład aminokwasowy białek jest określony przez kod genetyczny, w większości przypadków podczas syntezy wykorzystuje się 20 standardowych aminokwasów. Wiele ich kombinacji daje szeroką gamę właściwości cząsteczek białka. Ponadto aminokwasy w białku często ulegają modyfikacjom potranslacyjnym, które mogą nastąpić zarówno zanim białko zacznie pełnić swoją funkcję, jak i w trakcie swojej „pracy” w komórce. Często w organizmach żywych kilka cząsteczek białka tworzy złożone kompleksy, na przykład kompleks fotosyntetyczny.

Aby zrozumieć skomplikowany układ (architektonikę) makrocząsteczki białka, powinniśmy rozważyć kilka poziomy organizacji. Podstawową, najprostszą strukturą jest łańcuch polipeptydowy, tj. ciąg aminokwasów połączonych ze sobą wiązaniami peptydowymi. W strukturze pierwszorzędowej wszystkie wiązania między aminokwasami są kowalencyjne, a zatem mocne. Kolejnym, wyższym poziomem organizacji jest struktura wtórna, gdy nić białkowa jest skręcona w formie spirali. Wiązania wodorowe powstają pomiędzy grupami -COOH znajdującymi się na jednym zwoju helisy i grupami -NH2 na drugim zwoju. Powstają z wodoru, najczęściej występującego pomiędzy dwoma atomami ujemnymi. Wiązania wodorowe są słabsze od wiązań kowalencyjnych, ale przy dużej ich liczbie zapewniają utworzenie dość mocnej struktury. Następnie ciąg aminokwasów (polipeptydów) koaguluje, tworząc kulę, fibrylę lub kuleczkę, specyficzną dla każdego białka. Tworzy to złożoną konfigurację zwaną strukturą trzeciorzędową. Wyznacza się go najczęściej metodą analizy dyfrakcji promieni rentgenowskich, która pozwala określić położenie w przestrzeni atomów i grup atomów w kryształach i związkach złożonych.

Wiązania wspierające trzeciorzędową strukturę białka są również słabe. Powstają w szczególności w wyniku oddziaływań hydrofobowych. Są to siły przyciągania pomiędzy niepolarnymi cząsteczkami lub pomiędzy niepolarnymi obszarami cząsteczek w środowisku wodnym. Hydrofobowe reszty niektórych aminokwasów w roztworze wodnym zbliżają się do siebie, „sklejają” i w ten sposób stabilizują strukturę białka. Oprócz sił hydrofobowych, wiązania elektrostatyczne pomiędzy elektroujemnymi i elektrododatnimi rodnikami reszt aminokwasowych odgrywają znaczącą rolę w utrzymaniu trzeciorzędowej struktury białka. Struktura trzeciorzędowa jest również utrzymywana przez niewielką liczbę kowalencyjnych wiązań dwusiarczkowych -S-S, które występują pomiędzy atomami siarki aminokwasów zawierających siarkę. Muszę powiedzieć, że jest to także trzeciorzędne; struktura białka nie jest skończona. Makrocząsteczki tego samego białka lub cząsteczki innych białek są często przyłączone do makrocząsteczki białka. Na przykład złożona cząsteczka hemoglobiny, białka występującego w czerwonych krwinkach, składa się z czterech makrocząsteczek globiny: dwóch łańcuchów alfa i dwóch łańcuchów beta, z których każdy jest połączony z hemem zawierającym żelazo. W wyniku ich połączenia powstaje działająca cząsteczka hemoglobiny. Tylko w takim opakowaniu hemoglobina działa w pełni, czyli jest w stanie przenosić tlen. W wyniku połączenia ze sobą kilku cząsteczek białka powstaje struktura czwartorzędowa. Jeśli łańcuchy peptydowe są ułożone w kształcie kuli, wówczas takie białka nazywane są kulistymi. Jeśli łańcuchy polipeptydowe są ułożone w wiązki nici, nazywane są białkami fibrylarnymi. Wychodząc od struktury drugorzędowej, struktura przestrzenna (konformacja) makrocząsteczek białka, jak się okazało, jest utrzymywana głównie przez słabe wiązania chemiczne. Pod wpływem czynniki zewnętrzne(zmiany temperatury, składu soli środowiska, pH, pod wpływem promieniowania i innych czynników) słabe wiązania stabilizujące makrocząsteczkę ulegają rozerwaniu, a struktura białka, a co za tym idzie i jego właściwości, ulegają zmianie. Proces ten nazywa się denaturacją. Zerwanie niektórych słabych wiązań, zmiany w konformacji i właściwościach białka zachodzą również pod wpływem czynników fizjologicznych (na przykład pod wpływem hormonów). W ten sposób regulowane są właściwości białek: enzymy, receptory, transportery. Te zmiany w strukturze białek są zwykle łatwo odwracalne. Zerwanie dużej liczby słabych wiązań prowadzi do denaturacji białka, która może być nieodwracalna (na przykład koagulacja białek jaj podczas gotowania jaj). Czasami denaturacja białek ma znaczenie biologiczne. Na przykład pająk wydziela kroplę wydzieliny i przykleja ją do jakiegoś wspornika. Następnie, kontynuując wydzielanie wydzieliny, lekko pociąga nić i to słabe napięcie wystarczy, aby białko uległo denaturacji, przeszło z formy rozpuszczalnej do nierozpuszczalnej, a nić nabrała siły.

35-36. Monosacharydy(z greckiego monos: pojedynczy, sacchar: cukier), - związki organiczne, jedna z głównych grup węglowodanów; najbardziej prosta forma Sahara; są zazwyczaj bezbarwne, rozpuszczalne w wodzie, przezroczyste ciała stałe. Niektóre monosacharydy mają słodki smak. Monosacharydy, elementy budulcowe, z których syntetyzowane są disacharydy (takie jak sacharoza) i polisacharydy (takie jak celuloza i skrobia), zawierają grupy hydroksylowe i grupę aldehydową (aldozy) lub grupę ketonową (ketozy). Każdy atom węgla, do którego przyłączona jest grupa hydroksylowa (z wyjątkiem pierwszego i ostatniego) jest chiralny, dając początek wielu formom izomerycznym. Na przykład galaktoza i glukoza są aldoheksozami, ale mają różne właściwości chemiczne i fizyczne. Monosacharydy, jak wszystkie węglowodany, zawierają tylko 3 pierwiastki (C, O, H).

Monosacharydy są podzielone na triozy, tetrozy, pentozy, heksozy itp. (3, 4, 5, 6 itd. atomów węgla w łańcuchu); nie znaleziono naturalnych monosacharydów o łańcuchu węglowym zawierającym więcej niż 9 atomów węgla. Monosacharydy zawierające pierścień 5-członowy nazywane są furanozami, a te zawierające pierścień 6-członowy nazywane są piranozami.

Izomeria. W przypadku monosacharydów zawierających n asymetrycznych atomów węgla możliwe jest istnienie stereoizomerów 2n (patrz Izomeria).

38. Właściwości chemiczne. Monosacharydy wchodzą w reakcje chemiczne charakterystyczne dla grup karbonylowych i hydroksylowych. Funkcja monosacharydy - zdolność do istnienia w formach otwartych (acyklicznych) i cyklicznych oraz tworzenia pochodnych każdej formy. Większość monosaków cyklizuje w roztworze wodnym, tworząc półacetale lub hemiketale (w zależności od tego, czy są to aldozy czy ketozy) pomiędzy alkoholem a grupą karbonylową tego samego cukru. Na przykład glukoza łatwo tworzy półacetale, łącząc swoje C1 i O5, tworząc 6-członowy pierścień zwany piranozydem. Ta sama reakcja może zachodzić pomiędzy C1 i O4, tworząc 5-członowy furanozyd.

Monosacharydy w przyrodzie. Monosacharydy są częścią węglowodanów złożonych (glikozydów, oligosacharydów, polisacharydów) i mieszanych biopolimerów zawierających węglowodany (glikoproteiny, glikolipidy itp.). W tym przypadku monosacharydy są połączone ze sobą oraz z niewęglowodanową częścią cząsteczki wiązaniami glikozydowymi. Po hydrolizie przez kwasy lub enzymy wiązania te można rozerwać, uwalniając monosacharydy. W naturze wolne monosacharydy, z wyjątkiem D-glukozy i D-fruktozy, są rzadkie. Biosynteza monosacharydów z dwutlenku węgla i wody zachodzi w roślinach (patrz Fotosynteza); Przy udziale aktywowanych pochodnych monosacharydów - cukrów difosforanowych nukleozydów - z reguły zachodzi biosynteza węglowodanów złożonych. Rozkładowi monosacharydów w organizmie (na przykład fermentacja alkoholowa, glikoliza) towarzyszy uwalnianie energii.

Aplikacja. Niektóre wolne monosacharydy i ich pochodne (na przykład glukoza, fruktoza i jej difosforan itp.) są stosowane w Przemysł spożywczy i medycyna.

37. Glukoza (C6H12O6)(„cukier winogronowy”, dekstroza) występuje w soku wielu owoców i jagód, w tym winogron, skąd pochodzi nazwa tego rodzaju cukru. Jest to cukier sześciohydroksylowy (heksoza).

Właściwości fizyczne. Biała krystaliczna substancja o słodkim smaku, dobrze rozpuszczalna w wodzie, nierozpuszczalna w eterze, słabo rozpuszczalna w alkoholu.

Struktura cząsteczki

CH2(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-C=O

Glukoza może występować w postaci cykli (glukoza α i β).

α i β glukoza

Przejście glukozy z projekcji Fischera do projekcji Hawortha Glukoza jest końcowym produktem hydrolizy większości disacharydów i polisacharydów.

Rola biologiczna. Glukoza jest głównym produktem fotosyntezy i powstaje w cyklu Calvina.

W organizmie człowieka i zwierząt glukoza jest głównym i najbardziej uniwersalnym źródłem energii dla procesów metabolicznych. Wszystkie komórki organizmu zwierzęcego mają zdolność metabolizowania glukozy. Jednocześnie nie wszystkie komórki organizmu, a tylko niektóre ich rodzaje, mają zdolność wykorzystywania innych źródeł energii – na przykład wolnych kwasów tłuszczowych i gliceryny, fruktozy czy kwasu mlekowego.

Transport glukozy ze środowiska zewnętrznego do wnętrza komórka zwierzęca odbywa się poprzez aktywny transfer przezbłonowy za pomocą specjalnej cząsteczki białka - nośnika (transportera) heksozy.

Glukoza w komórkach może ulegać glikolizie w celu wytworzenia energii w postaci ATP. Pierwszym enzymem w łańcuchu glikolizy jest heksokinaza. Aktywność heksokinazy komórkowej podlega regulującemu wpływowi hormonów - stąd insulina gwałtownie zwiększa aktywność heksokinazy, a co za tym idzie wykorzystanie glukozy przez komórki, a glukokortykoidy zmniejszają aktywność heksokinazy.

Wiele innych niż glukoza źródeł energii można bezpośrednio przekształcić w glukozę w wątrobie – na przykład kwas mlekowy, wiele wolnych kwasów tłuszczowych i glicerol, czy wolne aminokwasy, szczególnie te najprostsze, takie jak alanina. Proces wytwarzania glukozy w wątrobie z innych związków nazywa się glukoneogenezą.

Te źródła energii, dla których nie zachodzi bezpośrednia przemiana biochemiczna w glukozę, mogą zostać wykorzystane przez komórki wątroby do wytworzenia ATP i późniejszego zaopatrzenia w energię dla procesów glukoneogenezy, resyntezy glukozy z kwasu mlekowego lub zaopatrzenia w energię w procesie syntezy polisacharydu glikogenu rezerwy z monomerów glukozy. Glukozę ponownie można łatwo wytworzyć z glikogenu w wyniku prostego rozkładu.

Ze względu na kluczowe znaczenie utrzymania stabilnego poziomu glukozy we krwi, ludzie i wiele innych zwierząt mają złożony system regulacja hormonalna parametry metabolizmu węglowodanów. Kiedy 1 gram glukozy zostanie utleniony do dwutlenku węgla i wody, uwolnione zostanie 17,6 kJ energii. Maksymalna „energia potencjalna” zmagazynowana w cząsteczce glukozy w postaci atomów węgla na stopniu utlenienia –4 (C−4) może zostać zredukowana w procesach metabolicznych do C+4 (w cząsteczce CO2). Jego przywrócenia do poprzedniego poziomu mogą dokonać autotrofy.

Fruktoza, czyli cukier owocowy C6H12O6- monosacharyd, który występuje w postaci wolnej w prawie wszystkich słodkich jagodach i owocach. Wiele osób woli zastąpić cukier nie syntetycznymi narkotykami, ale naturalną fruktozą.

W przeciwieństwie do glukozy, która jest uniwersalnym źródłem energii, fruktoza nie jest wchłaniana przez tkanki insulinozależne. Jest prawie całkowicie wchłaniany i metabolizowany przez komórki wątroby. Praktycznie żadne inne komórki w organizmie człowieka (z wyjątkiem plemników) nie potrafią wykorzystywać fruktozy. W komórkach wątroby fruktoza jest fosforylowana, a następnie rozkładana na triozy, które albo są wykorzystywane do syntezy kwasów tłuszczowych, co może prowadzić do otyłości i zwiększonego poziomu trójglicerydów (co z kolei zwiększa ryzyko miażdżycy), albo wykorzystywane do produkcji glikogenu synteza (jest również częściowo przekształcana w glukozę podczas glukoneogenezy). Jednakże konwersja fruktozy do glukozy jest procesem złożonym, wieloetapowym, a zdolność wątroby do przetwarzania fruktozy jest ograniczona. W ostatnich latach intensywnie bada się kwestię, czy w diecie diabetyków należy włączać fruktozę, gdyż do jej wchłaniania nie wymaga insuliny.

Chociaż fruktoza nie zwiększa (lub tylko nieznacznie) poziomu glukozy we krwi u zdrowej osoby, fruktoza często prowadzi do wzrostu poziomu glukozy we krwi u osób chorych na cukrzycę. Z drugiej strony, z powodu braku glukozy w komórkach, organizm diabetyka może spalać tłuszcz, co prowadzi do wyczerpania jego zapasów. W tym przypadku do ich przywrócenia można zastosować fruktozę, która łatwo przekształca się w tłuszcz i nie wymaga insuliny. Zaletą fruktozy jest to, że słodki smak można nadać daniu już przy niewielkiej zawartości fruktozy, gdyż przy tej samej zawartości kalorii co cukier (380 kcal/100 g) jest ona 1,2-1,8 razy słodsza. Jednak badania pokazują, że konsumenci fruktozy nie zmniejszają spożycia kalorii; zamiast tego jedzą słodszą żywność.

39. Oligosacharydy- są to oligomery składające się z kilku (nie więcej niż 20) monomerów - monosacharydów, w przeciwieństwie do polisacharydów, składających się z dziesiątek, setek lub tysięcy monosacharydów; - związki zbudowane z kilku reszt monosacharydowych (od 2 do 10) połączonych wiązaniem glikozydowym.

Bardzo ważnym i powszechnym szczególnym przypadkiem oligosacharydów są disacharydy – dimery składające się z dwóch cząsteczek monosacharydów.

Można także mówić o tri-, tetra- itp. sacharydy

40. Disacharydy- ogólna nazwa podklasy oligosacharydów, w której cząsteczka składa się z dwóch monomerów - monosacharydów. Disacharydy powstają w wyniku reakcji kondensacji pomiędzy dwoma monosacharydami, zwykle heksozami. Reakcja kondensacji polega na usunięciu wody. Wiązanie między monosacharydami powstałe w wyniku reakcji kondensacji nazywa się wiązaniem glikozydowym.Zazwyczaj wiązanie to tworzy się pomiędzy 1. i 4. atomem węgla sąsiednich jednostek monosacharydowych (wiązanie 1,4-glikozydowe).

Proces kondensacji można powtarzać niezliczoną ilość razy, w wyniku czego powstają ogromne cząsteczki polisacharydu. Po połączeniu jednostek monosacharydowych nazywane są resztami. Najpopularniejszymi disacharydami są laktoza i sacharoza.

Mutarotacja(od łac. muto-zmiana i rotatio - rotacja), zmiana wartości optycznej. rotacja roztworów związków optycznie czynnych na skutek ich epimeryzacji. Charakterystyka monosacharydów, redukujących oligosacharydów, laktonów itp. Mutarotacja może być katalizowana przez kwasy i zasady. W przypadku glukozy mutarotację tłumaczy się ustaleniem równowagi: w stanie równowagi występuje 38% formy alfa i 62% formy beta. Mediator forma aldehydowa występuje w znikomo małych stężeniach. Zalety tworzenia formy b można wytłumaczyć faktem, że jest ona bardziej stabilna termodynamicznie.

Reakcje „srebrnego lustra” i „miedzianego lustra” są charakterystyczne dla aldehydów

1) Reakcja „srebrnego lustra”, w wyniku której na ściankach probówki wytrąca się osad Ag

2) Reakcja „miedzianego lustra”, wytrącanie się czerwonego osadu Cu2O

40. Z kolei disacharydy, które powstają w niektórych przypadkach podczas hydroliza polisacharydów(maltoza podczas hydrolizy skrobi, celobioza podczas hydrolizy celulozy) lub występujące w organizmie w postaci wolnej (laktoza, sacharoza, trehaloza itp.), ulegają hydrolizie pod wpływem katalitycznego działania o- i p-glikozydaz do poszczególnych monosacharydów . Wszystkie glikozydazy, z wyjątkiem trehalazy (ot, omrehalozy-glukohydroksygazy), wyróżniają się szerokim zakresem specyficzności, przyspieszając hydrolizę niemal wszystkich glikozydów będących pochodnymi tego czy innego a- lub (3-monosacharydu. Tym samym -glukozydaza przyspiesza reakcję hydrolizy a-glukozydów, w tym maltozy, p-glukozydazy - p-glukozydów, w tym celobiozy, B-galaktozydazy - B-galaktozydów a wśród nich laktozy itp. Przykładami działania a i P-glukozydazy były podane wcześniej

41. Według niepowodzenia budowa chemiczna disacharydów typ trehalozy (glikozyd-glikozydy) i typ maltozy (glikozyd-glukoza) mają znacząco odmienne właściwości chemiczne: te pierwsze nie dają żadnych reakcji charakterystycznych dla grupy aldehydowej czy ketonowej, tj. nie utleniają się, nie ulegają redukcji, nie tworzą osazonów , wejść w reakcję polikodensacji (nie żywicować), nie mutarotować itp. W przypadku disacharydów takich jak maltoza, wszystkie wymienione reakcje są wręcz przeciwnie, bardzo charakterystyczne. Powód tej różnicy jest całkiem jasny z tego, co powiedziano powyżej na temat dwóch typów struktury disacharydowej i właściwości reszt monosacharydowych zawartych w ich składzie. Polega to na tym, że tylko w disacharydach takich jak maltoza możliwa jest tautomeryzacja pierścieniowa, w wyniku której powstaje wolna grupa aldehydowa lub ketonowa, która wykazuje swoje charakterystyczne właściwości.

W przypadku grup hydroksylowych alkoholi oba typy disacharydów dają te same reakcje: tworzą etery i estry oraz oddziałują z hydratami tlenków metali.

istnieje w naturze duża liczba disacharydy; Najważniejsze z nich to wspomniana już trehaloza i maltoza, a także sacharoza, celobioza i laktoza.

42. Maltoza(z angielskiego malt – malt) – cukier słodowy, naturalny disacharyd składający się z dwóch reszt glukozy; występuje w dużych ilościach w porośniętych ziarnach (słodzie) jęczmienia, żyta i innych zbóż; występuje także w pomidorach, pyłkach i nektarze wielu roślin. M. jest łatwo rozpuszczalny w wodzie i ma słodki smak; jest cukrem redukującym, ponieważ ma niepodstawioną grupę hydroksylową półacetalu. Biosynteza M. z b-D-glukopiranozylofosforanu i D-glukozy jest znana tylko u niektórych gatunków bakterii. W organizmach zwierzęcych i roślinnych magnez powstaje w wyniku enzymatycznego rozkładu skrobi i glikogenu (patrz Amylaza). Rozkład M. na dwie reszty glukozy następuje w wyniku działania enzymu a-glukozydazy, czyli maltazy, który występuje w sokach trawiennych zwierząt i ludzi, w kiełkach ziaren, pleśni i drożdżach. Genetycznie uwarunkowany brak tego enzymu w błonie śluzowej jelit człowieka prowadzi do wrodzonej nietolerancji M., poważnej choroby wymagającej wykluczenia z diety M., skrobi i glikogenu lub dodania do pożywienia enzymu maltazy.

Podczas gotowania maltozy z rozcieńczonym kwasem i pod działaniem enzymu maltaza ulega hydrolizie (powstają dwie cząsteczki glukozy C6H12O6). Maltoza jest łatwo wchłaniana przez organizm ludzki. Masa cząsteczkowa – 342,32 T, temperatura topnienia – 108 (bezwodny)

43. Laktoza(od łac. lactis – mleko) C12H22O11 – węglowodan z grupy disacharydów, występujący w mleku i jego przetworach. Cząsteczka laktozy składa się z reszt cząsteczek glukozy i galaktozy. Laktoza jest czasami nazywana cukrem mlecznym.

Właściwości chemiczne. Po ugotowaniu z rozcieńczonym kwasem laktoza ulega hydrolizie.

Laktoza otrzymywana jest z serwatki mlecznej.

Aplikacja. Stosowany do przygotowania pożywek hodowlanych, np. przy produkcji penicyliny. Stosowany jako substancja pomocnicza (substancja pomocnicza) w przemyśle farmaceutycznym.

Z laktozy otrzymuje się laktulozę – cenny lek stosowany w leczeniu zaburzeń jelitowych, takich jak zaparcia.

44. Sacharoza C12H22O11, czyli cukier buraczany, cukier trzcinowy, na co dzień po prostu cukier – disacharyd składający się z dwóch monosacharydów – α-glukozy i β-fruktozy.

Sacharoza jest bardzo powszechnym disacharydem w przyrodzie, występuje w wielu owocach, owocach i jagodach. Zawartość sacharozy jest szczególnie wysoka w burakach cukrowych i trzcinie cukrowej, które wykorzystuje się do przemysłowej produkcji cukru stołowego.

Sacharoza ma wysoką rozpuszczalność. Chemicznie fruktoza jest dość obojętna, tj. podczas przenoszenia się z miejsca na miejsce prawie nie bierze udziału w metabolizmie. Czasami sacharoza jest magazynowana jako rezerwowy składnik odżywczy.

Sacharoza, dostając się do jelita, jest szybko hydrolizowana przez alfa-glukozydazę w jelicie cienkim do glukozy i fruktozy, które następnie są wchłaniane do krwi. Inhibitory alfa-glukozydazy, takie jak akarboza, hamują rozkład i wchłanianie sacharozy, a także innych węglowodanów hydrolizowanych przez alfa-glukozydazę, w szczególności skrobi. Stosowany jest w leczeniu cukrzycy typu 2. Synonimy: alfa-D-glukopiranozylo-beta-D-fruktofuranozyd, cukier buraczany, cukier trzcinowy.

Właściwości chemiczne i fizyczne. Masa cząsteczkowa 342,3 amu. Wzór brutto (system Hill): C12H22O11. Smak jest słodkawy. Rozpuszczalność (gramy na 100 gramów): w wodzie 179 (0°C) i 487 (100°C), w etanolu 0,9 (20°C). Słabo rozpuszczalny w metanolu. Nierozpuszczalny w eterze dietylowym. Gęstość 1,5879 g/cm3 (15°C). Skręcalność właściwa dla linii D sodu: 66,53 (woda; 35 g/100 g; 20°C). Po ochłodzeniu ciekłym powietrzem i oświetleniu jasnym światłem kryształy sacharozy fosforyzują. Nie wykazuje właściwości redukujących - nie reaguje z odczynnikiem Tollensa i odczynnikiem Fehlinga. Obecność grup hydroksylowych w cząsteczce sacharozy można łatwo potwierdzić poprzez reakcję z wodorotlenkami metali. Jeśli do wodorotlenku miedzi(II) doda się roztwór sacharozy, powstanie jasnoniebieski roztwór sacharozy miedzi. W sacharozie nie ma grupy aldehydowej: po podgrzaniu z amoniakalnym roztworem tlenku srebra (I) nie daje „srebrnego lustra”, po podgrzaniu z wodorotlenkiem miedzi (II) nie tworzy czerwonego tlenku miedzi (I) . Wśród izomerów sacharozy o wzorze cząsteczkowym C12H22O11 można wyróżnić maltozę i laktozę.

Reakcja sacharozy z wodą. Jeśli zagotujesz roztwór sacharozy z kilkoma kroplami kwasu solnego lub siarkowego i zneutralizujesz kwas zasadą, a następnie podgrzejesz roztwór, pojawią się cząsteczki z grupami aldehydowymi, które redukują wodorotlenek miedzi (II) do tlenku miedzi (I). Reakcja ta pokazuje, że sacharoza pod wpływem katalitycznego działania kwasu ulega hydrolizie, w wyniku czego powstaje glukoza i fruktoza: C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6

Źródła naturalne i antropogeniczne. Zawarty w trzcinie cukrowej, burakach cukrowych (do 28% suchej masy), sokach roślinnych i owocach (np. brzoza, klon, melon i marchew). O pochodzeniu sacharozy – z buraków lub trzciny cukrowej – decyduje stosunek zawartości stabilnych izotopów węgla 12C i 13C. Buraki cukrowe mają mechanizm C3 asymilujący dwutlenek węgla (poprzez kwas fosfoglicerynowy) i preferują absorpcję izotopu 12C; Trzcina cukrowa ma mechanizm C4 pochłaniający dwutlenek węgla (poprzez kwas szczawiooctowy) i preferencyjnie absorbuje izotop 13C.

45. Celobioza- węglowodan z grupy disacharydów, składający się z dwóch reszt glukozy połączonych wiązaniem β-glukozydowym, główna jednostka strukturalna celulozy.

Biała, krystaliczna substancja, dobrze rozpuszczalna w wodzie. Celobioza charakteryzuje się reakcjami z udziałem grupy aldehydowej (półacetalowej) i grup hydroksylowych. Podczas hydrolizy kwasowej lub pod działaniem enzymu β-glukozydazy, celobioza rozkłada się, tworząc 2 cząsteczki glukozy.

Celobiozę otrzymuje się w wyniku częściowej hydrolizy celulozy. Celobioza występuje w postaci wolnej w soku niektórych drzew.

46. ​​​​Polisacharydy- ogólna nazwa klasy złożonych węglowodanów wielkocząsteczkowych, których cząsteczki składają się z dziesiątek, setek lub tysięcy monomerów - monosacharydów.

Polisacharydy są niezbędne do życia organizmów zwierzęcych i roślinnych. Stanowią jedno z głównych źródeł energii powstającej w wyniku metabolizmu organizmu. Biorą udział w procesach odpornościowych, zapewniają adhezję komórek w tkankach i stanowią większość materii organicznej w biosferze.

Ustalono zróżnicowaną aktywność biologiczną polisacharydów pochodzenia roślinnego: antybiotyk, przeciwwirusowy, przeciwnowotworowy, antidotum [źródło nieokreślone 236 dni]. Polisacharydy pochodzenia roślinnego odgrywają ważną rolę w ograniczaniu lipemii i miażdżycy naczyń ze względu na zdolność tworzenia kompleksów z białkami i lipoproteinami w osoczu krwi.

Do polisacharydów zalicza się w szczególności:

dekstryna jest polisacharydem, produktem hydrolizy skrobi;

skrobia jest głównym polisacharydem odkładanym jako rezerwa energetyczna w organizmach roślinnych;

glikogen to polisacharyd odkładany jako rezerwa energetyczna w komórkach organizmów zwierzęcych, ale występuje w małych ilościach w tkankach roślinnych;

celuloza jest głównym polisacharydem strukturalnym ścian komórkowych roślin;

galaktomannany – polisacharydy magazynujące niektórych roślin z rodziny strączkowych, takich jak guarana i mączka chleba świętojańskiego;

glukomannan to polisacharyd otrzymywany z bulw konjac, składający się z naprzemiennych jednostek glukozy i mannozy, rozpuszczalny błonnik pokarmowy, zmniejsza apetyt;

amyloid – stosowany do produkcji papieru pergaminowego.

Celuloza ( z łac. cellula - komórka, tak samo jak błonnik) - [C6H7O2(OH)3]n, polisacharyd; główny składnik błony komórkowe wszystkie rośliny wyższe.

Celuloza składa się z pozostałości cząsteczek glukozy, które powstają podczas kwaśnej hydrolizy celulozy:

(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6

Celuloza to długa nić zawierająca 300-2500 reszt glukozy, bez bocznych rozgałęzień. Nitki te są połączone wieloma wiązaniami wodorowymi, co nadaje celulozie większą wytrzymałość mechaniczną. Ssaki (jak większość innych zwierząt) nie mają enzymów rozkładających celulozę. Jednakże u wielu zwierząt roślinożernych (na przykład przeżuwaczy) w przewodzie pokarmowym znajdują się bakterie symbiotyczne, które rozkładają się i pomagają żywicielom wchłonąć ten polisacharyd.

Metodą przemysłową celulozę wytwarza się poprzez gotowanie w celulozowniach będących częścią kompleksów przemysłowych (młynów). W zależności od rodzaju zastosowanych odczynników wyróżnia się następujące metody gotowania miazgi:

Siarczyn. Roztwór do gotowania zawiera kwas siarkowy i jego sól, na przykład wodorosiarczyn sodu. Tą metodą uzyskuje się celulozę z gatunków drewna o niskiej zawartości żywicy: świerk, jodła.

Alkaliczny:

Natronny. Stosuje się roztwór wodorotlenku sodu. Metodą sodową można uzyskać celulozę z drewna liściastego i roślin jednorocznych.

Siarczan. Najpopularniejsza metoda dzisiaj. Stosowanym odczynnikiem jest roztwór zawierający wodorotlenek sodu i siarczek sodu, zwany ługem białym. Metoda wzięła swoją nazwę od siarczanu sodu, z którego w celulozowniach uzyskuje się siarczek do ługu białego. Metoda nadaje się do produkcji celulozy z dowolnego rodzaju materiału roślinnego. Jego wadą jest wydzielanie dużej ilości śmierdzących związków siarki: merkaptanu metylu, siarczku dimetylu itp. w wyniku reakcji niepożądanych.

Celuloza techniczna uzyskana po gotowaniu zawiera różne zanieczyszczenia: ligninę, hemicelulozy. Jeżeli celuloza przeznaczona jest do obróbki chemicznej (np. do produkcji włókien sztucznych), wówczas poddawana jest rafinacji – obróbce zimnym lub gorącym roztworem alkalicznym w celu usunięcia hemiceluloz.

Aby usunąć resztki ligniny i nadać miazgę białą, poddaje się ją bieleniu. Tradycyjne wybielanie chlorem składa się z dwóch etapów:

obróbka chlorem - w celu zniszczenia makrocząsteczek ligniny;

obróbka alkaliczna - w celu ekstrakcji powstałych produktów zniszczenia ligniny.

47. Skrobia- polisacharydy amylozy i amylopektyny, których monomerem jest alfa-glukoza. Skrobia syntetyzowana przez różne rośliny pod wpływem światła (fotosynteza) ma ich kilka różne kompozycje i strukturę ziaren.

Właściwości biologiczne. Skrobia będąca jednym z produktów fotosyntezy jest szeroko rozpowszechniona w przyrodzie. Dla roślin stanowi rezerwę składniki odżywcze i występuje głównie w owocach, nasionach i bulwach. Najbogatsze w skrobię są ziarna roślin zbożowych: ryżu (do 86%), pszenicy (do 75%), kukurydzy (do 72%) i bulw ziemniaka (do 24%).

Dla ludzkiego organizmu skrobia wraz z sacharozą jest głównym dostawcą węglowodanów - jednego z najważniejszych składników żywności. Pod działaniem enzymów skrobia ulega hydrolizie do glukozy, która w komórkach ulega utlenieniu do dwutlenku węgla i wody, uwalniając energię niezbędną do funkcjonowania żywego organizmu.

Biosynteza. Część glukozy wytwarzanej w roślinach zielonych podczas fotosyntezy przekształca się w skrobię:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6(glukoza) → (C6H10O5)n + nH2O

W ogólna perspektywa można to zapisać jako 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n 6nO2.

Skrobia gromadzi się w bulwach, owocach i nasionach roślin jako rezerwa odżywcza. Zatem bulwy ziemniaka zawierają do 24% skrobi, ziarna pszenicy - do 64%, ryż - 75%, kukurydza - 70%.

Glikogen jest polisacharydem, utworzony przez reszty glukozy; główny węglowodan magazynujący u ludzi i zwierząt. Glikogen (czasami nazywany także skrobią zwierzęcą, choć określenie to jest nieprecyzyjne) jest podstawową formą magazynowania glukozy w komórkach zwierzęcych. Odkłada się w postaci granulek w cytoplazmie wielu typów komórek (głównie wątroby i mięśni). Glikogen tworzy rezerwę energii, którą w razie potrzeby można szybko wykorzystać, aby zrekompensować nagły brak glukozy. Jednakże magazynowanie glikogenu nie jest tak gęste pod względem kalorii na gram jak magazynowanie trójglicerydów (tłuszczu). Tylko glikogen zmagazynowany w komórkach wątroby (hepatocytach) może zostać przekształcony w glukozę, która zasila cały organizm, a hepatocyty są w stanie zmagazynować do 8 procent swojej masy w postaci glikogenu, co stanowi najwyższe stężenie dowolnego typu komórek. Całkowita masa glikogenu w wątrobie u dorosłych może osiągnąć 100-120 gramów. W mięśniach glikogen przekształca się w glukozę wyłącznie do spożycia lokalnego i gromadzi się w znacznie niższych stężeniach (nie więcej niż 1% całkowitej masy mięśniowej), a jednocześnie jego całkowita rezerwa mięśniowa może przekraczać rezerwę zgromadzoną w hepatocytach. Nie duża liczba glikogen znaleziono w nerkach, a jeszcze mniej w pewne rodzaje komórki mózgowe (glejowe) i białe krwinki.

48. Chityna (C8H13O5N) (francuska chityna, z greckiego chiton: chiton – odzież, skóra, skorupa) – naturalny związek z grupy polisacharydów zawierających azot. Nazwa chemiczna: poli-N-acetylo-D-glukozo-2-amina, polimer reszt N-acetyloglukozaminy połączonych wiązaniami b-(1,4)-glikozydowymi. Główny składnik egzoszkieletu (naskórka) stawonogów i wielu innych bezkręgowców, wchodzi w skład ściany komórkowej grzybów i bakterii.

Dystrybucja w przyrodzie. Chityna jest jednym z najpowszechniejszych polisacharydów występujących w przyrodzie; każdego roku na Ziemi w organizmach żywych powstaje i rozkłada się około 10 gigaton chityny.

Pełni funkcje ochronne i wspomagające, zapewniając sztywność komórek - występuje w ścianach komórkowych grzybów.

Główny składnik egzoszkieletu stawonogów.

Chityna powstaje również w ciałach wielu innych zwierząt - różnych robaków, koelenteratów itp.

We wszystkich organizmach wytwarzających i wykorzystujących chitynę nie występuje ona w czysta forma oraz w połączeniu z innymi polisacharydami i bardzo często jest kojarzony z białkami. Pomimo tego, że chityna jest substancją o bardzo podobnej budowie, fizyczne i chemiczne właściwości I rola biologiczna do celulozy, chityny nie można znaleźć w organizmach tworzących celulozę (rośliny, niektóre bakterie).

Chemia chityny. W naturalna forma Chityny różnych organizmów różnią się nieco od siebie składem i właściwościami. Masa cząsteczkowa chityny sięga 260 000.

Chityna jest nierozpuszczalna w wodzie i odporna na rozcieńczone kwasy, zasady, alkohol i inne rozpuszczalniki organiczne. Rozpuszczalny w stężonych roztworach niektórych soli (chlorek cynku, tiocyjanian litu, sole wapnia).

Po podgrzaniu stężonymi roztworami kwasów mineralnych ulega zniszczeniu (hydrolizie), eliminując grupy acetylowe.

Praktyczne użycie. Jedną z pochodnych chityny, otrzymywaną z niej przemysłowo, jest chitozan. Surowcami do jego produkcji są muszle skorupiaków (kryl, krab królewski), a także produkty syntezy mikrobiologicznej.

49. Węglowodory aromatyczne, związki organiczne składające się z węgla i wodoru i zawierające jądra benzenu. Najprostsi i najważniejsi przedstawiciele A. u. - benzen (I) i jego homologi: metylobenzen lub toluen (II), dimetylobenzen lub ksylen itp. obejmują także pochodne benzenu z nienasyconymi łańcuchami bocznymi, na przykład styren (III). Istnieje wiele znanych A.u. z kilkoma jądrami benzenu w cząsteczce, np. difenylometan (IV), difenyl C6H5-C6H5, w którym oba jądra benzenu są bezpośrednio ze sobą połączone; w naftalenie (V) oba pierścienie mają po 2 atomy węgla; takie węglowodory nazywane są A.u. ze skondensowanymi jądrami.

Benzen C6H6, PhH) to organiczny związek chemiczny, bezbarwna ciecz o przyjemnym słodkawym zapachu. Węglowodór aromatyczny. Benzen jest składnikiem benzyny, ma szerokie zastosowanie w przemyśle i jest surowcem do produkcji leków, różnych tworzyw sztucznych, kauczuku syntetycznego i barwników. Chociaż benzen jest składnikiem ropy naftowej, jest on syntetyzowany na skalę przemysłową z innych składników. Toksyczny, rakotwórczy.

Homologi- Związki należące do tej samej klasy, ale różniące się między sobą składem całkowitą liczbą grup CH2. Całość wszystkich homologów tworzy serię homologiczną.

Właściwości fizyczne. Bezbarwna ciecz o specyficznym ostrym zapachu. Temperatura topnienia = 5,5 °C, temperatura wrzenia = 80,1 °C, gęstość = 0,879 g/cm3, masa cząsteczkowa = 78,11 g/mol. Podobnie jak wszystkie węglowodory, benzen spala się i wytwarza dużo sadzy. Tworzy mieszaniny wybuchowe z powietrzem, dobrze miesza się z eterami, benzyną i innymi rozpuszczalnikami organicznymi, z wodą tworzy mieszaninę azeotropową o temperaturze wrzenia 69,25°C. Rozpuszczalność w wodzie 1,79 g/l (w 25°C).

Struktura. Benzen w składzie należy do węglowodorów nienasyconych (seria homologiczna CnH2n-6), ale w przeciwieństwie do węglowodorów z serii etylenu, C2H4 wykazuje właściwości właściwe węglowodorom nasyconym w trudnych warunkach, ale benzen jest bardziej podatny na reakcje podstawienia. To „zachowanie” benzenu tłumaczy się jego specjalną budową: obecnością w strukturze sprzężonej chmury 6π elektronów. Nowoczesne wykonanie na temat elektronicznej natury wiązań w benzenie opiera się na hipotezie Linusa Paulinga, który zaproponował przedstawienie cząsteczki benzenu jako sześciokąta z wpisanym okręgiem, podkreślając w ten sposób brak stałych wiązań podwójnych i obecność pojedynczej chmury elektronów pokrywającej wszystkie sześć atomów węgla w cyklu.

50. Związki aromatyczne (areny)- cykliczne związki organiczne zawierające układ wiązań aromatycznych. Mogą mieć nasycone lub nienasycone łańcuchy boczne.

Do najważniejszych węglowodorów aromatycznych zalicza się benzen C6H6 i jego homologi: toluen C6H5CH3, ksylen C6H4(CH3)2 itp.; naftalen C10H8, antracen C14H10 i ich pochodne. Charakterystyczne właściwości chemiczne- zwiększona stabilność jądra aromatycznego i skłonność do reakcji podstawienia. Głównymi źródłami węglowodorów aromatycznych są smoła węglowa, ropa naftowa i produkty naftowe. Duże znaczenie mają syntetyczne metody produkcji. Węglowodory aromatyczne są produktami wyjściowymi do produkcji ketonów, aldehydów i kwasów aromatycznych, a także wielu innych substancji. Istnieją również areny heterocykliczne, wśród których najczęściej spotykane są w czystej postaci i w postaci związków: pirydyna, pirol, furan i tiofen, indol, puryna, chinolina.

Borazol („nieorganiczny benzen”) jest również aromatyczny, ale jego właściwości znacznie różnią się od właściwości arenów organicznych.

Reakcje podstawienia elektrofilowego”(eng. reakcja substytucji elektrofilowej) - reakcje podstawienia, w których atak przeprowadza elektrofil - cząstka, która jest naładowana dodatnio lub ma niedobór elektronów. Kiedy tworzy się nowe wiązanie, wychodząca cząstka, elektrofag, zostaje oddzielona bez pary elektronów. Najpopularniejszą grupą opuszczającą jest proton H+.

51-52. Reakcje aromatycznego podstawienia elektrofilowego

W przypadku układów aromatycznych istnieje właściwie jeden mechanizm podstawienia elektrofilowego - SEAr. Mechanizm SE1 (podobny do mechanizmu SN1) jest niezwykle rzadki, a SE2 (podobny do mechanizmu SN2) w ogóle nie występuje.

Mechanizm reakcji SAr lub aromatyczna reakcja podstawienia elektrofilowego (ang. podstawienie elektrofilowe aromatyczne) jest najpowszechniejszą i najważniejszą spośród reakcji podstawienia związków aromatycznych i składa się z dwóch etapów. W pierwszym etapie dodaje się elektrofil, a w drugim etapie oddziela się elektrofugę.

Podczas reakcji tworzy się dodatnio naładowany produkt pośredni (na rysunku 2b). Nazywa się go półproduktem Uelanda, jonem aroniowym lub kompleksem σ. Kompleks ten jest na ogół bardzo reaktywny i łatwo ulega stabilizacji, szybko eliminując kation. Etapem ograniczającym szybkość w zdecydowanej większości reakcji SAr jest pierwszy krok.

Szybkość reakcji = k**

Atakującym gatunkiem są zazwyczaj stosunkowo słabe elektrofile, dlatego w większości przypadków reakcja SEAr przebiega pod działaniem katalizatora – kwasu Lewisa. Najczęściej stosowane to AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2.

W tym przypadku mechanizm reakcji jest następujący (na przykładzie chlorowania benzenu, katalizatora FeCl3):

1. W pierwszym etapie katalizator oddziałuje z atakującą cząstką, tworząc aktywny środek elektrofilowy

W drugim etapie wdrażany jest mechanizm SEAr

53. Związki heterocykliczne(heterocykle) to związki organiczne zawierające cykle, które wraz z węglem obejmują także atomy innych pierwiastków. Można je uważać za związki karbocykliczne z heteropodstawnikami (heteroatomami) w pierścieniu. Najbardziej różnorodne i dobrze zbadane są aromatyczne związki heterocykliczne zawierające azot. Ograniczonymi przypadkami związków heterocyklicznych są związki, które nie zawierają atomów węgla w pierścieniu, na przykład pentazol.

Pirol- aromatyczny pięcioczłonowy heterocykl azotu, ma słabe właściwości zasadowe. Zawarty w oleju kostnym (otrzymywanym w wyniku suchej destylacji kości), a także w smole węglowej. Pierścienie pirolowe wchodzą w skład porfiryn – chlorofilu roślinnego, hemu hemoglobin i cytochromów oraz szeregu innych biologicznie ważnych związków.

Struktura i właściwości. Pirol jest bezbarwną cieczą o zapachu podobnym do chloroformu, która powoli ciemnieje pod wpływem powietrza. Jest lekko higroskopijny, słabo rozpuszczalny w wodzie i dobrze rozpuszczalny w większości rozpuszczalników organicznych. Budowę pirolu zaproponował w 1870 roku Bayer, opierając się na jego utlenieniu kwasem chromowym do maleimidu i powstaniu podczas destylacji sukcynimidu z pyłem cynkowym.

Kwasowość i metalacja. Pirol jest słabym kwasem NH (pKa 17,5 w wodzie) i reaguje z metalami alkalicznymi i ich amidami w ciekłym amoniaku lub obojętnych rozpuszczalnikach, deprotonując w pozycji 1 i tworząc odpowiednie sole. Podobnie przebiega reakcja z odczynnikami Grignarda, podczas której powstają sole N-magnezowe. N-podstawione pirole reagują z butylem i fenylolitem, tworząc metal w pozycji α.

54. INDOL (benzo[b]pirol), mol. m. 117,18; bezbarwny kryształy o słabym zapachu naftalenu; poseł. 52,5°C, wrz. 254°C; d456 1,0718; sublimuje po podgrzaniu. do 150°C; m 7.03.10-30 Kl.m (benzen, 25°C); destyluje z parą wodną, ​​eterem dietylowym i NH3; cóż, sol. w org. r-detaliści, gorąca woda, ciekły NH3. Cząsteczka ma płaską konfigurację.

Indol jest słabą zasadą (pKa -2,4). Po protonowaniu tworzy kation 3H-indolu (forma I), który po interakcji. z obojętną cząsteczką indol daje dimer (II). Jako słaby związek (pKa 17), indol z Na w ciekłym NH3 tworzy N-indol sodowy, z KOH w temperaturze 130°C - N-indol potasowy. Jest aromatyczny. Święty ty. Elektrof. wymiana idzie Ch. przyr. do pozycji 3. Nitrowanie prowadzi się zwykle azotanem benzoilu, sulfonowanie sulfotritlenkiem pirydyny, bromowanie dibromkiem dioksanu, chlorowanie SO2Cl2, alkilowanie aktywnymi halogenkami alkilu. Acetylacja w kwasie octowym zachodzi również w pozycji 3, w obecności. CH3COONa - do pozycji 1; W bezwodniku octowym powstaje 1,3-diacetylindol. Indol łatwo przyłącza się do podwójnego wiązania a, b-nienasyconych ketonów i nitryli.

Aminometylacja (roztwór Mannicha) w łagodnych warunkach zachodzi w pozycji 1, w trudnych warunkach w pozycji 3. Podstawienie w pierścieniu benzenowym (głównie w pozycjach 4 i 6) następuje tylko w środowisku kwaśnym, gdy pozycja 3 jest zablokowana. H2O2, nadkwasy lub pod wpływem światła indol utlenia się do indoksylu, który następnie ulega przemianie. w trimerze lub indygo. Silniejsze utlenianie pod wpływem O3, MnO2 prowadzi do pęknięcia pierścienia pirolowego z utworzeniem 2-formamidobenzaldehydu. Gdy indol jest uwodorniany wodorem w łagodnych warunkach, pierścień pirolowy ulega redukcji, a w trudniejszych warunkach również pierścień benzenowy.

Indol występuje w olejki eteryczne jaśmin i owoce cytrusowe, jest częścią Kam.-Ug. żywica. Pierścień indolowy jest fragmentem ważnych naturalnych cząsteczek. związki chemiczne (np. tryptofan, serotonina, melatonina, bufotenina). Zazwyczaj indol wyodrębnia się z frakcji naftalenu Kam.-Ug. żywica lub otrzymany przez odwodornienie o-etyloaniliny z tą ostatnią. cyklizacja powstałego produktu. Indol i jego pochodne są również syntetyzowane przez cyklizację arylohydrazonów związków karbonylowych. (dzielnica Fischer), interakcja. aryloaminy ze związkami a-halo- lub a-hydroksykarbonylowymi. (dzielnica Bishler) itp. Rdzeń indolowy jest częścią alkaloidów indolowych. Sam indol jest utrwalaczem zapachów w przemyśle perfumeryjnym; jego pochodne wykorzystuje się do produkcji związków biologicznie czynnych. (hormony, halucynogeny) i leki. Śr (np. indopan, indometacyna).

55. Imidazol- związek organiczny klasy heterocyklicznej, pięcioczłonowy pierścień z dwoma atomami azotu i trzema atomami węgla w pierścieniu, izomeryczny do pirazolu.

Nieruchomości. W niepodstawionym imidazolu pozycje 4 i 5 (atomy węgla) są równoważne ze względu na tautomerię. Aromatyczny, reaguje z solami diazoniowymi (połączenie). Jest nitrowany i sulfonowany tylko w środowisku kwaśnym w pozycji 4, halogeny wchodzą w pozycji 2 w środowisku zasadowym, a w środowisku kwaśnym w pozycji 4. Łatwo ulega alkilowaniu i acylowaniu przy iminie N, otwiera cykl podczas interakcji z roztwory mocnych kwasów i nadtlenków. Katalizuje hydrolizę trudno zmydlonych estrów i amidów kwasów karboksylowych.

Na bazie imidazolu wytwarza się wiele różnych cieczy jonowych.

Metody odbioru. Od orto-fenylenodiaminy poprzez benzimidazol i kwas 4,5-imidazolodikarboksylowy.

Oddziaływanie glioksalu (aldehydu szczawiowego) z amoniakiem i formaldehydem.

Rola biologiczna. Cykl imidazolowy jest częścią niezbędnego aminokwasu histydyny. Fragment strukturalny histaminy, zasad purynowych, dibazolu.

56. Pirydyna- sześcioczłonowy aromatyczny heterocykl z jednym atomem azotu, bezbarwna ciecz o silnym nieprzyjemnym zapachu; mieszalny z wodą i rozpuszczalnikami organicznymi. Pirydyna jest słabą zasadą, daje sole z mocnymi kwasami mineralnymi i łatwo tworzy sole podwójne i związki złożone.

Paragon. Głównym źródłem pirydyny jest smoła węglowa.

Właściwości chemiczne. Pirydyna wykazuje właściwości charakterystyczne dla amin trzeciorzędowych: tworzy N-tlenki, sole N-alkilopirydyniowe i może działać jako ligand będący donorem sigma.

Jednocześnie pirydyna ma oczywiste właściwości aromatyczne. Jednakże obecność atomu azotu w pierścieniu koniugacyjnym prowadzi do poważnej redystrybucji gęstości elektronowej, co prowadzi do silnego spadku aktywności pirydyny w reakcjach elektrofilowego podstawienia aromatycznego. W takich reakcjach reagują głównie pozycje meta pierścienia.

Pirydyna charakteryzuje się reakcjami aromatycznego podstawienia nukleofilowego, które zachodzą głównie w pozycjach orto-para pierścienia. Ta reaktywność wskazuje na brak elektronów w pierścieniu pirydynowym, co można podsumować następującą praktyczną zasadą: reaktywność pirydyny jako związku aromatycznego z grubsza odpowiada reaktywności nitrobenzenu.

Aplikacja. Stosowany w syntezie barwników, substancji leczniczych, środków owadobójczych, w chemii analitycznej, jako rozpuszczalnik wielu substancji organicznych i niektórych nieorganicznych materia organiczna do denaturacji alkoholu.

Bezpieczeństwo. Pirydyna jest toksyczna i wpływa na układ nerwowy i skórę.

57. Rola biologiczna. Kwas nikotynowy jest pochodną pirydyny. Wchłania się w żołądku i dwunastnica, a następnie ulega aminowaniu, w wyniku czego powstaje nikotynoamid, który w organizmie w połączeniu z białkami tworzy ponad 80 enzymów. Jest to główna fizjologiczna rola witaminy B5. Zatem kwas nikotynowy wchodzi w skład tak ważnych enzymów redoks, jak dehydrogeneza, które katalizują usuwanie wodoru z utlenianych substancji organicznych. Usunięty w ten sposób wodór jest przekazywany przez te enzymy enzymom redoks, do których zalicza się ryboflawina. Ponadto w organizmie ssaków nukleotydy pirydynowe powstają z nikotynamidu (niacyny) i kwasu nikotynowego, które służą jako koenzymy NAD i NADP. Niedobór tych prekursorów u zwierząt powoduje pelagrę, chorobę objawiającą się objawami ze strony skóry, przewodu pokarmowego i układu nerwowego (zapalenie skóry, biegunka, otępienie). Jako koenzymy, NAD i NADP, prekursory niacyny, biorą udział w wielu reakcjach redoks katalizowanych przez dehydrogenazy. Biologiczne działanie kwasu nikotynowego objawia się pobudzeniem funkcji wydzielniczej żołądka i gruczołów trawiennych (w jego obecności w żołądku stężenie wolnych kwasu solnego). Pod wpływem witaminy B5 wzrasta biosynteza glikogenu i zmniejsza się hiperglikemia, zwiększa się funkcja detoksykacyjna wątroby, rozszerzają się naczynia krwionośne i poprawia się mikrokrążenie krwi.

Między kwas nikotynowy i aminokwasy zawierające siarkę istnieje połączenie. Zwiększone wydalanie metylonikotynamidu z moczem w przypadku niedoboru białka normalizuje się poprzez włączenie do diety aminokwasów zawierających siarkę. Jednocześnie normalizuje się również zawartość fosfopirynukleotydów w wątrobie.

58. Pirymidyna (C4N2H4, pirymidyna, 1,3- lub m-diazyna, miazyna) to związek heterocykliczny o płaskiej cząsteczce, najprostszy przedstawiciel 1,3-diazyn.

Właściwości fizyczne. Pirymidyna to bezbarwne kryształy o charakterystycznym zapachu.

Właściwości chemiczne. Masa cząsteczkowa pirymidyny wynosi 80,09 g/mol. Pirymidyna wykazuje właściwości słabej zasady dikwasowej, ponieważ atomy azotu mogą dodawać protony poprzez wiązania donor-akceptor, uzyskując w ten sposób ładunek dodatni. Reaktywność w reakcjach podstawienia elektrofilowego pirymidyny jest zmniejszona na skutek spadku gęstości elektronów w pozycjach 2,4,6 spowodowanego obecnością w pierścieniu dwóch atomów azotu. Podstawienie staje się możliwe tylko w obecności podstawników oddających elektrony i jest skierowane do najmniej zdezaktywowanej pozycji 5. Natomiast pirymidyna jest aktywna w stosunku do odczynników nukleofilowych, które atakują atomy węgla 2, 4 i 6 w pierścieniu.

Paragon. Pirymidynę otrzymuje się przez redukcję halogenowanych pochodnych pirymidyny. Lub z 2,4,6-trichloropirymidyny otrzymywanej przez działanie na kwas barbiturowy chlorotlenkiem fosforu.

Pochodne pirymidyny szeroko rozpowszechnione w przyrodzie żywej, gdzie uczestniczą w wielu ważnych procesach biologicznych. W szczególności pochodne takie jak cytozyna, tymina, uracyl są częścią nukleotydów, które są jednostkami strukturalnymi kwasów nukleinowych; rdzeń pirymidynowy jest częścią niektórych witamin z grupy B, w szczególności B1, koenzymów i antybiotyków.

59. Puryna (C5N4H4, Puryna)- związek heterocykliczny, najprostszy przedstawiciel imidazopirymidyn.

Pochodne puryn odgrywają ważną rolę w chemii związków naturalnych (zasady purynowe DNA i RNA; koenzym NAD; alkaloidy, kofeina, teofilina i teobromina; toksyny, saksytoksyna i związki pokrewne; kwas moczowy) i dzięki temu w farmaceutykach.

Adenina- zasada azotowa, aminowa pochodna puryn (6-aminopuryna). Tworzy dwa wiązania wodorowe z uracylem i tyminą (komplementarność).

Właściwości fizyczne. Adenina to bezbarwne kryształy topiące się w temperaturze 360-365 C. Ma charakterystyczne maksimum absorpcji (λmax) przy 266 mmk (pH 7) przy molowym współczynniku ekstynkcji (εmax) wynoszącym 13500.

Wzór chemiczny C5H5N5, masa cząsteczkowa 135,14 g/mol. Adenina wykazuje podstawowe właściwości (pKa1=4,15; pKa2=9,8). Podczas interakcji z kwasem azotowym adenina traci grupę aminową, zamieniając się w hipoksantynę (6-hydroksypurynę). W roztwory wodne krystalizuje w krystaliczny hydrat z trzema cząsteczkami wody.

Rozpuszczalność. Jest dobrze rozpuszczalny w wodzie, zwłaszcza gorącej; wraz ze spadkiem temperatury wody maleje rozpuszczalność w niej adeniny. Słabo rozpuszczalny w alkoholu, chloroformie, eterze, a także w kwasach i zasadach - nierozpuszczalny.

Występowanie i znaczenie w przyrodzie. Adenina wchodzi w skład wielu związków niezbędnych dla organizmów żywych, takich jak: adenina, fosfotazy adenozyny, kwasy adenozynofosforowe, kwasy nukleinowe, nukleotydy adeninowe itp. W postaci tych związków adenina jest szeroko rozpowszechniona w przyrodzie żywej.

Guanina- zasada azotowa, aminowa pochodna puryn (6-hydroksy-2-aminopuryna), jest integralną częścią kwasów nukleinowych. W DNA podczas replikacji i transkrypcji tworzy trzy wiązania wodorowe z cytozyną (komplementarność). Po raz pierwszy wyizolowany z guana.

Właściwości fizyczne. Bezbarwny, amorficzny, krystaliczny proszek. Temperatura topnienia 365°C. Roztwór guaniny w HCl fluoryzuje. W środowiskach zasadowych i kwaśnych ma dwa maksima absorpcji (λmax) w widmie ultrafioletowym: przy 275 i 248 mmk (pH 2) oraz 246 i 273 mmk (pH 11).

Właściwości chemiczne. Wzór chemiczny - C5H5N5O, masa cząsteczkowa - 151,15 g/mol. Wykazuje podstawowe właściwości, pKa1= 3,3; pKa2= 9,2; pKa3=12,3. Reaguje z kwasami i zasadami tworząc sole.

Rozpuszczalność. Dobrze rozpuszczalny w kwasach i zasadach, słabo rozpuszczalny w eterze, alkoholu, amoniaku i roztworach obojętnych, nierozpuszczalny w wodzie .

Reakcje jakościowe. W celu oznaczenia guaniny wytrąca się ją kwasami metafosforowym i pikrynowym, a kwasem diazosulfonowym w roztworze Na2CO3 daje barwę czerwoną.

Dystrybucja w naturze i znaczeniu. Część kwasów nukleinowych.

60. Nukleozydy to glikozyloaminy zawierające zasadę azotową związaną z cukrem (rybozą lub deoksyrybozą).

Nukleozydy mogą być fosforylowane przez kinazy komórkowe przy pierwszorzędowej grupie alkoholowej cukru, co powoduje utworzenie odpowiednich nukleotydów.

Nukleotydy- estry fosforowe nukleozydów, fosforany nukleozydów. Wolne nukleotydy, w szczególności ATP, cAMP, ADP, odgrywają ważną rolę w procesach energetycznych i informacyjnych wewnątrzkomórkowych, są także składnikami kwasów nukleinowych i wielu koenzymów.

Nukleotydy to estry nukleozydów i kwasów fosforowych. Nukleozydy z kolei to N-glikozydy zawierające fragment heterocykliczny połączony poprzez atom azotu z atomem C-1 reszty cukrowej.

Struktura nukleotydów. W naturze najczęściej spotykanymi nukleotydami są β-N-glikozydy puryn lub pirymidyn oraz pentozy – D-ryboza lub D-2-ryboza. W zależności od budowy pentozy rozróżnia się rybonukleotydy i deoksyrybonukleotydy, które są monomerami cząsteczek złożonych polimerów biologicznych (polinukleotydów) - odpowiednio RNA lub DNA.

Reszta fosforanowa w nukleotydach zwykle tworzy wiązanie estrowe z 2”, 3” lub 5” grupami hydroksylowymi rybonukleozydów; w przypadku 2” deoksynukleozydów, 3” lub 5” grupy hydroksylowe są zestryfikowane.

Związki składające się z dwóch cząsteczek nukleotydów nazywane są dinukleotydami, trzy - trinukleotydami, niewielka liczba - oligonukleotydami, a wiele - polinukleotydami lub kwasami nukleinowymi.

Nazwy nukleotydów są skrótami w postaci standardowych kodów trzy- lub czteroliterowych.

Jeżeli skrót zaczyna się od małej litery „d” (angielski d), oznacza to deoksyrybonukleotyd; brak litery „d” oznacza rybonukleotyd. Jeśli skrót zaczyna się od małej litery „c” (angielski c), wówczas mówimy o cyklicznej formie nukleotydu (na przykład cAMP).

Pierwsza duża litera skrótu oznacza konkretną zasadę azotową lub grupę możliwych zasad nukleinowych, druga litera oznacza liczbę reszt kwasu fosforowego w strukturze (M - mono-, D - di-, T - tri-), oraz trzecią wielką literą jest zawsze litera F („-fosforan”; ang. P).

Łacińskie i rosyjskie kody zasad nukleinowych:

A - A: Adenina; G - G: Guanina; C - C: Cytozyna; T - T: Tymina (5-metylouracyl), nie występująca w RNA, zastępuje uracyl w DNA; U - U: Uracyl, nie występujący w DNA, zastępuje tyminę w RNA.

Pierwsze pojawiły się na początku XIX wieku. radykalna teoria(J. Gay-Lussac, F. Wehler, J. Liebig). Rodniki to grupy atomów, które przechodzą bez zmian podczas reakcji chemicznych z jednego związku na drugi. Ta koncepcja rodników została zachowana, lecz większość pozostałych zapisów teorii rodników okazała się błędna.

Według teorie typu(C. Gerard) wszystkie substancje organiczne można podzielić na typy odpowiadające pewnym substancjom nieorganicznym. Na przykład alkohole R-OH i etery R-O-R uznano za przedstawicieli typu wody H-OH, w którym atomy wodoru zastąpiono rodnikami. Teoria typów stworzyła klasyfikację substancji organicznych, której niektóre zasady są stosowane dzisiaj.

Nowoczesną teorię budowy związków organicznych stworzył wybitny rosyjski naukowiec A.M. Butlerow.

Podstawowe zasady teorii budowy związków organicznych A.M. Butlerow

1. Atomy w cząsteczce są ułożone w określonej kolejności, zgodnie z ich wartościowością. Wartościowość atomu węgla w związkach organicznych wynosi cztery.

2. Właściwości substancji zależą nie tylko od tego, jakie atomy i w jakich ilościach znajdują się w cząsteczce, ale także od kolejności, w jakiej są ze sobą połączone.

3. Atomy lub grupy atomów tworzące cząsteczkę wzajemnie na siebie wpływają, co decyduje o aktywności chemicznej i reaktywności cząsteczek.

4. Badanie właściwości substancji pozwala określić ich budowę chemiczną.

Najważniejszą właściwością związków organicznych jest wzajemne oddziaływanie sąsiadujących ze sobą atomów w cząsteczkach. Wpływ ten przekazywany jest albo poprzez łańcuch prostych wiązań, albo poprzez łańcuch sprzężonych (naprzemiennych) wiązań prostych i podwójnych.

Klasyfikacja związków organicznych opiera się na analizie dwóch aspektów budowy cząsteczek – struktury szkieletu węglowego oraz obecności grup funkcyjnych.

Związki organiczne

Węglowodory Związki heterocykliczne

Limit- Bezprecedensowy- Aromat-

wydajny praktyczny

Alifatyczny karbocykliczny

Ostateczny nienasycony alicykliczny aromat

(Alkany) (Cykloalkany) (Areny)

Z P H 2 P+2°C P H 2 P Z P H 2 P-6

Koniec pracy -

Ten temat należy do działu:

Wstęp. Podstawy współczesnej teorii konstrukcji

Związki organiczne.. wprowadzenie..chemia bioorganiczna bada strukturę i właściwości substancji biorących udział w procesach życiowych..

Jeśli potrzebujesz dodatkowych materiałów na ten temat lub nie znalazłeś tego czego szukałeś, polecamy skorzystać z wyszukiwarki w naszej bazie dzieł:

Co zrobimy z otrzymanym materiałem:

Jeśli ten materiał był dla Ciebie przydatny, możesz zapisać go na swojej stronie w sieciach społecznościowych:

Ćwierkać

Wszystkie tematy w tym dziale:

Alkeny Alkadieny Alkiny
SpN2p SpN2p-2 SpN2p-2 Ryc. 1. Klasyfikacja związków organicznych według budowy

Struktura elektronowa atomu węgla. Hybrydyzacja.
Dla warstwy elektronów walencyjnych atomu C, znajdującej się w głównej podgrupie czwartej grupy drugiego okresu układu okresowego D. I. Mendelejewa, główna liczba kwantowa n = 2, wtórna (orbitalna

Systemy sprzężone
Istnieją dwa typy układów sprzężonych (i sprzęgieł). 1. p, koniugacja p - elektrony ulegają delokalizacji

TEMAT 3. Budowa chemiczna i izomeria związków organicznych
Izomeria związków organicznych. Jeżeli dwie lub więcej pojedynczych substancji mają ten sam skład ilościowy (wzór cząsteczkowy), ale różnią się między sobą

Konformacje cząsteczek organicznych
Rotacja wokół wiązania C – C jest stosunkowo łatwa, a łańcuch węglowodorowy może przybierać różne kształty. Formy konformacyjne łatwo przekształcają się w siebie i dlatego nie są różnymi związkami

Konformacje związków cyklicznych.
Cyklopentan. Pięcioczłonowy pierścień w płaskiej postaci ma kąty wiązania 108°, czyli blisko normalna wartość dla atomu hybrydowego sp3. Dlatego w płaskim cyklopentanie, w przeciwieństwie do cyklu

Izomery konfiguracyjne
Są to stereoizomery o różnym ułożeniu wokół pewnych atomów innych atomów, rodników lub grup funkcyjnych w przestrzeni względem siebie. Istnieją koncepcje katastrofy

Ogólna charakterystyka reakcji związków organicznych.
Kwasowość i zasadowość związków organicznych. Ocena kwasowości i zasadowości związków organicznych najwyższa wartość mają dwie teorie – teorię Brønsteda i teorię

Zasady Bronsteda to obojętne cząsteczki lub jony, które mogą przyjąć proton (akceptory protonów).
Kwasowość i zasadowość nie są właściwościami absolutnymi, ale względnymi związków: właściwości kwasowe występują tylko w obecności zasady; podstawowe właściwości - tylko w obecności ki

Ogólna charakterystyka reakcji związków organicznych
Większość reakcji organicznych składa się z kilku kolejnych (elementarnych) etapów. Szczegółowy opis całości tych etapów nazywa się mechanizmem. Mechanizm reakcji -

Selektywność reakcji
W wielu przypadkach związek organiczny zawiera kilka nierównych centrów reakcji. W zależności od struktury produktów reakcji mówią o regioselektywności, chemoselektywności i

Radykalne reakcje.
Chlor reaguje z węglowodorami nasyconymi jedynie pod wpływem światła, ciepła lub w obecności katalizatorów, a wszystkie atomy wodoru są sukcesywnie zastępowane przez chlor: CH4

Reakcje addycji elektrofilowej
Węglowodory nienasycone - alkeny, cykloalkeny, alkadieny i alkiny - wykazują zdolność do ulegania reakcjom addycji, ponieważ zawierają wiązania podwójne lub potrójne. Ważniejsze in vivo jest dwojakie

I eliminacja z nasyconego atomu węgla
Reakcje podstawienia nukleofilowego przy zhybrydyzowanym atomie węgla sp3: reakcje heterolityczne wywołane polaryzacją wiązania s węgiel - heteroatom (halogenopro

Reakcje podstawienia nukleofilowego z udziałem atomu węgla zhybrydyzowanego sp2.
Rozważmy mechanizm reakcji tego typu na przykładzie oddziaływania kwasów karboksylowych z alkoholami (reakcja estryfikacji). W grupie karboksylowej kwasu zachodzi koniugacja p,p, ponieważ para jest

Reakcje podstawienia nukleofilowego w szeregu kwasów karboksylowych.
Tylko z czysto formalnego punktu widzenia grupę karboksylową można uznać za kombinację funkcji karbonylowych i hydroksylowych. W rzeczywistości ich wzajemny wpływ na siebie jest taki, że całkowicie i

Związki organiczne.
Reakcje utleniania i redukcji (ORR) zajmują duże miejsce w chemii organicznej. OVR ma ogromne znaczenie dla procesów życiowych. Z ich pomocą ciało będzie zaspokojone

Uczestnictwo w procesach życiowych
Zdecydowana większość substancji organicznych biorących udział w procesach metabolicznych to związki posiadające dwie lub więcej grup funkcyjnych. Takie związki są zwykle klasyfikowane

Fenole dwuatomowe
Fenole dwuatomowe – pirokatechol, rezorcyna, hydrochinon – wchodzą w skład wielu naturalnych związków. Wszystkie dają charakterystyczne zabarwienie chlorkiem żelaza. Pirokatechol (o-dihydroksybenzen, katecho

Kwasy dikarboksylowe i nienasycone kwasy karboksylowe.
Kwasy karboksylowe zawierające jedną grupę karboksylową nazywane są jednozasadowymi, dwie nazywane są dwuzasadowymi itp. Kwasy dikarboksylowe są białe substancje krystaliczne, mając

Aminoalkohole
2-aminoetanol (etanoloamina, kolamina) – element konstrukcyjny złożone lipidy powstają poprzez otwarcie naprężonych trójczłonowych pierścieni tlenku etylenu i etylenoiminy odpowiednio amoniakiem lub wodą

Hydroksy i aminokwasy.
Hydroksykwasy zawierają w cząsteczce zarówno grupy hydroksylowe, jak i karboksylowe, aminokwasy zawierają grupy karboksylowe i aminowe. W zależności od umiejscowienia grupy hydroksylowej lub aminowej

Oksokwasy
Oksokwasy to związki zawierające zarówno grupy karboksylowe, jak i aldehydowe (lub ketonowe). Zgodnie z tym rozróżnia się kwasy aldehydowe i ketokwasy. Najprostszy kwas aldehydowy

Heterofunkcyjne pochodne benzenu jako leki.
Ostatnie dziesięciolecia charakteryzowały się pojawieniem się wielu nowych leków i preparatów. Jednocześnie nadal duże znaczenie mają niektóre grupy znanych wcześniej leków.

TEMAT 10. Biologicznie ważne związki heterocykliczne
Związki heterocykliczne (heterocykle) to związki zawierające w cyklu jeden lub więcej atomów innych niż węgiel (heteroatomy). U podstaw leżą układy heterocykliczne

TEMAT 11. Aminokwasy, peptydy, białka
Struktura i właściwości aminokwasów i peptydów. Aminokwasy to związki, w których cząsteczkach występują jednocześnie grupy aminowe i karboksylowe. Naturalna a-amina

Struktura przestrzenna polipeptydów i białek
Polipeptydy i białka o dużej masie cząsteczkowej wraz ze strukturą pierwszorzędową charakteryzują się wyższymi poziomami organizacji, które zwykle nazywane są strukturami drugorzędowymi, trzeciorzędowymi i czwartorzędowymi.

TEMAT 12. Węglowodany: mono, di- i polisacharydy
Węglowodany dzielą się na proste (monosacharydy) i złożone (polisacharydy). Monosacharydy (monozy). Są to związki heteropolifunkcyjne zawierające karbonyl i kilka g

TEMAT 13. Nukleotydy i kwasy nukleinowe
Kwasy nukleinowe (polinukleotydy) to biopolimery, których jednostkami monomeru są nukleotydy. Nukleotyd jest strukturą trójskładnikową składającą się z

Nukleozydy.
Zasady heterocykliczne tworzą N-glikozydy z D-rybozą lub 2-deoksy-D-rybozą. W chemii kwasów nukleinowych takie N-glikozydy nazywane są nukleozydami. D-ryboza i 2-deoksy-D-ryboza w p

Nukleotydy.
Nukleotydy nazywane są fosforanami nukleozydów. Kwas fosforowy zwykle estryfikuje alkohol hydroksylowy w pozycji C-5" lub C-3" w reszcie rybozy lub dezoksyrybozy (atomy pierścienia zasady azotowej są ponumerowane

Steroidy
Sterydy są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie i pełnią różnorodne funkcje w organizmie. Do chwili obecnej znanych jest około 20 000 sterydów; ponad 100 z nich jest stosowanych w medycynie. Sterydy mają

Hormony steroidowe
Hormony - biologicznie substancje czynne, powstający w wyniku działania gruczołów dokrewnych i biorący udział w regulacji metabolizmu i funkcje fizjologiczne w organizmie.

Sterole
Z reguły komórki są bardzo bogate w sterole. W zależności od źródła izolacji wyróżnia się zoosterole (ze zwierząt), fitosterole (z roślin), mykosterole (z grzybów) i sterole mikroorganizmów. W

Kwasy żółciowe
W wątrobie sterole, zwłaszcza cholesterol, przekształcają się w kwasy żółciowe. Alifatyczny łańcuch boczny przy C17 w kwasach żółciowych, pochodnych węglowodoru cholanowego, składa się z 5 atomów węgla

Terpeny i terpenoidy
Nazwa ta łączy w sobie szereg węglowodorów i ich pochodnych zawierających tlen - alkoholi, aldehydów i ketonów, których szkielet węglowy zbudowany jest z dwóch, trzech lub więcej jednostek izoprenowych. Sami

Witaminy
Witaminy nazywane są potocznie substancjami organicznymi, których obecność w niewielkich ilościach w pożywieniu ludzi i zwierząt jest niezbędna do ich prawidłowego funkcjonowania. To klasyczna operacja.

Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach
Witamina A jest seskwiterpenem występującym w maśle, mleku, żółtku jaja i oleju rybnym; smalec i margaryna go nie zawierają. Jest to witamina wzrostu; brak go w pożywieniu powoduje

Witaminy rozpuszczalne w wodzie
Pod koniec ubiegłego wieku cierpiały tysiące marynarzy na japońskich statkach, a wielu z nich zmarło bolesną śmiercią z powodu tajemniczej choroby beri-beri. Jedną z tajemnic beri-beri było to, że żeglarze na

Temat: Podstawowe zasady teorii struktury związków organicznych A. M. Butlerowa.

Teoria budowy chemicznej związków organicznych, wysunięta przez A. M. Butlerowa w drugiej połowie ubiegłego wieku (1861), została potwierdzona w pracach wielu naukowców, w tym uczniów Butlerowa i jego samego. Okazało się, że na jego podstawie można wyjaśnić wiele zjawisk, które do tej pory nie miały interpretacji: homologia, przejaw czterowartościowości przez atomy węgla w substancjach organicznych. Teoria spełniła także swoją funkcję predykcyjną: na jej podstawie naukowcy przewidywali istnienie wciąż nieznanych związków, opisywali ich właściwości i odkrywali je. I tak w latach 1862–1864. A. M. Butlerov zbadał alkohole propylowe, butylowe i amylowe, określił liczbę możliwych izomerów i wyprowadził wzory tych substancji. Ich istnienie zostało później udowodnione eksperymentalnie, a niektóre izomery zsyntetyzował sam Butlerov.

W XX wieku. zapisy teorii budowy chemicznej związków chemicznych zostały opracowane w oparciu o nowe poglądy, które rozpowszechniły się w nauce: teorię budowy atomu, teorię wiązań chemicznych, idee dotyczące mechanizmów reakcje chemiczne. Obecnie teoria ta jest uniwersalna, to znaczy dotyczy nie tylko substancji organicznych, ale także nieorganicznych.

Pierwsza pozycja. Atomy w cząsteczkach są łączone w określonej kolejności, zgodnie z ich wartościowością. Węgiel we wszystkich związkach organicznych i większości związków nieorganicznych jest czterowartościowy.

Oczywiście ostatnią część pierwszego stanowiska teorii można łatwo wytłumaczyć faktem, że w związkach atomy węgla znajdują się w stanie wzbudzonym:

Czterowartościowe atomy węgla mogą łączyć się ze sobą, tworząc różne łańcuchy:

Kolejność łączenia atomów węgla w cząsteczkach może być różna i zależy od rodzaju kowalencyjnego wiązania chemicznego między atomami węgla - pojedynczego lub wielokrotnego (podwójnego i potrójnego):

Druga pozycja. Właściwości substancji zależą nie tylko od ich składu jakościowego i ilościowego, ale także od struktury ich cząsteczek.

To stanowisko wyjaśnia zjawisko.

Substancje, które mają ten sam skład, ale inną strukturę chemiczną lub przestrzenną, a co za tym idzie różne właściwości, nazywane są izomerami.

Główne rodzaje:

Izomeria strukturalna, w której substancje różnią się kolejnością wiązania atomów w cząsteczkach: szkielet węglowy

pozycje wielu obligacji:

posłowie

pozycje grup funkcyjnych

Trzecia pozycja. Właściwości substancji zależą od wzajemnego oddziaływania atomów w cząsteczkach.

Na przykład w kwasie octowym tylko jeden z czterech atomów wodoru reaguje z zasadą. Na tej podstawie można założyć, że tylko jeden atom wodoru jest związany z tlenem:

Natomiast ze wzoru strukturalnego kwasu octowego możemy wywnioskować, że zawiera on jeden ruchomy atom wodoru, czyli jest jednozasadowy.

Główne kierunki rozwoju teorii budowy związków chemicznych i jej znaczenie.

W czasach A.M. Butlerowa chemia organiczna była szeroko stosowana

wzory empiryczne (molekularne) i strukturalne. Te ostatnie odzwierciedlają kolejność łączenia atomów w cząsteczce według ich wartościowości, co jest oznaczone myślnikami.

Dla ułatwienia zapisu często stosuje się skrócone wzory strukturalne, w których myślniki oznaczają jedynie wiązania pomiędzy atomami węgla lub węglem i tlenem.

Oraz włókna, z których produkty wykorzystywane są w technologii, życiu codziennym, medycynie i rolnictwie. Znaczenie teorii struktury chemicznej A. M. Butlerowa dla chemii organicznej można porównać ze znaczeniem prawa okresowego i układu okresowego pierwiastki chemiczne D. I. Mendelejew za chemia nieorganiczna. Nie bez powodu obie teorie mają tak wiele wspólnego w sposobach ich powstawania, kierunkach rozwoju i ogólnym znaczeniu naukowym.

Jak nauka ukształtowała się na początku XIX wieku, kiedy szwedzki naukowiec J. Ya. Berzelius jako pierwszy wprowadził pojęcie substancji organicznych i chemii organicznej. Pierwszą teorią chemii organicznej jest teoria rodników. Chemicy odkryli, że podczas przemian chemicznych grupy składające się z kilku atomów przechodzą w niezmienionej postaci z cząsteczki jednej substancji do cząsteczki innej substancji, tak jak atomy pierwiastków przechodzą z cząsteczki na cząsteczkę. Takie „niezmienne” grupy atomów nazywane są rodnikami.

Jednak nie wszyscy naukowcy zgodzili się z radykalną teorią. Wielu ogólnie odrzucało ideę atomizmu - ideę złożonej struktury cząsteczki i istnienia atomu jako jej części składowej. Co zostało bezsprzecznie udowodnione dzisiaj i nie budzi najmniejszych wątpliwości, w XIX wieku. był przedmiotem ostrych kontrowersji.

Treść lekcji notatki z lekcji ramka wspomagająca prezentację lekcji metody przyspieszania technologie interaktywne Ćwiczyć zadania i ćwiczenia autotest warsztaty, szkolenia, case'y, zadania prace domowe dyskusja pytania retoryczne pytania uczniów Ilustracje pliki audio, wideo i multimedia fotografie, obrazy, grafiki, tabele, diagramy, humor, anegdoty, dowcipy, komiksy, przypowieści, powiedzenia, krzyżówki, cytaty Dodatki streszczenia artykuły sztuczki dla ciekawskich szopki podręczniki podstawowy i dodatkowy słownik terminów inne Udoskonalanie podręczników i lekcjipoprawianie błędów w podręczniku aktualizacja fragmentu podręcznika, elementy innowacji na lekcji, wymiana przestarzałej wiedzy na nową Tylko dla nauczycieli doskonałe lekcje plan kalendarza na dany rok wytyczne programy dyskusyjne Zintegrowane Lekcje

Do gotowania, barwników, odzieży i leków ludzie od dawna nauczyli się go używać różne substancje. Z biegiem czasu zgromadzono wystarczającą ilość informacji na temat właściwości niektórych substancji, co umożliwiło udoskonalenie metod ich produkcji, przetwarzania itp. I okazało się, że wiele minerałów (substancji nieorganicznych) można pozyskać bezpośrednio.

Jednak niektóre substancje używane przez człowieka nie zostały przez niego zsyntetyzowane, ponieważ zostały uzyskane z żywych organizmów lub roślin. Substancje te nazwano organicznymi. Substancji organicznych nie udało się zsyntetyzować w laboratorium. Na początku XIX w. aktywnie rozwijała się doktryna witalizmu (vita – życie), według której substancje organiczne powstają jedynie dzięki „siły życiowej” i nie da się ich wytworzyć „sztucznie”.

Jednak w miarę upływu czasu i rozwoju nauki pojawiły się nowe fakty na temat substancji organicznych, które były sprzeczne z istniejącą teorią witalistyczną.

W 1824 r. niemiecki naukowiec F. Wöhler po raz pierwszy w historii chemii zsyntetyzował kwas szczawiowy – materia organiczna z substancji nieorganicznych (cyjan i woda):

(CN) 2 + 4H 2 O → COOH - COOH + 2NH 3

W 1828 roku Wöller podgrzał cyjanian sodu z siarką amonową i zsyntetyzowanym mocznikiem - odpady organizmów zwierzęcych:

NaOCN + (NH 4) 2 SO 4 → NH 4 OCN → NH 2 OCNH 2

Odkrycia te odegrały ważną rolę w rozwoju nauki w ogóle, a chemii w szczególności. Chemicy zaczęli stopniowo odchodzić od nauczania witalistycznego, a zasada podziału substancji na organiczne i nieorganiczne ujawniła jej niespójność.

Obecnie Substancje Nadal dzieli się na organiczne i nieorganiczne, ale kryterium separacji jest nieco inne.

Substancje nazywane są organicznymi zawierające węgiel, nazywane są także związkami węgla. Takich związków jest około 3 miliony, pozostałych około 300 tysięcy.

Substancje niezawierające węgla nazywane są nieorganicznymi I. Istnieją jednak wyjątki od ogólnej klasyfikacji: istnieje wiele związków zawierających węgiel, ale należą one do substancji nieorganicznych (tlenek i dwutlenek węgla, dwusiarczek węgla, kwas węglowy i jego sole). Wszystkie mają podobny skład i właściwości do związków nieorganicznych.

W trakcie badań substancji organicznych pojawiły się nowe trudności: oparte na teoriach dot substancje nieorganiczne Nie da się ujawnić prawidłowości budowy związków organicznych i wyjaśnić wartościowości węgla. Węgiel w różnych związkach miał różną wartościowość.

W 1861 roku rosyjski naukowiec A.M. Butlerov jako pierwszy zsyntetyzował słodką substancję.

Badając węglowodory, JESTEM. Butlerow zdali sobie sprawę, że reprezentują one zupełnie specjalną klasę chemikaliów. Analizując ich strukturę i właściwości, naukowiec zidentyfikował kilka wzorców. Stanowiły one podstawę teorie budowy chemicznej.

1. Cząsteczka jakiejkolwiek substancji organicznej nie jest przypadkowa; atomy w cząsteczkach są połączone ze sobą w określonej kolejności, zgodnie z ich wartościowością. Węgiel w związkach organicznych jest zawsze czterowartościowy.

2. Sekwencja wiązań międzyatomowych w cząsteczce nazywana jest jej strukturą chemiczną i jest odzwierciedlona przez jeden wzór strukturalny (wzór strukturalny).

3. Strukturę chemiczną można określić metodami chemicznymi. (Obecnie stosowane są również nowoczesne metody fizyczne).

4. Właściwości substancji zależą nie tylko od składu cząsteczek substancji, ale od ich struktury chemicznej (kolejności kombinacji atomów pierwiastków).

5. Po właściwościach danej substancji można określić strukturę jej cząsteczki i po strukturze cząsteczki – przewidywać właściwości.

6. Atomy i grupy atomów w cząsteczce wywierają na siebie wzajemny wpływ.

Teoria ta stała się podstawą naukową chemii organicznej i przyspieszyła jej rozwój. W oparciu o założenia teorii A.M. Butlerov opisał i wyjaśnił to zjawisko izomeria, przewidział istnienie różnych izomerów, a niektóre z nich uzyskał po raz pierwszy.

Rozważmy strukturę chemiczną etanu – C2H6. Po oznaczeniu wartościowości pierwiastków myślnikami przedstawimy cząsteczkę etanu w kolejności łączenia atomów, czyli napiszemy formuła strukturalna. Według teorii A.M. Butlerov, będzie miał następującą postać:

Atomy wodoru i węgla są związane w jedną cząstkę, wartościowość wodoru jest równa jedności, a węgla – cztery. Dwa atomy węgla połączone wiązaniem węglowym – węgiel (C – Z). Zdolność węgla do tworzenia C – Wiązanie C jest zrozumiałe na podstawie właściwości chemicznych węgla. Atom węgla ma na swojej zewnętrznej warstwie elektronowej cztery elektrony, zdolność oddawania elektronów jest taka sama, jak zdolność pozyskiwania brakujących. Dlatego węgiel najczęściej tworzy związki z wiązaniem kowalencyjnym, czyli w wyniku tworzenia się par elektronowych z innymi atomami, w tym między sobą atomów węgla.

Jest to jedna z przyczyn różnorodności związków organicznych.

Związki o tym samym składzie, ale różnej strukturze nazywane są izomerami. Zjawisko izomerii – jedna z przyczyn różnorodności związków organicznych

Nadal masz pytania? Chcesz dowiedzieć się więcej o teorii budowy związków organicznych?
Aby uzyskać pomoc od nauczyciela -.
Pierwsza lekcja jest darmowa!

blog.site, przy kopiowaniu materiału w całości lub w części wymagany jest link do oryginalnego źródła.