1. Principii de bază ale teoriei structurii chimice A.M. Butlerov
1. Atomii din molecule sunt legați între ei într-o anumită secvență în funcție de valențele lor. Secvența legăturilor interatomice dintr-o moleculă se numește structura sa chimică și este reflectată de o formulă structurală (formula de structură).
2. Structura chimică poate fi determinată prin metode chimice. (În prezent sunt utilizate și metode fizice moderne).
3. Proprietățile substanțelor depind de structura lor chimică.
4. Pe baza proprietăților unei substanțe date, se poate determina structura moleculei sale, iar pe baza structurii moleculei se pot prezice proprietățile.
5. Atomii și grupurile de atomi dintr-o moleculă au o influență reciprocă unul asupra celuilalt.
O moleculă a unui compus organic este o colecție de atomi legați într-o anumită ordine, de obicei prin legături covalente. În acest caz, atomii legați pot diferi în electronegativitate. Valorile electronegativității determină în mare măsură caracteristici importante ale legăturilor precum polaritatea și rezistența (energia de formare). La rândul lor, polaritatea și rezistența legăturilor dintr-o moleculă, în mare măsură, determină capacitatea moleculei de a intra în anumite reacții chimice.
Electronegativitatea unui atom de carbon depinde de starea lui de hibridizare. Acest lucru se datorează fracției de orbital s în orbital hibrid: este mai puțin pentru sp3 și mai mult pentru atomii hibrizi sp2 și sp.
Toți atomii care alcătuiesc o moleculă sunt interconectați și influențați reciproc. Această influență se transmite în principal printr-un sistem de legături covalente, folosind așa-numitele efecte electronice.
Efectele electronice se numesc schimbări ale densității electronilor într-o moleculă sub influența substituenților.
Atomii legați printr-o legătură polară poartă sarcini parțiale, notate cu litera greacă delta (d). Un atom care „trage” densitatea electronică a legăturii S în direcția sa capătă sarcina negativa d-. Când luăm în considerare o pereche de atomi legați printr-o legătură covalentă, atomul mai electronegativ este numit acceptor de electroni. Partenerul său de legătură S va avea, în consecință, un deficit de densitate de electroni de mărime egală, de exemplu. sarcina pozitivă parțială d+ va fi numită donor de electroni.
Deplasarea densității electronilor de-a lungul unui lanț de legături S se numește efect inductiv și se notează I.
2. Izomerie- existenţa unor compuşi (în principal organici), identici ca compoziţie elementară şi greutate moleculară, dar diferiţi ca proprietăţi fizico-chimice. Astfel de compuși se numesc izomeri.
Izomerie structurală- rezultatul diferenţelor de structură chimică. Acest tip include:
Izomeria scheletului de carbon, din cauza ordinii diferite de legare a atomilor de carbon. Cel mai simplu exemplu- butan CH3-CH2-CH2-CH3 şi izobutan (CH3)3CH. Alte exemple: antracen și fenantren (formulele I și, respectiv, II), ciclobutan și metilciclopropan (III și IV).
Izomeria valenței - un fel deosebit izomeria structurală, în care izomerii pot fi transformați unul în altul numai prin redistribuirea legăturilor. De exemplu, izomerii de valență ai benzenului (V) sunt biciclohexa-2,5-dienă (VI, „Dewar benzen”), prisman (VII, „Ladenburg benzen”) și benzvalenă (VIII).
Izomeria grupului funcțional - Diferă prin natura grupului funcțional; de exemplu, etanol (CH3-CH2-OH) și dimetil eter (CH3-O-CH3).
Izomerie de poziție- Un tip de izomerie structurală, caracterizată printr-o diferență de poziție a grupărilor funcționale identice sau a legăturilor duble cu același schelet de carbon. Exemplu: acid 2-clorbutanoic și acid 4-clorobutanoic.
Enantiomerii (izomeri optici, izomeri oglindă) sunt perechi de antipozi optici - substanțe caracterizate prin rotații de semn opus și egale ca mărime ale planului de polarizare a luminii cu identitatea tuturor celorlalte proprietăți fizice și chimice (cu excepția reacțiilor cu alte reacții active optic. substanțe și proprietăți fizice în mediul chiral). Un motiv necesar și suficient pentru apariția antipozilor optici este că molecula aparține uneia dintre următoarele grupe de simetrie punctuală: Cn, Dn, T, O sau I (chiralitate). Cel mai adesea vorbim despre un atom de carbon asimetric, adică un atom conectat la patru substituenți diferiți.
3. sp³-hibridare - Apare atunci când un orbital s și trei p sunt amestecați. Apar patru orbitali identici, situati unul fata de celalalt la unghiuri tetraedrice de 109° 28' (109,47°), lungime 0,154 nm.
Pentru atomul de carbon și alte elemente din a doua perioadă, acest proces are loc conform următoarei scheme:
2s + 2px + 2py + 2pz = 4 (2sp3)
Alcani(hidrocarburi saturate, parafine, compuși alifatici) - hidrocarburi aciclice cu structură liniară sau ramificată, care conțin doar legături simple și formează o serie omoloagă cu formula generală CnH2n+2 .Structura chimică a alchinei(ordinea de conectare a atomilor din molecule) a celor mai simpli alcani - metan, etan si propan - este prezentata prin formulele lor structurale date in sectiunea 2. Din aceste formule reiese clar ca exista doua tipuri de legaturi chimice in alcani:
S-S și S-N. Comunicare S-S este covalent nepolar. Conexiune S-N- covalent slab polar, deoarece carbonul și hidrogenul sunt apropiate ca electronegativitate
Un orbital p care nu este implicat în hibridizare, situat perpendicular pe plan legături σ, este folosit pentru a forma legături π cu alți atomi. Această geometrie a carbonului este caracteristică grafitului, fenolului etc.
Unghiul de legătură- unghiul format de direcţiile legăturilor chimice emanate de la un atom. Cunoașterea unghiurilor de legătură este necesară pentru a determina geometria moleculelor. Unghiurile de legătură depind atât de caracteristicile individuale ale atomilor atașați, cât și de hibridizarea orbitalilor atomici ai atomului central. Pentru moleculele simple, unghiul de legătură, ca și alți parametri geometrici ai moleculei, poate fi calculat folosind metode de chimie cuantică. Ele sunt determinate experimental din valorile momentelor de inerție ale moleculelor obținute prin analiza spectrelor lor de rotație (vezi Spectroscopie în infraroșu, Spectre moleculare, Spectroscopie cu microunde). Unghiul de legătură al moleculelor complexe este determinat prin metode de analiză structurală prin difracție.
4. sp2-Hibridare (planar-trigonal) Unul s și doi orbitali p se amestecă pentru a forma trei orbitali hibride sp2 echivalente situate în același plan la un unghi de 120° (evidențiate cu albastru). Ele pot forma trei legături σ. Al treilea p-orbital rămâne nehibridizat și este orientat perpendicular pe planul de localizare al orbitalilor hibrizi. Acest p-AO este implicat în formarea unei legături π . Pentru elementele din a doua perioadă, procesul de hibridizare sp2 are loc după următoarea schemă:
2s + 2px + 2py = 3 (2sp2)
A doua stare de valență a atomului de carbon. Există substanțe organice în care atomul de carbon este legat nu de patru, ci de trei atomi vecini, rămânând în același timp tetravalent.
5. sp-hibridare (liniară) Un orbital s si unul p se amesteca pentru a forma doi orbitali sp egali situati la un unghi de 180, i.e. pe o axă. Orbitalii sp hibrizi sunt implicați în formarea a două legături σ. Cei doi p-orbitali nu sunt hibridizați și sunt localizați în planuri reciproc perpendiculare. -Orbitalii formează două legături π în compuși.
Pentru elementele din a doua perioadă, hibridizarea sp are loc conform următoarei scheme:
2s + 2px= 2 (2sp)
2py- și 2pz-AO nu se modifică.
Acetilenă— hidrocarbură nesaturată C2H2. Are o legătură triplă între atomii de carbon, aparține clasei alchinelor
Atomii de carbon din acetilenă sunt sp-hibridați. Sunt conectate prin una sau două legături, max. ale căror densități sunt situate în două zone reciproc perpendiculare, formând un cilindric. nor de densitate de electroni; în afara lui există atomi de H.
METILACETILEN(propină, alilenă) CH3C=CH. Conform chimiei Sfântul M. este un reprezentant tipic al hidrocarburilor acetilenice. Intră cu ușurință în electroph., nucleoph. și adiție radicală la o legătură triplă, de exemplu. când interacționează cu metanolul formează metil izopropenil eter.
6. Tipuri de comunicare - Legătură metalică, legătură covalentă, legătură ionică, legătură de hidrogen
Legătură ionică- o legătură chimică puternică formată între atomi cu o diferență mare de electronegativitate, în care perechea de electroni împărtășită este complet transferată la atomul cu o electronegativitate mai mare. Un exemplu este compusul CsF, în care „gradul de ionicitate” este de 97%.
un caz extrem de polarizare a unei legături covalente polare. Format între un metal tipic și nemetal. În acest caz, electronii din metal sunt transferați complet către nemetal. Se formează ioni.
Dacă se formează o legătură chimică între atomi care au o diferență foarte mare de electronegativitate (EO > 1,7 conform lui Pauling), atunci perechea de electroni comună este complet transferată la atomul cu o OE mai mare. Rezultatul este formarea unui compus de ioni încărcați opus.
Legătură covalentă(legătură atomică, legătură homeopolară) - o legătură chimică formată prin suprapunerea (în comun) a unei perechi de nori de electroni de valență. Norii de electroni (electroni) care asigură comunicarea se numesc o pereche de electroni comună.
O legătură covalentă simplă se formează din doi electroni de valență nepereche, câte unul de la fiecare atom:
Ca rezultat al socializării, electronii formează un nivel de energie plin. O legătură se formează dacă energia lor totală la acest nivel este mai mică decât în starea inițială (și diferența de energie nu va fi nimic mai mult decât energia legăturii).
Umplerea cu electroni a orbitalilor atomici (la margini) și moleculari (în centru) din molecula de H2. Axa verticală corespunde nivelului de energie, electronii sunt indicați prin săgeți care reflectă spinurile lor.
Conform teoriei orbitalilor moleculari, suprapunerea a doi orbitali atomici duce, in cel mai simplu caz, la formarea a doi orbitali moleculari (MO): un MO de legare si un MO de antilegare (antibondare). Electronii împărtășiți sunt localizați pe legătura de energie inferioară MO.
7. Alcani- hidrocarburi aciclice cu structură liniară sau ramificată, care conţin doar legături simple şi formează o serie omoloagă cu formula generală CnH2n+2.
Alcanii sunt hidrocarburi saturate și conțin numărul maxim posibil de atomi de hidrogen. Fiecare atom de carbon din moleculele de alcan este într-o stare de hibridizare sp³ - toți cei 4 orbitali hibrizi ai atomului de C sunt egali ca formă și energie, 4 nori de electroni sunt direcționați către vârfurile tetraedrului la unghiuri de 109°28". la legături simple între atomii de C, rotație liberă în jurul legăturii de carbon.Tipul de legătură de carbon este σ-legatură, legăturile sunt cu polaritate scăzută și slab polarizabile.Lungimea legăturii de carbon este de 0,154 nm.
Izomeria hidrocarburilor saturate se datorează celui mai simplu tip de izomerie structurală - izomeria scheletului de carbon. Omolog diferența - -CH2-. Alcanii cu mai mult de trei atomi de carbon au izomeri. Numărul acestor izomeri crește cu o viteză extraordinară pe măsură ce crește numărul de atomi de carbon. Pentru alcanii cu n = 1...12, numărul de izomeri este 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.
Nomenclatura - Raţional. Se selectează unul dintre atomii lanțului de carbon, acesta este considerat substituit cu metan, iar denumirea de ase bazează pe acesta.
Chitanță. Reducerea alcanilor halogenați. Reducerea alcoolilor. Reducerea compușilor carbonilici. Hidrogenarea hidrocarburilor nesaturate. Sinteza Kolbe. Gazeificarea combustibilului solid. Reacția Wurtz. Sinteza Fischer-Tropsch.
8. Alcani au activitate chimică scăzută. Acest lucru se explică prin faptul că legăturile simple C-H și C-C sunt relativ puternice și greu de spart.
Reacții de substituție radicală.
Halogenarea alcanilor decurge printr-un mecanism radical. Pentru a iniția reacția, amestecul de alcan și halogen trebuie iradiat cu lumină UV sau încălzit. Clorurarea metanului nu se oprește în stadiul de obținere a clorurii de metil (dacă se iau cantități echimolare de clor și metan), ci duce la formarea tuturor produșilor de substituție posibili, de la clorura de metil la tetraclorura de carbon.
Nitrare (reacția Konovalov)
Alcanii reacţionează cu o soluţie 10% de acid azotic sau oxid de azot N2O4 în fază gazoasă pentru a forma derivaţi nitro:
RH + HNO3 = RNO2 + H2O
Toate datele disponibile indică un mecanism de radicali liberi. Ca rezultat al reacției, se formează amestecuri de produse.
Reacții de oxidare. Combustie
Principala proprietate chimică a hidrocarburilor saturate, care determină utilizarea lor ca combustibil, este reacția de ardere. Exemplu: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q
În caz de lipsă de oxigen, se produce în schimb dioxid de carbon monoxid de carbon sau cărbune (în funcție de concentrația de oxigen).
În general, ecuația reacției de ardere pentru orice hidrocarbură, CxHy, poate fi scrisă după cum urmează: CxHy + (x + 0,5y)O2 → xCO2 + 0,5yH2O
Oxidarea catalitică
Se pot forma alcooli, aldehide și acizi carboxilici.
Transformări termice ale alcanilor. Descompunere
Reacțiile de descompunere apar numai sub influența temperaturilor ridicate. O creștere a temperaturii duce la ruperea legăturilor de carbon și formarea de radicali liberi.
Exemple: CH4 → C + 2H2 (t > 1000 °C); C2H6 → 2C + 3H2
Cracare
Când sunt încălziți peste 500 °C, alcanii suferă descompunere pirolitică pentru a forma un amestec complex de produse, a cărui compoziție și raport depind de temperatură și timpul de reacție.
Dehidrogenare
Formarea alchenei și evoluția hidrogenului
Condiții de curgere: 400 - 600 °C, catalizatori - Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3;C2H6 → C2H4 + H2
Izomerizare - Sub influența unui catalizator (de exemplu, AlCl3), are loc izomerizarea alcanilor, de exemplu:
butanul (C4H10) care interacționează cu clorura de aluminiu (AlCl3) este transformat din n-butan în 2-metilpropan.
Conversia metanului
CH4 + H2O → CO + H2 - catalizator Ni ("CO + H2" "syngas")
Alcanii nu interacționează cu permanganatul de potasiu (KMnO4) și apa cu brom (Br2).
9.Alchenele(altfel olefine sau hidrocarburi de etilenă) sunt hidrocarburi nesaturate aciclice care conțin o dublă legătură între atomi de carbon, formând o serie omoloagă cu formula generală CnH2n. Atomii de carbon de la legătura dublă sunt într-o stare de hibridizare sp² și au un unghi de legătură de 120°. Cea mai simplă alchenă este etena (C2H4). Conform nomenclaturii IUPAC, denumirile alchenelor se formează din denumirile alcanilor corespunzători prin înlocuirea sufixului „-ane” cu „-ene”; Poziția dublei legături este indicată de o cifră arabă.
Alchenele cu mai mult de trei atomi de carbon au izomeri. Alchenele se caracterizează prin izomerie a scheletului de carbon, poziții de legături duble, interclase și spațiale. etenă (etilenă) C2H4, propenă C3H6, butenă C4H8, pentenă C5H10, hexenă C6H12,
Metode de obținere a alchenelor - Principala metodă industrială de producere a alchenelor este cracarea catalitică și la temperatură înaltă a hidrocarburilor de petrol și gaze naturale. Pentru a produce alchene inferioare, se folosește și reacția de deshidratare a alcoolilor corespunzători.
În practica de laborator, se utilizează de obicei metoda de deshidratare a alcoolilor în prezența acizilor minerali puternici, dehidrohalogenarea și dehalogenarea derivaților de halogen corespunzători; sinteze de Hoffmann, Chugaev, Wittig și Cope.
10. Proprietățile chimice ale alchenelor Alchenele sunt active din punct de vedere chimic. Proprietățile lor chimice sunt în mare măsură determinate de prezența unei duble legături. Cele mai frecvente reacții pentru alchene sunt reacțiile de adiție electrofilă și de adiție radicalică. Reacțiile de adiție nucleofile necesită de obicei prezența unui nucleofil puternic și nu sunt tipice pentru alchene.
Alchenele sunt, de asemenea, caracterizate prin reacții de cicloadiție și metateză.
Alchenele suferă cu ușurință reacții de oxidare, sunt hidrogenate de agenți reducători puternici sau hidrogen sub acțiunea catalizatorilor la alcani și sunt, de asemenea, capabile de substituție cu radicali alilici.
Reacții de adiție electrofile.În aceste reacții, particula care atacă este un electrofil Articol principal: Reacții de adiție electrofile
Halogenarea alchenelor, care are loc în absența inițiatorilor de reacție radicalică, este o reacție de adiție electrofilă tipică. Se desfășoară într-un mediu de solvenți inerți nepolari (de exemplu: CCl4):
Reacția de halogenare este stereospecifică - adiția are loc pe părți opuse față de planul moleculei de alchenă
Hidrohalogenare. Adăugarea electrofilă de halogenuri de hidrogen la alchene are loc conform regulii lui Markovnikov:
Hidroborarea. Adăugarea are loc în mai mulți pași cu formarea unui complex intermediar activat ciclic, iar adăugarea de bor are loc contrar regulii lui Markovnikov - la cel mai hidrogenat atom de carbon
Hidratarea. Adăugarea de apă la alchene are loc în prezența acidului sulfuric
Alchilare. Adăugarea de alcani la alchene în prezența unui catalizator acid (HF sau H2SO4) la temperaturi scăzute are ca rezultat formarea unei hidrocarburi cu o greutate moleculară mai mare și este adesea folosită în industrie
11. Alchinele(în rest hidrocarburi acetilenice) sunt hidrocarburi care conțin o legătură triplă între atomi de carbon, cu formula generală CnH2n-2. Atomii de carbon de la legătura triplă sunt într-o stare de hibridizare sp.
Alchinele sunt caracterizate prin reacții de adiție. Spre deosebire de alchenele, care suferă reacții de adiție electrofile, alchinele pot suferi și reacții de adiție nucleofile. Acest lucru se datorează caracterului s semnificativ al legăturii și, în consecință, electronegativității crescute a atomului de carbon. În plus, mobilitatea ridicată a atomului de hidrogen la tripla legătură determină proprietățile acide ale alchinelor în reacțiile de substituție.
Principalul industrial metoda de obtinere acetilena este cracarea electro- sau termică a metanului, piroliza gazului natural și metoda carburii
12. HIDROCARBURI DIENICE(diene), hidrocarburi nesaturate cu două duble legături. Alifatich. dienes СnН2n_2 numit alcadiene, aliciclice СnН2n_4 - cicloalcadiene. Articolul discută hidrocarburile diene cu duble legături conjugate [conjugated dienes; Vezi tabelul]. Diene cu duble legături izolate conform chimiei. Sfânt pentru tine în principal nu diferă de olefine. Despre conexiune cu legături duble cumulate, vezi Allens. În hidrocarburile diene, toți cei patru atomi de carbon ai sistemului conjugat au hibridizare sp2 și se află în același plan. Patru electroni p (câte unul de la fiecare atom de carbon) se combină pentru a forma patru orbitali p-moleculari (doi cu legături - ocupați și doi antilegători - liberi), dintre care doar cel mai mic este delocalizat peste toți atomii de carbon. Delocalizarea parțială a electronilor p determină efectul de conjugare, manifestat printr-o scădere a energiei sistemului (cu 13-17 kJ/mol față de un sistem de legături duble izolate), egalizarea distanțelor interatomice: legăturile duble sunt puțin mai lungi ( 0,135 nm), iar legăturile simple sunt mai scurte (0,146 nm) decât în moleculele fără conjugare (0,133 și respectiv 0,154 nm), polarizabilitate crescută, exaltare a refracției moleculare etc. fizice. efecte. Hidrocarburile diene există în două conformații care se transformă una în alta, forma s-trans fiind mai stabilă
13. Alcoolii sunt compuși care conțin una sau mai multe grupări hidroxil. După numărul lor, alcoolii se împart în monohidric, diatomici, triatomici etc. Lungimile și unghiurile de legătură în alcool metilic.
Pentru alcooli, există mai multe moduri de a le numi. În nomenclatura modernă IUPAC, terminația „ol” este adăugată la numele hidrocarburii pentru denumirea de alcool. Cel mai lung lanț care conține gruparea funcțională OH este numerotat de la capătul de care este cel mai apropiat gruparea hidroxil, iar substituenții sunt desemnați într-un prefix.
Chitanță. Hidratarea alchenelor. Când alchenele reacţionează cu soluţii apoase diluate de acizi, produsul principal este alcoolul.
Hidroximercurarea-demercurarea alchenelor. Această reacție nu este însoțită de rearanjamente și duce la formarea de alcooli individuali. Direcția reacției corespunde regulii lui Markovnikov; reacția se desfășoară în condiții blânde, cu randamente apropiate de cantitativ.
Hidroborarea alchenelor și oxidarea ulterioară borani cu o soluție de peroxid de hidrogen într-un mediu alcalin duce în cele din urmă la produsul anti-Markovnikov al adăugării de apă la dubla legătură.
Reducerea aldehidelor și cetonelor cu hidrură de litiu aluminiu sau borohidrură de sodiu
LiAlH4 și NaBH4 reduc aldehidele la alcooli primari, iar cetonele la alcooli secundari, iar borohidrura de sodiu este de preferat datorită siguranței sale mai mari la manipulare: poate fi folosită chiar și în soluții apoase și soluții cu alcool. Hidrura de litiu-aluminiu reacţionează exploziv cu apa şi alcoolul şi se descompune exploziv când este încălzită peste 120° în stare uscată.
Reducerea esterilor și acizilor carboxilici la alcooli primari. Alcoolii primari se formează prin reducerea esterilor și acizilor carboxilici cu hidrură de litiu aluminiu în eter sau THF. Metoda de reducere a esterilor cu hidrură de litiu-aluminiu este deosebit de convenabilă din punct de vedere preparativ. Trebuie remarcat faptul că borohidrură de sodiu nu reduce grupările ester și carboxil. Aceasta permite reducerea selectivă a grupării carbonil cu NaBH4 în prezența grupărilor ester și carboxil. Randamentele produselor de recuperare sunt rareori sub 80%. Borhidrură de litiu, spre deosebire de NaBH4, reduce esterii la alcooli primari.
14. Alcooli polihidroxilici. Glicerol- un compus chimic cu formula HOCH2CH(OH)-CH2OH sau C3H5(OH)3. Cel mai simplu reprezentant al alcoolilor trihidroxilici. Este un lichid vascos transparent. Format cu ușurință prin hidroliza grăsimilor și uleiurilor (trigliceridelor) naturale (vegetale sau animale), a fost obținut pentru prima dată de Karl Scheele în 1779 în timpul saponificării grăsimilor.
Proprietăți fizice. Glicerol- un lichid incolor, vâscos, higroscopic, infinit solubil în apă. Are gust dulce, motiv pentru care și-a primit numele (glicos - dulce). Dizolvă bine multe substanțe.
Proprietăți chimice glicerolul sunt tipice pentru alcoolii polihidrici.Interacțiunea glicerolului cu halogenuri de hidrogen sau halogenuri de fosfor duce la formarea de mono- și dihalohidrine.Glicerina este esterificată cu carbonic și acizi minerali cu formarea esterilor corespunzători. Astfel, cu acidul azotic, glicerina formează trinitrat - nitroglicerină (obținută în 1847 de Ascanio Sobrero), care este utilizat în prezent la producerea prafului de pușcă fără fum.
Când este deshidratat, formează acroleină:
HOCH2CH(OH)-CH2OH H2C=CH-CHO + 2 H2O,
Etilen glicol, HO—CH2—CH2—OH este cel mai simplu reprezentant al alcoolilor polihidroxilici. Când este purificat, este un lichid limpede, incolor, cu o consistență ușor uleioasă. Este inodor și are un gust dulceag. Toxic. Ingestia de etilenglicol sau soluțiile acestuia poate duce la modificări ireversibile ale organismului și la moarte.
În industrie, etilenglicol obtinut prin hidratare oxid de etilenă la 10 atm și 190-200°C sau la 1 atm și 50-100°C în prezența acidului sulfuric (sau fosforic) de 0,1-0,5%, atingând un randament de 90%. Produsele secundare sunt dietilen glicol, trietilen glicol și o cantitate mică de omologi polimeri superiori ai etilenglicolului.
15. Aldehide- alcool lipsit de hidrogen; compuși organici care conțin o grupare carbonil (C=O) cu un substituent.
Aldehidele și cetonele sunt foarte asemănătoare, diferența este că acestea din urmă au doi substituenți pe grupa carbonil. Polarizarea dublei legături carbon-oxigen conform principiului conjugării mezomerice ne permite să scriem următoarele structuri de rezonanță:
Această separare a taxelor este confirmată prin metode fizice cercetare și determină în mare măsură reactivitatea aldehidelor ca electrofili pronunțați. În general, proprietățile chimice ale aldehidelor sunt similare cu cetonele, cu toate acestea, aldehidele prezintă o activitate mai mare, care este asociată cu o polarizare mai mare a legăturilor. În plus, aldehidele se caracterizează prin reacții care nu sunt caracteristice cetonelor, de exemplu, hidratarea într-o soluție apoasă: în metanal, datorită polarizării și mai mari, legătura este completă, iar în alte aldehide este parțială:
RC(O)H → RC(OH)2H, unde R este H, orice radical alchil sau arii.
Cele mai simple aldehide au un miros ascuțit, caracteristic (de exemplu, benzaldehida are miros de migdale).
Sub influența hidroxilaminei ele sunt transformate în oxime: CH3CHO + NH2OH = CH3C(=NOH)H + H2O
Formaldehidă (din latină formica - furnică), aldehidă formică, CH2O, primul membru al seriei omoloage de aldehide alifatice; gaz incolor cu miros înțepător, foarte solubil în apă și alcool, punct de fierbere - 19 °C. În industrie, fosforul este produs prin oxidarea alcoolului metilic sau a metanului cu oxigenul atmosferic. F. polimerizează cu ușurință (în special la temperaturi de până la 100 ° C), astfel încât este depozitat, transportat și utilizat în principal sub formă de formaldehidă și polimeri solizi cu molecul scăzut - trioxan (vezi Trioximetilen) și paraform (vezi Paraformaldehidă).
F. este foarte reactiv; multe dintre reacţiile sale stau la baza metodelor industriale de obţinere a unui număr de produse importante. Astfel, atunci când interacționează cu amoniacul, F. formează urotropină (vezi Hexametilentetramină), cu uree - rășini uree-formaldehidice, cu melamină - rășini melamină-formaldehidice, cu fenoli - rășini fenol-formaldehidice (vezi Rășini fenol-formaldehidice), cu fenol - și acizi naftalen sulfonici - agenți de bronzare, cu cetenă - b-propiolactonă. F. este, de asemenea, utilizat pentru a produce polivinilformal (vezi Polivinil acetali), izopren, pentaeritritol, substanțe medicinale, coloranți, pentru tăbăcirea pieilor și ca agent dezinfectant și dezodorizant. Prin polimerizarea poliformaldehidei se obtine poliformaldehida. F. este toxic; concentrația maximă admisă în aer este de 0,001 mg/l.
Acetaldehidă, acetaldehidă, CH3CHO, un compus organic, lichid incolor, cu miros înțepător; punct de fierbere 20,8°C. Punct de topire - 124 ° C, densitate 783 kg / m3 ", miscibil în toate privințele cu apă, alcool, eter. A. are toate proprietățile tipice ale aldehidelor. În prezența acizilor minerali, se polimerizează în paraldehidă trimerică lichidă (CH3CHO). )3 și metaldehida tetramerică cristalină (CH3CHO) 4. Când ambii polimeri sunt încălziți în prezența acidului sulfuric, se eliberează A.
Una dintre cele mai cunoscute de mult timp modalități de a obține A. consta in adaugarea apei la acetilena in prezenta sarurilor de mercur la o temperatura de aproximativ 95°C
16. Cetone- sunt substanțe organice în moleculele cărora gruparea carbonil este asociată cu doi radicali hidrocarburi.
Formula generală a cetonelor este R1-CO-R2. Printre alți compuși carbonilici, prezența în cetone a exact doi atomi de carbon legați direct de gruparea carbonil îi deosebește de acizii carboxilici și derivații lor, precum și de aldehide.
Proprietăți fizice. Cetonele sunt lichide volatile sau solide fuzibile care se amestecă bine cu apa. Imposibilitatea formării legăturilor de hidrogen intermoleculare face ca volatilitatea acestora să fie puțin mai mare decât cea a alcoolilor și acizilor carboxilici cu aceeași greutate moleculară.
Metode de sinteză. Oxidarea alcoolilor secundari.
Din peroxoeteri terțiari prin rearanjare Krige.
Ciclocetonele pot fi preparate prin ciclizarea lui Ružička.
Cetonele aromatice pot fi preparate prin reacția Friedel-Crafts
Proprietăți chimice. Există trei tipuri principale de reacții cetonice.
Primul este asociat cu un atac nucleofil asupra atomului de carbon al grupării carbonil. De exemplu, interacțiunea cetonelor cu anionul cianură sau compuși organometalici. Același tip (adăugarea nucleofilă) include interacțiunea unei grupări carbonil cu alcooli, conducând la acetali și hemiacetali.
Interacțiunea cu alcooli:
CH3COCH3 + 2C2H5OH → C2H5—O—C(CH3)2—O—C2H5
cu reactivi Grignard:
C2H5—C(O)—C2H5 + C2H5MgI → (C2H5)3OMgI → (C2H5)3OH, alcool terțiar. Reacțiile cu aldehide, și mai ales cu metanal, sunt vizibil mai active, cu aldehide formându-se alcooli secundari și alcooli primari cu metanal.
Cetonele reacţionează, de asemenea, cu bazele azotate, de exemplu, cu amoniacul şi aminele primare pentru a forma imine:
CH3—C(O)—CH3 + CH3NH2 → CH3—C(N—CH3)—CH3 + H2O
Al doilea tip de reacție este deprotonarea atomului de carbon beta în raport cu gruparea carbonil. Carbanionul rezultat este stabilizat datorită conjugării cu gruparea carbonil, ușurința îndepărtării protonilor crește, prin urmare compușii carbonilici sunt acizi CH relativ puternici.
Al treilea este coordonarea electrofililor la perechea singură a atomului de oxigen, de exemplu, acizii Lewis, cum ar fi AlCl3
Un tip separat de reacție include reducerea cetonelor - reducerea Leuckart cu randamente apropiate de cantitativ.
17.comparați întrebările 15 și 16.
18. Acizi carboxilici saturați monobazici(acizi carboxilici saturați monobazici) - acizi carboxilici în care un radical de hidrocarbură saturată este conectat la o grupă carboxil -COOH. Toate au formula generală СnH2n+1COOH, unde n = 0, 1, 2, ...
Nomenclatură. Denumirile sistematice ale acizilor carboxilici saturați monobazici sunt date de numele alcanului corespunzător cu adăugarea sufixului -ova și a cuvântului acid.
Izomeria scheletică în radicalul hidrocarbură se manifestă, începând cu acidul butanoic, care are doi izomeri:
acid n-butanoic CH3-CH2-CH2-COOH; CH3-CH(CH3)-COOH acid 2-metilpropanoic.
Izomerismul interclaselor apare începând cu acidul acetic:
acid acetic CH3-COOH; formiat de metil H-COO-CH3 (ester metilic al acidului formic); HO-CH2-COH hidroxietanal (aldehidă hidroxiacetică); HO-CHO-CH2 hidroxietilen oxid.
19. Esteri- compuși organici, derivați ai acizilor carboxilici sau minerali, în care gruparea hidroxil -OH a funcției acide este înlocuită cu un reziduu de alcool. Ele diferă de eteri, în care doi radicali de hidrocarburi sunt legați de un atom de oxigen (R1-O-R2).
Grăsimi sau trigliceride- compuși organici naturali, esteri completi ai glicerolului și acizi grași monobazici; aparțin clasei lipidelor. Alături de carbohidrați și proteine, grăsimile sunt una dintre componentele principale ale celulelor animalelor, plantelor și microorganismelor. Grăsimile lichide de origine vegetală se numesc de obicei uleiuri, la fel ca untul.
Acizi carbonici- Clasa compusi organici, ale căror molecule conțin una sau mai multe grupări carboxil funcționale -COOH. Proprietățile acide se datorează faptului că acest grup poate abstrage relativ ușor un proton. Cu rare excepții, acizii carboxilici sunt slabi. De exemplu, acidul acetic CH3COOH are o constantă de aciditate de 1,75·10−5. Acizii di- și tricarboxilici sunt mai puternici decât acizii monocarboxilici.
Grăsimea este un bun izolator termic, astfel încât la multe animale cu sânge cald se depune în țesutul adipos subcutanat, reducând pierderile de căldură. Un strat de grăsime subcutanat deosebit de gros este caracteristic mamiferelor acvatice (balene, morse etc.). În același timp, la animalele care trăiesc în climat cald (cămile, jerboas), se depun rezerve de grăsime pt.
Funcția structurală
Fosfolipidele formează baza stratului dublu membranele celulare, colesterol - regulatori ai fluidității membranei. În arhee, membranele conțin derivați ai hidrocarburilor izoprenoide. Cerurile formează o cuticulă pe suprafața organelor supraterane (frunze și lăstari tineri) ale plantelor. Ele sunt, de asemenea, produse de multe insecte (de exemplu, albinele construiesc faguri de miere din ele, iar solzii și insectele solzoase formează învelișuri de protecție).
de reglementare
Vitamine - lipide (A, D, E)
Hormonali (steroizi, eicosanoizi, prostaglandine etc.)
Cofactori (dolichol)
Molecule de semnalizare (digliceride, acid iasmonic; cascadă MP3)
Protectie (absorbant socuri)
Un strat gros de grăsime protejează organe interne multe animale din cauza daunelor cauzate de impact (de exemplu, leii de mare care cântăresc până la o tonă pot sări pe un țărm stâncos de pe stânci de 4-5 m înălțime).
20-21-22. Acizi monobazici nesaturați- derivați ai hidrocarburilor nesaturate în care un atom de hidrogen este înlocuit cu o grupare carboxil.
Nomenclatură, izomerie.În grupul acizilor nesaturați, denumirile empirice cele mai des folosite sunt: CH2=CH-COOH - acid acrilic (propenoic), CH2=C(CH3)-COOH - acid metacrilic (2-metilpropenoic). Izomeria în grupul acizilor monobazici nesaturați este asociată cu:
a) izomeria scheletului de carbon; b) poziţia dublei legături; c) izomerie cis-trans.
Metode de obținere.1. Dehidrohalogenarea acizilor halogenați:
CH3-CH2-CHCl-COOH ---KOH(conc)---> CH3-CH=CH-COOH
2. Deshidratarea hidroxiacizilor: HO-CH2-CH2-COOH -> CH2=CH-COOH
Proprietăți fizice. Acizii nesaturați inferiori sunt lichide solubile în apă cu un miros puternic înțepător; superior - substanțe solide, insolubile în apă, inodore.
Proprietăți chimice acizii carboxilici nesaturați se datorează atât proprietăților grupării carboxil cât și proprietăților dublei legături. Acizii cu o legătură dublă situată aproape de grupa carboxil - acizi alfa, beta-nesaturați - au proprietăți specifice. În acești acizi, adăugarea de halogenuri de hidrogen și hidratarea contravin regulii lui Markovnikov: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH
Prin oxidare atentă se formează dihidroxiacizi: CH2 = CH-COOH + [O] + H20 -> HO-CH2-CH(OH)-COOH
În timpul oxidării viguroase, legătura dublă este ruptă și se formează un amestec produse diferite, din care se poate determina poziția dublei legături. Acidul oleic C17H33COOH este unul dintre cei mai importanți acizi nesaturați superiori. Este un lichid incolor care se intareste la rece. Formula sa structurală: CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH.
23. Acizi carboxilici saturați dibazici(acizi carboxilici saturați dibazici) - acizi carboxilici în care un radical de hidrocarbură saturată este legat de două grupe carboxil -COOH. Toate au formula generală HOOC(CH2)nCOOH, unde n = 0, 1, 2, ...
Nomenclatură. Denumirile sistematice ale acizilor carboxilici saturați dibazici sunt date de numele alcanului corespunzător cu adăugarea sufixului -dioic și a cuvântului acid.
Izomeria scheletică în radicalul hidrocarbură apare începând cu acidul butandioic, care are doi izomeri:
acid n-butandioic HOOC-CH2-CH2-COOH (acid etan-1,2-dicarboxilic);
Acid CH3-CH(COOH)-COOH etan-1,1-dicarboxilic.
24-25. OXIACIZI (acizi hidroxicarboxilici), au în moleculă, împreună cu gruparea carboxil - COOH, o grupare hidroxil - OH, de exemplu. HOCH2COOH (acid glicolic). Conținut în organismele vegetale și animale (lactic, citric, tartric și alți acizi).
Distribuția în natură
Hidroxiacizii sunt foarte răspândiți; Astfel, acizii tartric, citric, malic, lactic și alți acizi sunt clasificați drept hidroxiacizi, iar numele lor reflectă sursa naturală primară în care a fost găsită substanța.
Metode de sinteză
Reacția Reformatsky este o metodă pentru sinteza esterilor acidului β-hidroxicarboxilic.
„Acizi din fructe”. Mulți hidroxiacizi sunt folosiți în cosmetică ca keratolitice. Cu toate acestea, marketerii au schimbat puțin numele - pentru a le face mai atractive în cosmetologie, sunt adesea numiți „acizi din fructe”.
26-27. OXIACIZI (acizi alcoolici), compuși cu dublă funcție, atât alcooli, cât și acizi, care conțin atât un reziduu apos, cât și o grupare carboxil. În funcție de poziția OH în raport cu COOH (unul lângă celălalt, în unul, două, trei locuri), se disting a-, /?-, y-, b-hidroxiacizi. Pentru obţinerea oxigenului există multe metode, dintre care cele mai importante sunt oxidarea atentă a glicolilor: CH3.CH(OH).CH2.OH + 02 = CH3. .CH(OH)COOH; saponificarea oxinitrililor CH3.CH(OH).CN -* CH3.CH(OH).COOH; schimb de halogen în acizi halogenuri cu OH: CH2C1.COOH + KOH = CH2(OH).COOH + + KS1, efectul HN02 asupra aminoacizilor: CH2(NH2). COOH + HN02 = CH2(OH) + N2 + + H20. În corpul animal, hidroxiacizii se formează în timpul dezaminării (vezi) aminoacizilor, în timpul oxidării acizilor grași (vezi Corpii acetonici, Metabolism-proteine), în timpul glicolizei (vezi), fermentației (vezi) și a altor substanțe chimice. proceselor. Hidroxiacizii sunt lichide groase sau cristaline. substante. În chimie. în raport cu O. reacţionează atât ca alcoolii cât şi ca drogurile: dau de exemplu. atât eteri cât și esteri; sub influența compușilor halogen ai fosforului, ambii OH sunt înlocuiți cu un halogen; Acizii halohidric reacţionează numai cu alcoolul OH.—Reacţii speciale caracterizează acizii a-, i)-, y- şi b-hidroxiacizii: a-hidroxiacizii, pierzând apa din două molecule, dau esteri ciclici, lactide: 2CH2(OH).COOH. = 2H20 + CH2.O.CO (glicolidă); с.о.сн2 /З-О., eliberând apă, formează compuși nesaturați: CH2(OH).CH2.COOH-H20 = CH2:CH. .COOH; y- şi d-hidroxiacizii formează anhidride - lactone: CH3.CH(OH).CH2.CH2.COOH= =H2O+CH3.CH.CH2.CH2.CO. O. sunt larg răspândite în organismele animale și vegetale. Reprezentanți ai alifatic a-O. sunt acid glicolic, CH2OH.COOH(acid hidroxiacetic), acid lactic; din /?-hidroxiacizi - hidracrilic, CH2OH.CH2COOH, acid /9-hidroxi-butiric; U-O. sunt necunoscute în formă liberă, deoarece pierd apă și devin lactone. Dintre O. dibazic, acidul malic (hidroxiambra) este important; COOH.CHON.CH2.COOH, larg răspândit în plante; are rotație la stânga în soluțiile slabe, rotație la dreapta în cele puternice; cele sintetice sunt inactive. Acizii tetraatomici dibazici includ acizii tartric (acizi dioxisuccinici). Dintre celelalte O.—lemon, HO.CO.CH2. .(FIUL)(COOH).CH2.COOH, foarte frecvent in lumea vegetala (la struguri, lamai) si intalnit la animale (in lapte); sub formă de citrat de fier este utilizat în medicină. Dintre O. aromatice (acizi fenolici) sunt importanți în medicină acid salicilic, acid galic și derivații acestora; ester fenilic al acidului salicilic (salol), acid sulfosalicilic, C6H3.OH.S03H.COOH (reactiv proteic), acid acetilsalicilic (aspirina). În plante există multe O. diferite ale seriei aromatice, dintre care derivați se numără, printre altele, taninurile, care au o importanță tehnică importantă. Despre biol. semnificaţia individului O. şi metodele determinării lor cantitative — vezi. Corpi acetonici, Bro-glicoliză, Deaminare, Sânge, Acid lactic, Urina, Mușchi, Acid beta(^)-hidroxibutiric.
28-29. într-o moleculă de amoniac, înlocuiți succesiv atomii de hidrogen cu radicali de hidrocarburi, obțineți compuși care aparțin clasei aminelor. În consecință, aminele sunt primare (RNH2), secundare (R2NH), terțiare (R3N). Gruparea -NH2 se numește grupare amino.
Există amine alifatice, aromatice, aliciclice și heterociclice în funcție de radicalii care sunt asociați cu atomul de azot.
Denumirile aminelor sunt construite prin adăugarea prefixului amino- la numele hidrocarburii corespunzătoare (amine primare) sau a terminației -amină la denumirile enumerate ale radicalilor asociați cu atomul de azot (pentru orice amine).
Metode de obţinere:1. Reacția lui Hoffmann. Una dintre primele metode de producere a aminelor primare a fost alchilarea amoniacului cu halogenuri de alchil. . 2. Reacția lui Zinin- o modalitate convenabilă de a obține amine aromatice prin reducerea compușilor nitro aromatici. Ca agenți reducători sunt utilizați: H2 (pe catalizator). Uneori, hidrogenul este generat direct în momentul reacției, pentru care metalele (zinc, fier) sunt tratate cu acid diluat.
Proprietățile fizice ale aminelor. Prezența unei perechi de electroni singuri pe atomul de azot provoacă mai mult temperaturi mari punctul de fierbere decât alcanii corespunzători. Aminele au un miros neplăcut, înțepător. La temperatura camerei și presiunea atmosferică, primii reprezentanți ai unui număr de amine primare sunt gaze care se dizolvă bine în apă. Pe măsură ce radicalul de carbon crește, punctul de fierbere crește și solubilitatea în apă scade.
Proprietățile chimice ale aminelor. Proprietățile de bază ale aminelor
Aminele sunt baze, deoarece atomul de azot poate furniza o pereche de electroni pentru a forma legături cu speciile lipsite de electroni printr-un mecanism donor-acceptor (întâlnind definiția lui Lewis a bazicității). Prin urmare, aminele, precum amoniacul, sunt capabile să interacționeze cu acizii și apa, adăugând un proton pentru a forma sărurile de amoniu corespunzătoare.
Sărurile de amoniu sunt foarte solubile în apă, dar slab solubile în solvenți organici. Soluțiile apoase de amine au o reacție alcalină.
Proprietățile de bază ale aminelor depind de natura substituenților. În special, aminele aromatice sunt baze mai slabe decât cele alifatice, deoarece perechea de electroni liberi a azotului intră în conjugare cu sistemul al nucleului aromatic, ceea ce reduce densitatea electronilor pe atomul de azot (efect -M). Dimpotrivă, gruparea alchil este un bun donator de densitate electronică (efect +I).
Oxidarea aminelor. Arderea aminelor este însoțită de formarea de dioxid de carbon, azot și apă: 4CH3NH2+9O2=4СO2+2N2+10Н2О
Aminele aromatice se oxidează spontan în aer. Astfel, anilina devine rapid maro în aer din cauza oxidării.
Adăugarea de halogenuri de alchil Aminele adaugă haloalcani pentru a forma o sare
Reacția aminelor cu acidul azotat De mare valoare are o reacție de diazotare a aminelor aromatice primare sub acțiunea acidului azotic, obținută in situ prin reacția azotului de sodiu cu acidul clorhidric.
Aminele alifatice primare reacţionează cu acidul azot pentru a forma alcooli, iar aminele alifatice şi aromatice secundare dau derivaţi N-nitrozo: R-NH2 + NaNO2+HCl=R-OH+N2+NaCl+H2O; NH+NaN02+HCI=R2N-N=O+NaCI+H2O
În aminele aromatice, gruparea amino facilitează substituția la pozițiile orto și para ale inelului benzenic. Prin urmare, halogenarea anilinei are loc rapid și în absența catalizatorilor și trei atomi de hidrogen ai inelului benzenic sunt înlocuiți simultan și un precipitat alb de 2,4,6-tribromoanilină precipită:
Această reacție cu apa de brom este utilizată ca reacție calitativă pentru anilină.
Aplicație
Aminele sunt utilizate în industria farmaceutică și sinteza organică (CH3NH2, (CH3)2NH, (C2H5)2NH etc.); în producerea nailonului (NH2-(CH2)6-NH2 - hexametilendiamină); ca materie primă pentru producția de coloranți și materiale plastice (anilină).
30. Aminoacizi (acizi aminocarboxilici)- compuși organici, a căror moleculă conține simultan grupări carboxil și amină. Aminoacizii pot fi considerați derivați ai acizilor carboxilici în care unul sau mai mulți atomi de hidrogen sunt înlocuiți cu grupări amine.
Proprietăți chimice generale. 1. Aminoacizii pot prezenta atât proprietăți acide datorită prezenței grupării carboxil -COOH în moleculele lor, cât și proprietăți bazice datorate grupării amino -NH2. Din acest motiv, soluțiile de aminoacizi din apă au proprietățile soluțiilor tampon.
Un zwitterion este o moleculă de aminoacid în care gruparea amino este reprezentată ca -NH3+ și gruparea carboxi este reprezentată ca -COO-. O astfel de moleculă are un moment dipol semnificativ cu sarcină netă zero. Din astfel de molecule sunt construite cristalele majorității aminoacizilor.
Unii aminoacizi au mai multe grupări amino și grupări carboxil. Pentru acești aminoacizi este dificil să vorbim despre vreun zwitterion specific.
2. O caracteristică importantă a aminoacizilor este capacitatea lor de a se policondensa, ducând la formarea de poliamide, inclusiv peptide, proteine și nylon-66.
3. Punctul izoelectric al unui aminoacid este valoarea pH-ului la care proporția maximă de molecule de aminoacid are sarcină zero. La acest pH, aminoacidul este cel mai puțin mobil în câmpul electric, iar această proprietate poate fi folosită pentru a separa aminoacizii, precum și proteinele și peptidele.
4. Aminoacizii pot suferi de obicei toate reacțiile caracteristice acizilor carboxilici și aminelor.
Izomerie optică. Toți α-aminoacizii găsiți în organismele vii, cu excepția glicinei, conțin un atom de carbon asimetric (treonina și izoleucina conțin doi atomi asimetrici) și au activitate optică. Aproape toți α-aminoacizii naturali sunt forma L și numai L-aminoacizii sunt incluși în proteinele sintetizate pe ribozomi.
Această caracteristică a aminoacizilor „vii” este foarte greu de explicat, deoarece în reacțiile dintre substanțele optic inactive sau racemații (care, aparent, erau reprezentați de molecule organice pe Pământul antic), formele L și D se formează în cantități egale. Pot fi. alegerea uneia dintre forme (L sau D) este pur și simplu rezultatul unei coincidențe aleatorii: primele molecule cu care putea începe sinteza șablonului aveau o anumită formă și la ele s-au „adaptat” enzimele corespunzătoare.
31. Aminoacizii sunt compuși amfoteri organici. Acestea conțin două grupe funcționale de natură opusă în moleculă: o grupă amino cu proprietăți bazice și o grupă carboxil cu proprietăți acide. Aminoacizii reacţionează atât cu acizii cât şi cu bazele:
H2N-CH2-COOH + HCI→ Cl[H3N-CH2-COOH],
H2N-CH2-COOH + NaOH → H2N-CH2-COONa + H2O.
Când aminoacizii sunt dizolvați în apă, gruparea carboxil elimină un ion de hidrogen, care se poate atașa de gruparea amino. În acest caz, se formează o sare internă, a cărei moleculă este un ion bipolar:
H2N-CH2-COOH +H3N-CH2-COO-.
Soluțiile apoase de aminoacizi au un mediu neutru, alcalin sau acid în funcție de numărul de grupe funcționale. Astfel, acidul glutamic formează o soluție acidă (două grupe -COOH, una -NH2), lizina formează o soluție alcalină (una -COOH, două grupe -NH2).
Ca și aminele primare, aminoacizii reacţionează cu acidul azot, gruparea amino fiind transformată într-o grupă hidroxo și aminoacidul într-un acid hidroxi: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2+ H2O
Măsurarea volumului de azot eliberat vă permite să determinați cantitatea de aminoacid (metoda Van-Slyke).
Aminoacizii pot reacționa cu alcoolii în prezența acidului clorhidric gazos, transformându-se într-un ester (mai precis, o sare clorhidrat a unui ester): H2N-CH(R)-COOH + R"OH H2N-CH(R)-COOR " + H2O.
Esterii de aminoacizi nu au o structură bipolară și sunt compuși volatili. Cea mai importantă proprietate a aminoacizilor este capacitatea lor de a se condensa pentru a forma peptide.
32. Grupa carboxil combină două grupe funcționale - carbonil =CO și hidroxil -OH, influențându-se reciproc.
Proprietățile acide ale acizilor carboxilici se datorează unei schimbări a densității electronice la oxigenul carbonil și polarizării suplimentare (comparativ cu alcoolii) rezultată a legăturii O-H.
Într-o soluție apoasă, acizii carboxilici se disociază în ioni: R-COOH = R-COO- + H+
Solubilitatea în apă și punctele mari de fierbere ale acizilor se datorează formării legăturilor de hidrogen intermoleculare.
Grupare amino - grupare monovalentă -NH2, reziduu de amoniac (NH3). Gruparea amino se găsește în mulți compuși organici - amine, aminoacizi, aminoalcooli etc. Compușii care conțin gruparea -NH2 sunt, de regulă, bazici în natură, datorită prezenței unei perechi de electroni singuri pe atomul de azot.
În reacțiile de substituție electrofilă în compușii aromatici, gruparea amino este un agent de orientare de primul fel, adică. activează pozițiile orto și para din inelul benzenic.
33. Policondensare- procesul de sinteză a polimerilor din compuşi polifuncţionali (cel mai adesea bifuncţionali), însoţit de obicei de eliberarea de subproduse cu greutate moleculară mică (apă, alcooli etc.) în timpul interacţiunii grupărilor funcţionale.
Greutatea moleculară a polimerului format în timpul procesului de policondensare depinde de raportul dintre componentele inițiale și de condițiile de reacție.
Reacțiile de policondensare pot implica fie un monomer cu două grupe funcționale diferite: de exemplu, sinteza poli-ε-caproamidei (nylon-6, capron) din acidul ε-aminocaproic, fie doi monomeri care poartă grupări funcționale diferite, de exemplu, sinteza a nailonului-666 prin policondensarea acidului adipic și a hexametilendiaminei; în acest caz, se formează polimeri cu o structură liniară (policondensare liniară, vezi Fig. 1). Dacă monomerul (sau monomerii) poartă mai mult de două grupări funcționale, se formează polimeri reticulați cu o structură de rețea tridimensională (policondensare tridimensională). Pentru a obține astfel de polimeri, la amestecul de monomeri se adaugă adesea componente polifuncționale „reticulante”.
De remarcat în mod deosebit sunt reacțiile de sinteză a polimerilor din monomeri ciclici folosind mecanismul de deschidere a inelului - adăugare, de exemplu, sinteza nailon-6 din caprolactamă (amida ciclică a acidului ε-aminocaproic); În ciuda faptului că eliberarea unui fragment cu moleculară scăzută nu are loc, astfel de reacții sunt denumite mai des policondensare.
Legătură peptidică- un tip de legătură amidă care apare în timpul formării proteinelor și peptidelor ca urmare a interacțiunii grupării α-amino (-NH2) a unui aminoacid cu gruparea α-carboxil (-COOH) a altui aminoacid.
Legătura C-N din legătura peptidică este parțial dublă în natură, ceea ce se manifestă, în special, printr-o scădere a lungimii sale la 1,32 angstromi. Acest lucru are ca rezultat următoarele proprietăți:
4 atomi de legătură (C, N, O și H) și 2 atomi de carbon sunt în același plan. Grupurile R de aminoacizi și hidrogenii de la atomi de carbon se află în afara acestui plan.
H și O din legătura peptidică, precum și α-carbonii a doi aminoacizi, sunt orientate trans (izomerul trans este mai stabil). În cazul L-aminoacizilor, ceea ce este cazul în toate proteinele și peptidele naturale, grupările R sunt de asemenea trans-orientate.
Rotația în jurul unei legături C-N nu este posibilă, dar este posibilă rotația în jurul unei legături C-C.
peptide (greacă πεπτος - nutritiv) - o familie de substanțe ale căror molecule sunt construite din reziduuri de α-aminoacizi legate într-un lanț prin legături peptidice (amide) -C(O)NH-.
34. Proteine (proteine, polipeptide) - substanțe organice cu molecul mare formate din aminoacizi legați într-un lanț prin legături peptidice. În organismele vii, compoziția de aminoacizi a proteinelor este determinată de codul genetic; în majoritatea cazurilor, în timpul sintezei sunt utilizați 20 de aminoacizi standard. Multe dintre combinațiile lor oferă o mare varietate de proprietăți ale moleculelor de proteine. În plus, aminoacizii dintr-o proteină sunt adesea supuși unor modificări post-translaționale, care pot apărea atât înainte ca proteina să înceapă să-și îndeplinească funcția, cât și în timpul „lucrării” acesteia în celulă. Adesea, în organismele vii, mai multe molecule de proteine formează complexe complexe, de exemplu, complexul fotosintetic.
Pentru a înțelege structura complicată (arhitectonica) a unei macromolecule de proteine, ar trebui să luăm în considerare mai multe niveluri de organizare. Structura primară, cea mai simplă este un lanț polipeptidic, adică un șir de aminoacizi legați împreună prin legături peptidice. În structura primară, toate legăturile dintre aminoacizi sunt covalente și, prin urmare, puternice. Următorul nivel superior de organizare este structura secundară, când firul proteic este răsucit sub formă de spirală. Legăturile de hidrogen se formează între grupările -COOH situate pe o tură a helixului și grupările -NH2 pe cealaltă tură. Ele provin din hidrogen, cel mai adesea găsit între doi atomi negativi. Legăturile de hidrogen sunt mai slabe decât legăturile covalente, dar cu un număr mare de ele asigură formarea unei structuri destul de puternice. Un șir de aminoacizi (polipeptidă) se coagulează apoi, formând o bilă, sau fibrilă sau globule, specifică fiecărei proteine. Aceasta creează o configurație complexă numită structură terțiară. De obicei, se determină prin metoda analizei prin difracție cu raze X, care face posibilă stabilirea poziției în spațiu a atomilor și a grupurilor de atomi în cristale și compuși complecși.
Legăturile care susțin structura terțiară a proteinei sunt, de asemenea, slabe. Ele apar, în special, din cauza interacțiunilor hidrofobe. Acestea sunt forțele de atracție dintre moleculele nepolare sau dintre regiunile nepolare ale moleculelor într-un mediu apos. Reziduurile hidrofobe ale unor aminoacizi dintr-o soluție apoasă se apropie, „se lipesc” și astfel stabilizează structura proteinei. Pe lângă forțele hidrofobe, legăturile electrostatice dintre radicalii electronegativi și electropozitivi ai reziduurilor de aminoacizi joacă un rol semnificativ în menținerea structurii terțiare a unei proteine. Structura terțiară este menținută și de un număr mic de legături covalente disulfură -S-S care apar între atomii de sulf ai aminoacizilor care conțin sulf. Trebuie să spun că este și terțiar; structura proteinelor nu este finită. Macromoleculele aceleiași proteine sau moleculele altor proteine sunt adesea atașate unei macromolecule proteice. De exemplu, molecula complexă a hemoglobinei, o proteină care se găsește în celulele roșii din sânge, constă din patru macromolecule de globină: două lanțuri alfa și două lanțuri beta, fiecare dintre ele conectată la hemul care conține fier. Ca rezultat al combinației lor, se formează o moleculă de hemoglobină funcțională. Doar într-un astfel de pachet hemoglobina funcționează pe deplin, adică este capabilă să transporte oxigen. Datorită conexiunii mai multor molecule de proteine între ele, se formează o structură cuaternară. Dacă lanțurile peptidice sunt aranjate sub formă de minge, atunci astfel de proteine se numesc globulare. Dacă lanțurile polipeptidice sunt aranjate în mănunchiuri de fire, ele se numesc proteine fibrilare. Pornind de la structura secundară, structura spațială (conformația) macromoleculelor proteice, după cum am aflat, este menținută în principal prin legături chimice slabe. Influențat factori externi(modificări de temperatură, compoziție de sare a mediului, pH, sub influența radiațiilor și a altor factori) se rup legăturile slabe care stabilizează macromolecula și se schimbă structura proteinei și, prin urmare, proprietățile acesteia. Acest proces se numește denaturare. Ruperea unor legături slabe, modificări ale conformației și proprietăților proteinei apar și sub influența factorilor fiziologici (de exemplu, sub influența hormonilor). În acest fel, sunt reglate proprietățile proteinelor: enzime, receptori, transportori. Aceste modificări ale structurii proteinelor sunt de obicei ușor reversibile. Ruperea unui număr mare de legături slabe duce la denaturarea proteinei, care poate fi ireversibilă (de exemplu, coagularea albușurilor la fierbere ouălor). Uneori, denaturarea proteinelor are o semnificație biologică. De exemplu, un păianjen secretă o picătură de secreție și o lipește de un suport. Apoi, continuând să secrete secreția, trage ușor firul, iar această tensiune slabă este suficientă pentru ca proteina să se denatureze, să treacă de la o formă solubilă la una insolubilă, iar firul capătă putere.
35-36. Monozaharide(din greacă monos: singur, zahar: zahăr), - compuși organici, una dintre principalele grupe de carbohidrați; cel mai formă simplă Sahara; sunt de obicei incolore, solubile în apă, transparente solide. Unele monozaharide au un gust dulce. Monozaharidele, blocurile de construcție din care sunt sintetizate dizaharidele (cum ar fi zaharoza) și polizaharidele (cum ar fi celuloza și amidonul), conțin grupări hidroxil și o grupare aldehidă (aldoze) sau o grupare ceto (cetoze). Fiecare atom de carbon de care este atașată o grupare hidroxil (cu excepția primului și ultimului) este chiral, dând naștere la multe forme izomerice. De exemplu, galactoza și glucoza sunt aldohexoze, dar au proprietăți chimice și fizice diferite. Monozaharidele, ca toți carbohidrații, conțin doar 3 elemente (C, O, H).
Monozaharidele sunt împărțiteîn trioze, tetroze, pentoze, hexoze etc. (3, 4, 5, 6 etc. atomi de carbon din lanț); nu au fost găsite monozaharide naturale cu un lanț de carbon care conține mai mult de 9 atomi de carbon. Monozaharidele care conțin un inel cu 5 membri se numesc furanoze, iar cele care conțin un inel cu 6 membri se numesc piranoze.
Izomerie. Pentru monozaharidele care conțin n atomi de carbon asimetrici este posibilă existența a 2n stereoizomeri (vezi Izomerie).
38. Proprietăţi chimice. Monozaharidele intră în reacții chimice caracteristice grupărilor carbonil și hidroxil. Caracteristică monozaharide - capacitatea de a exista în forme deschise (aciclice) și ciclice și de a da derivați din fiecare formă. Majoritatea monosacilor ciclează în soluție apoasă pentru a forma hemiacetali sau hemicetali (în funcție de faptul că sunt aldoze sau cetoze) între alcool și gruparea carbonil a aceluiași zahăr. Glucoza, de exemplu, formează cu ușurință hemiacetali prin unirea C1 și O5 pentru a forma un inel cu 6 membri numit piranozidă. Aceeași reacție poate avea loc între C1 și O4 pentru a forma o furanozidă cu 5 membri.
Monozaharide în natură. Monozaharidele fac parte din carbohidrații complecși (glicozide, oligozaharide, polizaharide) și biopolimeri care conțin carbohidrați în amestec (glicoproteine, glicolipide etc.). În acest caz, monozaharidele sunt conectate între ele și cu partea non-carbohidrată a moleculei prin legături glicozidice. Când sunt hidrolizate de acizi sau enzime, aceste legături pot fi rupte pentru a elibera monozaharide. În natură, monozaharidele libere, cu excepția D-glucozei și D-fructozei, sunt rare. Biosinteza monozaharidelor din dioxid de carbon și apă are loc în plante (vezi Fotosinteza); Cu participarea derivaților activați ai monozaharidelor - zaharuri nucleozide difosfat - are loc, de regulă, biosinteza carbohidraților complecși. Descompunerea monozaharidelor în organism (de exemplu, fermentația alcoolică, glicoliza) este însoțită de eliberarea de energie.
Aplicație. Unele monozaharide libere și derivații lor (de exemplu, glucoză, fructoză și difosfatul acesteia etc.) sunt utilizate în Industria alimentară si medicina.
37. Glucoză (C6H12O6)(“zahărul din struguri”, dextroză) se găsește în sucul multor fructe și fructe de pădure, inclusiv din struguri, de unde provine denumirea acestui tip de zahăr. Este un zahăr cu șase hidroxi (hexoză).
Proprietăți fizice. O substanță cristalină albă, cu gust dulce, foarte solubilă în apă, insolubilă în eter, slab solubilă în alcool.
Structura moleculei
CH2(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-C=O
Glucoza poate exista sub formă de cicluri (glucoză α și β).
glucoza α și β
Tranziția glucozei de la proiecția Fischer la proiecția Haworth Glucoza este produsul final al hidrolizei majorității dizaharidelor și polizaharidelor.
Rolul biologic. Glucoza este principalul produs al fotosintezei și se formează în ciclul Calvin.
În corpul uman și animal, glucoza este principala și cea mai universală sursă de energie pentru procesele metabolice. Toate celulele corpului animal au capacitatea de a metaboliza glucoza. În același timp, nu toate celulele corpului, ci doar unele dintre tipurile lor, au capacitatea de a folosi alte surse de energie - de exemplu, acizi grași liberi și glicerol, fructoză sau acid lactic.
Transportul glucozei din mediul extern spre interior celulă animală efectuat prin transfer transmembranar activ cu ajutorul unei molecule proteice speciale - un purtător de hexoză (transportor).
Glucoza din celule poate suferi glicoliză pentru a produce energie sub formă de ATP. Prima enzimă din lanțul de glicoliză este hexokinaza. Activitatea hexokinazei celulare este sub influența reglatoare a hormonilor - astfel, insulina crește brusc activitatea hexokinazei și, în consecință, utilizarea glucozei de către celule, iar glucocorticoizii reduc activitatea hexokinazei.
Multe surse de energie, altele decât glucoza, pot fi transformate direct în glucoză în ficat - de exemplu, acid lactic, mulți acizi grași liberi și glicerol sau aminoacizi liberi, în special cei mai simpli precum alanina. Procesul de producere a glucozei în ficat din alți compuși se numește gluconeogeneză.
Acele surse de energie pentru care nu există o conversie biochimică directă în glucoză pot fi utilizate de celulele hepatice pentru a produce ATP și aprovizionarea ulterioară cu energie pentru procesele de gluconeogeneză, resinteza glucozei din acid lactic sau alimentarea cu energie pentru procesul de sinteză a polizaharidei glicogenului. rezerve din monomeri de glucoză. Glucoza este din nou ușor produsă din glicogen prin defalcare simplă.
Datorită importanței critice a menținerii unor niveluri stabile de glucoză din sânge, oamenii și multe alte animale au un sistem complex reglare hormonală parametrii metabolismului carbohidraților. Când 1 gram de glucoză este oxidat în dioxid de carbon și apă, se eliberează 17,6 kJ de energie. „Energia potențială” maximă stocată într-o moleculă de glucoză sub formă de stare de oxidare -4 atomi de carbon (C−4) poate fi redusă în timpul proceselor metabolice la C+4 (într-o moleculă de CO2). Restabilirea lui la nivelul anterior poate fi efectuată de autotrofi.
Fructoză sau zahăr din fructe C6H12O6- o monozaharidă, care este prezentă sub formă liberă în aproape toate fructele și fructele dulci. Mulți oameni preferă să înlocuiască zahărul nu cu medicamente sintetice, ci cu fructoză naturală.
Spre deosebire de glucoză, care servește ca sursă universală de energie, fructoza nu este absorbită de țesuturile dependente de insulină. Este aproape complet absorbit și metabolizat de celulele hepatice. Practic, nicio altă celulă din corpul uman (cu excepția spermei) nu poate folosi fructoza. În celulele hepatice, fructoza este fosforilată și apoi descompusă în trioze, care fie sunt folosite pentru sinteza acizilor grași, care pot duce la obezitate, precum și la creșterea nivelului de trigliceride (care, la rândul său, crește riscul de ateroscleroză), fie sunt utilizate pentru glicogen. sinteza (este, de asemenea, parțial transformată în glucoză în timpul gluconeogenezei). Cu toate acestea, conversia fructozei în glucoză este un proces complex, în mai multe etape, iar capacitatea ficatului de a procesa fructoza este limitată. Întrebarea dacă fructoza ar trebui inclusă în dieta diabeticilor, deoarece absorbția sa nu necesită insulină, a fost studiată intens în ultimii ani.
Deși fructoza nu crește (sau doar puțin) nivelurile de glucoză din sânge la o persoană sănătoasă, fructoza duce adesea la o creștere a nivelului de glucoză din sânge la persoanele cu diabet. Pe de altă parte, din cauza lipsei de glucoză în celule, organismele diabeticilor pot arde grăsimile, ceea ce duce la epuizarea rezervelor de grăsime. În acest caz, fructoza, care se transformă ușor în grăsime și nu necesită insulină, poate fi folosită pentru a le reface. Avantajul fructozei este că un gust dulce poate fi conferit unui fel de mâncare cu cantități relativ mici de fructoză, deoarece cu același conținut de calorii ca și zahărul (380 kcal/100 g), este de 1,2-1,8 ori mai dulce. Cu toate acestea, studiile arată că consumatorii de fructoză nu își reduc aportul de calorii, ci consumă alimente mai dulci.
39. Oligozaharide- este vorba de oligomeri formați din mai mulți (nu mai mult de 20) monomeri - monozaharide, spre deosebire de polizaharide, formate din zeci, sute sau mii de monozaharide; - compuși formați din mai multe resturi de monozaharide (de la 2 la 10) legate printr-o legătură glicozidică.
Un caz special foarte important și larg răspândit de oligozaharide sunt dizaharidele - dimerii formați din două molecule de monozaharide.
Puteți vorbi și despre tri-, tetra- etc. zaharide
40. Dizaharide- denumirea generală a unei subclase de oligozaharide în care molecula este formată din doi monomeri - monozaharide. Dizaharidele sunt formate printr-o reacție de condensare între două monozaharide, de obicei hexoze. Reacția de condensare implică îndepărtarea apei. Legătura dintre monozaharide rezultată în urma reacției de condensare se numește legătură glicozidică.De obicei, această legătură se formează între atomii de carbon 1 și 4 ai unităților de monozaharide adiacente (legatură 1,4-glicozidică).
Procesul de condensare se poate repeta de nenumarate ori, rezultand formarea de molecule uriase de polizaharide. Odată ce unitățile de monozaharide sunt combinate, ele se numesc reziduuri. Cele mai comune dizaharide sunt lactoza și zaharoza.
Mutarotație(din latină muto-change și rotatio - rotație), modificare a valorii optice. rotația soluțiilor de compuși optic activi datorită epimerizării lor. Caracteristic monozaharidelor, oligozaharidelor reducătoare, lactonelor etc. Mutarotația poate fi catalizată de acizi și baze. În cazul glucozei, mutarotația se explică prin stabilirea echilibrului: La echilibru sunt prezente 38% din forma alfa și 62% din forma beta. Intermediar forma aldehidă este conținută în concentrații neglijabil de mici. Avantaje, formarea formei b se explică prin faptul că este mai stabilă termodinamic.
Reacțiile „oglindă de argint” și „oglindă de cupru” sunt caracteristice aldehidelor
1) Reacția „oglindă de argint”, formarea unui precipitat de Ag pe pereții eprubetei
2) Reacția „oglindă de cupru”, precipitarea unui precipitat roșu de Cu2O
40. La rândul lor, dizaharidele, care apar în unele cazuri în timpul hidroliza polizaharidelor(maltoza în timpul hidrolizei amidonului, celobioza în timpul hidrolizei celulozei) sau existente în organism sub formă liberă (lactoză, zaharoză, trehaloză etc.), sunt hidrolizate sub acțiunea catalitică a o- și p-glicozidazelor la monozaharide individuale. . Toate glicozidazele, cu excepția trehalazei (ot, omrehaloză-glucohidroxigaze), se disting printr-o gamă largă de specificitate, accelerând hidroliza aproape oricăror glicozide care sunt derivați ai unuia sau altuia a- sau (3-monozaharide. Astfel, un -glucozidaza accelerează reacția de hidroliză a a-glucozidelor, inclusiv a maltozei;p-glucozidazei -p-glucozidelor, inclusiv celobioza;B-galactozidazei - B-galactozidelor și printre ele lactozei etc. Exemple de acțiune a a și P-glucozidazei au fost dat mai devreme
41. Conform eşecului structura chimică a dizaharidelor tipul trehaloză (glicozid-glicozide) și tipul maltoză (glicozidă-glucoză) au proprietăți chimice semnificativ diferite: primele nu dau reacții caracteristice grupării aldehide sau cetonice, adică nu oxidează, nu sunt reduse, nu formează osazone. , intră într-o reacție de policodensare (nu rășină), nu mutarotate etc. Pentru dizaharide precum maltoza, toate reacțiile menționate, dimpotrivă, sunt foarte caracteristice. Motivul acestei diferențe este destul de clar din ceea ce s-a spus mai sus despre cele două tipuri de structură dizaharidă și proprietățile reziduurilor de monozaharide incluse în compoziția lor. Constă în faptul că numai în dizaharide precum maltoza este posibilă tautomeria inelară, în urma căreia se formează o grupare aldehidă sau cetonă liberă, care își prezintă proprietățile caracteristice.
Pentru hidroxilii alcoolici, ambele tipuri de dizaharide dau aceleași reacții: formează eteri și esteri și interacționează cu hidrații de oxid de metal.
există în natură număr mare dizaharide; Cele mai importante dintre ele sunt trehaloza și maltoza menționate mai sus, precum și zaharoza, celobioza și lactoza.
42. Maltoză(din limba engleză malt - malt) - zahăr de malț, o dizaharidă naturală formată din două reziduuri de glucoză; se găsește în cantități mari în boabele încolțite (malț) de orz, secară și alte boabe; se găsește și în roșii, polen și nectarul unui număr de plante. M. este usor solubil in apa si are gust dulce; este un zahăr reducător deoarece are o grupă hidroxil hemiacetal nesubstituită. Biosinteza M. din b-D-glucopiranozilfosfat și D-glucoză este cunoscută numai la unele specii de bacterii. În organismele animale și vegetale, magneziul se formează prin descompunerea enzimatică a amidonului și a glicogenului (vezi Amilaza). Descompunerea M. în două resturi de glucoză are loc ca urmare a acțiunii enzimei a-glucozidazei, sau maltazei, care se găsește în sucurile digestive ale animalelor și ale oamenilor, în boabele încolțite, în mucegaiuri și drojdii. Absența determinată genetic a acestei enzime în mucoasa intestinală umană duce la intoleranță congenitală la M., o boală gravă care necesită excluderea M., amidonul și glicogenul din dietă sau adăugarea enzimei maltazei în alimente.
Când maltoza se fierbe cu acid diluat și sub acțiunea unei enzime, maltaza este hidrolizată (se formează două molecule de glucoză C6H12O6). Maltoza este ușor absorbită de corpul uman. Greutate moleculară - 342,32 T punct de topire - 108 (anhidru)
43. Lactoza(din latină lactis - lapte) C12H22O11 - un carbohidrat din grupa dizaharidelor, găsit în lapte și produse lactate. Molecula de lactoză este formată din reziduuri de molecule de glucoză și galactoză. Lactoza este uneori numită zahăr din lapte.
Proprietăți chimice. Când se fierbe cu acid diluat, lactoza este hidrolizată.
Lactoza se obține din zerul de lapte.
Aplicație. Folosit pentru prepararea mediilor de cultură, de exemplu în producția de penicilină. Folosit ca excipient (excipient) în industria farmaceutică.
Din lactoză se obține lactuloza - un medicament valoros pentru tratamentul tulburărilor intestinale, cum ar fi constipația.
44. Zaharoză C12H22O11, sau zahărul din sfeclă, zahărul din trestie, în viața de zi cu zi doar zahăr - o dizaharidă constând din două monozaharide - α-glucoză și β-fructoză.
Zaharoza este o dizaharidă foarte comună în natură; se găsește în multe fructe, fructe și fructe de pădure. Conținutul de zaharoză este deosebit de mare în sfecla de zahăr și trestia de zahăr, care sunt utilizate pentru producția industrială de zahăr de masă.
Zaharoza are o solubilitate ridicată. Din punct de vedere chimic, fructoza este destul de inertă, adică. atunci când se deplasează dintr-un loc în altul, aproape că nu este implicat în metabolism. Uneori, zaharoza este stocată ca nutrient de rezervă.
Zaharoza, care intră în intestin, este rapid hidrolizată de alfa-glucozidază din intestinul subțire în glucoză și fructoză, care sunt apoi absorbite în sânge. Inhibitorii de alfa-glucozidază, cum ar fi acarboza, inhibă descompunerea și absorbția zaharozei, precum și alți carbohidrați hidrolizați de alfa-glucozidază, în special amidonul. Este utilizat în tratamentul diabetului de tip 2. Sinonime: alfa-D-glucopiranosil-beta-D-fructofuranozid, zahăr din sfeclă, zahăr din trestie.
Proprietăți chimice și fizice. Greutate moleculară 342,3 amu. Formula brută (sistemul Hill): C12H22O11. Gustul este dulceag. Solubilitate (grame la 100 grame): în apă 179 (0°C) și 487 (100°C), în etanol 0,9 (20°C). Puțin solubil în metanol. Insolubil în dietil eter. Densitate 1,5879 g/cm3 (15°C). Rotație specifică pentru linia D de sodiu: 66,53 (apă; 35 g/100 g; 20°C). Când sunt răcite cu aer lichid și iluminate cu lumină puternică, cristalele de zaharoză fosforescează. Nu prezintă proprietăți reducătoare - nu reacționează cu reactivul Tollens și cu reactivul Fehling. Prezența grupărilor hidroxil în molecula de zaharoză este ușor de confirmat prin reacția cu hidroxizi metalici. Dacă se adaugă o soluție de zaharoză la hidroxid de cupru (II), se formează o soluție albastră strălucitoare de zaharoză de cupru. Nu există grupare aldehidă în zaharoză: atunci când este încălzită cu o soluție de amoniac de oxid de argint (I), nu dă o „oglindă de argint”; când este încălzită cu hidroxid de cupru (II), nu formează oxid de cupru (I) roșu . Dintre izomerii zaharozei cu formula moleculară C12H22O11 se pot distinge maltoza și lactoza.
Reacția zaharozei cu apa. Dacă se fierbe o soluție de zaharoză cu câteva picături de acid clorhidric sau sulfuric și se neutralizează acidul cu alcalii, apoi se încălzește soluția, apar molecule cu grupări aldehidice, care reduc hidroxidul de cupru (II) în oxid de cupru (I). Această reacție arată că zaharoza suferă hidroliză sub acțiunea catalitică a acidului, rezultând formarea glucozei și fructozei: C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6
Surse naturale și antropice. Conținut în trestie de zahăr, sfeclă de zahăr (până la 28% substanță uscată), sucuri de plante și fructe (de exemplu, mesteacăn, arțar, pepene galben și morcovi). Sursa de zaharoză - din sfeclă sau trestie - este determinată de raportul dintre conținutul de izotopi stabili de carbon 12C și 13C. Sfecla de zahăr are un mecanism C3 de asimilare a dioxidului de carbon (prin acid fosfogliceric) și absorbi preferabil izotopul 12C; Trestia de zahăr are un mecanism C4 de absorbție a dioxidului de carbon (prin acid oxalacetic) și absoarbe de preferință izotopul 13C.
45. Celobioză- un carbohidrat din grupul dizaharidelor, format din două resturi de glucoză legate printr-o legătură β-glucozidică; principala unitate structurală a celulozei.
Substanță cristalină albă, foarte solubilă în apă. Celobioza se caracterizează prin reacții care implică o grupare aldehidă (hemiacetal) și grupări hidroxil. În timpul hidrolizei acide sau sub acțiunea enzimei β-glucozidaze, celobioza este descompusă pentru a forma 2 molecule de glucoză.
Celobioza se obține prin hidroliza parțială a celulozei. Celobioza se găsește sub formă liberă în seva unor copaci.
46. Polizaharide- denumirea generală pentru o clasă de carbohidrați complexi cu molecul mare, ale căror molecule constau din zeci, sute sau mii de monomeri - monozaharide.
Polizaharidele sunt necesare vieții organismelor animale și vegetale. Sunt una dintre principalele surse de energie generate ca urmare a metabolismului organismului. Ei iau parte la procesele imunitare, asigură aderența celulară în țesuturi și constituie cea mai mare parte a materiei organice din biosferă.
S-a stabilit activitatea biologică diversă a polizaharidelor de origine vegetală: antibiotic, antiviral, antitumoral, antidot [sursa nespecificată 236 zile]. Polizaharidele de origine vegetală joacă un rol important în reducerea lipemiei și a ateromatozei vasculare datorită capacității lor de a forma complexe cu proteinele și lipoproteinele din plasma sanguină.
Polizaharidele includ, în special:
dextrina este o polizaharidă, un produs al hidrolizei amidonului;
amidonul este principala polizaharidă depusă ca rezervă de energie în organismele vegetale;
glicogenul este o polizaharidă depusă ca rezervă de energie în celulele organismelor animale, dar se găsește în cantități mici în țesuturile plantelor;
celuloza este principala polizaharidă structurală a pereților celulelor vegetale;
galactomanani - polizaharide de depozitare ale unor plante din familia leguminoaselor, precum guarana și guma de roșcove;
glucomananul este o polizaharidă obținută din tuberculi de konjac, constând din unități alternante de glucoză și manoză, solubile fibre dietetice, reduce pofta de mancare;
amiloid - folosit la producerea hârtiei de pergament.
Celuloza ( din lat. cellula - celulă, la fel ca fibra) - [C6H7O2(OH)3]n, polizaharid; componenta principală membranele celulare toate plantele superioare.
Celuloza constă din reziduuri de molecule de glucoză, care se formează în timpul hidrolizei acide a celulozei:
(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6
Celuloza este un fir lung ce contine 300-2500 de reziduuri de glucoza, fara ramuri laterale. Aceste fire sunt interconectate prin multe legături de hidrogen, ceea ce conferă celulozei o rezistență mecanică mai mare. Mamiferele (ca majoritatea celorlalte animale) nu au enzime care pot descompune celuloza. Cu toate acestea, multe ierbivore (de exemplu, rumegătoare) au bacterii simbionte în tractul digestiv care se descompun și ajută gazdele să absoarbă această polizaharidă.
Prin metoda industrială, celuloza este produsă prin gătirea la fabricile de celuloză care fac parte din complexele industriale (morii). Pe baza tipului de reactivi utilizați, se disting următoarele metode de gătire a pulpei:
sulfit. Soluția de gătit conține acid sulfurosşi o sare a acestuia, de exemplu hidrogen sulfit de sodiu. Această metodă este folosită pentru obținerea celulozei din specii de lemn cu conținut scăzut de rășină: molid, brad.
Alcalin:
Natronny. Se folosește o soluție de hidroxid de sodiu. Metoda sifonului poate fi folosită pentru a obține celuloză din lemn de foioase și plante anuale.
Sulfat. Cea mai comună metodă astăzi. Reactivul folosit este o soluție care conține hidroxid de sodiu și sulfură de sodiu, numită lichior alb. Metoda își ia numele de la sulfatul de sodiu, din care se obține sulfura pentru lichior alb la fabricile de celuloză. Metoda este potrivită pentru producerea de celuloză din orice tip de material vegetal. Dezavantajul său este eliberarea unei cantități mari de compuși ai sulfului urât mirositoare: metil mercaptan, dimetil sulfură etc., ca urmare a reacțiilor adverse.
Celuloza tehnica obtinuta dupa gatire contine diverse impuritati: lignina, hemiceluloze. Dacă celuloza este destinată prelucrării chimice (de exemplu, pentru a produce fibre artificiale), atunci este supusă rafinarii - tratamentului cu o soluție alcalină rece sau fierbinte pentru îndepărtarea hemicelulozelor.
Pentru a elimina lignina reziduală și a face pulpa albă, aceasta este albită. Albirea tradițională cu clor include doi pași:
tratament cu clor - pentru a distruge macromoleculele de lignină;
tratament alcalin - pentru a extrage produsele rezultate din distrugerea ligninei.
47. Amidon- polizaharide ale amilozei și amilopectinei, al căror monomer este alfa-glucoza. Amidonul, sintetizat de diferite plante sub influența luminii (fotosinteză), are mai multe diverse compozițiiși structura cerealelor.
Proprietăți biologice. Amidonul, fiind unul dintre produsele fotosintezei, este larg răspândit în natură. Pentru plante este o rezervă nutriențiși se găsește în principal în fructe, semințe și tuberculi. Boabele de cereale sunt cele mai bogate în amidon: orez (până la 86%), grâu (până la 75%), porumb (până la 72%) și tuberculi de cartofi (până la 24%).
Pentru corpul uman, amidonul, împreună cu zaharoza, servește ca principal furnizor de carbohidrați - una dintre cele mai importante componente ale alimentelor. Sub acțiunea enzimelor, amidonul este hidrolizat în glucoză, care este oxidată în celule în dioxid de carbon și apă, eliberând energia necesară funcționării unui organism viu.
Biosinteza. O parte din glucoza produsă de plantele verzi în timpul fotosintezei este transformată în amidon:
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
nC6H12O6(glucoză) → (C6H10O5)n + nH2O
ÎN vedere generala aceasta poate fi scrisă ca 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n 6nO2.
Amidonul se acumulează în tuberculi, fructe și semințe de plante ca hrană de rezervă. Astfel, tuberculii de cartofi conțin până la 24% amidon, boabe de grâu - până la 64%, orez - 75%, porumb - 70%.
Glicogenul este o polizaharidă, format din reziduuri de glucoză; principalul carbohidrat de stocare la oameni și animale. Glicogenul (numit uneori și amidon animal, deși termenul este imprecis) este forma principală de stocare a glucozei în celulele animale. Depus sub formă de granule în citoplasmă în multe tipuri de celule (în principal ficat și mușchi). Glicogenul formează o rezervă de energie care poate fi mobilizată rapid dacă este necesar pentru a compensa o lipsă bruscă de glucoză. Depozitarea de glicogen, totuși, nu este la fel de densă în calorii pe gram precum depozitarea de trigliceride (grăsimi). Doar glicogenul stocat în celulele hepatice (hepatocite) poate fi transformat în glucoză pentru a alimenta întregul organism, iar hepatocitele sunt capabile să stocheze până la 8% din greutatea lor sub formă de glicogen, care este cea mai mare concentrație a oricărui tip de celulă. Masa totală de glicogen din ficat poate ajunge la 100-120 de grame la adulți. In muschi, glicogenul este transformat in glucoza exclusiv pentru consum local si se acumuleaza in concentratii mult mai mici (nu mai mult de 1% din masa musculara totala), in timp ce in acelasi timp rezerva sa musculara totala poate depasi rezerva acumulata in hepatocite. Nu un numar mare de glicogenul a fost găsit în rinichi și chiar mai puțin în anumite tipuri celulele creierului (gliale) și celulele albe din sânge.
48. Chitină (C8H13O5N) (chitina franceză, din greacă chiton: chiton - îmbrăcăminte, piele, coajă) - un compus natural din grupul polizaharidelor care conțin azot. Nume chimic: poli-N-acetil-D-glucoză-2-amină, un polimer al resturilor de N-acetilglucozamină legate prin legături b-(1,4)-glicozidice. Componenta principală a exoscheletului (cuticulei) artropodelor și a unui număr de alte nevertebrate, face parte din peretele celular al ciupercilor și bacteriilor.
Distribuția în natură. Chitina este una dintre cele mai comune polizaharide din natură; în fiecare an, pe Pământ, în organismele vii se formează și se descompun aproximativ 10 gigatone de chitină.
Îndeplinește funcții de protecție și de susținere, asigurând rigiditatea celulară - întâlnită în pereții celulari ai ciupercilor.
Componenta principală a exoscheletului artropodelor.
Chitina se formează și în corpurile multor alte animale - diverse viermi, celenterate etc.
În toate organismele care produc și folosesc chitina, aceasta nu se găsește în formă pură, și în combinație cu alte polizaharide și este foarte adesea asociat cu proteine. În ciuda faptului că chitina este o substanță foarte asemănătoare ca structură, proprietati fizice si chimiceȘi rol biologic la celuloză, chitina nu a putut fi găsită în organismele care formează celuloză (plante, unele bacterii).
Chimia chitinei.ÎN formă naturală Chitinele diferitelor organisme diferă oarecum unele de altele în compoziție și proprietăți. Greutatea moleculară a chitinei ajunge la 260.000.
Chitina este insolubilă în apă și rezistentă la acizi diluați, alcalii, alcool și alți solvenți organici. Solubil în soluții concentrate ale unor săruri (clorură de zinc, tiocianat de litiu, săruri de calciu).
Când este încălzit cu soluții concentrate de acizi minerali, este distrus (hidrolizat), eliminând grupările acetil.
Uz practic. Unul dintre derivații chitinei, obținut din aceasta în mod industrial, este chitosanul. Materiile prime pentru producerea sa sunt cochilii de crustacee (krill, crab regele), precum și produse de sinteză microbiologică.
49. Hidrocarburi aromatice, compuși organici formați din carbon și hidrogen și care conțin nuclee de benzen. Cei mai simpli și importanți reprezentanți ai A. u. - benzen (I) și omologii săi: metilbenzen, sau toluen (II), dimetilbenzen, sau xilen etc. includ, de asemenea, derivați de benzen cu catene laterale nesaturate, de exemplu stirenul (III). Sunt multe cunoscute A.u. cu mai multe nuclee de benzen în moleculă, de exemplu difenilmetan (IV), difenil C6H5-C6H5, în care ambele nuclee de benzen sunt legate direct între ele; în naftalină (V) ambele inele au 2 atomi de carbon; astfel de hidrocarburi se numesc A.u. cu nuclee condensate.
Benzen C6H6, PhH) este un compus chimic organic, un lichid incolor cu un miros plăcut dulceag. Hidrocarbură aromatică. Benzenul este o componentă a benzinei, este utilizat pe scară largă în industrie și este o materie primă pentru producția de medicamente, diverse materiale plastice, cauciuc sintetic și coloranți. Deși benzenul este un constituent al țițeiului, este sintetizat la scară industrială din alte componente. Toxic, cancerigen.
Omologi- Compuși aparținând aceleiași clase, dar diferiți unul de altul ca compoziție printr-un număr întreg de grupe CH2. Totalitatea tuturor omologilor formează o serie omologică.
Proprietăți fizice. Lichid incolor cu un miros înțepător deosebit. Punct de topire = 5,5 °C, punct de fierbere = 80,1 °C, densitate = 0,879 g/cm³, greutate moleculară = 78,11 g/mol. Ca toate hidrocarburile, benzenul arde și produce multă funingine. Formează amestecuri explozive cu aerul, se amestecă bine cu eteri, benzină și alți solvenți organici; cu apa formează un amestec azeotrop cu punctul de fierbere de 69,25 °C. Solubilitate în apă 1,79 g/l (la 25 °C).
Structura. Benzenul în compoziție aparține hidrocarburilor nesaturate (seria omoloagă CnH2n-6), dar spre deosebire de hidrocarburile din seria etilenei, C2H4 prezintă proprietățile inerente hidrocarburilor saturate în condiții dure, dar benzenul este mai predispus la reacții de substituție. Acest „comportament” al benzenului se explică prin structura sa specială: prezența unui nor de electroni 6π conjugați în structură. Performanță modernă despre natura electronică a legăturilor din benzen se bazează pe ipoteza lui Linus Pauling, care a propus să descrie molecula de benzen ca un hexagon cu un cerc înscris, subliniind astfel absența legăturilor duble fixe și prezența unui singur nor de electroni care acoperă toate șase atomi de carbon ai ciclului.
50. Compuși aromatici (arene)- compuși organici ciclici care conțin un sistem de legături aromatice. Pot avea lanțuri laterale saturate sau nesaturate.
Cele mai importante hidrocarburi aromatice includ benzenul C6H6 și omologii săi: toluenul C6H5CH3, xilenul C6H4(CH3)2 etc.; naftalină C10H8, antracen C14H10 și derivații acestora. Proprietăți chimice distincte- stabilitate crescuta a nucleului aromatic si tendinta la reactii de substitutie. Principalele surse de hidrocarburi aromatice sunt gudronul de cărbune, petrolul și produsele petroliere. Metodele sintetice de producție sunt de mare importanță. Hidrocarburile aromatice sunt produsele de plecare pentru producerea de cetone, aldehide și acizi aromatici, precum și multe alte substanțe. Există și arene heterociclice, dintre care cele mai des întâlnite sub formă pură și sub formă de compuși sunt piridina, pirolul, furanul și tiofenul, indolul, purina, chinolina.
Borazolul („benzenul anorganic”) este, de asemenea, aromat, dar proprietățile sale diferă semnificativ de cele ale arenelor organice.
Reacții de substituție electrofilă"(ing. reacție electrofilă de substituție) - reacții de substituție în care atacul este efectuat de un electrofil - o particulă care este încărcată pozitiv sau are o deficiență de electroni. Când se formează o nouă legătură, particula care iese, electrofagul, este separată fără perechea sa de electroni. Cel mai popular grup ieșitor este protonul H+.
51-52. Reacții de substituție electrofilă aromatică
Pentru sistemele aromatice, există de fapt un mecanism de substituție electrofilă - SEAr. Mecanismul SE1 (similar cu mecanismul SN1) este extrem de rar, iar SE2 (similar cu mecanismul SN2) nu se găsește deloc.
Mecanismul de reacție SEAr sau reacția de substituție electrofilă aromatică (ing. substituție electrofilă aromatică) este cea mai frecventă și cea mai importantă dintre reacțiile de substituție ale compușilor aromatici și constă din două etape. În prima etapă se adaugă electrofilul, iar în a doua etapă se separă electrofuge.
În timpul reacției, se formează un intermediar încărcat pozitiv (în Figura 2b). Se numește intermediar Ueland, ion de aroniu sau complex σ. Acest complex este în general foarte reactiv și se stabilizează ușor, eliminând rapid cationul. Etapa de limitare a vitezei în marea majoritate a reacțiilor SEAr este primul pas.
Viteza de reacție = k**
Specia atacatoare este de obicei electrofili relativ slabi, astfel încât în majoritatea cazurilor reacția SEAr are loc sub acțiunea unui catalizator - acid Lewis. Cele mai frecvent utilizate sunt AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2.
În acest caz, mecanismul de reacție este următorul (folosind exemplul de clorurare a benzenului, catalizator FeCl3):
1. În prima etapă, catalizatorul interacționează cu particula atacatoare pentru a forma un agent electrofil activ
În a doua etapă, de fapt, este implementat mecanismul SEAr
53. Compuși heterociclici(heterociclurile) sunt compuși organici care conțin cicluri, care, împreună cu carbonul, includ și atomi ai altor elemente. Pot fi considerați compuși carbociclici cu heterosubstituenți (heteroatomi) în inel. Cei mai diversi și bine studiati sunt compușii heterociclici aromatici care conțin azot. Cazurile limitative ale compușilor heterociclici sunt compușii care nu conțin atomi de carbon în inel, de exemplu, pentazol.
Pirol- un heterociclu aromatic de azot cu cinci membri, are proprietăți de bază slabe. Conținut în ulei de oase (care se obține prin distilarea uscată a oaselor), precum și în gudron de cărbune. Inelele de pirol fac parte din porfirine - clorofila vegetală, hemul hemoglobinelor și citocromilor și o serie de alți compuși importanți din punct de vedere biologic.
Structură și proprietăți. Pirolul este un lichid incolor cu un miros asemănător cu cloroformul, care se întunecă lent când este expus la aer. Este ușor higroscopic, ușor solubil în apă și foarte solubil în majoritatea solvenților organici. Structura pirolului a fost propusă în 1870 de Bayer, pe baza oxidării sale cu acid cromic la maleimidă și a formării sale în timpul distilării succinimidei cu praf de zinc.
Aciditate și metalare. Pirolul este un acid NH slab (pKa 17,5 în apă) și reacționează cu metalele alcaline și amidele acestora în amoniac lichid sau solvenți inerți, deprotonându-se în poziția 1 și formând sărurile corespunzătoare. Reacția cu reactivii Grignard se desfășoară în mod similar, în care se formează săruri de N-magneziu. Pirolii N-substituiți reacționează cu butii și fenilitiu, metalându-se în poziția α.
54. INDOL (benzo[b]pirol), mol. m. 117,18; incolor cristale cu un miros slab de naftalină; p.p. 52,5 °C, bp. 254 °C; d456 1,0718; sublimă când este încălzită. până la 150°C; m 7,03,10-30 Kl.m (benzen, 25 °C); distilează cu vapori de apă, dietil eter și NH3; bine sol. în org. comercianții cu amănuntul, apa fierbinte, NH3 lichid. Molecula are o configurație plată.
Indolul este o bază slabă (pKa -2,4). Când este protonat, formează un cation 3H-indolium (forma I), care la interacțiune. cu o moleculă neutră, indolul dă dimer (II). Ca compus slab (pKa 17), indolul cu Na în NH3 lichid formează N-indol de sodiu, cu KOH la 130°C - N-indol de potasiu. Este aromat. Sfinte tu. Electroph. înlocuirea merge Ch. arr. la poziţia 3. Nitrarea se realizează de obicei cu azotat de benzoil, sulfonarea cu sulfotrioxid de piridină, bromurarea cu dibromură de dioxan, clorurarea cu SO2Cl2, alchilarea cu halogenuri de alchil active. Acetilarea în acid acetic are loc și în poziția 3, în prezență. CH3COONa - la pozitia 1; 1,3-diacetilindolul se formează în anhidrida acetică. Indolul se atașează cu ușurință la dubla legătură a cetonelor și nitrililor a,b-nesaturați.
Aminometilarea (soluția Mannich) are loc în poziția 1 în condiții blânde, iar în poziția 3 în condiții dure.Sustituția în inelul benzenic (predominant în pozițiile 4 și 6) are loc numai în medii acide când poziția 3 este blocată. H2O2, peracizi sau în lumină, indolul este oxidat în indoxil, care este apoi transformat. în trimer sau indigo. Oxidarea mai severă sub influența O3, MnO2 duce la ruperea inelului pirolic cu formarea 2-formamidobenzaldehidei. Când indolul este hidrogenat cu hidrogen în condiții blânde, inelul pirolic este redus, iar în condiții mai dure, inelul benzenic este de asemenea redus.
Indolul se găsește în Uleiuri esentiale iasomie si citrice, face parte din Kam.-Ug. răşină. Inelul indolic este un fragment de molecule naturale importante. compuși (de exemplu, triptofan, serotonină, melatonină, bufotenină). În mod obișnuit, indolul este izolat din fracția naftalină a Kam.-Ug. rășină sau obținută prin dehidrogenarea o-etilanilinei cu ultima. ciclizarea produsului rezultat. Indolul și derivații săi sunt, de asemenea, sintetizați prin ciclizarea arilhidrazonelor compușilor carbonilici. (cartierul Fischer), interacțiune. arilamine cu compuși a-halo- sau a-hidroxicarbonil. (districtul Bishler), etc. Miezul indolului face parte din alcaloizii indol. Indolul în sine este un fixator de mirosuri în parfumerie; derivații săi sunt utilizați la producerea de compuși biologic activi. (hormoni, halucinogene) și medicamente. Miercuri (de exemplu, indopan, indometacin).
55. Imidazol- un compus organic din clasa heterociclului, un inel cu cinci atomi cu doi atomi de azot și trei atomi de carbon în inel, izomer la pirazol.
Proprietăți.În imidazolul nesubstituit, pozițiile 4 și 5 (atomi de carbon) sunt echivalente datorită tautomeriei. Aromatic, reactioneaza cu sarurile de diazoniu (combinatie). Este nitrat si sulfonat doar in mediu acid in pozitia 4, halogenii intra in pozitia 2 in mediu alcalin, iar in pozitia 4 in mediu acid.Se alchila si acileaza usor la imina N, deschide ciclul cand interactioneaza cu soluții de acizi și peroxizi tari. Catalizează hidroliza esterilor dificil de saponificat și amidelor acizilor carboxilici.
Pe baza de imidazol sunt produse un număr mare de lichide ionice diferite.
Metode de primire. Din orto-fenilendiamină prin benzimidazol și acid 4,5-imidazol dicarboxilic.
Interacțiunea glioxalului (oxalaldehida) cu amoniacul și formaldehida.
Rolul biologic. Ciclul imidazolului face parte din aminoacidul esențial histidină. Fragment structural de histamină, baze purinice, dibazol.
56. Piridină- un heterociclu aromatic cu șase membri cu un atom de azot, un lichid incolor cu un miros puternic neplăcut; miscibil cu apa si solventi organici. Piridina este o bază slabă, dă săruri cu acizi minerali puternici și formează cu ușurință săruri duble și compuși complecși.
Chitanță. Principala sursă de piridină este gudronul de cărbune.
Proprietăți chimice. Piridină prezintă proprietăți caracteristice aminelor terțiare: formează N-oxizi, săruri de N-alchilpiridiniu și poate acționa ca un ligand donor sigma.
În același timp, piridina are proprietăți aromatice evidente. Cu toate acestea, prezența unui atom de azot în inelul de conjugare duce la o redistribuire serioasă a densității electronilor, ceea ce duce la o scădere puternică a activității piridinei în reacțiile de substituție aromatică electrofile. În astfel de reacții, pozițiile meta ale inelului reacționează predominant.
Piridina este caracterizată prin reacții de substituție nucleofilă aromatică care apar predominant la pozițiile orto-para ale inelului. Această reactivitate indică natura deficitară de electroni a inelului piridinic, care poate fi rezumată în următoarea regulă generală: reactivitatea piridinei ca compus aromatic corespunde aproximativ cu reactivitatea nitrobenzenului.
Aplicație. Folosit în sinteza coloranților, substanțelor medicinale, insecticidelor, în chimia analitică, ca solvent pentru multe organice și unele neorganice materie organică, pentru denaturarea alcoolului.
Siguranță. Piridina este toxică și afectează sistemul nervos și pielea.
57. Rolul biologic. Acidul nicotinic este un derivat de piridină. Se absoarbe în stomac și duoden, iar apoi suferă aminare, rezultând nicotinoamidă, care în organism, în combinație cu proteine, formează mai mult de 80 de enzime. Acesta este rolul fiziologic principal al vitaminei B5. Astfel, acidul nicotinic face parte din enzime redox atât de importante precum dehidrogeneza, care catalizează eliminarea hidrogenului din substanțele organice care sunt oxidate. Hidrogenul astfel îndepărtat este transmis de aceste enzime către enzimele redox, care includ riboflavina. În plus, în corpul mamiferelor, nucleotidele de piridină sunt formate din nicotinamidă (niacină) și acid nicotinic, care servesc ca coenzime NAD și NADP. Un deficit al acestor precursori la animale determină pelagra, o boală manifestată prin simptome ale pielii, tractului gastrointestinal și sistemului nervos (dermatită, diaree, demență). Ca coenzime, NAD și NADP, precursori ai niacinei, sunt implicați în multe reacții redox catalizate de dehidrogenaze. Efectul biologic al acidului nicotinic se manifestă sub formă de stimulare a funcției secretoare a stomacului și a glandelor digestive (în prezența sa în stomac concentrația de liber. de acid clorhidric). Sub influența vitaminei B5, biosinteza glicogenului crește și hiperglicemia scade, funcția de detoxifiere a ficatului crește, vasele de sânge se dilată, iar microcirculația sângelui se îmbunătățește.
Între Acid nicotinicși aminoacizii care conțin sulf există o legătură. Excreția urinară crescută a metilnicotinamidei în caz de deficiență de proteine este normalizată prin includerea în dietă a aminoacizilor care conțin sulf. În același timp, conținutul de fosfopirinucleotide din ficat este de asemenea normalizat.
58. Pirimidină (C4N2H4, Pirimidină, 1,3- sau m-diazină, miazin) este un compus heterociclic cu o moleculă plată, cel mai simplu reprezentant al 1,3-diazinelor.
Proprietăți fizice. Pirimidina este cristale incolore cu un miros caracteristic.
Proprietăți chimice. Greutatea moleculară a pirimidinei este de 80,09 g/mol. Pirimidina prezintă proprietățile unei baze diacide slabe, deoarece atomii de azot pot adăuga protoni prin legăturile donor-acceptor, dobândind astfel o sarcină pozitivă. Reactivitatea în reacțiile de substituție electrofilă a pirimidinei este redusă din cauza scăderii densității electronilor la pozițiile 2,4,6 cauzată de prezența a doi atomi de azot în inel. Substituția devine posibilă numai în prezența substituenților donatori de electroni și este direcționată către poziția 5 cel mai puțin dezactivată. Totuși, în contrast, pirimidina este activă față de reactivii nucleofili care atacă carbonii 2, 4 și 6 din inel.
Chitanță. Pirimidina se obține prin reducerea derivaților de pirimidină halogenați. Sau din 2,4,6-triclorpirimidină, obținută prin tratarea acidului barbituric cu cloroxid de fosfor.
Derivați de pirimidină răspândite pe scară largă în natura vie, unde participă la multe procese biologice importante. În special, derivații precum citozina, timina, uracilul fac parte din nucleotide, care sunt unitățile structurale ale acizilor nucleici; miezul pirimidinic este parte a unor vitamine B, în special B1, coenzime și antibiotice.
59. Purină (C5N4H4, Purină)- un compus heterociclic, cel mai simplu reprezentant al imidazopirimidinelor.
Derivații de purină joacă un rol important în chimia compușilor naturali (bazele purinice ADN și ARN; coenzima NAD; alcaloizi, cofeină, teofilină și teobromină; toxine, saxitoxină și compuși înrudiți; acid uric) și, datorită acestui fapt, în produse farmaceutice.
Adenina- baza azotata, amino derivat al purinei (6-aminopurina). Formează două legături de hidrogen cu uracil și timină (complementaritate).
Proprietăți fizice. Adenina este cristale incolore care se topesc la o temperatură de 360-365 C. Are un maxim caracteristic de absorbție (λmax) la 266 mmk (pH 7) cu un coeficient molar de extincție (εmax) de 13500.
Formula chimică C5H5N5, greutate moleculară 135,14 g/mol. Adenina prezintă proprietăți de bază (pKa1=4,15; pKa2=9,8). Atunci când interacționează cu acidul azotic, adenina își pierde gruparea amino, transformându-se în hipoxantină (6-hidroxipurină). ÎN solutii apoase se cristalizează într-un hidrat cristalin cu trei molecule de apă.
Solubilitate. Este foarte solubil în apă, în special în apă fierbinte; pe măsură ce temperatura apei scade, solubilitatea adeninei în ea scade. Puțin solubil în alcool, cloroform, eter, precum și în acizi și alcalii - insolubil.
Prevalența și semnificația în natură. Adenina face parte din mulți compuși vitali pentru organismele vii, cum ar fi: adenina, adenozin fosfotaze, adenozin fosfozaze, acizi nucleici, adenin nucleotides etc. Sub forma acestor compuși, adenina este larg distribuită în natura vie.
Guanina- o bază azotată, un derivat amino al purinei (6-hidroxi-2-aminopurină), este parte integrantă a acizilor nucleici. În ADN, în timpul replicării și transcripției, formează trei legături de hidrogen cu citozina (complementaritate). Mai întâi izolat de guano.
Proprietăți fizice. Pulbere cristalină incoloră, amorfă. Punct de topire 365 °C. O soluție de guanină în HCl are fluorescență. În medii alcaline și acide are două maxime de absorbție (λmax) în spectrul ultraviolet: la 275 și 248 mmk (pH 2) și 246 și 273 mmk (pH 11).
Proprietăți chimice. Formula chimică - C5H5N5O, greutate moleculară - 151,15 g/mol. Prezintă proprietăți de bază, pKa1= 3,3; pKa2= 9,2; pKa3=12,3. Reacționează cu acizi și alcalii formând săruri.
Solubilitate. Bine solubil în acizi și baze, slab solubil în eter, alcool, amoniac și soluții neutre, insolubil în apă .
Reacții calitative. Pentru determinarea guaninei, se precipită cu acizi metafosforic și picric; cu acid diazosulfonic într-o soluție de Na2CO3 dă culoare roșie.
Distribuție în natură și semnificație. Parte a acizilor nucleici.
60. Nucleozide sunt glicozilamine care contin o baza azotata legata de un zahar (riboza sau dezoxiriboza).
Nucleozidele pot fi fosforilate de către kinazele celulare la grupa alcoolică primară a zahărului, rezultând formarea nucleotidelor corespunzătoare.
Nucleotide- esterii fosforici ai nucleozidelor, fosfaţilor nucleozidici. Nucleotidele libere, în special ATP, cAMP, ADP, joacă un rol important în procesele energetice și informaționale intracelulare și sunt, de asemenea, componente ale acizilor nucleici și ale multor coenzime.
Nucleotidele sunt esteri de nucleozide și acizi fosforici. Nucleozidele, la rândul lor, sunt N-glicozide care conțin un fragment heterociclic legat printr-un atom de azot la atomul C-1 al unui reziduu de zahăr.
Structura nucleotidelor.În natură, cele mai comune nucleotide sunt β-N-glicozidele purinelor sau pirimidinelor și pentozele - D-riboză sau D-2-riboză. În funcție de structura pentozei, se face distincția între ribonucleotide și dezoxiribonucleotide, care sunt monomeri ai moleculelor de polimeri biologici complecși (polinucleotide) - ARN sau, respectiv, ADN.
Reziduul fosfat din nucleotide formează de obicei o legătură ester cu grupările hidroxil 2", 3" sau 5" ale ribonucleozidelor; în cazul deoxinucleozidelor 2", grupările hidroxil 3" sau 5" sunt esterificate.
Compușii formați din două molecule de nucleotide se numesc dinucleotide, trei - trinucleotide, un număr mic - oligonucleotide și multe - polinucleotide sau acizi nucleici.
Numele nucleotidelor sunt abrevieri sub forma unor coduri standard de trei sau patru litere.
Dacă abrevierea începe cu litera mică „d” (d engleză), înseamnă deoxiribonucleotidă; absența literei „d” înseamnă ribonucleotidă. Dacă abrevierea începe cu litera mică „c” (c engleză), atunci vorbim despre forma ciclică a nucleotidei (de exemplu, cAMP).
Prima literă majusculă a abrevierei indică o bază azotată specifică sau un grup de baze nucleice posibile, a doua literă indică numărul de resturi de acid fosforic din structură (M - mono-, D - di-, T - tri-) și a treia literă mare este întotdeauna litera F („-fosfat”; engleză P).
Codurile latină și rusă pentru baze nucleice:
A - A: Adenina; G - G: Guanina; C - C: Citozină; T - T: Timina (5-metiluracil), care nu se găsește în ARN, ia locul uracilului în ADN; U - U: uracilul, care nu se găsește în ADN, ia locul timinei în ARN.
Prima a apărut la începutul secolului al XIX-lea. teorie radicală(J. Gay-Lussac, F. Wehler, J. Liebig). Radicalii sunt grupuri de atomi care trec fără modificări în timpul reacțiilor chimice de la un compus la altul. Acest concept de radicali a fost păstrat, dar majoritatea celorlalte prevederi ale teoriei radicalilor s-au dovedit a fi incorecte.
Conform teoriile tipurilor(C. Gerard) toate substanțele organice pot fi împărțite în tipuri corespunzătoare anumitor substanțe anorganice. De exemplu, alcoolii R-OH și eterii R-O-R au fost considerați reprezentanți ai tipului de apă H-OH, în care atomii de hidrogen sunt înlocuiți cu radicali. Teoria tipurilor a creat o clasificare a substanțelor organice, unele dintre principiile cărora sunt folosite astăzi.
Teoria modernă a structurii compușilor organici a fost creată de remarcabilul om de știință rus A.M. Butlerov.
Principii de bază ale teoriei structurii compușilor organici A.M. Butlerov
1. Atomii dintr-o moleculă sunt aranjați într-o anumită secvență în funcție de valența lor. Valența atomului de carbon în compușii organici este de patru.
2. Proprietățile substanțelor depind nu numai de ce atomi și în ce cantități sunt incluși în moleculă, ci și de ordinea în care sunt conectați unul cu celălalt.
3. Atomii sau grupurile de atomi care alcătuiesc o moleculă se influențează reciproc, ceea ce determină activitatea chimică și reactivitatea moleculelor.
4. Studierea proprietăților substanțelor ne permite să determinăm structura lor chimică.
Influența reciprocă a atomilor vecini în molecule este cea mai importantă proprietate a compușilor organici. Această influență se transmite fie printr-un lanț de legături simple, fie printr-un lanț de legături simple și duble conjugate (alternante).
Clasificarea compușilor organici se bazează pe analiza a două aspecte ale structurii moleculelor - structura scheletului de carbon și prezența grupărilor funcționale.
Compusi organici
Hidrocarburi Compuși heterociclici
Limită- Fără precedent- Aroma-
practică eficientă
Carbociclic alifatic
Ultimul aromatic aliciclic nesaturat
(Alcani) (Cicloalcani) (Arene)
CU P H 2 P+2 C P H 2 P CU P H 2 P-6
Sfârșitul lucrării -
Acest subiect aparține secțiunii:
Introducere. Fundamentele teoriei moderne a structurii
Compuși organici.. introducere.. chimia bioorganică studiază structura și proprietățile substanțelor implicate în procesele vieții în..
Dacă aveți nevoie de material suplimentar pe această temă, sau nu ați găsit ceea ce căutați, vă recomandăm să utilizați căutarea în baza noastră de date de lucrări:
Ce vom face cu materialul primit:
Dacă acest material ți-a fost util, îl poți salva pe pagina ta de pe rețelele sociale:
| Tweet |
Toate subiectele din această secțiune:
Alchene Alcadiene Alchine
SpN2p SpN2p-2 SpN2p-2 Fig. 1. Clasificarea compușilor organici după structură
Structura electronică a atomului de carbon. Hibridizare.
Pentru stratul de electroni de valență al atomului de C, situat în subgrupul principal al celui de-al patrulea grup al celei de-a doua perioade a Tabelului periodic al lui D. I. Mendeleev, numărul cuantic principal n = 2, secundar (orbital
Sisteme conjugate
Există două tipuri de sisteme conjugate (și cuplaje). 1. p, p-conjugare - electronii sunt delocalizați
TEMA 3. Structura chimică și izomeria compușilor organici
Izomeria compușilor organici. Dacă două sau mai multe substanțe individuale au aceeași compoziție cantitativă (formula moleculară), dar diferă una de cealaltă în
Conformațiile moleculelor organice
Rotația în jurul legăturii C-C s este relativ ușoară, iar lanțul de hidrocarburi poate lua forme diferite. Formele conformaționale se transformă ușor unele în altele și, prin urmare, nu sunt compuși diferiți
Conformațiile compușilor ciclici.
Ciclopentan. Inelul cu cinci membri în formă plată are unghiuri de legătură de 108°, care este aproape de valoare normală pentru sp3-atomul hibrid. Prin urmare, în ciclopentan plat, spre deosebire de ciclu
Izomeri de configurare
Aceștia sunt stereoizomeri cu aranjamente diferite în jurul anumitor atomi ai altor atomi, radicali sau grupări funcționale din spațiu unul față de celălalt. Există concepte de diastere
Caracteristici generale ale reacțiilor compușilor organici.
Aciditatea și bazicitatea compușilor organici. Pentru a evalua aciditatea și bazicitatea compușilor organici cea mai mare valoare au două teorii - teoria Brønsted și theo
Bazele Bronsted sunt molecule neutre sau ioni care pot accepta un proton (acceptori de protoni).
Aciditatea și bazicitatea nu sunt absolute, ci proprietăți relative ale compușilor: proprietățile acide se găsesc numai în prezența unei baze; proprietăți de bază - numai în prezența ki
Caracteristicile generale ale reacțiilor compușilor organici
Majoritatea reacțiilor organice implică mai multe etape secvențiale (elementare). O descriere detaliată a totalității acestor etape se numește mecanism. Mecanism de reacție -
Selectivitatea reacțiilor
În multe cazuri, un compus organic conține mai multe centre de reacție inegale. În funcție de structura produșilor de reacție, ei vorbesc de regioselectivitate, chemoselectivitate și
Reacții radicale.
Clorul reacţionează cu hidrocarburile saturate numai sub influenţa luminii, căldurii sau în prezenţa catalizatorilor, iar toţi atomii de hidrogen sunt înlocuiţi succesiv cu clor: CH4
Reacții de adiție electrofile
Hidrocarburile nesaturate - alchene, cicloalchene, alcadiene și alchine - prezintă capacitatea de a suferi reacții de adiție, deoarece conțin legături duble sau triple. Mai important in vivo este dublu
Și eliminarea dintr-un atom de carbon saturat
Reacții de substituție nucleofilă la un atom de carbon hibridizat sp3: reacții heterolitice cauzate de polarizarea legăturii s carbon - heteroatom (halogenopro
Reacții de substituție nucleofilă care implică atomul de carbon hibridizat cu sp2.
Să luăm în considerare mecanismul reacțiilor de acest tip folosind exemplul interacțiunii acizilor carboxilici cu alcooli (reacția de esterificare). În grupa carboxil a unui acid, are loc conjugarea p,p, deoarece perechea este
Reacții de substituție nucleofilă în seria acizilor carboxilici.
Numai din punct de vedere pur formal gruparea carboxil poate fi considerată o combinație de funcții carbonil și hidroxil. De fapt, influența lor reciprocă unul asupra celuilalt este astfel încât complet și
Compusi organici.
Reacțiile de oxidare-reducere (ORR) ocupă un loc important în chimia organică. OVR este de cea mai mare importanță pentru procesele vieții. Cu ajutorul lor, corpul se va satisface
Participarea la procesele vieții
Marea majoritate a substanțelor organice implicate în procesele metabolice sunt compuși cu două sau mai multe grupe funcționale. Astfel de compuși sunt de obicei clasificați
Fenoli diatomici
Fenolii diatomici - pirocatecol, resorcinol, hidrochinona - fac parte din mulți compuși naturali. Toate dau o colorare caracteristică cu clorură ferică. Pirocatecol (o-dihidroxibenzen, catecho
Acizi dicarboxilici și acizi carboxilici nesaturați.
Acizii carboxilici care conțin o grupare carboxil se numesc monobazici, doi se numesc dibazici etc. Acizii dicarboxilici sunt albi substanțe cristaline, având
Aminoalcooli
2-Aminoetanol (etanolamină, colamină) – componentă structurală lipide complexe, se formează prin deschiderea inelelor cu trei membri tensionate de oxid de etilenă și etilenimină cu amoniac sau respectiv apă
Hidroxi și aminoacizi.
Hidroxiacizii conțin atât grupări hidroxil, cât și grupări carboxil în moleculă, aminoacizii conțin grupări carboxil și amino. În funcție de localizarea grupării hidroxi sau amino
Oxoacizi
Oxoacizii sunt compuși care conțin atât grupări carboxil, cât și aldehidă (sau cetonă). În conformitate cu aceasta, se disting acizii aldehidici și acizii ceto. Cel mai simplu acid aldehidic
Derivați heterofuncționali ai benzenului ca medicamente.
Ultimele decenii au fost caracterizate de apariția multor medicamente și preparate noi. În același timp, unele grupuri de medicamente cunoscute anterior continuă să fie de mare importanță.
TEMA 10. Compuși heterociclici importanți din punct de vedere biologic
Compușii heterociclici (heterocicli) sunt compuși care includ unul sau mai mulți atomi, alții decât carbonul (heteroatomi) în ciclu. Sistemele heterociclice stau la baza
TEMA 11. Aminoacizi, peptide, proteine
Structura și proprietățile aminoacizilor și peptidelor. Aminoacizii sunt compuși în ale căror molecule sunt prezente simultan grupări amino și carboxil. A-amină naturală
Structura spațială a polipeptidelor și proteinelor
Polipeptidele și proteinele cu greutate moleculară mare, împreună cu structura primară, sunt caracterizate de niveluri superioare de organizare, care sunt de obicei numite structuri secundare, terțiare și cuaternare.
TEMA 12. Carbohidrați: mono, di- și polizaharide
Carbohidrații sunt împărțiți în simpli (monozaharide) și complecși (polizaharide). Monozaharide (monoze). Aceștia sunt compuși heteropolifuncționali care conțin carbonil și câteva g
TEMA 13. Nucleotide și acizi nucleici
Acizii nucleici (polinucleotide) sunt biopolimeri ale căror unități monomerice sunt nucleotidele. Nucleotida este o structură cu trei componente formată din
Nucleozide.
Bazele heterociclice formează N-glicozide cu D-riboză sau 2-deoxi-D-riboză. În chimia acidului nucleic, astfel de N-glicozide sunt numite nucleozide. D-riboză și 2-deoxi-D-riboză la p
Nucleotide.
Nucleotidele sunt numite fosfați de nucleozide. Acidul fosforic esterifică de obicei alcoolul hidroxil la C-5" sau C-3" într-un reziduu de riboză sau dezoxiriboză (atomii inelului bazei azotate sunt numerotați
Steroizi
Steroizii sunt distribuiți pe scară largă în natură și îndeplinesc o varietate de funcții în organism. Până în prezent, se cunosc aproximativ 20.000 de steroizi; peste 100 dintre ele sunt folosite în medicină. Steroizii au
Hormoni steroizi
Hormoni - biologic substanțe active, formată ca urmare a activității glandelor endocrine și care participă la reglarea metabolismului și funcții fiziologiceîn organism.
Steroli
De regulă, celulele sunt foarte bogate în steroli. În funcție de sursa de izolare, se disting zoosterolii (de la animale), fitosterolii (de la plante), micosterolii (din ciuperci) și sterolii microorganismelor. ÎN
Acizi biliari
În ficat, sterolii, în special colesterolul, sunt transformați în acizi biliari. Lanțul lateral alifatic la C17 în acizii biliari, derivați ai hidrocarburei colan, este format din 5 atomi de carbon
Terpene și terpenoide
Acest nume combină o serie de hidrocarburi și derivații lor care conțin oxigen - alcooli, aldehide și cetone, al căror schelet de carbon este construit din două, trei sau mai multe unități de izopren. Sami
Vitamine
Vitaminele sunt de obicei numite substanțe organice, a căror prezență în cantități mici în hrana oamenilor și animalelor este necesară pentru funcționarea lor normală. Acesta este un op clasic.
Vitamine liposolubile
Vitamina A este o sesquiterpenă și se găsește în unt, lapte, gălbenuș de ou și ulei de pește; untura si margarina nu o contin. Aceasta este o vitamină de creștere; lipsa acestuia în alimente cauzează
Vitamine solubile în apă
La sfârșitul secolului trecut, mii de marinari de pe navele japoneze au avut de suferit, iar mulți dintre ei au murit de moarte dureroasă din cauza misterioasei boli beriberi. Unul dintre misterele beriberiului a fost că marinarii de pe
Tema: Principii de bază ale teoriei structurii compușilor organici de A. M. Butlerov.
Teoria structurii chimice a compușilor organici, prezentată de A. M. Butlerov în a doua jumătate a secolului trecut (1861), a fost confirmată de lucrările multor oameni de știință, inclusiv studenții lui Butlerov și el însuși. S-a dovedit a fi posibil pe baza ei să explice multe fenomene care până atunci nu aveau nicio interpretare: omologia, manifestarea tetravalenței de către atomii de carbon din substanțele organice. Teoria și-a îndeplinit și funcția predictivă: pe baza ei, oamenii de știință au prezis existența unor compuși încă necunoscuți, le-au descris proprietățile și le-au descoperit. Deci, în 1862–1864. A. M. Butlerov a examinat alcoolii propilici, butilici și amilici, a determinat numărul de izomeri posibili și a derivat formulele acestor substanțe. Existența lor a fost ulterior dovedită experimental, iar unii dintre izomeri au fost sintetizați de însuși Butlerov.
Pe parcursul secolului XX. prevederile teoriei structurii chimice a compușilor chimici au fost dezvoltate pe baza noilor opinii care s-au răspândit în știință: teoria structurii atomice, teoria legăturilor chimice, idei despre mecanisme reacții chimice. În prezent, această teorie este universală, adică este valabilă nu numai pentru substanțele organice, ci și pentru cele anorganice.
Prima poziție. Atomii din molecule sunt combinați într-o anumită ordine în funcție de valența lor. Carbonul din toți compușii organici și cei anorganici este tetravalent.
Evident, ultima parte a primei poziții a teoriei poate fi ușor explicată prin faptul că în compuși atomii de carbon sunt în stare excitată:
Atomii de carbon tetravalenți se pot combina între ei pentru a forma lanțuri diferite:
Ordinea de conectare a atomilor de carbon din molecule poate fi diferită și depinde de tipul de legătură chimică covalentă dintre atomii de carbon - simplu sau multiplu (dublu și triplu):
Această poziție explică fenomenul.
Substanțele care au aceeași compoziție, dar structuri chimice sau spațiale diferite și, prin urmare, proprietăți diferite, se numesc izomeri.
Principalele tipuri:
Izomerie structurală, în care substanțele diferă în ordinea legăturilor atomilor din molecule: schelet de carbon
Poziția a treia. Proprietățile substanțelor depind de influența reciprocă a atomilor din molecule.
De exemplu, în acidul acetic doar unul dintre cei patru atomi de hidrogen reacţionează cu un alcalin. Pe baza acestui fapt, se poate presupune că doar un atom de hidrogen este legat de oxigen:
Pe de altă parte, din formula structurală a acidului acetic putem concluziona că acesta conține un atom mobil de hidrogen, adică este monobazic.Principalele direcții de dezvoltare ale teoriei structurii compușilor chimici și semnificația acesteia.
Pe vremea lui A.M. Butlerov, chimia organică a fost utilizată pe scară largă
formule empirice (moleculare) și structurale. Acestea din urmă reflectă ordinea conexiunii atomilor dintr-o moleculă în funcție de valența lor, care este indicată prin liniuțe.
Pentru ușurința înregistrării, se folosesc adesea formule structurale prescurtate, în care liniuțele indică doar legăturile dintre atomii de carbon sau carbonul și oxigenul.
Și fibre, produse din care sunt folosite în tehnologie, viața de zi cu zi, medicină și agricultură. Semnificația teoriei structurii chimice a lui A. M. Butlerov pentru chimia organică poate fi comparată cu semnificația Legii periodice și a Tabelului periodic elemente chimice D. I. Mendeleev pentru Chimie anorganică. Nu degeaba ambele teorii au atât de multe în comun în modurile de formare, direcțiile de dezvoltare și semnificația științifică generală.
Cum a luat contur știința la începutul secolului al XIX-lea, când omul de știință suedez J. Ya. Berzelius a introdus pentru prima dată conceptul de substanțe organice și chimie organică. Prima teorie din chimia organică este teoria radicalilor. Chimiștii au descoperit că în timpul transformărilor chimice, grupurile de mai mulți atomi trec neschimbate de la o moleculă a unei substanțe la o moleculă a unei alte substanțe, la fel cum atomii de elemente trec de la o moleculă la alta. Astfel de grupuri „imuabile” de atomi sunt numite radicali.
Cu toate acestea, nu toți oamenii de știință au fost de acord cu teoria radicală. Mulți au respins în general ideea atomismului - ideea structurii complexe a unei molecule și existența unui atom ca parte componentă a acestuia. Ceea ce s-a dovedit incontestabil astăzi și nu ridică nici cea mai mică îndoială, în secolul al XIX-lea. a făcut obiectul unei acerbe controverse.
Conținutul lecției notele de lecție sprijinirea metodelor de accelerare a prezentării lecției cadru tehnologii interactive Practică sarcini și exerciții ateliere de autotestare, instruiri, cazuri, întrebări teme pentru acasă întrebări de discuție întrebări retorice de la elevi Ilustrații audio, clipuri video și multimedia fotografii, imagini, grafice, tabele, diagrame, umor, anecdote, glume, benzi desenate, pilde, proverbe, cuvinte încrucișate, citate Suplimente rezumate articole trucuri pentru pătuțurile curioși manuale dicționar de bază și suplimentar de termeni altele Îmbunătățirea manualelor și lecțiilorcorectarea erorilor din manual actualizarea unui fragment dintr-un manual, elemente de inovație în lecție, înlocuirea cunoștințelor învechite cu altele noi Doar pentru profesori lecții perfecte planul calendaristic pentru anul instrucțiuni programe de discuții Lecții integratePentru gătit, coloranți, îmbrăcăminte și medicamente, oamenii au învățat de mult să le folosească diverse substanțe. De-a lungul timpului, s-a acumulat o cantitate suficientă de informații despre proprietățile anumitor substanțe, ceea ce a făcut posibilă îmbunătățirea metodelor de producere, prelucrare etc. Și s-a dovedit că multe minerale (substanțe anorganice) pot fi obținute direct.
Dar unele substanțe folosite de om nu au fost sintetizate de acesta, deoarece au fost obținute din organisme vii sau din plante. Aceste substanțe au fost numite organice. Substanțele organice nu au putut fi sintetizate în laborator. La începutul secolului al XIX-lea, o astfel de doctrină precum vitalismul (vita - viața) se dezvolta activ, conform căreia substanțele organice apar numai datorită „forței vitale” și este imposibil să le creăm „artificial”.
Dar, pe măsură ce timpul a trecut și știința s-a dezvoltat, au apărut noi fapte despre substanțele organice care au fost contrare teoriei vitaliste existente.
În 1824, savantul german F. Wöhler a sintetizat acid oxalic pentru prima dată în istoria științei chimice – materie organică din substanțe anorganice (cianogen și apă):
(CN)2 + 4H2O → COOH - COOH + 2NH3
În 1828, Wöller a încălzit cianat de sodiu cu sulf de amoniu și a sintetizat uree - deșeuri ale organismelor animale:
NaOCN + (NH 4) 2 SO 4 → NH 4 OCN → NH 2 OCNH 2
Aceste descoperiri au jucat un rol important în dezvoltarea științei în general și a chimiei în special. Oamenii de știință în chimie au început să se îndepărteze treptat de învățătura vitalistă, iar principiul împărțirii substanțelor în organice și anorganice a dezvăluit inconsecvența acestuia.
În prezent substanteîncă împărțit în organic și anorganic, dar criteriul de separare este ușor diferit.
Substanțele se numesc organice care conțin carbon, se mai numesc și compuși ai carbonului. Există aproximativ 3 milioane de astfel de compuși, compușii rămași sunt aproximativ 300 de mii.
Substanțele care nu conțin carbon sunt numite anorganiceȘi. Dar există excepții de la clasificarea generală: există o serie de compuși care conțin carbon, dar aparțin unor substanțe anorganice (monoxid și dioxid de carbon, disulfură de carbon, acid carbonic și sărurile sale). Toate sunt similare ca compoziție și proprietăți cu compușii anorganici.
În cursul studiului substanțelor organice au apărut noi dificultăți: bazate pe teorii despre substanțe anorganice Este imposibil să dezvăluie regularitățile structurii compușilor organici și să explici valența carbonului. Carbonul din diferiți compuși a avut valențe diferite.
În 1861, omul de știință rus A.M. Butlerov a fost primul care a sintetizat o substanță zaharoasă.
Când studiem hidrocarburile, A.M. Butlerovși-au dat seama că reprezintă o clasă cu totul specială de substanțe chimice. Analizând structura și proprietățile lor, omul de știință a identificat mai multe modele. Ele au stat la baza teorii ale structurii chimice.
1. Molecula oricărei substanțe organice nu este aleatorie; atomii din molecule sunt legați între ei într-o anumită secvență în funcție de valențele lor. Carbonul din compușii organici este întotdeauna tetravalent.
2. Secvența legăturilor interatomice dintr-o moleculă se numește structura sa chimică și este reflectată de o formulă structurală (formula structurală).
3. Structura chimică poate fi determinată prin metode chimice. (În prezent sunt utilizate și metode fizice moderne).
4. Proprietățile substanțelor depind nu numai de compoziția moleculelor substanței, ci și de structura lor chimică (secvența combinației de atomi de elemente).
5. Prin proprietățile unei substanțe date se poate determina structura moleculei sale și după structura moleculei – anticipează proprietățile.
6. Atomii și grupurile de atomi dintr-o moleculă exercită o influență reciprocă unul asupra celuilalt.
Această teorie a devenit fundamentul științific al chimiei organice și a accelerat dezvoltarea acesteia. Pe baza prevederilor teoriei, A.M. Butlerov a descris și a explicat fenomenul izomerie, a prezis existența diverșilor izomeri și a obținut unii dintre ei pentru prima dată.
Luați în considerare structura chimică a etanului – C2H6. După ce am notat valența elementelor cu liniuțe, vom reprezenta molecula de etan în ordinea conexiunii atomilor, adică vom scrie formula structurala. Conform teoriei lui A.M. Butlerov, va avea următoarea formă:
Atomii de hidrogen și de carbon sunt legați într-o singură particulă, valența hidrogenului este egală cu unul și cea a carbonului – patru. Doi atomi de carbon legați printr-o legătură de carbon – carbon (C – CU). Capacitatea carbonului de a forma C – Legătura C este de înțeles pe baza proprietăților chimice ale carbonului. Atomul de carbon are patru electroni pe stratul său exterior de electroni; capacitatea de a renunța la electroni este aceeași cu abilitatea de a-i câștiga pe cei lipsă. Prin urmare, carbonul formează cel mai adesea compuși cu o legătură covalentă, adică datorită formării perechilor de electroni cu alți atomi, inclusiv atomi de carbon între ei.
Acesta este unul dintre motivele diversității compușilor organici.
Compușii care au aceeași compoziție, dar structuri diferite se numesc izomeri. Fenomenul de izomerie – unul dintre motivele diversității compușilor organici
Mai ai întrebări? Vrei să afli mai multe despre teoria structurii compușilor organici?
Pentru a primi ajutor de la un tutor -.
Prima lecție este gratuită!
blog.site, atunci când copiați materialul integral sau parțial, este necesar un link către sursa originală.
