Μάθημα-διάλεξη "Θεωρία της χημικής δομής του A.M. Butlerov"

Διάλεξη 15

Θεωρία της δομής οργανική ύλη. Κύριες κατηγορίες οργανικών ενώσεων.

Οργανική χημεία -η επιστήμη που μελετά την οργανική ύλη. Διαφορετικά, μπορεί να οριστεί ως χημεία ενώσεων άνθρακα. Ο τελευταίος κατέχει ιδιαίτερη θέση στο περιοδικό σύστημα του D.I. Mendeleev ως προς την ποικιλία των ενώσεων, από τις οποίες είναι γνωστές περίπου 15 εκατομμύρια, ενώ ο αριθμός των ανόργανων ενώσεων είναι πεντακόσιες χιλιάδες. Οι οργανικές ουσίες είναι γνωστές στην ανθρωπότητα εδώ και πολύ καιρό ως ζάχαρη, φυτικά και ζωικά λίπη, χρωστικές, αρωματικές και φαρμακευτικές ουσίες. Σταδιακά, οι άνθρωποι έμαθαν να επεξεργάζονται αυτές τις ουσίες για να αποκτήσουν μια ποικιλία από πολύτιμα βιολογικά προϊόντα: κρασί, ξύδι, σαπούνι κ.λπ. Η πρόοδος στην οργανική χημεία βασίζεται σε επιτεύγματα στον τομέα της χημείας πρωτεϊνών, νουκλεϊκών οξέων, βιταμινών κ.λπ. Οργανική χημεία έχει μεγάλη σημασία για την ανάπτυξη της ιατρικής, αφού η συντριπτική πλειοψηφία φάρμακαείναι οργανικές ενώσεις όχι μόνο φυσικής προέλευσης, αλλά και λαμβάνονται κυρίως με σύνθεση. Εξαιρετική αξία περιπλανήθηκε μακρομοριακόςοργανικές ενώσεις (συνθετικές ρητίνες, πλαστικά, ίνες, συνθετικά καουτσούκ, βαφές, ζιζανιοκτόνα, εντομοκτόνα, μυκητοκτόνα, αποφυλλωτικά…). Η σημασία της οργανικής χημείας για την παραγωγή τροφίμων και βιομηχανικών αγαθών είναι τεράστια.

Η σύγχρονη οργανική χημεία έχει διεισδύσει βαθιά στις χημικές διεργασίες που συμβαίνουν κατά την αποθήκευση και επεξεργασία των προϊόντων διατροφής: τις διαδικασίες ξήρανσης, τάγγισης και σαπωνοποίησης των ελαίων, ζύμωση, ψήσιμο, τουρσί, λήψη ποτών, παραγωγή γαλακτοκομικών προϊόντων κ.λπ. Σημαντικό ρόλο έπαιξε επίσης η ανακάλυψη και μελέτη ενζύμων, αρωμάτων και καλλυντικών.

Ένας από τους λόγους της μεγάλης ποικιλίας των οργανικών ενώσεων είναι η ιδιαιτερότητα της δομής τους, η οποία εκδηλώνεται στο σχηματισμό ομοιοπολικών δεσμών και αλυσίδων από άτομα άνθρακα, διαφορετικού τύπου και μήκους. Ο αριθμός των συνδεδεμένων ατόμων άνθρακα σε αυτά μπορεί να φτάσει τις δεκάδες χιλιάδες και η διαμόρφωση των αλυσίδων άνθρακα μπορεί να είναι γραμμική ή κυκλική. Εκτός από τα άτομα άνθρακα, η αλυσίδα μπορεί να περιλαμβάνει οξυγόνο, άζωτο, θείο, φώσφορο, αρσενικό, πυρίτιο, κασσίτερο, μόλυβδο, τιτάνιο, σίδηρο κ.λπ.

Η εκδήλωση αυτών των ιδιοτήτων από τον άνθρακα συνδέεται με διάφορους λόγους. Έχει επιβεβαιωθεί ότι οι ενέργειες των δεσμών C–C και C–O είναι συγκρίσιμες. Ο άνθρακας έχει την ικανότητα να σχηματίζει τρεις τύπους υβριδισμού τροχιακών: τέσσερα sp 3 - υβριδικά τροχιακά, ο προσανατολισμός τους στο διάστημα είναι τετραεδρικός και αντιστοιχεί σε απλόςομοιοπολικούς δεσμούς; τρία υβριδικά sp 2 - τροχιακά που βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο, σε συνδυασμό με μια μη υβριδική τροχιακή μορφή διπλά πολλαπλάσιασυνδέσεις (─С = С─); επίσης με τη βοήθεια sp - προκύπτουν υβριδικά τροχιακά γραμμικού προσανατολισμού και μη υβριδικά τροχιακά μεταξύ ατόμων άνθρακα τριπλάσιαδεσμοί (─ C ≡ C ─) Ταυτόχρονα, αυτοί οι τύποι δεσμών σχηματίζουν άτομα άνθρακα όχι μόνο μεταξύ τους, αλλά και με άλλα στοιχεία. Ετσι, σύγχρονη θεωρίαΗ δομή της ύλης εξηγεί όχι μόνο έναν σημαντικό αριθμό οργανικών ενώσεων, αλλά και την επίδραση της χημικής τους δομής στις ιδιότητες.

Επιβεβαιώνει επίσης πλήρως τα θεμελιώδη θεωρίες χημικής δομής, που αναπτύχθηκε από τον μεγάλο Ρώσο επιστήμονα A.M. Butlerov. Βασικές διατάξεις του:

1) στα οργανικά μόρια, τα άτομα συνδέονται μεταξύ τους ορισμένη σειράανάλογα με το σθένος τους, το οποίο καθορίζει τη δομή των μορίων.

2) οι ιδιότητες των οργανικών ενώσεων εξαρτώνται από τη φύση και τον αριθμό των συστατικών τους ατόμων, καθώς και από τη χημική δομή των μορίων.

3) το καθένα χημική φόρμουλααντιστοιχεί σε έναν ορισμένο αριθμό πιθανών ισομερών δομών.

4) κάθε οργανική ένωση έχει έναν τύπο και έχει ορισμένες ιδιότητες.

5) στα μόρια υπάρχει αμοιβαία επίδραση των ατόμων μεταξύ τους.

Κατηγορίες οργανικών ενώσεων

Σύμφωνα με τη θεωρία, οι οργανικές ενώσεις χωρίζονται σε δύο σειρές - άκυκλες και κυκλικές ενώσεις.

1. Ακυκλικές ενώσεις.(αλκάνια, αλκένια) περιέχουν μια ανοιχτή, ανοιχτή αλυσίδα άνθρακα - ευθεία ή διακλαδισμένη:

N N N N N N

│ │ │ │ │ │ │

N─ S─S─S─S─ N N─S─S─S─N

│ │ │ │ │ │ │

N N N N N │ N

Κανονικό ισοβουτάνιο βουτάνιο (μεθυλοπροπάνιο)

2. α) Αλικυκλικές ενώσεις- ενώσεις που έχουν κλειστές (κυκλικές) αλυσίδες άνθρακα στα μόρια:

κυκλοβουτάνιο κυκλοεξάνιο

β) Αρωματικές ενώσεις,στα μόρια του οποίου υπάρχει ένας σκελετός βενζολίου - ένας εξαμελής κύκλος με εναλλασσόμενους απλούς και διπλούς δεσμούς (arenes):

γ) Ετεροκυκλικές ενώσεις- κυκλικές ενώσεις που περιέχουν, εκτός από άτομα άνθρακα, άζωτο, θείο, οξυγόνο, φώσφορο και ορισμένα ιχνοστοιχεία, τα οποία ονομάζονται ετεροάτομα.

φουρανοπυρρόλη πυριδίνη

Σε κάθε σειρά, οι οργανικές ουσίες χωρίζονται σε κατηγορίες - υδρογονάνθρακες, αλκοόλες, αλδεΰδες, κετόνες, οξέα, εστέρες, σύμφωνα με τη φύση των λειτουργικών ομάδων των μορίων τους.

Υπάρχει επίσης ταξινόμηση ανάλογα με το βαθμό κορεσμού και τις λειτουργικές ομάδες. Ανάλογα με τον βαθμό κορεσμού διακρίνουν:

1. Όριο κορεσμένοΥπάρχουν μόνο απλοί δεσμοί στον σκελετό άνθρακα.

─С─С─С─

2. Ακόρεστα ακόρεστα– υπάρχουν πολλαπλοί (=, ≡) δεσμοί στον ανθρακικό σκελετό.

─С=С─ ─С≡С─

3. αρωματικός– απεριόριστοι κύκλοι με σύζευξη δακτυλίου (4n + 2) π-ηλεκτρονίων.

Κατά λειτουργικές ομάδες

1. Αλκοόλες R-CH 2 OH

2. Φαινόλες

3. Αλδεΰδες R─COH Κετόνες R─C─R

4. Καρβοξυλικά οξέα R─COOH O

5. Εστέρες R─COOR 1

Οι κύριες διατάξεις της θεωρίας της χημικής δομής της Α.Μ. Μπουτλέροφ

1. Τα άτομα στα μόρια συνδέονται μεταξύ τους με μια ορισμένη αλληλουχία ανάλογα με το σθένος τους. Η αλληλουχία των διατομικών δεσμών σε ένα μόριο ονομάζεται χημική δομή του και ανακλάται από έναν δομικό τύπο (τύπος δομής).

2. Η χημική δομή μπορεί να καθοριστεί με χημικές μεθόδους. (Σήμερα χρησιμοποιούνται και σύγχρονες φυσικές μέθοδοι).

3. Οι ιδιότητες των ουσιών εξαρτώνται από τη χημική τους δομή.

4. Από τις ιδιότητες μιας δεδομένης ουσίας, μπορείτε να προσδιορίσετε τη δομή του μορίου της και από τη δομή του μορίου, μπορείτε να προβλέψετε τις ιδιότητες.

5. Τα άτομα και οι ομάδες ατόμων σε ένα μόριο επηρεάζουν αμοιβαία το ένα το άλλο.

Η θεωρία του Butlerov ήταν το επιστημονικό θεμέλιο της οργανικής χημείας και συνέβαλε στην ταχεία ανάπτυξή της. Με βάση τις διατάξεις της θεωρίας, η Α.Μ. Ο Butlerov έδωσε μια εξήγηση για το φαινόμενο της ισομέρειας, προέβλεψε την ύπαρξη διαφόρων ισομερών και απέκτησε μερικά από αυτά για πρώτη φορά.

Η ανάπτυξη της θεωρίας της δομής διευκολύνθηκε από το έργο των Kekule, Kolbe, Cooper και van't Hoff. Ωστόσο, οι θεωρητικές τους προτάσεις δεν είχαν γενικό χαρακτήρα και χρησίμευαν κυρίως για την εξήγηση του πειραματικού υλικού.

2. Τύποι δομής

Ο τύπος δομής (δομικός τύπος) περιγράφει τη σειρά σύνδεσης των ατόμων σε ένα μόριο, δηλ. τη χημική του δομή. Οι χημικοί δεσμοί στον δομικό τύπο αντιπροσωπεύονται με παύλες. Ο δεσμός μεταξύ υδρογόνου και άλλων ατόμων συνήθως δεν υποδεικνύεται (τέτοιοι τύποι ονομάζονται συντομευμένοι δομικοί τύποι).

Για παράδειγμα, οι πλήρεις (διευρυμένοι) και συντομευμένοι δομικοί τύποι του n-βουτανίου C4H10 είναι:

Ένα άλλο παράδειγμα είναι οι τύποι ισοβουτανίου.

Συχνά χρησιμοποιείται μια ακόμη πιο σύντομη σημειογραφία του τύπου, όταν δεν απεικονίζονται μόνο οι δεσμοί με το άτομο υδρογόνου, αλλά και τα σύμβολα των ατόμων άνθρακα και υδρογόνου. Για παράδειγμα, η δομή του βενζολίου C6H6 αντανακλάται από τους τύπους:

Οι δομικοί τύποι διαφέρουν από τους μοριακούς (ακαθάριστους) τύπους, οι οποίοι δείχνουν μόνο ποια στοιχεία και σε ποια αναλογία περιλαμβάνονται στη σύνθεση της ουσίας (δηλαδή η ποιοτική και ποσοτική στοιχειακή σύνθεση), αλλά δεν αντικατοπτρίζουν τη σειρά των ατόμων σύνδεσης.

Για παράδειγμα, το ν-βουτάνιο και το ισοβουτάνιο έχουν τον ίδιο μοριακό τύπο C4H10 αλλά διαφορετική αλληλουχία δεσμού.

Έτσι, η διαφορά στις ουσίες οφείλεται όχι μόνο στη διαφορετική ποιοτική και ποσοτική στοιχειακή σύνθεση, αλλά και σε διαφορετικές χημικές δομές, οι οποίες μπορούν να αντικατοπτρίζονται μόνο σε δομικούς τύπους.

3. Η έννοια της ισομέρειας

Ακόμη και πριν από τη δημιουργία της θεωρίας της δομής, ήταν γνωστές ουσίες της ίδιας στοιχειακής σύστασης, αλλά με διαφορετικές ιδιότητες. Τέτοιες ουσίες ονομάζονταν ισομερή και αυτό το ίδιο το φαινόμενο ονομάστηκε ισομερισμός.

Στο επίκεντρο του ισομερισμού, όπως φαίνεται από τον A.M. Butlerov, έγκειται η διαφορά στη δομή των μορίων που αποτελούνται από το ίδιο σύνολο ατόμων. Ετσι,

ισομέρεια είναι το φαινόμενο της ύπαρξης ενώσεων που έχουν την ίδια ποιοτική και ποσοτική σύσταση, αλλά διαφορετική δομή και, κατά συνέπεια, διαφορετικές ιδιότητες.

Για παράδειγμα, όταν ένα μόριο περιέχει 4 άτομα άνθρακα και 10 άτομα υδρογόνου, είναι δυνατή η ύπαρξη 2 ισομερών ενώσεων:

Ανάλογα με τη φύση των διαφορών στη δομή των ισομερών, διακρίνεται ο δομικός και ο χωρικός ισομερισμός.

4. Δομικά ισομερή

Δομικά ισομερή - ενώσεις της ίδιας ποιοτικής και ποσοτικής σύνθεσης, που διαφέρουν ως προς τη σειρά των ατόμων σύνδεσης, δηλαδή, στη χημική δομή.

Για παράδειγμα, η σύνθεση του C5H12 αντιστοιχεί σε 3 δομικά ισομερή:

Ενα άλλο παράδειγμα:

5. Στερεοϊσομερή

Τα χωρικά ισομερή (στερεοϊσομερή) με την ίδια σύνθεση και την ίδια χημική δομή διαφέρουν ως προς τη χωρική διάταξη των ατόμων στο μόριο.

Τα χωρικά ισομερή είναι οπτικά και cis-trans ισομερή (μπάλες διαφορετικών χρωμάτων αντιπροσωπεύουν διαφορετικά άτομα ή ατομικές ομάδες):

Τα μόρια τέτοιων ισομερών είναι χωρικά ασύμβατα.

Το στερεοϊσομερισμό παίζει σημαντικό ρόλο στην οργανική χημεία. Αυτά τα ζητήματα θα εξεταστούν λεπτομερέστερα κατά τη μελέτη ενώσεων μεμονωμένων κατηγοριών.

6. Ηλεκτρονικές αναπαραστάσεις στην οργανική χημεία

Η εφαρμογή της ηλεκτρονικής θεωρίας της δομής του ατόμου και των χημικών δεσμών στην οργανική χημεία ήταν ένα από τα σημαντικότερα στάδια στην ανάπτυξη της θεωρίας της δομής των οργανικών ενώσεων. Η έννοια της χημικής δομής ως ακολουθίας δεσμών μεταξύ ατόμων (A.M. Butlerov) συμπληρώθηκε από την ηλεκτρονική θεωρία με ιδέες για την ηλεκτρονική και χωρική δομή και την επιρροή τους στις ιδιότητες των οργανικών ενώσεων. Είναι αυτές οι αναπαραστάσεις που καθιστούν δυνατή την κατανόηση των τρόπων μεταφοράς της αμοιβαίας επιρροής των ατόμων στα μόρια (ηλεκτρονικά και χωρικά αποτελέσματα) και τη συμπεριφορά των μορίων στις χημικές αντιδράσεις.

Σύμφωνα με τις σύγχρονες ιδέες, οι ιδιότητες των οργανικών ενώσεων καθορίζονται από:

τη φύση και την ηλεκτρονική δομή των ατόμων·

τον τύπο των ατομικών τροχιακών και τη φύση της αλληλεπίδρασής τους·

τύπος χημικών δεσμών?

χημική, ηλεκτρονική και χωρική δομή των μορίων.

7. Ιδιότητες ηλεκτρονίων

Το ηλεκτρόνιο έχει διπλή φύση. Σε διαφορετικά πειράματα, μπορεί να παρουσιάσει τις ιδιότητες τόσο των σωματιδίων όσο και των κυμάτων. Η κίνηση ενός ηλεκτρονίου υπακούει στους νόμους της κβαντικής μηχανικής. Η σύνδεση μεταξύ του κύματος και των σωματικών ιδιοτήτων ενός ηλεκτρονίου αντανακλά τη σχέση de Broglie.

Η ενέργεια και οι συντεταγμένες ενός ηλεκτρονίου, καθώς και άλλων στοιχειωδών σωματιδίων, δεν μπορούν να μετρηθούν ταυτόχρονα με την ίδια ακρίβεια (αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg). Επομένως, η κίνηση ενός ηλεκτρονίου σε ένα άτομο ή μόριο δεν μπορεί να περιγραφεί χρησιμοποιώντας μια τροχιά. Ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να βρίσκεται σε οποιοδήποτε σημείο του χώρου, αλλά με διαφορετικές πιθανότητες.

Το τμήμα του χώρου στο οποίο η πιθανότητα εύρεσης ηλεκτρονίου είναι μεγάλη ονομάζεται τροχιακό ή ηλεκτρονιακό νέφος.

Για παράδειγμα:

8. Ατομικά Τροχιακά

Ατομικό τροχιακό (AO) - η περιοχή της πιο πιθανής παραμονής ενός ηλεκτρονίου (νέφος ηλεκτρονίων) στο ηλεκτρικό πεδίο του ατομικού πυρήνα.

Η θέση ενός στοιχείου στο Περιοδικό σύστημα καθορίζει τον τύπο των τροχιακών των ατόμων του (s-, p-, d-, f-AO, κ.λπ.), τα οποία διαφέρουν ως προς την ενέργεια, το σχήμα, το μέγεθος και τον χωρικό προσανατολισμό.

Τα στοιχεία της 1ης περιόδου (H, He) χαρακτηρίζονται από ένα AO - 1s.

Στα στοιχεία της 2ης περιόδου, τα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν πέντε AOs σε δύο ενεργειακά επίπεδα: το πρώτο επίπεδο είναι 1s. δεύτερο επίπεδο - 2s, 2px, 2py, 2pz. (οι αριθμοί δείχνουν τον αριθμό του ενεργειακού επιπέδου, τα γράμματα δείχνουν το σχήμα του τροχιακού).

Η κατάσταση ενός ηλεκτρονίου σε ένα άτομο περιγράφεται πλήρως με κβαντικούς αριθμούς.

Χημική δομή ενός μορίουαντιπροσωπεύει την πιο χαρακτηριστική και μοναδική πλευρά του, αφού καθορίζει τις γενικές του ιδιότητες (μηχανικές, φυσικές, χημικές και βιοχημικές). Οποιαδήποτε αλλαγή στη χημική δομή ενός μορίου συνεπάγεται αλλαγή στις ιδιότητές του. Στην περίπτωση μικρών δομικών αλλαγών που γίνονται σε ένα μόριο, ακολουθούν μικρές αλλαγές στις ιδιότητές του (συνήθως επηρεάζουν φυσικές ιδιότητες), αλλά εάν το μόριο έχει βιώσει βαθιές δομικές αλλαγές, τότε οι ιδιότητές του (ειδικά οι χημικές) θα αλλάξουν βαθιά.

Για παράδειγμα, το αλφα-αμινοπροπιονικό οξύ (άλφα-αλανίνη) έχει την ακόλουθη δομή:

Άλφα αλανίνη

Τι βλέπουμε:

1. Η παρουσία ορισμένων ατόμων (C, H, O, N),
2. ένας ορισμένος αριθμός ατόμων που ανήκουν σε κάθε τάξη, τα οποία συνδέονται με μια συγκεκριμένη σειρά.

Όλα αυτά τα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά καθορίζουν μια σειρά από ιδιότητες της αλφα-αλανίνης, όπως: στερεή κατάσταση συσσωμάτωσης, σημείο βρασμού 295 ° C, διαλυτότητα στο νερό, οπτική δραστηριότητα, χημικές ιδιότητες αμινοξέων κ.λπ.

Με την παρουσία ενός δεσμού μεταξύ της αμινομάδας και ενός άλλου ατόμου άνθρακα (δηλαδή, υπήρξε μια ελαφρά δομική αλλαγή), που αντιστοιχεί στη βήτα-αλανίνη:

βήτα αλανίνη

Οι γενικές χημικές ιδιότητες εξακολουθούν να είναι χαρακτηριστικές των αμινοξέων, αλλά το σημείο βρασμού είναι ήδη 200°C και δεν υπάρχει οπτική δραστηριότητα.

Εάν, για παράδειγμα, δύο άτομα σε αυτό το μόριο συνδέονται με ένα άτομο Ν με την ακόλουθη σειρά (βαθιά δομική αλλαγή):

τότε η σχηματιζόμενη ουσία είναι το 1-νιτροπροπάνιο ως προς τη φυσική του και Χημικές ιδιότητεςεντελώς διαφορετικό από τα αμινοξέα: το 1-νιτρο-προπάνιο είναι ένα κίτρινο υγρό, με σημείο βρασμού 131 ° C, αδιάλυτο στο νερό.

Ετσι, σχέση δομής - ιδιοκτησίαςσας επιτρέπει να περιγράψετε τις γενικές ιδιότητες μιας ουσίας με γνωστή δομή και, αντίθετα, σας επιτρέπει να βρείτε τη χημική δομή μιας ουσίας, γνωρίζοντας τις γενικές της ιδιότητες.

Γενικές αρχές της θεωρίας της δομής των οργανικών ενώσεων

Στην ουσία του προσδιορισμού της δομής μιας οργανικής ένωσης, βρίσκονται οι ακόλουθες αρχές, οι οποίες προκύπτουν από τη σχέση μεταξύ της δομής και των ιδιοτήτων τους:

α) οι οργανικές ουσίες, σε αναλυτικά καθαρή κατάσταση, έχουν την ίδια σύνθεση, ανεξάρτητα από τη μέθοδο παρασκευής τους·

β) οι οργανικές ουσίες, σε αναλυτικά καθαρή κατάσταση, έχουν σταθερές φυσικές και χημικές ιδιότητες.

γ) οργανικές ουσίες με σταθερή σύσταση και ιδιότητες, έχουν μόνο μία μοναδική δομή.

Το 1861 ο μεγάλος Ρώσος επιστήμονας A. M. Butlerovστο άρθρο του «Σχετικά με τη χημική δομή της ύλης», αποκάλυψε την κύρια ιδέα της θεωρίας της χημικής δομής, η οποία συνίσταται στην επίδραση της μεθόδου σύνδεσης ατόμων σε οργανική ύλη στις ιδιότητές της. Συνόψισε όλες τις γνώσεις και τις ιδέες για τη δομή των χημικών ενώσεων που ήταν διαθέσιμες εκείνη την εποχή στη θεωρία της δομής των οργανικών ενώσεων.

Οι κύριες διατάξεις της θεωρίας του A. M. Butlerov

μπορούν να συνοψιστούν ως εξής:

1. Στο μόριο μιας οργανικής ένωσης, τα άτομα συνδέονται με μια συγκεκριμένη σειρά, η οποία καθορίζει τη δομή της.
2. Το άτομο άνθρακα στις οργανικές ενώσεις έχει σθένος τεσσάρων.
3. Με την ίδια σύνθεση ενός μορίου, είναι δυνατές πολλές επιλογές για τη σύνδεση των ατόμων αυτού του μορίου μεταξύ τους. Τέτοιες ενώσεις που είχαν την ίδια σύνθεση αλλά διαφορετικές δομές ονομάζονταν ισομερή και ένα παρόμοιο φαινόμενο ονομαζόταν ισομερισμός.
4. Γνωρίζοντας τη δομή μιας οργανικής ένωσης, μπορεί κανείς να προβλέψει τις ιδιότητές της. Γνωρίζοντας τις ιδιότητες μιας οργανικής ένωσης, μπορεί κανείς να προβλέψει τη δομή της.
5. Τα άτομα που σχηματίζουν ένα μόριο υπόκεινται σε αμοιβαία επίδραση, η οποία καθορίζει την αντιδραστικότητα τους. Τα άμεσα συνδεδεμένα άτομα έχουν μεγαλύτερη επιρροή μεταξύ τους, η επίδραση των ατόμων που δεν είναι άμεσα συνδεδεμένα είναι πολύ πιο αδύναμη.

Μαθητής Α.Μ. Μπουτλέροφ - V. V. Markovnikovσυνέχισε να μελετά το ζήτημα της αμοιβαίας επιρροής των ατόμων, το οποίο αντικατοπτρίστηκε το 1869 στη διατριβή του «Υλικά για την αμοιβαία επίδραση των ατόμων στις χημικές ενώσεις».

Η αξία του Α.Μ. Butlerov και η σημασία της θεωρίας της χημικής δομής είναι εξαιρετικά μεγάλη για τη χημική σύνθεση. Προέκυψε η ευκαιρία να προβλεφθούν οι βασικές ιδιότητες των οργανικών ενώσεων, να προβλεφθούν οι τρόποι σύνθεσής τους. Χάρη στη θεωρία της χημικής δομής, οι χημικοί αρχικά εκτίμησαν το μόριο ως ένα διατεταγμένο σύστημα με αυστηρή σειρά δεσμών μεταξύ των ατόμων. Και επί του παρόντος, οι κύριες διατάξεις της θεωρίας του Butlerov, παρά τις αλλαγές και τις διευκρινίσεις, αποτελούν τη βάση των σύγχρονων θεωρητικών εννοιών της οργανικής χημείας.

Κατηγορίες,

1.Βασικές διατάξεις της θεωρίας της χημικής δομής της Α.Μ. Μπουτλέροφ

1. Τα άτομα στα μόρια συνδέονται μεταξύ τους με μια ορισμένη αλληλουχία ανάλογα με το σθένος τους. Η αλληλουχία των διατομικών δεσμών σε ένα μόριο ονομάζεται χημική δομή του και ανακλάται από έναν δομικό τύπο (τύπος δομής).

2. Η χημική δομή μπορεί να καθοριστεί με χημικές μεθόδους. (Σήμερα χρησιμοποιούνται και σύγχρονες φυσικές μέθοδοι).

3. Οι ιδιότητες των ουσιών εξαρτώνται από τη χημική τους δομή.

4. Από τις ιδιότητες μιας δεδομένης ουσίας, μπορείτε να προσδιορίσετε τη δομή του μορίου της και από τη δομή του μορίου, μπορείτε να προβλέψετε τις ιδιότητες.

5. Τα άτομα και οι ομάδες ατόμων σε ένα μόριο επηρεάζουν αμοιβαία το ένα το άλλο.

Ένα μόριο οργανικής ένωσης είναι μια συλλογή ατόμων που συνδέονται με μια ορισμένη σειρά, συνήθως με ομοιοπολικούς δεσμούς. Σε αυτή την περίπτωση, τα δεσμευμένα άτομα μπορεί να διαφέρουν ως προς την τιμή της ηλεκτραρνητικότητας. Οι τιμές της ηλεκτραρνητικότητας καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό τόσο σημαντικά χαρακτηριστικά δεσμού όπως η πολικότητα και η ισχύς (ενέργεια σχηματισμού). Με τη σειρά της, η πολικότητα και η ισχύς των δεσμών σε ένα μόριο, σε μεγάλο βαθμό, καθορίζουν την ικανότητα του μορίου να εισέλθει σε ορισμένες χημικές αντιδράσεις.

Η ηλεκτραρνητικότητα ενός ατόμου άνθρακα εξαρτάται από την κατάσταση υβριδοποίησής του. Αυτό οφείλεται στο κλάσμα του τροχιακού s στο υβριδικό τροχιακό: είναι μικρότερο για sp3 και μεγαλύτερο για sp2 και sp υβριδικά άτομα.

Όλα τα άτομα που συνθέτουν ένα μόριο είναι αλληλένδετα και βιώνουν αμοιβαία επιρροή. Αυτή η επιρροή μεταδίδεται κυρίως μέσω ενός συστήματος ομοιοπολικών δεσμών, με τη βοήθεια των λεγόμενων ηλεκτρονικών φαινομένων.

Τα ηλεκτρονικά φαινόμενα είναι η μετατόπιση της πυκνότητας ηλεκτρονίων σε ένα μόριο υπό την επίδραση υποκαταστατών.

Τα άτομα που συνδέονται με έναν πολικό δεσμό φέρουν μερικά φορτία, που υποδηλώνονται με το ελληνικό γράμμα «δέλτα» (d). Ένα άτομο που «τραβάει» την ηλεκτρονιακή πυκνότητα του δεσμού s προς την κατεύθυνσή του αποκτά αρνητικό φορτίο d-. Όταν εξετάζουμε ένα ζεύγος ατόμων που συνδέονται με έναν ομοιοπολικό δεσμό, το πιο ηλεκτραρνητικό άτομο ονομάζεται δέκτης ηλεκτρονίων. Ο συνεργάτης του δεσμού s θα έχει αντίστοιχα έλλειμμα πυκνότητας ηλεκτρονίων ίσου μεγέθους, δηλ. μερικό θετικό φορτίο d+, θα ονομάζεται δότης ηλεκτρονίων.

Η μετατόπιση της πυκνότητας των ηλεκτρονίων κατά μήκος της αλυσίδας των δεσμών s ονομάζεται επαγωγικό φαινόμενο και συμβολίζεται με I.

2. Ισομέρεια- την ύπαρξη ενώσεων (κυρίως οργανικών), πανομοιότυπων σε στοιχειακή σύσταση και μοριακό βάρος, αλλά διαφορετικών σε φυσικές και χημικές ιδιότητες. Τέτοιες ενώσεις ονομάζονται ισομερή.

Δομική ισομέρεια- το αποτέλεσμα των διαφορών στη χημική δομή. Αυτός ο τύπος περιλαμβάνει:

Ισομερισμός του σκελετού άνθρακα, λόγω της διαφορετικής σειράς δεσμών των ατόμων άνθρακα. Το απλούστερο παράδειγμα είναι το βουτάνιο CH3-CH2-CH2-CH3 και το ισοβουτάνιο (CH3)3CH. Άλλα παραδείγματα: ανθρακένιο και φαινανθρένιο (τύποι Ι και II, αντίστοιχα), κυκλοβουτάνιο και μεθυλκυκλοπροπάνιο (III και IV).

Η ισομέρεια σθένους είναι ένας ειδικός τύπος δομικού ισομερισμού, στον οποίο τα ισομερή μπορούν να μετατραπούν το ένα στο άλλο μόνο με ανακατανομή δεσμών. Για παράδειγμα, τα ισομερή σθένους του βενζολίου (V) είναι το δικυκλοεξα-2,5-διένιο (VI, "βενζόλιο του Dewar"), το πρισμάν (VII, "βενζόλιο του Ladenburg"), το βενζβαλένιο (VIII).

Ισομέρεια λειτουργικής ομάδας - Διαφέρει ως προς τη φύση της λειτουργικής ομάδας. για παράδειγμα, αιθανόλη (CH3-CH2-OH) και διμεθυλαιθέρας (CH3-O-CH3).

ισομέρεια θέσης- Ένας τύπος δομικού ισομερισμού, που χαρακτηρίζεται από διαφορά στη θέση των ίδιων λειτουργικών ομάδων ή διπλών δεσμών με τον ίδιο σκελετό άνθρακα. Παράδειγμα: 2-χλωροβουτανοϊκό οξύ και 4-χλωροβουτανικό οξύ.

Τα εναντιομερή (οπτικά ισομερή, κατοπτρικά ισομερή) είναι ζεύγη οπτικών αντιπόδων - ουσίες που χαρακτηρίζονται από αντίθετες σε πρόσημο και ίσες σε μέγεθος περιστροφές του επιπέδου πόλωσης του φωτός, με την ταυτότητα όλων των άλλων φυσικών και χημικών ιδιοτήτων (με εξαίρεση τις αντιδράσεις με άλλες οπτικά ενεργές ουσίες και φυσικές ιδιότητες στο χειρόμορφο περιβάλλον). Ένας απαραίτητος και επαρκής λόγος για την εμφάνιση των οπτικών αντιπόδων είναι ότι το μόριο ανήκει σε μία από τις ακόλουθες ομάδες συμμετρίας σημείου: Cn, Dn, T, O ή I (χειρικότητα). Τις περισσότερες φορές μιλάμε για ένα ασύμμετρο άτομο άνθρακα, δηλαδή ένα άτομο που σχετίζεται με τέσσερις διαφορετικούς υποκαταστάτες.

3. υβριδισμός sp³ -Εμφανίζεται κατά την ανάμειξη ενός s- και τριών p-τροχιακών. Τέσσερα πανομοιότυπα τροχιακά προκύπτουν, τοποθετημένα μεταξύ τους σε τετραεδρικές γωνίες 109° 28' (109,47°), μήκους 0,154 nm.

Για το άτομο άνθρακα και άλλα στοιχεία της 2ης περιόδου, αυτή η διαδικασία συμβαίνει σύμφωνα με το σχήμα:

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

Αλκάνια(κορεσμένοι υδρογονάνθρακες, παραφίνες, αλειφατικές ενώσεις) - άκυκλοι υδρογονάνθρακες γραμμικής ή διακλαδισμένης δομής, που περιέχουν μόνο απλούς δεσμούς και σχηματίζουν ομόλογη σειρά με τον γενικό τύπο CnH2n + 2 .Χημική δομή αλκυνίου(η σειρά σύνδεσης των ατόμων στα μόρια) των απλούστερων αλκανίων -μεθάνιο, αιθάνιο και προπάνιο - δείχνουν τους δομικούς τύπους τους που δίνονται στην ενότητα 2. Από αυτούς τους τύπους μπορεί να φανεί ότι υπάρχουν δύο τύποι χημικών δεσμών στα αλκάνια:

S-S και S-N. Ο δεσμός C-C είναι ομοιοπολικός μη πολικός. Ο δεσμός C-H είναι ομοιοπολικός ασθενώς πολικός, γιατί άνθρακας και υδρογόνου είναι κοντά σε ηλεκτραρνητικότητα

p-τροχιακό που δεν συμμετέχει στον υβριδισμό, που βρίσκεται κάθετα στο επίπεδο σ-δεσμοί, χρησιμοποιείται για το σχηματισμό δεσμού π με άλλα άτομα. Αυτή η γεωμετρία του άνθρακα είναι χαρακτηριστική για τον γραφίτη, τη φαινόλη κ.λπ.

Γωνία σθένους- η γωνία που σχηματίζεται από τις κατευθύνσεις των χημικών δεσμών που προέρχονται από ένα άτομο. Η γνώση των γωνιών δεσμών είναι απαραίτητη για τον προσδιορισμό της γεωμετρίας των μορίων. Οι γωνίες σθένους εξαρτώνται τόσο από τα επιμέρους χαρακτηριστικά των συνδεδεμένων ατόμων όσο και από τον υβριδισμό των ατομικών τροχιακών του κεντρικού ατόμου. Για απλά μόρια, η γωνία δεσμού, καθώς και άλλες γεωμετρικές παράμετροι του μορίου, μπορούν να υπολογιστούν με μεθόδους κβαντικής χημείας. Πειραματικά προσδιορίζονται από τις τιμές των ροπών αδράνειας των μορίων που λαμβάνονται με την ανάλυση των περιστροφικών φασμάτων τους (βλ. Φασματοσκοπία Υπέρυθρων, Μοριακά φάσματα, Φασματοσκοπία Μικροκυμάτων). Η γωνία δεσμού σύνθετων μορίων προσδιορίζεται με τις μεθόδους δομικής ανάλυσης περίθλασης.

4. Υβριδισμός sp2 (επίπεδο-τριγωνικό)Ένα s- και δύο p-τροχιακά αναμειγνύονται και σχηματίζονται τρία ισοδύναμα sp2-υβριδικά τροχιακά, που βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο υπό γωνία 120° (τονισμένα με μπλε χρώμα). Μπορούν να σχηματίσουν τρεις δεσμούς σ. Το τρίτο ρ-τροχιακό παραμένει μη υβριδοποιημένο και προσανατολίζεται κάθετα στο επίπεδο των υβριδικών τροχιακών. Αυτό το p-AO εμπλέκεται στο σχηματισμό ενός π-δεσμού . Για στοιχεία της 2ης περιόδου, η διαδικασία υβριδισμού sp2 λαμβάνει χώρα σύμφωνα με το σχήμα:

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

Η δεύτερη κατάσταση σθένους του ατόμου άνθρακα.Υπάρχουν οργανικές ουσίες στις οποίες το άτομο άνθρακα συνδέεται όχι με τέσσερα, αλλά με τρία γειτονικά άτομα, ενώ παραμένει τετρασθενές

5. υβριδισμός sp (γραμμικός)Ένα s- και ένα p-τροχιακό μίγμα, σχηματίζοντας δύο ισοδύναμα sp-τροχιακά που βρίσκονται σε γωνία 180, δηλ. σε έναν άξονα. Τα υβριδικά τροχιακά sp εμπλέκονται στο σχηματισμό δύο δεσμών σ. Δύο p-τροχιακά δεν είναι υβριδοποιημένα και βρίσκονται σε αμοιβαία κάθετα επίπεδα. -Τα τροχιακά σχηματίζουν δύο π-δεσμούς σε ενώσεις.

Για στοιχεία της 2ης περιόδου, ο υβριδισμός sp συμβαίνει σύμφωνα με το σχήμα:

2s + 2px= 2 (2sp)

Τα 2py- και 2pz-AO δεν αλλάζουν.

Ασετυλίνη- ακόρεστος υδρογονάνθρακας C2H2. Έχει τριπλό δεσμό μεταξύ ατόμων άνθρακα, ανήκει στην κατηγορία των αλκυνίων

Τα άτομα άνθρακα στο ακετυλένιο είναι sp-υβριδοποιημένα. Συνδέονται με έναν και δύο δεσμούς, μέγ. πυκνότητες to-rykh βρίσκονται σε δύο αμοιβαία κάθετες περιοχές, σχηματίζοντας ένα κυλινδρικό. σύννεφο πυκνότητας ηλεκτρονίων. έξω από αυτό υπάρχουν άτομα Η.

ΜΕΘΥΛΑΚΕΤΥΛΕΝΙΟ(προπίνιο, αλλυλένιο) CH3C=CH. Σύμφωνα με το χημικό. Ο Saint-you M. είναι τυπικός εκπρόσωπος των ακετυλενικών υδρογονανθράκων. Εισέρχεται εύκολα στην περιοχή της ηλεκτροφύσεως, πυρήνα. και ριζική προσθήκη στον τριπλό δεσμό, για παράδειγμα. με την αλληλεπίδραση με μεθανόλη σχηματίζει μεθυλ ισοπροπενυλαιθέρα.

6. Τύποι επικοινωνίας -Μεταλλικός δεσμός, Ομοιοπολικός δεσμός, Ιωνικός δεσμός, Δεσμός υδρογόνου

Ιοντικός δεσμός- ένας ισχυρός χημικός δεσμός που σχηματίζεται μεταξύ ατόμων με μεγάλη διαφορά ηλεκτραρνητικότητας, στον οποίο το κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων περνά εντελώς σε ένα άτομο με μεγαλύτερη ηλεκτραρνητικότητα. Ένα παράδειγμα είναι η ένωση CsF, στην οποία ο «βαθμός ιονισμού» είναι 97%.

ακραία περίπτωση πόλωσης ομοιοπολικού πολικού δεσμού. Σχηματίζεται ανάμεσα σε τυπικό μέταλλο και μη μέταλλο. Σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια από το μέταλλο περνούν πλήρως στο αμέταλλο. Σχηματίζονται ιόντα.

Εάν δημιουργηθεί ένας χημικός δεσμός μεταξύ ατόμων που έχουν πολύ μεγάλη διαφορά ηλεκτραρνητικότητας (EO > 1,7 σύμφωνα με τον Pauling), τότε το κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων μεταφέρεται πλήρως στο άτομο με μεγαλύτερο EO. Το αποτέλεσμα αυτού είναι ο σχηματισμός μιας ένωσης αντίθετα φορτισμένων ιόντων.

ομοιοπολικό δεσμό(ατομικός δεσμός, ομοιοπολικός δεσμός) - ένας χημικός δεσμός που σχηματίζεται από την επικάλυψη (κοινωνικοποίηση) ενός ζεύγους νεφών ηλεκτρονίων σθένους. Τα νέφη ηλεκτρονίων (ηλεκτρόνια) που παρέχουν επικοινωνία ονομάζονται κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων.

Ένας απλός ομοιοπολικός δεσμός σχηματίζεται από δύο ασύζευκτα ηλεκτρόνια σθένους, ένα από κάθε άτομο:

Ως αποτέλεσμα της κοινωνικοποίησης, τα ηλεκτρόνια σχηματίζουν ένα γεμάτο ενεργειακό επίπεδο. Ένας δεσμός σχηματίζεται εάν η συνολική τους ενέργεια σε αυτό το επίπεδο είναι μικρότερη από την αρχική κατάσταση (και η διαφορά στην ενέργεια δεν θα είναι τίποτα περισσότερο από την ενέργεια του δεσμού).

Γέμισμα ηλεκτρονίων ατομικών (στις άκρες) και μοριακών (στο κέντρο) τροχιακών στο μόριο Η2. Ο κατακόρυφος άξονας αντιστοιχεί στο επίπεδο ενέργειας, τα ηλεκτρόνια υποδεικνύονται με βέλη που αντανακλούν τα σπιν τους.

Σύμφωνα με τη θεωρία των μοριακών τροχιακών, η επικάλυψη δύο ατομικών τροχιακών οδηγεί στην απλούστερη περίπτωση στο σχηματισμό δύο μοριακών τροχιακών (MO): ενός δεσμευτικού MO και ενός αντιδεσμικού (χαλαρώσιμου) MO. Τα κοινά ηλεκτρόνια βρίσκονται σε ένα MO χαμηλότερης ενέργειας δέσμευσης.

7. Αλκάνια- ακυκλικοί υδρογονάνθρακες γραμμικής ή διακλαδισμένης δομής, που περιέχουν μόνο απλούς δεσμούς και σχηματίζουν ομόλογη σειρά με τον γενικό τύπο CnH2n + 2.

Τα αλκάνια είναι κορεσμένοι υδρογονάνθρακες και περιέχουν τον μέγιστο δυνατό αριθμό ατόμων υδρογόνου. Κάθε άτομο άνθρακα στα μόρια αλκανίου βρίσκεται σε κατάσταση sp³-υβριδισμού - και τα 4 υβριδικά τροχιακά του ατόμου C είναι ίσα σε σχήμα και ενέργεια, 4 νέφη ηλεκτρονίων κατευθύνονται στις κορυφές του τετραέδρου σε γωνίες 109 ° 28 ". σε απλούς δεσμούς μεταξύ ατόμων C, ελεύθερη περιστροφή γύρω από δεσμό άνθρακα. Ο τύπος του δεσμού άνθρακα είναι σ-δεσμοί, οι δεσμοί είναι χαμηλής πολικότητας και ελάχιστα πολωτικοί. Το μήκος του δεσμού άνθρακα είναι 0,154 nm.

Η ισομέρεια των κορεσμένων υδρογονανθράκων οφείλεται στον απλούστερο τύπο δομικής ισομέρειας - την ισομέρεια του σκελετού άνθρακα. ομόλογοςη διαφορά είναι -CH2-. Τα αλκάνια με περισσότερα από τρία άτομα άνθρακα έχουν ισομερή. Ο αριθμός αυτών των ισομερών αυξάνεται με τεράστιο ρυθμό καθώς αυξάνεται ο αριθμός των ατόμων άνθρακα. Για αλκάνια με n = 1…12 ο αριθμός των ισομερών είναι 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.

Ονοματολογία -Λογικός. Επιλέγεται ένα από τα άτομα της ανθρακικής αλυσίδας, θεωρείται ότι είναι υποκατεστημένο μεθάνιο και η ονομασία αλκυλ1αλκυλ2αλκυλ3αλκυλ4μεθάνιο είναι κατασκευασμένη σε σχέση με αυτό.

Παραλαβή. Ανάκτηση παραγώγων αλογόνου των αλκανίων. Ανάκτηση αλκοολών. Ανάκτηση καρβονυλικών ενώσεων. Υδρογόνωση ακόρεστων υδρογονανθράκων. Η σύνθεση του Κόλμπε. Αεριοποίηση στερεών καυσίμων. Αντίδραση Wurtz. Σύνθεση Fischer-Tropsch.

8. Αλκάνιαέχουν χαμηλή χημική δράση. Αυτό συμβαίνει επειδή οι απλοί δεσμοί C-H και C-C είναι σχετικά ισχυροί και δύσκολο να σπάσουν.

Αντιδράσεις ριζικής υποκατάστασης.

Αλογόνωση αλκανίωνπροχωρά με ριζοσπαστικό μηχανισμό. Για να ξεκινήσει η αντίδραση, ένα μείγμα αλκανίου και αλογόνου πρέπει να ακτινοβοληθεί με υπεριώδες φως ή να θερμανθεί. Η χλωρίωση του μεθανίου δεν σταματά στο στάδιο λήψης χλωριούχου μεθυλίου (αν λαμβάνονται ισομοριακές ποσότητες χλωρίου και μεθανίου), αλλά οδηγεί στον σχηματισμό όλων των πιθανών προϊόντων υποκατάστασης, από το μεθυλοχλωρίδιο έως τον τετραχλωράνθρακα.

Νίτρωση (αντίδραση Konovalov)

Τα αλκάνια αντιδρούν με διάλυμα νιτρικού οξέος 10% ή μονοξειδίου του αζώτου N2O4 στην αέρια φάση για να σχηματίσουν νιτροπαράγωγα:

RH + HNO3 = RNO2 + H2O

Όλα τα διαθέσιμα δεδομένα δείχνουν έναν μηχανισμό ελεύθερων ριζών. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης, σχηματίζονται μίγματα προϊόντων.

Αντιδράσεις οξείδωσης. Καύση

Η κύρια χημική ιδιότητα των κορεσμένων υδρογονανθράκων, η οποία καθορίζει τη χρήση τους ως καύσιμο, είναι η αντίδραση καύσης. Παράδειγμα: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

Σε περίπτωση έλλειψης οξυγόνου, αντί για διοξείδιο του άνθρακα, λαμβάνεται μονοξείδιο του άνθρακα ή άνθρακας (ανάλογα με τη συγκέντρωση οξυγόνου).

Γενικά, η εξίσωση αντίδρασης καύσης για οποιονδήποτε υδρογονάνθρακα CxHy μπορεί να γραφτεί ως εξής: CxHy + (x + 0,5y)O2 → xCO2 + 0,5yH2O

καταλυτική οξείδωση

Μπορούν να σχηματιστούν αλκοόλες, αλδεΰδες, καρβοξυλικά οξέα.

Θερμικοί μετασχηματισμοί αλκανίων. Αποσύνθεση

Οι αντιδράσεις αποσύνθεσης συμβαίνουν μόνο υπό την επίδραση υψηλών θερμοκρασιών. Η αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί στο σπάσιμο του δεσμού άνθρακα και στο σχηματισμό ελεύθερων ριζών.

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

Ράγισμα

Όταν θερμαίνονται πάνω από 500 °C, τα αλκάνια υφίστανται πυρολυτική αποσύνθεση με το σχηματισμό ενός πολύπλοκου μείγματος προϊόντων, η σύνθεση και η αναλογία του οποίου εξαρτώνται από τη θερμοκρασία και τον χρόνο αντίδρασης.

Αφυδρογόνωση

Σχηματισμός αλκενίου και εξέλιξη υδρογόνου

Συνθήκες ροής: 400 - 600 °C, καταλύτες - Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3, C2H6 → C2H4 + H2

Ισομερισμός -Υπό τη δράση ενός καταλύτη (π.χ. AlCl3), λαμβάνει χώρα ισομερισμός αλκανίου, για παράδειγμα:

Το βουτάνιο (C4H10) που αλληλεπιδρά με το χλωριούχο αργίλιο (AlCl3) μετατρέπεται από n-βουτάνιο σε 2-μεθυλοπροπάνιο.

Μετατροπή μεθανίου

CH4 + H2O → CO + H2 - Καταλύτης Ni ("CO + H2" "αέριο σύνθεσης")

Τα αλκάνια δεν αλληλεπιδρούν με το υπερμαγγανικό κάλιο (KMnO4) και το βρωμιούχο νερό (Br2).

9.Αλκένια(αλλιώς ολεφίνες ή υδρογονάνθρακες αιθυλενίου) - άκυκλοι ακόρεστοι υδρογονάνθρακες που περιέχουν έναν διπλό δεσμό μεταξύ ατόμων άνθρακα, σχηματίζοντας μια ομόλογη σειρά με τον γενικό τύπο CnH2n. Τα άτομα άνθρακα στον διπλό δεσμό βρίσκονται σε κατάσταση υβριδισμού sp2 και έχουν γωνία δεσμού 120°. Το απλούστερο αλκένιο είναι το αιθένιο (C2H4). Σύμφωνα με την ονοματολογία IUPAC, τα ονόματα των αλκενίων σχηματίζονται από τα ονόματα των αντίστοιχων αλκανίων αντικαθιστώντας το επίθημα "-an" με "-en". η θέση του διπλού δεσμού υποδεικνύεται με έναν αραβικό αριθμό.

Τα αλκένια με περισσότερα από τρία άτομα άνθρακα έχουν ισομερή. Τα αλκένια χαρακτηρίζονται από ισομέρεια του ανθρακικού σκελετού, θέσεις διπλού δεσμού, διακλαδικές και χωρικές. αιθένιο (αιθυλένιο) C2H4, προπένιο C3H6, βουτένιο C4H8, πεντένιο C5H10, εξένιο C6H12,

Μέθοδοι για τη λήψη αλκενίων -Η κύρια βιομηχανική μέθοδος για τη λήψη αλκενίων είναι η καταλυτική πυρόλυση και η πυρόλυση υδρογονανθράκων πετρελαίου και φυσικού αερίου σε υψηλή θερμοκρασία. Για την παραγωγή κατώτερων αλκενίων χρησιμοποιείται και η αντίδραση αφυδάτωσης των αντίστοιχων αλκοολών.

Στην εργαστηριακή πρακτική, συνήθως χρησιμοποιείται η μέθοδος αφυδάτωσης των αλκοολών παρουσία ισχυρών ανόργανων οξέων, αφυδάτωσης και αφαλογόνωσης των αντίστοιχων παραγώγων αλογόνου. συνθέσεις των Hoffmann, Chugaev, Wittig και Cope.

10. Χημικές ιδιότητες αλκενίωνΤα αλκένια είναι χημικά ενεργά. Οι χημικές τους ιδιότητες καθορίζονται σε μεγάλο βαθμό από την παρουσία διπλού δεσμού. Για τα αλκένια, οι ηλεκτρόφιλες αντιδράσεις προσθήκης και οι αντιδράσεις προσθήκης ριζών είναι πιο χαρακτηριστικές. Οι πυρηνόφιλες αντιδράσεις προσθήκης απαιτούν συνήθως ένα ισχυρό πυρηνόφιλο και δεν είναι τυπικές για τα αλκένια.

Τα αλκένια παρουσιάζουν επίσης αντιδράσεις κυκλοπροσθήκης και μετάθεσης.

Τα αλκένια εισέρχονται εύκολα σε αντιδράσεις οξείδωσης, υδρογονώνονται από ισχυρούς αναγωγικούς παράγοντες ή υδρογόνο υπό τη δράση καταλυτών σε αλκάνια και είναι επίσης ικανά για υποκατάσταση αλλυλικών ριζών.

Αντιδράσεις ηλεκτροφιλικής προσθήκης.Σε αυτές τις αντιδράσεις, το επιτιθέμενο σωματίδιο είναι το ηλεκτρόφιλο Κύριο άρθρο: Ηλεκτρόφιλες αντιδράσεις προσθήκης

Αλογόνωση αλκενίου, που λαμβάνει χώρα απουσία εκκινητών ριζικών αντιδράσεων - τυπική αντίδραση ηλεκτροφιλικής προσθήκης. Εκτελείται σε περιβάλλον μη πολικών αδρανών διαλυτών (για παράδειγμα: CCl4):

Η αντίδραση αλογόνωσης είναι στερεοειδική - η προσθήκη γίνεται από αντίθετες πλευρές σε σχέση με το επίπεδο του μορίου του αλκενίου

Υδροαλογόνωση.Ηλεκτρόφιλη προσθήκη υδραλογονιδίων στα αλκένια συμβαίνει σύμφωνα με τον κανόνα του Markovnikov:

Υδροβορίωση.Η προσθήκη λαμβάνει χώρα σε πολλά στάδια με το σχηματισμό ενός ενδιάμεσου κυκλικού ενεργοποιημένου συμπλόκου και η προσθήκη βορίου συμβαίνει ενάντια στον κανόνα Markovnikov - στο πιο υδρογονωμένο άτομο άνθρακα

Ενυδάτωση.Η αντίδραση προσθήκης νερού σε αλκένια προχωρά παρουσία θειικού οξέος

Αλκυλίωση.Η προσθήκη αλκανίων σε αλκένια παρουσία όξινου καταλύτη (HF ή H2SO4) σε χαμηλές θερμοκρασίες οδηγεί στο σχηματισμό υδρογονάνθρακα με υψηλότερο μοριακό βάρος και χρησιμοποιείται συχνά στη βιομηχανία

11. Αλκίνια(αλλιώς ακετυλενικοί υδρογονάνθρακες) - υδρογονάνθρακες που περιέχουν τριπλό δεσμό μεταξύ ατόμων άνθρακα, με τον γενικό τύπο CnH2n-2. Τα άτομα άνθρακα στον τριπλό δεσμό βρίσκονται σε κατάσταση sp υβριδισμού.

Τα αλκίνια χαρακτηρίζονται από αντιδράσεις προσθήκης. Σε αντίθεση με τα αλκένια, τα οποία χαρακτηρίζονται από ηλεκτροφιλικές αντιδράσεις προσθήκης, τα αλκίνια μπορούν επίσης να εισέλθουν σε πυρηνόφιλες αντιδράσεις προσθήκης. Αυτό οφείλεται στον σημαντικό χαρακτήρα s του δεσμού και, κατά συνέπεια, στην αυξημένη ηλεκτραρνητικότητα του ατόμου άνθρακα. Επιπλέον, η υψηλή κινητικότητα του ατόμου υδρογόνου στον τριπλό δεσμό καθορίζει τις όξινες ιδιότητες των αλκυνίων στις αντιδράσεις υποκατάστασης.

Η κύρια βιομηχανική τρόπος για να πάρετεΤο ακετυλένιο είναι η ηλεκτρο- ή θερμική πυρόλυση του μεθανίου, η πυρόλυση του φυσικού αερίου και η μέθοδος του καρβιδίου

12. ΥΔΡΟΑΝΘΡΑΚΕΣ DIENE(διένια), ακόρεστοι υδρογονάνθρακες με δύο διπλούς δεσμούς. Αλιφατικός dienes СnН2n_2 κάλεσε. αλκαδιένια, αλεικυκλικά CnH2n_4 - κυκλοαλκαδιένια. Το άρθρο ασχολείται με υδρογονάνθρακες διενίου με συζευγμένους διπλούς δεσμούς [συζευγμένα διένια; βλέπε πίνακα]. Διένες με απομονωμένους διπλούς δεσμούς σε χημικ. Αγ. εσύ στο κυρίως. δεν διακρίνονται από τις ολεφίνες. Περί συν. με αθροιστικούς διπλούς δεσμούς, βλέπε Allens. Στους υδρογονάνθρακες διενίου, και τα τέσσερα άτομα άνθρακα του συζευγμένου συστήματος έχουν υβριδισμό sp2 και βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. Τέσσερα p-ηλεκτρόνια (ένα από κάθε άτομο άνθρακα) συνδυάζονται για να σχηματίσουν τέσσερα p-μοριακά τροχιακά (δύο δεσμούς - κατειλημμένα και δύο χαλάρωση - ελεύθερα), από τα οποία μόνο το χαμηλότερο αποεντοπίζεται σε όλα τα άτομα άνθρακα. Η μερική μετατόπιση των ηλεκτρονίων p προκαλεί το φαινόμενο σύζευξης, το οποίο εκδηλώνεται με μείωση της ενέργειας του συστήματος (κατά 13-17 kJ / mol σε σύγκριση με το σύστημα των απομονωμένων διπλών δεσμών), ευθυγράμμιση των διατομικών αποστάσεων: οι διπλοί δεσμοί είναι κάπως μακρύτερα (0,135 nm) και τα απλά είναι μικρότερα (0,146 nm) από ό,τι σε μόρια χωρίς σύζευξη (0,133 και 0,154 nm, αντίστοιχα), αύξηση της ικανότητας πόλωσης, έξαρση της μοριακής διάθλασης και άλλα φυσικά. υπάρχοντα. Οι υδρογονάνθρακες διενίου υπάρχουν με τη μορφή δύο διαμορφώσεων που περνούν η μία μέσα στην άλλη, με τη μορφή s-trans να είναι πιο σταθερή.

13. αλκοόλεςΟι ενώσεις που περιέχουν μία ή περισσότερες υδροξυλομάδες ονομάζονται. Σύμφωνα με τον αριθμό τους, οι αλκοόλες διακρίνονται σε μονοϋδρικές, διυδρικές, τριυδρικές κ.λπ. Μήκη δεσμού και γωνίες δεσμού στη μεθυλική αλκοόλη.

Για τις αλκοόλες, υπάρχουν διάφοροι τρόποι να τις ονομάσετε. Στη σύγχρονη ονοματολογία IUPAC για το όνομα του αλκοόλ, η κατάληξη "ol" προστίθεται στο όνομα του υδρογονάνθρακα. Η μακρύτερη αλυσίδα που περιέχει τη λειτουργική ομάδα ΟΗ αριθμείται από το άκρο που βρίσκεται πιο κοντά στην ομάδα υδροξυλίου και οι υποκαταστάτες υποδεικνύονται στο πρόθεμα.

Παραλαβή. Ενυδάτωση αλκενίων.Όταν τα αλκένια αντιδρούν με αραιά υδατικά διαλύματα οξέων, το κύριο προϊόν είναι η αλκοόλη.

Υδροξυυδράρισμα-απουδατοποίηση αλκενίων. Αυτή η αντίδραση δεν συνοδεύεται από αναδιατάξεις και οδηγεί στον σχηματισμό μεμονωμένων αλκοολών. Η κατεύθυνση της αντίδρασης αντιστοιχεί στον κανόνα Markovnikov, η αντίδραση πραγματοποιείται υπό ήπιες συνθήκες με αποδόσεις κοντά στις ποσοτικές.

Υδροβορίωση αλκενίων και επακόλουθη οξείδωσηβοράνια με διάλυμα υπεροξειδίου του υδρογόνου σε αλκαλικό μέσο οδηγεί, τελικά, στο προϊόν αντι-Markovnikov της προσθήκης νερού στον διπλό δεσμό.

Αναγωγή αλδεΰδων και κετονών με υδρίδιο λιθίου αργιλίου ή βοροϋδρίδιο νατρίου

Το LiAlH4 και το NaBH4 ανάγουν τις αλδεΰδες σε πρωτοταγείς αλκοόλες και τις κετόνες σε δευτεροταγείς, με το βοροϋδρίδιο του νατρίου να προτιμάται λόγω της μεγαλύτερης ασφάλειας χειρισμού: μπορεί να χρησιμοποιηθεί ακόμη και σε υδατικά και αλκοολικά διαλύματα. Το υδρίδιο του αλουμινίου λιθίου αντιδρά εκρηκτικά με το νερό και την αλκοόλη και αποσυντίθεται εκρηκτικά όταν θερμαίνεται πάνω από 120° σε ξηρή κατάσταση.

Ανάκτηση εστέρων και καρβοξυλικών οξέων σε πρωτοταγείς αλκοόλες.Οι πρωτογενείς αλκοόλες σχηματίζονται με την αναγωγή εστέρων και καρβοξυλικών οξέων με υδρίδιο λιθίου αργιλίου σε αιθέρα ή THF. Η μέθοδος αναγωγής των εστέρων με υδρίδιο λιθίου αργιλίου είναι ιδιαίτερα βολική από την άποψη της παρασκευής. Πρέπει να σημειωθεί ότι το βοροϋδρίδιο του νατρίου δεν μειώνει τις εστερικές και καρβοξυλομάδες. Αυτό επιτρέπει την επιλεκτική αναγωγή της καρβονυλομάδας με NaBH4 παρουσία εστέρα και καρβοξυλομάδων. Οι αποδόσεις των προϊόντων ανάκτησης σπάνια είναι κάτω του 80%. Το βοροϋδρίδιο του λιθίου, σε αντίθεση με το NaBH4, ανάγει τους εστέρες σε πρωτοταγείς αλκοόλες.

14. πολυυδρικές αλκοόλες. Γλυκερίνη- μια χημική ένωση με τον τύπο HOCH2CH(OH)-CH2OH ή C3H5(OH)3. Ο απλούστερος εκπρόσωπος των τριυδρικών αλκοολών. Είναι ένα παχύρρευστο διαφανές υγρό. Σχηματίστηκε εύκολα από την υδρόλυση φυσικών (φυτικών ή ζωικών) λιπών και ελαίων (τριγλυκερίδια), λήφθηκε για πρώτη φορά από τον Karl Scheele το 1779 κατά τη σαπωνοποίηση των λιπών.

φυσικές ιδιότητες. Γλυκερίνη- άχρωμο, παχύρρευστο, υγροσκοπικό υγρό, απείρως διαλυτό στο νερό. Γλυκό στη γεύση, γι' αυτό πήρε και το όνομά του (γλυκός - γλυκός). Διαλύει καλά πολλές ουσίες.

Χημικές ιδιότητεςΗ γλυκερόλη είναι τυπική για τις πολυϋδρικές αλκοόλες.Η αλληλεπίδραση της γλυκερόλης με υδραλογονίδια ή αλογονίδια φωσφόρου οδηγεί στο σχηματισμό μονο- και διαλογονυδρινών.Η γλυκερόλη εστεροποιείται με καρβοξυλικά και ανόργανα οξέα για να σχηματιστούν οι αντίστοιχοι εστέρες. Έτσι, με το νιτρικό οξύ, η γλυκερίνη σχηματίζει τρινιτρική - νιτρογλυκερίνη (που ελήφθη το 1847 από τον Ascanio Sobrero (Αγγλικά)), η οποία χρησιμοποιείται σήμερα στην παραγωγή σκονών χωρίς καπνό.

Όταν αφυδατωθεί, σχηματίζει ακρολεΐνη:

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

Αιθυλενογλυκόλη, το HO-CH2-CH2-OH είναι ο απλούστερος εκπρόσωπος των πολυϋδρικών αλκοολών. Όταν καθαρίζεται, είναι ένα διαυγές, άχρωμο υγρό με ελαφρώς λιπαρή σύσταση. Είναι άοσμο και έχει γλυκιά γεύση. Τοξικός. Η κατάποση αιθυλενογλυκόλης ή των διαλυμάτων της στο εσωτερικό μπορεί να οδηγήσει σε μη αναστρέψιμες αλλαγές στο σώμα και σε θάνατο.

Στη βιομηχανία, αιθυλενογλυκόλη που λαμβάνεται με ενυδάτωσηαιθυλενοξείδιο σε 10 atm και 190–200°C ή σε 1 atm και 50–100°C παρουσία 0,1–0,5% θειικού (ή φωσφορικού) οξέος, φτάνοντας την απόδοση του 90%. Υποπροϊόντα σε αυτή την περίπτωση είναι η διαιθυλενογλυκόλη, η τριαιθυλενογλυκόλη και μια μικρή ποσότητα ομόλογων ανώτερων πολυμερών της αιθυλενογλυκόλης.

15. Αλδεΰδες- αλκοόλ χωρίς υδρογόνο. οργανικές ενώσεις που περιέχουν καρβονυλομάδα (C=O) με έναν υποκαταστάτη.

Οι αλδεΰδες και οι κετόνες είναι πολύ παρόμοιες, η διαφορά έγκειται στο γεγονός ότι οι τελευταίες έχουν δύο υποκαταστάτες στην καρβονυλική ομάδα. Η πόλωση του διπλού δεσμού "άνθρακα-οξυγόνου" σύμφωνα με την αρχή της μεσομερικής σύζευξης καθιστά δυνατή την καταγραφή των ακόλουθων συντονιστικών δομών:

Αυτός ο διαχωρισμός φορτίων επιβεβαιώνεται με φυσικές μεθόδους έρευνας και καθορίζει σε μεγάλο βαθμό την αντιδραστικότητα των αλδεΰδων ως έντονων ηλεκτροφίλων. Γενικά, οι χημικές ιδιότητες των αλδεΰδων είναι παρόμοιες με τις κετόνες, αλλά οι αλδεΰδες είναι πιο δραστικές, γεγονός που συνδέεται με μεγαλύτερη πόλωση δεσμού. Επιπλέον, οι αλδεΰδες χαρακτηρίζονται από αντιδράσεις που δεν είναι τυπικές για τις κετόνες, για παράδειγμα, ενυδάτωση σε υδατικό διάλυμα: για μεθανάλη, λόγω ακόμη μεγαλύτερης πόλωσης δεσμού, είναι πλήρης και για άλλες αλδεΰδες, είναι μερική:

RC(O)H → RC(OH)2H, όπου R είναι Η, οποιαδήποτε ρίζα αλκυλίου ή αρυλίου.

Οι απλούστερες αλδεΰδες έχουν μια έντονη χαρακτηριστική οσμή (για παράδειγμα, η βενζαλδεΰδη έχει τη μυρωδιά αμυγδάλου).

Υπό τη δράση της υδροξυλαμίνης, μετατρέπονται σε οξίμες: CH3CHO + NH2OH = CH3C (=NOH)H + H2O

Φορμαλδεΰδη (από το λατινικό formica - μυρμήγκι), φορμική αλδεΰδη, CH2O,το πρώτο μέλος της ομόλογης σειράς αλειφατικών αλδεΰδων. άχρωμο αέριο με πικάντικη οσμή, εξαιρετικά διαλυτό σε νερό και αλκοόλη, bp - 19 °C. Στη βιομηχανία, το F. παράγεται με την οξείδωση μεθυλικής αλκοόλης ή μεθανίου με ατμοσφαιρικό οξυγόνο. Το F. πολυμερίζεται εύκολα (ειδικά σε θερμοκρασίες έως 100 °C), επομένως αποθηκεύεται, μεταφέρεται και χρησιμοποιείται κυρίως με τη μορφή φορμαλίνης και στερεών πολυμερών χαμηλού μοριακού βάρους — τριοξάνης (βλέπε Τριοξυμεθυλένιο) και παραφόρμιο (βλ. Παραφορμαλδεΰδη).

Το F. είναι πολύ αντιδραστικό. Πολλές από τις αντιδράσεις του αποτελούν τη βάση βιομηχανικών μεθόδων για την απόκτηση ορισμένων σημαντικών προϊόντων. Έτσι, όταν αλληλεπιδρά με την αμμωνία, το F. σχηματίζει ουροτροπίνη (βλ. Εξαμεθυλενοτετραμίνη), με ρητίνες ουρίας - ουρίας-φορμαλδεΰδης, με ρητίνες μελαμίνης - μελαμίνης-φορμαλδεΰδης, με φαινόλες - ρητίνες φαινόλης-φορμαλδεΰδης (βλ. φαινόλη-αλδεϋδη), με ρητίνες φαινόλης-αλδεΰδης και ναφθαλενοσουλφονικά οξέα - μαυριστικοί παράγοντες, με κετένιο - β-προπιολακτόνη. Το F. χρησιμοποιείται επίσης για τη λήψη πολυβινυλοφορμάλης (βλ. Πολυβινυλοακετάλες), ισοπρενίου, πενταερυθριτόλης, φάρμακα, χρωστικές ουσίες, για τη βυρσοδεψία δέρματος, ως απολυμαντικό και αποσμητικό. Ο πολυμερισμός του F. λαμβάνει πολυφορμαλδεΰδη. Το F. είναι τοξικό. η μέγιστη επιτρεπόμενη συγκέντρωση στον αέρα είναι 0,001 mg/l.

Ακεταλδεΰδη, ακεταλδεΰδη, CH3CHO, οργανική ένωση, άχρωμο υγρό με πικάντικη οσμή. σημείο βρασμού 20,8°C. Σημείο τήξης - 124 ° C, πυκνότητα 783 kg / m3 ", αναμίξιμο από κάθε άποψη με νερό, αλκοόλη, αιθέρα. Το Α. έχει όλες τις τυπικές ιδιότητες των αλδεΰδων. Παρουσία ανόργανων οξέων, πολυμερίζεται σε υγρή τριμερή παραλδεΰδη (CH3CHO ) 3 και κρυσταλλική τετραμερική μεταλλδεΰδη (CH3CHO) 4. Όταν και τα δύο πολυμερή θερμαίνονται παρουσία θειικού οξέος, απελευθερώνεται το Α.

Ένα από τα κυριότερα γνωστά τρόπους για να αποκτήσετεΑ. συνίσταται στην προσθήκη νερού σε ακετυλένιο παρουσία αλάτων υδραργύρου σε θερμοκρασία περίπου 95 °C

16. Κετόνες- Πρόκειται για οργανικές ουσίες στα μόρια των οποίων η καρβονυλική ομάδα συνδέεται με δύο ρίζες υδρογονάνθρακα.

Γενικός τύπος κετονών: R1-CO-R2. Μεταξύ άλλων καρβονυλικών ενώσεων, η παρουσία στις κετόνες ακριβώς δύο ατόμων άνθρακα που συνδέονται άμεσα με την καρβονυλική ομάδα τις διακρίνει από τα καρβοξυλικά οξέα και τα παράγωγά τους, καθώς και από τις αλδεΰδες.

φυσικές ιδιότητες.Οι κετόνες είναι πτητικά υγρά ή στερεά χαμηλής τήξης που αναμειγνύονται καλά με το νερό. Η αδυναμία σχηματισμού διαμοριακών δεσμών υδρογόνου προκαλεί την κάπως μεγαλύτερη πτητότητά τους από αυτή των αλκοολών και των καρβοξυλικών οξέων με το ίδιο μοριακό βάρος.

Μέθοδοι σύνθεσης. Οξείδωση δευτεροταγών αλκοολών.

Από τριτογενείς υπεροξοεστέρες από την αναδιάταξη Krige.

Οι κυκλοκετόνες μπορούν να ληφθούν με κυκλοποίηση Ruzicka.

Οι αρωματικές κετόνες μπορούν να παρασκευαστούν με την αντίδραση Friedel-Crafts

Χημικές ιδιότητες.Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι κετονικών αντιδράσεων.

Η πρώτη σχετίζεται με μια πυρηνόφιλη επίθεση στο άτομο άνθρακα της καρβονυλικής ομάδας. Για παράδειγμα, η αλληλεπίδραση κετονών με κυανιούχο ανιόν ή οργανομεταλλικές ενώσεις. Ο ίδιος τύπος (πυρηνόφιλη προσθήκη) περιλαμβάνει την αλληλεπίδραση της καρβονυλικής ομάδας με αλκοόλες, που οδηγεί σε ακετάλες και ημιακετάλες.

Αλληλεπίδραση με αλκοόλες:

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

με αντιδραστήρια Grignard:

C2H5-C(O)-C2H5 + C2H5MgI → (C2H5)3OMgI → (C2H5)3OH, τριτοταγής αλκοόλη. Οι αντιδράσεις με τις αλδεΰδες, και ιδιαίτερα με τη μεθανάλη, είναι αισθητά πιο ενεργές, με τις δευτεροταγείς αλκοόλες να σχηματίζονται με τις αλδεΰδες και τις πρωτοταγείς αλκοόλες με τη μεθανάλη.

Επίσης, οι κετόνες αντιδρούν με αζωτούχες βάσεις, για παράδειγμα, με αμμωνία και πρωτοταγείς αμίνες, για να σχηματίσουν ιμίνες:

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

Ο δεύτερος τύπος αντίδρασης είναι η αποπρωτονίωση του ατόμου βήτα άνθρακα, σε σχέση με την καρβονυλική ομάδα. Το προκύπτον καρβανιόν σταθεροποιείται με σύζευξη με την καρβονυλική ομάδα, η ευκολία απομάκρυνσης πρωτονίων αυξάνεται, επομένως οι καρβονυλικές ενώσεις είναι σχετικά ισχυρό S-Hοξέα.

Το τρίτο είναι ο συντονισμός των ηλεκτροφίλων πάνω από το μοναδικό ζεύγος του ατόμου οξυγόνου, για παράδειγμα, οξέα Lewis όπως το AlCl3

Ένας ξεχωριστός τύπος αντιδράσεων μπορεί να αποδοθεί στη μείωση των κετονών - αναγωγή σύμφωνα με το Leuckart με αποδόσεις κοντά στις ποσοτικές.

17. Συγκρίνετε τις ερωτήσεις 15 και 16.

18. Μονοβασικά περιοριστικά καρβοξυλικά οξέα(μονοβασικά κορεσμένα καρβοξυλικά οξέα) - καρβοξυλικά οξέα στα οποία μια ρίζα κορεσμένου υδρογονάνθρακα συνδέεται με μια καρβοξυλική ομάδα -COOH. Όλα έχουν τον γενικό τύπο СnH2n+1COOH, όπου n = 0, 1, 2, ...

Ονοματολογία.Οι συστηματικές ονομασίες των μονοβασικών κορεσμένων καρβοξυλικών οξέων δίνονται με το όνομα του αντίστοιχου αλκανίου με την προσθήκη του επιθήματος -ovaya και της λέξης οξύ.

Η ισομέρεια του σκελετού στη ρίζα υδρογονάνθρακα εκδηλώνεται, ξεκινώντας από το βουτανοϊκό οξύ, το οποίο έχει δύο ισομερή:

CH3-CH2-CH2-COOH n-βουτανοϊκό οξύ; CH3-CH(CH3)-COOH 2-μεθυλοπροπανοϊκό οξύ.

Η ενδοταξική ισομέρεια εκδηλώνεται, ξεκινώντας με το οξικό οξύ:

CH3-COOH οξικό οξύ; Μυρμηκικός μεθυλεστέρας H-COO-CH3 (μεθυλεστέρας μυρμηκικού οξέος). HO-CH2-COH υδροξυαιθανάλη (υδροξυοξική αλδεΰδη); HO-CHO-CH2 υδροξυαιθυλενοξείδιο.

19. Εστέρες- οργανικές ενώσεις, παράγωγα καρβοξυλικών ή ανόργανων οξέων, στα οποία η υδροξυλική ομάδα -ΟΗ της όξινης λειτουργίας αντικαθίσταται από ένα υπόλειμμα αλκοόλης. Διαφέρουν από τους αιθέρες, στους οποίους δύο ρίζες υδρογονάνθρακα συνδέονται με ένα άτομο οξυγόνου (R1-O-R2).

Λίπη ή τριγλυκερίδια- φυσικές οργανικές ενώσεις, πλήρεις εστέρες γλυκερίνης και μονοβασικά λιπαρά οξέα. ανήκουν στην κατηγορία των λιπιδίων. Μαζί με τους υδατάνθρακες και τις πρωτεΐνες, τα λίπη είναι ένα από τα κύρια συστατικά των κυττάρων των ζώων, των φυτών και των μικροοργανισμών. Τα υγρά φυτικά λίπη αναφέρονται συνήθως ως έλαια, όπως και το βούτυρο.

καρβοξυλικά οξέα- μια κατηγορία οργανικών ενώσεων των οποίων τα μόρια περιέχουν μία ή περισσότερες λειτουργικές ομάδες καρβοξυλίου -COOH. Οι όξινες ιδιότητες εξηγούνται από το γεγονός ότι αυτή η ομάδαμπορεί σχετικά εύκολα να αποσπάσει ένα πρωτόνιο. Με σπάνιες εξαιρέσεις, τα καρβοξυλικά οξέα είναι αδύναμα. Για παράδειγμα, το οξικό οξύ CH3COOH έχει σταθερά οξύτητας 1,75 10−5. Τα δι- και τρικαρβοξυλικά οξέα είναι ισχυρότερα από τα μονοκαρβοξυλικά οξέα.

Το λίπος είναι καλός μονωτής της θερμότητας, επομένως σε πολλά θερμόαιμα ζώα εναποτίθεται στον υποδόριο λιπώδη ιστό, μειώνοντας την απώλεια θερμότητας. Ένα ιδιαίτερα παχύ στρώμα υποδόριου λίπους είναι χαρακτηριστικό για τα υδρόβια θηλαστικά (φάλαινες, θαλάσσιους ίππους κ.λπ.). Ταυτόχρονα, σε ζώα που ζουν σε θερμά κλίματα (καμήλες, ζέρμποες), αποθέματα λίπους εναποτίθενται σε

δομική λειτουργία

Τα φωσφολιπίδια αποτελούν τη βάση της διπλής στιβάδας των κυτταρικών μεμβρανών, τη χοληστερόλη - ρυθμιστές της ρευστότητας της μεμβράνης. Οι αρχαϊκές μεμβράνες περιέχουν παράγωγα ισοπρενοειδών υδρογονανθράκων. Τα κεριά σχηματίζουν μια επιδερμίδα στην επιφάνεια των υπέργειων οργάνων (φύλλα και νεαροί βλαστοί) των φυτών. Παράγονται επίσης από πολλά έντομα (για παράδειγμα, οι μέλισσες χτίζουν κηρήθρες από αυτές και τα σκουλήκια και τα λέπια έντομα σχηματίζουν προστατευτικά καλύμματα).

Ρυθμιστική

Βιταμίνες - λιπίδια (A, D, E)

Ορμονικά (στεροειδή, εικοσανοειδή, προσταγλανδίνες κ.λπ.)

Συμπαράγοντες (δολιχόλη)

Μόρια σήματος (διγλυκερίδια, ιασμονικό οξύ, καταρράκτης MP3)

Προστατευτικό (απορροφητικό κραδασμών)

Ένα παχύ στρώμα λίπους προστατεύει τα εσωτερικά όργανα πολλών ζώων από ζημιές κατά τη διάρκεια των κρούσεων (για παράδειγμα, θαλάσσια λιοντάρια βάρους έως και έναν τόνο μπορούν να πηδήξουν σε μια βραχώδη ακτή από βράχους ύψους 4-5 μέτρων).

20-21-22. Μονοβασικά ακόρεστα οξέα- παράγωγα ακόρεστων υδρογονανθράκων, στα οποία ένα άτομο υδρογόνου αντικαθίσταται από μια καρβοξυλική ομάδα.

Ονοματολογία, ισομέρεια.Στην ομάδα των ακόρεστων οξέων χρησιμοποιούνται συχνότερα εμπειρικές ονομασίες: CH2=CH-COOH - ακρυλικό (προπενοϊκό) οξύ, CH2=C(CH3)-COOH - μεθακρυλικό (2-μεθυλοπροπενοϊκό) οξύ. Ο ισομερισμός στην ομάδα των ακόρεστων μονοβασικών οξέων σχετίζεται με:

α) ισομέρεια του ανθρακικού σκελετού. β) τη θέση του διπλού δεσμού. γ) ισομέρεια cis-trans.

Πώς να πάρει.1. Αφυδροαλογόνωση αλογονωμένων οξέων:

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

2. Αφυδάτωση υδροξυοξέων: HO-CH2-CH2-COOH -> CH2=CH-COOH

Φυσικές ιδιότητες. Χαμηλότερα ακόρεστα οξέα - υγρά διαλυτά στο νερό, με έντονη έντονη οσμή. υψηλότερο - στερεές, αδιάλυτες στο νερό ουσίες, άοσμες.

Χημικές ιδιότητεςΤα ακόρεστα καρβοξυλικά οξέα οφείλονται τόσο στις ιδιότητες της καρβοξυλικής ομάδας όσο και στις ιδιότητες του διπλού δεσμού. Τα οξέα με διπλό δεσμό που βρίσκεται κοντά στην καρβοξυλική ομάδα - άλφα, βήτα-ακόρεστα οξέα - έχουν συγκεκριμένες ιδιότητες. Για αυτά τα οξέα, η προσθήκη υδραλογονιδίων και η ενυδάτωση αντιβαίνουν στον κανόνα Markovnikov: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH

Με προσεκτική οξείδωση, σχηματίζονται διυδροξυοξέα: CH2 \u003d CH-COOH + [O] + H20 -> HO-CH2-CH (OH) -COOH

Σε έντονη οξείδωση, ο διπλός δεσμός σπάει και σχηματίζεται ένα μείγμα διαφορετικών προϊόντων, από το οποίο μπορεί να προσδιοριστεί η θέση του διπλού δεσμού. Το ελαϊκό οξύ С17Н33СООН είναι ένα από τα πιο σημαντικά ανώτερα ακόρεστα οξέα. Είναι ένα άχρωμο υγρό που σκληραίνει στο κρύο. Ο δομικός τύπος του είναι CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH.

23. Διβασικά περιοριστικά καρβοξυλικά οξέα(διβασικά κορεσμένα καρβοξυλικά οξέα) - καρβοξυλικά οξέα στα οποία μια ρίζα κορεσμένου υδρογονάνθρακα συνδέεται με δύο καρβοξυλικές ομάδες -COOH. Όλα έχουν τον γενικό τύπο HOOC(CH2)nCOOH, όπου n = 0, 1, 2, …

Ονοματολογία. Οι συστηματικές ονομασίες των διβασικών κορεσμένων καρβοξυλικών οξέων δίνονται με το όνομα του αντίστοιχου αλκανίου με την προσθήκη του επιθέματος -διοϊκό και της λέξης οξύ.

Η ισομέρεια του σκελετού στη ρίζα υδρογονάνθρακα εκδηλώνεται, ξεκινώντας από το βουτανοδιοϊκό οξύ, το οποίο έχει δύο ισομερή:

HOOC-CH2-CH2-COOH η-βουτανοδιοϊκό οξύ (αιθανο-1,2-δικαρβοξυλικό οξύ);

CH3-CH(COOH)-COOH αιθανο-1,1-δικαρβοξυλικό οξύ.

24-25. ΟΞΥΟΞΕΑ (υδροξυκαρβοξυλικά οξέα), έχουν στο μόριο, μαζί με μια καρβοξυλομάδα - COOH, μια ομάδα υδροξυλίου - ΟΗ, για παράδειγμα. HOCH2COOH (γλυκολικό οξύ). Περιέχεται σε φυτικούς και ζωικούς οργανισμούς (γαλακτικό, κιτρικό, τρυγικό και άλλα οξέα).

Κατανομή στη φύση

Τα υδροξυοξέα είναι πολύ διαδεδομένα. Έτσι, το τρυγικό, το κιτρικό, το μηλικό, το γαλακτικό και άλλα οξέα είναι υδροξυοξέα και το όνομά τους αντικατοπτρίζει την κύρια φυσική πηγή στην οποία βρέθηκε αυτή η ουσία.

Μέθοδοι σύνθεσης

Η αντίδραση Reformatsky είναι μια μέθοδος για τη σύνθεση εστέρων των β-υδροξυκαρβοξυλικών οξέων.

«Οξέα φρούτων». Πολλά υδροξυοξέα έχουν χρησιμοποιηθεί στα καλλυντικά ως κερατολυτικά. Το όνομα, ωστόσο, έχει αλλάξει ελαφρώς από τους εμπόρους - για μεγαλύτερη ελκυστικότητα στην κοσμετολογία, συχνά αποκαλούνται "οξέα φρούτων".

26-27. ΟΞΥΟΞΕΑ (οξέα αλκοόλης), ενώσεις διπλής λειτουργίας, τόσο αλκοόλες όσο και οξέα που περιέχουν τόσο ένα υδατικό υπόλειμμα όσο και μια ομάδα καρβοξυλίου. Ανάλογα με τη θέση του ΟΗ σε σχέση με το COOH (πλάι-πλάι, μέσω ενός, δύο, τριών θέσεων), διακρίνονται τα α-, /?-, y-, β-υδροξυοξέα. Για τη λήψη Ο. υπάρχουν πολλές μέθοδοι, η κύρια από την to-rykh προσεκτική οξείδωση των γλυκολών: CH3.CH(OH).CH2.OH + 02 = CH3. CH(OH).COOH; σαπωνοποίηση οξυνιτριλίων CH3.CH(OH).CN —* CH3.CH(OH).COOH; ανταλλαγή αλογόνου σε οξέα αλογόνου για ΟΗ: CH2C1.COOH + KOH = CH2(OH).COOH + + KC1, δράση HN02 στα αμινοξέα: CH2(NH2). COOH + HN02 = CH2 (OH) + N2 + + H20. Στο σώμα του ζώου, τα υδροξυοξέα σχηματίζονται κατά την απαμίνωση (βλ.) αμινοξέα, κατά την οξείδωση λιπαρό το-τ(βλ. Σώματα ακετόνης, Μεταβολισμός - πρωτεΐνη), με γλυκόλυση (βλ.), ζύμωση (βλ.) κ.λπ. χημ. διαδικασίες. Τα υδροξυοξέα είναι παχύρρευστα υγρά ή κρυσταλλικά. ουσίες. Στη χημ. Η σχέση του Ο. αντιδρούν και ως αλκοόλες και ως προς - εσείς: δώστε π.χ. τόσο απλοί όσο και εστέρες? υπό τη δράση των ενώσεων αλογόνου του φωσφόρου, και τα δύο OH αντικαθίστανται από ένα αλογόνο. Τα υδραλογονικά οξέα αντιδρούν μόνο με αλκοολικό ΟΗ Ειδικές αντιδράσεις χαρακτηρίζουν τα α-, /)-, γ- και β-υδροξυοξέα: α-υδροξυοξέα, χάνουν νερό από δύο μόρια, δίνουν κυκλικούς εστέρες, λακτίδια: 2CH2 (ΟΗ) COOH = 2Η20 + CH2.O.CO (γλυκολίδιο); so.o.sn2 /Z-O., απελευθερώνοντας νερό, σχηματίζουν ακόρεστα οξέα: CH2 (OH) CH2.COOH- H20 \u003d CH2:CH. .COOH; Τα y- και d-υδροξυοξέα σχηματίζουν ανυδρίτες - λακτόνες: CH3.CH(OH).CH2.CH2.COOH = = H2O + CH3.CH.CH2.CH2.CO. Οι Ο. είναι ευρέως διαδεδομένοι σε ζωικούς και φυτικούς οργανισμούς. Εκπρόσωποι του αλειφατικού α-Ο. είναι γλυκολικό οξύ, CH2OH.COOH (οξυοξικό), γαλακτικό οξύ. από /β-υδροξυοξέα - υδρακρυλικό, CH2OH.CH2COOH, /9-υδροξυ-βουτυρικό οξύ. u-o. σε ελεύθερη μορφή είναι άγνωστα, αφού χάνοντας νερό, περνούν σε λακτόνες. Μεταξύ των διβασικών Ο., το μηλικό οξύ (oxyamber-naya) είναι σημαντικό. COOH.CHOH.CH2.COOH, ευρέως διαδεδομένο στα φυτά. έχει αριστερή περιστροφή σε ασθενείς λύσεις, δεξιά περιστροφή σε ισχυρές. συνθετικό να - που είναι ανενεργό. Στα διβασικά τετραατομικά οξέα περιλαμβάνονται τα τρυγικά οξέα (διοξυηλεκτρικό). Του άλλου Ο. - λεμονιού, ΧΩ.ΣΟ.Χ2. .(COH)(COOH).CH2.COOH, είναι πολύ κοινό στον φυτικό κόσμο (στα σταφύλια, λεμόνια) και βρίσκεται στο σώμα των ζώων (στο γάλα). με τη μορφή κιτρικού σιδήρου έχει φαρμακευτικές χρήσεις. Από τα αρωματικά Ο. (φαινολικά οξέα), το σαλικυλικό οξύ, το γαλλικό οξύ και τα παράγωγά τους είναι σημαντικά στην ιατρική. φαινυλεστέρας σαλικυλικού οξέος (σαλόλη), σουλφοσαλικυλικό οξύ, C6H3.OH.S03H.COOH (αντιδραστήριο πρωτεΐνης), ακετυλοσαλικυλικό οξύ (ασπιρίνη). Στα φυτά υπάρχουν πολλά διάφορα Ο. μιας αρωματικής σειράς, τα παράγωγα to-rykh είναι, μεταξύ άλλων, τανίνες, που έχουν μεγάλη τεχνική σημασία. Περί βιολ. αξία χωριστών Ο. και για τις μεθόδους ποσοτικού ορισμού τους — βλ. Σώματα ακετόνης, βρω-γλυκόλυση, απαμίνωση, αίμα, γαλακτικό οξύ, ούρα, μύες, βήτα(^)-υδροξυβουτυρικό οξύ.

28-29. στο μόριο της αμμωνίας να αντικαταστήσει διαδοχικά άτομα υδρογόνου με ρίζες υδρογονάνθρακα, τότε θα ληφθούν ενώσεις που ανήκουν στην κατηγορία των αμινών. Συνεπώς, οι αμίνες είναι πρωτοταγείς (RNH2), δευτεροταγείς (R2NH), τριτοταγείς (R3N). Η ομάδα -NH2 ονομάζεται αμινομάδα.

Υπάρχουν αλειφατικές, αρωματικές, αλεικυκλικές και ετεροκυκλικές αμίνες ανάλογα με το ποιες ρίζες συνδέονται με το άτομο αζώτου.

Η κατασκευή των ονομάτων των αμινών πραγματοποιείται με την προσθήκη του προθέματος αμινο- στο όνομα του αντίστοιχου υδρογονάνθρακα (πρωτοταγείς αμίνες) ή της κατάληξης -αμίνης στα αναφερόμενα ονόματα των ριζών που σχετίζονται με το άτομο αζώτου (για οποιεσδήποτε αμίνες).

Τρόποι απόκτησης.1. Αντίδραση Χόφμαν.Μία από τις πρώτες μεθόδους για τη λήψη πρωτοταγών αμινών ήταν η αλκυλίωση της αμμωνίας με αλκυλαλογονίδια. . 2. Αντίδραση ζινίνης— ένας βολικός τρόπος λήψης αρωματικών αμινών στην αναγωγή αρωματικών νίτρο ενώσεων. Ως αναγωγικοί παράγοντες χρησιμοποιούνται τα ακόλουθα: Η2 (σε καταλύτη). Μερικές φορές το υδρογόνο παράγεται απευθείας τη στιγμή της αντίδρασης, για το οποίο τα μέταλλα (ψευδάργυρος, σίδηρος) υποβάλλονται σε επεξεργασία με αραιό οξύ.

Φυσικές ιδιότητες των αμινών.Η παρουσία ενός μη κοινόχρηστου ζεύγους ηλεκτρονίων στο άτομο αζώτου προκαλεί υψηλότερα σημεία βρασμού από τα αντίστοιχα αλκάνια. Οι αμίνες έχουν μια δυσάρεστη πικάντικη οσμή. Σε θερμοκρασία δωματίου και ατμοσφαιρική πίεση, οι πρώτοι εκπρόσωποι ενός αριθμού πρωτοταγών αμινών είναι αέρια που διαλύονται καλά στο νερό. Καθώς η ρίζα άνθρακα αυξάνεται, το σημείο βρασμού αυξάνεται και η διαλυτότητα στο νερό μειώνεται.

Χημικές ιδιότητες των αμινών. Βασικές ιδιότητες των αμινών

Οι αμίνες είναι βάσεις, αφού το άτομο αζώτου μπορεί να παρέχει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων για να σχηματίσει δεσμό με είδη με έλλειψη ηλεκτρονίων σύμφωνα με τον μηχανισμό δότη-δέκτη (που αντιστοιχεί στον ορισμό της βασικότητας Lewis). Επομένως, οι αμίνες, όπως και η αμμωνία, είναι σε θέση να αλληλεπιδράσουν με οξέα και νερό, προσθέτοντας ένα πρωτόνιο για να σχηματίσουν τα αντίστοιχα άλατα αμμωνίου.

Τα άλατα αμμωνίου είναι πολύ διαλυτά στο νερό, αλλά ελάχιστα διαλυτά σε οργανικούς διαλύτες. Τα υδατικά διαλύματα των αμινών είναι αλκαλικά.

Οι βασικές ιδιότητες των αμινών εξαρτώνται από τη φύση των υποκαταστατών. Ειδικότερα, οι αρωματικές αμίνες είναι πιο αδύναμες βάσεις από τις αλειφατικές, γιατί το ελεύθερο ζεύγος ηλεκτρονίων του αζώτου εισέρχεται σε σύζευξη με το σύστημα  του αρωματικού πυρήνα, το οποίο μειώνει την πυκνότητα ηλεκτρονίων στο άτομο του αζώτου (-M-effect). Αντίθετα, η αλκυλομάδα είναι καλός δότης ηλεκτρονιακής πυκνότητας (+I-effect).

Οξείδωση αμινών. Η καύση των αμινών συνοδεύεται από το σχηματισμό διοξειδίου του άνθρακα, αζώτου και νερού: 4CH3NH2 + 9O2 \u003d 4CO2 + 2N2 + 10H2O

Οι αρωματικές αμίνες οξειδώνονται αυθόρμητα στον αέρα. Έτσι, η ανιλίνη γίνεται γρήγορα καφέ στον αέρα λόγω της οξείδωσης.

Προσθήκη αλκυλαλογονιδίων Οι αμίνες προσθέτουν αλογονοαλκάνια για να σχηματίσουν ένα άλας

Αλληλεπίδραση αμινών με νιτρώδες οξύ Μεγάλης σημασίας είναι η αντίδραση διαζώτισης πρωτοταγών αρωματικών αμινών υπό τη δράση του νιτρώδους οξέος, που λαμβάνεται επί τόπου με την αντίδραση νιτρώδους νατρίου με υδροχλωρικό οξύ.

Οι πρωτογενείς αλειφατικές αμίνες, όταν αντιδρούν με νιτρώδες οξύ, σχηματίζουν αλκοόλες και οι δευτεροταγείς αλειφατικές και αρωματικές αμίνες δίνουν παράγωγα Ν-νιτροζο: R-NH2 + NaNO2 + HCl \u003d R-OH + N2 + NaCl + H2O. NH+NaNO2+HCl=R2N-N=O+NaCl+H2O

Στις αρωματικές αμίνες, η αμινομάδα διευκολύνει την υποκατάσταση στις θέσεις ορθο και παρα του δακτυλίου βενζολίου. Επομένως, η αλογόνωση ανιλίνης λαμβάνει χώρα ταχέως ακόμη και απουσία καταλυτών, και τρία άτομα υδρογόνου του δακτυλίου βενζολίου αντικαθίστανται ταυτόχρονα και ένα λευκό ίζημα 2,4,6-τριβρωμανιλίνης κατακρημνίζεται:

Αυτή η αντίδραση με βρωμιούχο νερό χρησιμοποιείται ως ποιοτική αντίδραση για την ανιλίνη.

Εφαρμογή

Οι αμίνες χρησιμοποιούνται στη φαρμακευτική βιομηχανία και στην οργανική σύνθεση (CH3NH2, (CH3)2NH, (C2H5)2NH, κ.λπ.). στην παραγωγή νάιλον (NH2-(CH2)6-NH2 - εξαμεθυλενοδιαμίνη). ως πρώτη ύλη για την παραγωγή βαφών και πλαστικών (ανιλίνη).

30. Αμινοξέα (αμινοκαρβοξυλικά οξέα)- οργανικές ενώσεις, το μόριο των οποίων περιέχει ταυτόχρονα ομάδες καρβοξυλίου και αμίνης. Τα αμινοξέα μπορούν να θεωρηθούν ως παράγωγα καρβοξυλικών οξέων στα οποία ένα ή περισσότερα άτομα υδρογόνου αντικαθίστανται από ομάδες αμίνης.

Γενικές χημικές ιδιότητες. 1. Τα αμινοξέα μπορούν να παρουσιάζουν τόσο όξινες ιδιότητες λόγω της παρουσίας μιας καρβοξυλικής ομάδας -COOH στα μόριά τους, όσο και βασικές ιδιότητες λόγω της αμινομάδας -NH2. Εξαιτίας αυτού, τα διαλύματα αμινοξέων στο νερό έχουν τις ιδιότητες των ρυθμιστικών διαλυμάτων.

Ένα αμφιτεριόν είναι ένα μόριο αμινοξέος στο οποίο η αμινομάδα αντιπροσωπεύεται ως -NH3+ και η καρβοξυ ομάδα αναπαρίσταται ως -COO-. Ένα τέτοιο μόριο έχει σημαντική διπολική ροπή σε μηδενικό καθαρό φορτίο. Από τέτοια μόρια δημιουργούνται οι κρύσταλλοι των περισσότερων αμινοξέων.

Ορισμένα αμινοξέα έχουν πολλαπλές αμινομάδες και καρβοξυλομάδες. Για αυτά τα αμινοξέα, είναι δύσκολο να μιλήσουμε για κάποιο συγκεκριμένο αμφιτεριόν.

2. Ένα σημαντικό χαρακτηριστικόαμινοξέα είναι η ικανότητά τους να πολυσυμπυκνώνονται, οδηγώντας στο σχηματισμό πολυαμιδίων, συμπεριλαμβανομένων των πεπτιδίων, των πρωτεϊνών και του νάιλον-66.

3. Το ισοηλεκτρικό σημείο ενός αμινοξέος είναι η τιμή pH στην οποία η μέγιστη αναλογία μορίων αμινοξέων έχει μηδενικό φορτίο. Σε αυτό το pH, το αμινοξύ είναι το λιγότερο κινητό σε ένα ηλεκτρικό πεδίο και αυτή η ιδιότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον διαχωρισμό αμινοξέων καθώς και πρωτεϊνών και πεπτιδίων.

4. Τα αμινοξέα μπορούν συνήθως να εισέλθουν σε όλες τις αντιδράσεις που είναι χαρακτηριστικές των καρβοξυλικών οξέων και των αμινών.

Οπτικός ισομερισμός. Όλα τα α-αμινοξέα που αποτελούν μέρος των ζωντανών οργανισμών, εκτός από τη γλυκίνη, περιέχουν ένα ασύμμετρο άτομο άνθρακα (η θρεονίνη και η ισολευκίνη περιέχουν δύο ασύμμετρα άτομα) και έχουν οπτική δραστηριότητα. Σχεδόν όλα τα φυσικά α-αμινοξέα έχουν μορφή L και μόνο τα L-αμινοξέα περιλαμβάνονται στη σύνθεση των πρωτεϊνών που συντίθενται στα ριβοσώματα.

Αυτό το χαρακτηριστικό των «ζωντανών» αμινοξέων είναι πολύ δύσκολο να εξηγηθεί, καθώς σε αντιδράσεις μεταξύ οπτικά ανενεργών ουσιών ή ρακεμικών (τα οποία, προφανώς, οργανικά μόρια αντιπροσωπεύονταν στην αρχαία Γη), οι μορφές L και D σχηματίζονται σε ίσες ποσότητες. Μπορεί. η επιλογή μιας από τις μορφές (L ή D) είναι απλώς το αποτέλεσμα ενός τυχαίου συνδυασμού περιστάσεων: τα πρώτα μόρια με τα οποία θα μπορούσε να ξεκινήσει σύνθεση μήτρας, είχαν ένα ορισμένο σχήμα, και σε αυτά «προσαρμόστηκαν» τα αντίστοιχα ένζυμα.

31. Τα αμινοξέα είναι οργανικές αμφοτερικές ενώσεις. Περιέχουν δύο λειτουργικές ομάδες αντίθετης φύσης στο μόριο: μια αμινομάδα με βασικές ιδιότητες και μια καρβοξυλική ομάδα με όξινες ιδιότητες. Τα αμινοξέα αντιδρούν τόσο με οξέα όσο και με βάσεις:

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

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

Όταν τα αμινοξέα διαλύονται στο νερό, η καρβοξυλική ομάδα διασπά ένα ιόν υδρογόνου, το οποίο μπορεί να ενώσει την αμινομάδα. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται ένα εσωτερικό άλας, το μόριο του οποίου είναι ένα διπολικό ιόν:

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

Τα υδατικά διαλύματα αμινοξέων έχουν ουδέτερο, αλκαλικό ή όξινο περιβάλλον, ανάλογα με τον αριθμό των λειτουργικών ομάδων. Έτσι, το γλουταμικό οξύ σχηματίζει ένα όξινο διάλυμα (δύο ομάδες -COOH, μία -NH2), λυσίνη - αλκαλικό (μία ομάδα -COOH, δύο -NH2).

Όπως οι πρωτοταγείς αμίνες, τα αμινοξέα αντιδρούν με το νιτρώδες οξύ, με την αμινομάδα να μετατρέπεται σε υδροξοομάδα και το αμινοξύ σε υδροξυοξύ: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2+ H2O

Η μέτρηση του όγκου του απελευθερωμένου αζώτου σας επιτρέπει να προσδιορίσετε την ποσότητα των αμινοξέων (μέθοδος Van Slyke).

Τα αμινοξέα μπορούν να αντιδράσουν με τις αλκοόλες παρουσία αέριου υδροχλωρίου, μετατρέποντας σε εστέρα (ακριβέστερα, στο υδροχλωρικό άλας του εστέρα): H2N-CH(R)-COOH + R"OH H2N-CH(R)- COOR" + H2O.

Οι εστέρες αμινοξέων δεν έχουν διπολική δομή και είναι πτητικές ενώσεις. Η πιο σημαντική ιδιότητα των αμινοξέων είναι η ικανότητά τους να συμπυκνώνονται για να σχηματίσουν πεπτίδια.

32. Καρβοξυλική ομάδασυνδυάζει δύο λειτουργικές ομάδες - καρβονύλιο = CO και υδροξυλ -ΟΗ, που επηρεάζουν αμοιβαία το ένα το άλλο.

Οι όξινες ιδιότητες των καρβοξυλικών οξέων οφείλονται στη μετατόπιση της πυκνότητας των ηλεκτρονίων στο καρβονυλικό οξυγόνο και στην προκύπτουσα πρόσθετη (σε σύγκριση με τις αλκοόλες) πόλωση του δεσμού Ο-Η.

Σε ένα υδατικό διάλυμα, τα καρβοξυλικά οξέα διασπώνται σε ιόντα: R-COOH = R-COO- + H+

Η διαλυτότητα στο νερό και τα υψηλά σημεία βρασμού των οξέων οφείλονται στο σχηματισμό διαμοριακών δεσμών υδρογόνου.

Αμινο ομάδα - μονοσθενής ομάδα -ΝΗ2, υπόλειμμα αμμωνίας (ΝΗ3).Η αμινομάδα περιέχεται σε πολλές οργανικές ενώσεις - αμίνες, αμινοξέα, αμινοαλκοόλες κ.λπ. Οι ενώσεις που περιέχουν την ομάδα -NH2, κατά κανόνα, έχουν βασικό χαρακτήρα λόγω της παρουσίας ενός μη κοινόχρηστου ζεύγους ηλεκτρονίων στο άτομο αζώτου.

Στις αντιδράσεις ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης σε αρωματικές ενώσεις, η αμινομάδα είναι ο προσανατολιστής του πρώτου είδους, δηλ. ενεργοποιεί τις θέσεις ορθο και παρά στον δακτύλιο βενζολίου.

33. Πολυσυμπύκνωση- η διαδικασία σύνθεσης πολυμερών από πολυλειτουργικές (συνήθως διλειτουργικές) ενώσεις, που συνήθως συνοδεύεται από την απελευθέρωση παραπροϊόντων χαμηλού μοριακού βάρους (νερό, αλκοόλες κ.λπ.) κατά την αλληλεπίδραση λειτουργικών ομάδων.

Το μοριακό βάρος του πολυμερούς που σχηματίζεται στη διαδικασία της πολυσυμπύκνωσης εξαρτάται από την αναλογία των αρχικών συστατικών, τις συνθήκες αντίδρασης.

Οι αντιδράσεις πολυσυμπύκνωσης μπορεί να περιλαμβάνουν είτε ένα μονομερές με δύο διαφορετικές λειτουργικές ομάδες: για παράδειγμα, τη σύνθεση πολυ-ε-καπροαμιδίου (νάιλον-6, καπρόν) από ε-αμινοκαπροϊκό οξύ, είτε δύο μονομερή που φέρουν διαφορετικές λειτουργικές ομάδες, για παράδειγμα, τη σύνθεση νάιλον-66 πολυσυμπύκνωση αδιπικού οξέος και εξαμεθυλενοδιαμίνης. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζονται πολυμερή γραμμικής δομής (γραμμική πολυσυμπύκνωση, βλ. Εικ. 1). Εάν το μονομερές (ή τα μονομερή) φέρει περισσότερες από δύο λειτουργικές ομάδες, σχηματίζονται διασταυρούμενα πολυμερή με τρισδιάστατη δομή δικτύου (τρισδιάστατη πολυσυμπύκνωση). Προκειμένου να ληφθούν τέτοια πολυμερή, συχνά προστίθενται πολυλειτουργικά συστατικά "διασταυρούμενης σύνδεσης" σε ένα μίγμα μονομερών.

Ιδιαίτερης σημασίας είναι οι αντιδράσεις σύνθεσης πολυμερών από κυκλικά μονομερή με τον μηχανισμό ανοίγματος δακτυλίου - προσθήκης, για παράδειγμα, η σύνθεση νάιλον-6 από καπρολακτάμη (κυκλικό αμίδιο ε-αμινοκαπροϊκού οξέος). παρά το γεγονός ότι δεν λαμβάνει χώρα απομόνωση ενός θραύσματος χαμηλού μοριακού βάρους, τέτοιες αντιδράσεις αναφέρονται συχνότερα ως πολυσυμπύκνωση.

Πεπτιδικός δεσμός- ένας τύπος δεσμού αμιδίου που εμφανίζεται κατά το σχηματισμό πρωτεϊνών και πεπτιδίων ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης της α-αμινο ομάδας (-NH2) ενός αμινοξέος με την α-καρβοξυλομάδα (-COOH) ενός άλλου αμινοξέος.

Το C-Nide στον πεπτιδικό δεσμό έχει εν μέρει διπλό χαρακτήρα, ο οποίος εκδηλώνεται, συγκεκριμένα, με μείωση του μήκους του σε 1,32 angstroms. Αυτό δημιουργεί τις ακόλουθες ιδιότητες:

4 άτομα δεσμού (C, N, O και H) και 2 α-άνθρακες βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. Οι ομάδες R αμινοξέων και υδρογόνων στους α-άνθρακες βρίσκονται εκτός αυτού του επιπέδου.

Τα Η και Ο στον πεπτιδικό δεσμό, καθώς και οι α-άνθρακες δύο αμινοξέων, είναι μεταπροσανατολισμένα (το trans-ισομερές είναι πιο σταθερό). Στην περίπτωση των L-αμινοξέων, που απαντώνται σε όλες τις φυσικές πρωτεΐνες και πεπτίδια, οι ομάδες R είναι επίσης μεταπροσανατολισμένες.

Η περιστροφή γύρω από τον δεσμό C-N είναι αδύνατη, η περιστροφή γύρω από τον δεσμό C-C είναι δυνατή.

πεπτίδια (ελληνικά πεπτος - θρεπτικό) - μια οικογένεια ουσιών των οποίων τα μόρια είναι κατασκευασμένα από υπολείμματα α-αμινοξέων συνδεδεμένα σε μια αλυσίδα με πεπτιδικούς (αμιδικούς) δεσμούς -C (O) NH -.

34. Πρωτεΐνες (πρωτεΐνες, πολυπεπτίδια) - υψηλού μοριακού χαρακτήρα οργανικές ουσίες, που αποτελούνται από αμινοξέα συνδεδεμένα σε μια αλυσίδα με έναν πεπτιδικό δεσμό. Στους ζωντανούς οργανισμούς, η σύνθεση αμινοξέων των πρωτεϊνών καθορίζεται από τον γενετικό κώδικα· στις περισσότερες περιπτώσεις, 20 τυπικά αμινοξέα χρησιμοποιούνται στη σύνθεση. Πολλοί συνδυασμοί δίνουν μεγάλη ποικιλίαιδιότητες των μορίων πρωτεΐνης. Επιπλέον, τα αμινοξέα στη σύνθεση μιας πρωτεΐνης συχνά υφίστανται μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις, οι οποίες μπορεί να συμβούν τόσο πριν η πρωτεΐνη αρχίσει να εκτελεί τη λειτουργία της όσο και κατά τη διάρκεια της «εργασίας» της στο κύτταρο. Συχνά σε ζωντανούς οργανισμούς, πολλά μόρια πρωτεΐνης σχηματίζουν πολύπλοκα σύμπλοκα, για παράδειγμα, ένα φωτοσυνθετικό σύμπλοκο.

Για να κατανοήσουμε την περίπλοκη συσσώρευση (αρχιτεκτονική) ενός μακρομορίου πρωτεΐνης, θα πρέπει να λάβουμε υπόψη πολλά επίπεδα οργάνωσης. Η κύρια, απλούστερη δομή είναι μια πολυπεπτιδική αλυσίδα, δηλαδή μια σειρά αμινοξέων που συνδέονται με πεπτιδικούς δεσμούς. Στην πρωτογενή δομή, όλοι οι δεσμοί μεταξύ των αμινοξέων είναι ομοιοπολικοί και επομένως ισχυροί. Το επόμενο, υψηλότερο επίπεδο οργάνωσης είναι η δευτερεύουσα δομή, όταν το πρωτεϊνικό νήμα συστρέφεται με τη μορφή σπείρας. Σχηματίζονται δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των ομάδων -COOH που βρίσκονται στη μία στροφή της έλικας και των ομάδων -NH2 στην άλλη στροφή. Προκύπτουν με βάση το υδρογόνο, που τις περισσότερες φορές βρίσκεται μεταξύ δύο αρνητικών ατόμων. Οι δεσμοί υδρογόνου είναι πιο αδύναμοι από τους ομοιοπολικούς δεσμούς, αλλά με μεγάλο αριθμό από αυτούς παρέχουν το σχηματισμό μιας αρκετά ισχυρής δομής. Το νήμα των αμινοξέων (πολυπεπτίδιο) τυλίγεται περαιτέρω, σχηματίζοντας μια μπάλα, ή ινίδιο ή σφαιρίδιο, ειδικό για κάθε πρωτεΐνη. Έτσι, προκύπτει μια πολύπλοκη διαμόρφωση, που ονομάζεται τριτογενής δομή. Ο προσδιορισμός του πραγματοποιείται συνήθως χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της ανάλυσης περίθλασης ακτίνων Χ, η οποία σας επιτρέπει να καθορίσετε τη θέση στο χώρο των ατόμων και των ομάδων ατόμων σε κρυστάλλους και σύνθετες ενώσεις.

Οι δεσμοί που υποστηρίζουν την τριτοταγή δομή της πρωτεΐνης είναι επίσης αδύναμοι. Προκύπτουν, ιδίως, λόγω υδρόφοβων αλληλεπιδράσεων. Αυτές είναι ελκτικές δυνάμεις μεταξύ μη πολικών μορίων ή μεταξύ μη πολικών περιοχών μορίων σε ένα υδατικό μέσο. Τα υδρόφοβα υπολείμματα ορισμένων αμινοξέων σε ένα υδατικό διάλυμα πλησιάζουν το ένα το άλλο, «κολλάνε μεταξύ τους» και έτσι σταθεροποιούν τη δομή της πρωτεΐνης. Εκτός από τις υδρόφοβες δυνάμεις, οι ηλεκτροστατικοί δεσμοί μεταξύ ηλεκτραρνητικών και ηλεκτροθετικών ριζών των υπολειμμάτων αμινοξέων παίζουν σημαντικό ρόλο στη διατήρηση της τριτοταγούς δομής μιας πρωτεΐνης. Η τριτοταγής δομή υποστηρίζεται επίσης από έναν μικρό αριθμό ομοιοπολικών δισουλφιδικών -S-S-δεσμών που προκύπτουν μεταξύ των ατόμων θείου των αμινοξέων που περιέχουν θείο. Πρέπει να πω ότι η τριτοβάθμια? η δομή της πρωτεΐνης δεν είναι τελική. Μακρομόρια της ίδιας πρωτεΐνης ή μόρια άλλων πρωτεϊνών συχνά αποδεικνύεται ότι συνδέονται με ένα μακρομόριο πρωτεΐνης. Για παράδειγμα, ένα πολύπλοκο μόριο αιμοσφαιρίνης, μια πρωτεΐνη που βρίσκεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια, αποτελείται από τέσσερα μακρομόρια σφαιρίνης: δύο αλφα-αλυσίδες και δύο αλυσίδες βήτα, καθεμία από τις οποίες συνδέεται με μια αίμη που περιέχει σίδηρο. Ως αποτέλεσμα του συνδυασμού τους, σχηματίζεται ένα λειτουργικό μόριο αιμοσφαιρίνης. Μόνο σε μια τέτοια συσκευασία η αιμοσφαιρίνη λειτουργεί πλήρως, δηλαδή είναι σε θέση να μεταφέρει οξυγόνο. Λόγω του συνδυασμού πολλών πρωτεϊνικών μορίων μεταξύ τους, σχηματίζεται μια τεταρτοταγής δομή. Εάν οι πεπτιδικές αλυσίδες στοιβάζονται με τη μορφή πηνίου, τότε τέτοιες πρωτεΐνες ονομάζονται σφαιρικές. Εάν οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες στοιβάζονται σε δέσμες νημάτων, ονομάζονται ινιδιακές πρωτεΐνες. Ξεκινώντας από τη δευτερογενή δομή, η χωρική διάταξη (διαμόρφωση) των πρωτεϊνικών μακρομορίων, όπως διαπιστώσαμε, υποστηρίζεται κυρίως από ασθενείς χημικούς δεσμούς. Υπό την επίδραση εξωτερικών παραγόντων (μεταβολές στη θερμοκρασία, σύνθεση άλατος του μέσου, pH, υπό την επίδραση ακτινοβολίας και άλλων παραγόντων), οι ασθενείς δεσμοί που σταθεροποιούν το μακρομόριο σπάνε και η δομή της πρωτεΐνης και ως εκ τούτου οι ιδιότητές της αλλάζουν. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται μετουσίωση. Η ρήξη μέρους των αδύναμων δεσμών, οι αλλαγές στη διαμόρφωση και τις ιδιότητες της πρωτεΐνης συμβαίνουν επίσης υπό την επίδραση φυσιολογικών παραγόντων (για παράδειγμα, υπό τη δράση ορμονών). Έτσι, ρυθμίζονται οι ιδιότητες των πρωτεϊνών: ένζυμα, υποδοχείς, μεταφορείς. Αυτές οι αλλαγές στη δομή της πρωτεΐνης είναι συνήθως εύκολα αναστρέψιμες. Η ρήξη ενός μεγάλου αριθμού αδύναμων δεσμών οδηγεί σε μετουσίωση πρωτεΐνης, η οποία μπορεί να είναι μη αναστρέψιμη (για παράδειγμα, η πήξη του ασπράδιου αυγού κατά το βράσιμο των αυγών). Μερικές φορές η μετουσίωσή της πρωτεΐνης έχει και βιολογικό νόημα. Για παράδειγμα, μια αράχνη εκχωρεί μια σταγόνα μυστικού και την κολλάει σε κάποιο είδος υποστήριξης. Στη συνέχεια, συνεχίζοντας να απελευθερώνει το μυστικό, τραβάει ελαφρώς το νήμα, και αυτή η ασθενής τάση είναι αρκετή για να μετουσιωθεί η πρωτεΐνη, από μια διαλυτή μορφή σε μια αδιάλυτη, και το νήμα να αποκτήσει δύναμη.

35-36. Μονοσακχαρίτες(από το ελληνικό μονος: το μόνο, σάκχαρος: ζάχαρη), - οργανικές ενώσεις, μια από τις κύριες ομάδες υδατανθράκων· η απλούστερη μορφή ζάχαρης? είναι συνήθως άχρωμα, υδατοδιαλυτά, διαφανή στερεά. Μερικοί μονοσακχαρίτες έχουν γλυκιά γεύση. Οι μονοσακχαρίτες, τα δομικά στοιχεία από τα οποία συντίθενται οι δισακχαρίτες (όπως η σακχαρόζη) και οι πολυσακχαρίτες (όπως η κυτταρίνη και το άμυλο), περιέχουν υδροξυλομάδες και μια αλδεΰδη (αλδόζες) ή κετοομάδα (κετόζες). Κάθε άτομο άνθρακα στο οποίο είναι συνδεδεμένη μια ομάδα υδροξυλίου (εκτός από το πρώτο και το τελευταίο) είναι χειρόμορφο, δημιουργώντας πολλές ισομερείς μορφές. Για παράδειγμα, η γαλακτόζη και η γλυκόζη είναι αλδοεξόσες αλλά έχουν διαφορετικές χημικές και φυσικές ιδιότητες. Οι μονοσακχαρίτες, όπως όλοι οι υδατάνθρακες, περιέχουν μόνο 3 στοιχεία (C, O, H).

Οι μονοσακχαρίτες υποδιαιρούνταιγια τριόζες, τετρόσες, πεντόζες, εξόζες κ.λπ. (3, 4, 5, 6, κ.λπ. άτομα άνθρακα στην αλυσίδα). φυσικοί μονοσακχαρίτες με ανθρακική αλυσίδα που περιέχει περισσότερα από 9 άτομα άνθρακα δεν έχουν βρεθεί. Οι μονοσακχαρίτες που περιέχουν έναν 5-μελή κύκλο ονομάζονται φουρανόζες, 6-μελείς - πυρανόσες.

Ισομέρεια.Για μονοσακχαρίτες που περιέχουν n ασύμμετρα άτομα άνθρακα, είναι πιθανή η ύπαρξη 2n στερεοϊσομερών (βλ. Ισομέρεια).

38. Χημικές ιδιότητες.Οι μονοσακχαρίτες εισέρχονται σε χημικές αντιδράσεις χαρακτηριστικές των ομάδων καρβονυλίου και υδροξυλίου. χαρακτηριστικόμονοσακχαρίτες - η ικανότητα να υπάρχουν σε ανοιχτές (άκυκλες) και κυκλικές μορφές και να δίνουν παράγωγα κάθε μιας από τις μορφές. Οι περισσότερες μονόζες κυκλοποιούνται σε υδατικό διάλυμα για να σχηματίσουν ημιακετάλες ή ημικετάλες (ανάλογα με το αν είναι αλδόζες ή κετόζες) μεταξύ μιας αλκοόλης και μιας καρβονυλικής ομάδας του ίδιου σακχάρου. Η γλυκόζη, για παράδειγμα, σχηματίζει εύκολα ημιακετάλες συνδέοντας το C1 και το O5 της για να σχηματίσει έναν 6-μελή δακτύλιο που ονομάζεται πυρανοσίδη. Η ίδια αντίδραση μπορεί να λάβει χώρα μεταξύ C1 και O4 για να σχηματιστεί ένας 5-μελής φουρανοσίδης.

μονοσακχαρίτες στη φύση.Οι μονοσακχαρίτες αποτελούν μέρος σύνθετων υδατανθράκων (γλυκοσίδες, ολιγοσακχαρίτες, πολυσακχαρίτες) και μικτών βιοπολυμερών που περιέχουν υδατάνθρακες (γλυκοπρωτεΐνες, γλυκολιπίδια κ.λπ.). Στην περίπτωση αυτή, οι μονοσακχαρίτες συνδέονται μεταξύ τους και με το μη υδατανθρακικό μέρος του μορίου με γλυκοσιδικούς δεσμούς. Κατά την υδρόλυση από οξέα ή ένζυμα, αυτοί οι δεσμοί μπορούν να σπάσουν για να απελευθερωθούν μονοσακχαρίτες. Στη φύση, οι ελεύθεροι μονοσακχαρίτες, με εξαίρεση τη D-γλυκόζη και τη D-φρουκτόζη, είναι σπάνιοι. Η βιοσύνθεση των μονοσακχαριτών από το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό συμβαίνει στα φυτά (βλ. Φωτοσύνθεση). με τη συμμετοχή ενεργοποιημένων παραγώγων μονοσακχαριτών - νουκλεοσιδικά διφωσφορικά σάκχαρα - υπάρχει, κατά κανόνα, η βιοσύνθεση σύνθετων υδατανθράκων. Η διάσπαση των μονοσακχαριτών στο σώμα (για παράδειγμα, αλκοολική ζύμωση, γλυκόλυση) συνοδεύεται από την απελευθέρωση ενέργειας.

Εφαρμογή.Ορισμένοι ελεύθεροι μονοσακχαρίτες και τα παράγωγά τους (για παράδειγμα, γλυκόζη, φρουκτόζη και τα διφωσφορικά της κ.λπ.) χρησιμοποιούνται σε Βιομηχανία τροφίμωνκαι ιατρική.

37. Γλυκόζη (C6H12O6)(«ζάχαρη σταφυλιού», δεξτρόζη) βρίσκεται στο χυμό πολλών φρούτων και μούρων, συμπεριλαμβανομένων των σταφυλιών, εξ ου και η ονομασία αυτού του τύπου ζάχαρης. Είναι ένα εξατομικό σάκχαρο (εξόζη).

Φυσικές ιδιότητες. Λευκή κρυσταλλική ουσία γλυκιάς γεύσης, εξαιρετικά διαλυτή στο νερό, αδιάλυτη στον αιθέρα, ελάχιστα διαλυτή σε αλκοόλη.

Η δομή του μορίου

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

Η γλυκόζη μπορεί να υπάρχει σε κύκλους (α και β γλυκόζη).

α και β γλυκόζη

Η μετάβαση της γλυκόζης από την προβολή Fisher στην προβολή Haworth Η γλυκόζη είναι το τελικό προϊόν της υδρόλυσης των περισσότερων δισακχαριτών και πολυσακχαριτών.

βιολογικό ρόλο.Η γλυκόζη είναι το κύριο προϊόν της φωτοσύνθεσης και σχηματίζεται στον κύκλο του Calvin.

Στους ανθρώπους και τα ζώα, η γλυκόζη είναι η κύρια και πιο ευέλικτη πηγή ενέργειας για τις μεταβολικές διεργασίες. Όλα τα κύτταρα του σώματος των ζώων έχουν την ικανότητα να απορροφούν τη γλυκόζη. Ταυτόχρονα, η ικανότητα χρήσης άλλων πηγών ενέργειας - για παράδειγμα, ελεύθερων λιπαρών οξέων και γλυκερόλης, φρουκτόζης ή γαλακτικού οξέος - δεν έχουν όλα τα κύτταρα του σώματος, αλλά μόνο ορισμένοι τύποι τους.

μεταφορά γλυκόζης από εξωτερικό περιβάλλονμέσα ζωικό κύτταροπραγματοποιείται με ενεργή διαμεμβρανική μεταφορά με τη βοήθεια ενός ειδικού μορίου πρωτεΐνης - του φορέα (μεταφορέα) των εξόζων.

Η γλυκόζη στα κύτταρα μπορεί να υποβληθεί σε γλυκόλυση για να παρέχει ενέργεια με τη μορφή ATP. Το πρώτο ένζυμο στην αλυσίδα της γλυκόλυσης είναι η εξοκινάση. Η δραστηριότητα της κυτταρικής εξοκινάσης είναι υπό τη ρυθμιστική επίδραση των ορμονών - για παράδειγμα, η ινσουλίνη αυξάνει απότομα τη δραστηριότητα της εξοκινάσης και, κατά συνέπεια, τη χρήση γλυκόζης από τα κύτταρα και τα γλυκοκορτικοειδή μειώνουν τη δραστηριότητα της εξοκινάσης.

Πολλές πηγές ενέργειας εκτός της γλυκόζης μπορούν να μετατραπούν απευθείας σε γλυκόζη στο ήπαρ, όπως γαλακτικό οξύ, πολλά ελεύθερα λιπαρά οξέα και γλυκερίνη ή ελεύθερα αμινοξέα, ειδικά τα πιο απλά όπως η αλανίνη. Η διαδικασία σχηματισμού γλυκόζης στο ήπαρ από άλλες ενώσεις ονομάζεται γλυκονεογένεση.

Οι πηγές ενέργειας για τις οποίες δεν υπάρχει άμεση βιοχημική μετατροπή σε γλυκόζη μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τα ηπατικά κύτταρα για την παραγωγή ATP και στη συνέχεια να παρέχουν ενέργεια για τις διαδικασίες γλυκονεογένεσης, επανασύνθεσης γλυκόζης από γαλακτικό οξύ ή παροχή ενέργειας για τη διαδικασία σύνθεσης πολυσακχαρίτη γλυκογόνου αποθέματα από μονομερή γλυκόζης. Η γλυκόζη παράγεται και πάλι εύκολα από το γλυκογόνο με απλή διάσπαση.

Λόγω της εξαιρετικής σημασίας της διατήρησης ενός σταθερού επιπέδου γλυκόζης στο αίμα, οι άνθρωποι και πολλά άλλα ζώα έχουν ένα πολύπλοκο σύστημα ορμονικής ρύθμισης των παραμέτρων του μεταβολισμού των υδατανθράκων. Όταν 1 γραμμάριο γλυκόζης οξειδωθεί σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό, απελευθερώνονται 17,6 kJ ενέργειας. Η αποθηκευμένη μέγιστη «δυνητική ενέργεια» στο μόριο γλυκόζης με τη μορφή οξείδωσης -4 άτομα άνθρακα (C-4) μπορεί να μειωθεί κατά τη διάρκεια των μεταβολικών διεργασιών σε C + 4 (στο μόριο CO2). Η επαναφορά του στο προηγούμενο επίπεδο μπορεί να πραγματοποιηθεί με αυτότροφους.

Φρουκτόζη ή ζάχαρη φρούτων C6H12O6- μονοσακχαρίτης, ο οποίος υπάρχει σε ελεύθερη μορφή σχεδόν σε όλα τα γλυκά μούρα και φρούτα. Πολλοί άνθρωποι προτιμούν να αντικαταστήσουν τη ζάχαρη όχι με συνθετικά φάρμακα, αλλά με φυσική φρουκτόζη.

Σε αντίθεση με τη γλυκόζη, η οποία χρησιμεύει ως παγκόσμια πηγή ενέργειας, η φρουκτόζη δεν απορροφάται από τους ινσουλινοεξαρτώμενους ιστούς. Απορροφάται σχεδόν πλήρως και μεταβολίζεται από τα ηπατικά κύτταρα. Ουσιαστικά κανένα άλλο κύτταρο στο ανθρώπινο σώμα (εκτός από τα σπερματοζωάρια) δεν μπορεί να χρησιμοποιήσει φρουκτόζη. Στα ηπατικά κύτταρα, η φρουκτόζη φωσφορυλιώνεται και στη συνέχεια διασπάται σε τριόζες, οι οποίες είτε χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση λιπαρών οξέων, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε παχυσαρκία, καθώς και αυξημένα επίπεδα τριγλυκεριδίων (που με τη σειρά τους αυξάνουν τον κίνδυνο αθηροσκλήρωσης) είτε χρησιμοποιούνται για γλυκογόνο σύνθεση (επίσης μετατρέπεται εν μέρει σε γλυκόζη κατά τη διάρκεια της γλυκονεογένεσης). Ωστόσο, η μετατροπή της φρουκτόζης σε γλυκόζη είναι μια πολύπλοκη διαδικασία πολλαπλών σταδίων και η ικανότητα του ήπατος να επεξεργάζεται φρουκτόζη είναι περιορισμένη. Το ερώτημα εάν πρέπει να συμπεριληφθεί η φρουκτόζη στη διατροφή των διαβητικών, καθώς δεν απαιτείται ινσουλίνη για την απορρόφησή της, έχει μελετηθεί εντατικά τα τελευταία χρόνια.

Αν και υγιές άτομοΗ φρουκτόζη δεν αυξάνει (ή αυξάνει ελαφρώς) τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα· σε διαβητικούς ασθενείς, η φρουκτόζη συχνά οδηγεί σε αύξηση των επιπέδων γλυκόζης. Από την άλλη, λόγω της έλλειψης γλυκόζης στα κύτταρα, οι διαβητικοί μπορούν να κάψουν λίπος στο σώμα τους, με αποτέλεσμα την εξάντληση των αποθεμάτων λίπους. Σε αυτή την περίπτωση, η φρουκτόζη, η οποία μετατρέπεται εύκολα σε λίπος και δεν απαιτεί ινσουλίνη, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποκατάστασή τους. Το πλεονέκτημα της φρουκτόζης είναι ότι μπορεί να προσδοθεί γλυκιά γεύση σε ένα πιάτο με σχετικά μικρές ποσότητες φρουκτόζης, αφού είναι 1,2-1,8 φορές πιο γλυκό με την ίδια περιεκτικότητα σε θερμίδες (380 kcal / 100 g) με τη ζάχαρη. Ωστόσο, μελέτες δείχνουν ότι οι καταναλωτές φρουκτόζης δεν μειώνουν την περιεκτικότητα σε θερμίδες των γευμάτων τους, αντίθετα τρώνε πιο γλυκά γεύματα.

39. Ολιγοσακχαρίτες- πρόκειται για ολιγομερή, που αποτελούνται από πολλά (όχι περισσότερα από 20) μονομερή - μονοσακχαρίτες, σε αντίθεση με τους πολυσακχαρίτες, που αποτελούνται από δεκάδες, εκατοντάδες ή χιλιάδες μονοσακχαρίτες. - ενώσεις κατασκευασμένες από πολλά υπολείμματα μονοσακχαριτών (από 2 έως 10) που συνδέονται με γλυκοσιδικό δεσμό.

Μια πολύ σημαντική και ευρέως διαδεδομένη ειδική περίπτωση ολιγοσακχαριτών είναι οι δισακχαρίτες - διμερή που αποτελούνται από δύο μόρια μονοσακχαριτών.

Μπορείτε επίσης να μιλήσετε για τρι-, τετρα-, κ.λπ. σακχαρίτες.

40. Δισακχαρίτες- το γενικό όνομα μιας υποκατηγορίας ολιγοσακχαριτών, στην οποία το μόριο αποτελείται από δύο μονομερή - μονοσακχαρίτες. Οι δισακχαρίτες σχηματίζονται από μια αντίδραση συμπύκνωσης μεταξύ δύο μονοσακχαριτών, συνήθως εξόζες. Η αντίδραση συμπύκνωσης περιλαμβάνει την απομάκρυνση του νερού. Ο δεσμός μεταξύ μονοσακχαριτών που προκύπτει από μια αντίδραση συμπύκνωσης ονομάζεται γλυκοσιδικός δεσμός.Συνήθως, αυτός ο δεσμός σχηματίζεται μεταξύ του 1ου και 4ου ατόμων άνθρακα γειτονικών μονάδων μονοσακχαρίτη (1,4-γλυκοσιδικός δεσμός).

Η διαδικασία συμπύκνωσης μπορεί να επαναληφθεί αμέτρητες φορές, με αποτέλεσμα τεράστια μόρια πολυσακχαρίτη. Μόλις συνδυαστούν οι μονάδες μονοσακχαρίτη, ονομάζονται υπολείμματα. Οι πιο συνηθισμένοι δισακχαρίτες είναι η λακτόζη και η σακχαρόζη.

Μετάλλαξη(από το λατ. muto-change και rotatio - rotation), αλλαγή στο μέγεθος του οπτικού. περιστροφή διαλυμάτων οπτικά ενεργών ενώσεων λόγω του επιμερισμού τους. Είναι χαρακτηριστικό για μονοσακχαρίτες, αναγωγικούς ολιγοσακχαρίτες, λακτόνες κ.λπ. Η μεταλλαξίωση μπορεί να καταλυθεί από οξέα και βάσεις. Στην περίπτωση της γλυκόζης, η μεταλλαξίωση εξηγείται με την εδραίωση της ισορροπίας: Στην κατάσταση ισορροπίας, υπάρχει το 38% της άλφα μορφής και το 62% της βήτα μορφής. Ενδιάμεσος η μορφή αλδεΰδης περιέχεται σε αμελητέα συγκέντρωση. Πλεονεκτήματα, ο σχηματισμός της β-μορφής οφείλεται στο ότι είναι πιο θερμοδυναμικά σταθερός.

Οι αντιδράσεις «ασημένιος καθρέφτης» και «χάλκινος καθρέφτης» είναι χαρακτηριστικές των αλδεΰδων

1) Η αντίδραση του «ασημένιου καθρέφτη», ο σχηματισμός ιζήματος Ag στα τοιχώματα του δοκιμαστικού σωλήνα

2) Αντίδραση καθρέφτη χαλκού, καθίζηση κόκκινου ιζήματος Cu2O

40. Με τη σειρά τους, οι δισακχαρίτες, οι οποίοι εμφανίζονται σε ορισμένες περιπτώσεις κατά τη διάρκεια υδρόλυση πολυσακχαριτών(μαλτόζη στην υδρόλυση αμύλου, κελλοβιόζη στην υδρόλυση κυτταρίνης) ή που υπάρχει στον οργανισμό σε ελεύθερη μορφή (λακτόζη, σακχαρόζη, τρεαλόζη κ.λπ.), υδρολύονται υπό την καταλυτική δράση των ο- και π-γλυκοσιδασών σε άτομα μονοσακχαρίτες. Όλες οι γλυκοσιδάσες, με εξαίρεση την τρεαλάση (ot, omregalose-glucohydrazine), έχουν ένα ευρύ φάσμα ειδικότητας, επιταχύνοντας την υδρόλυση σχεδόν οποιωνδήποτε γλυκοσιδών που είναι παράγωγα του ενός ή του άλλου α- ή (3-μονοσακχαρίτη. Έτσι, α-γλυκοσιδάση επιταχύνει την αντίδραση υδρόλυσης των α-γλυκοσιδών, συμπεριλαμβανομένης της μαλτόζης, π-γλυκοσιδάσης - ρ-γλυκοσιδών, συμπεριλαμβανομένης της σελλοβιόζης, της Β-γαλακτοσιδάσης - Β-γαλακτοσιδών και μεταξύ αυτών λακτόζη κ.λπ. Παραδείγματα της δράσης των α και Ρ-γλυκοσιδασών δόθηκαν προηγουμένως

41. Σύμφωνα με την αποτυχία χημική δομή των δισακχαριτώνΟ τύπος τρεαλόζης (γλυκοζιδο-γλυκοσίδες) και ο τύπος μαλτόζης (γλυκοσίδη-γλυκόζη) έχουν σημαντικά διαφορετικές χημικές ιδιότητες: οι πρώτες δεν δίνουν καμία αντίδραση χαρακτηριστική της ομάδας αλδεΰδης ή κετόνης, δηλαδή δεν οξειδώνονται, δεν ανάγεται, δεν σχηματίζουν όζον, δεν μπαίνουν σε αντίδραση πολυκοειδοποίησης (δεν ρητινοποιούνται), δεν μεταλλάσσονται κ.λπ. Για δισακχαρίτες όπως η μαλτόζη, όλες οι παραπάνω αντιδράσεις, αντίθετα, είναι πολύ χαρακτηριστικές. Ο λόγος αυτής της διαφοράς είναι αρκετά σαφής από όσα αναφέρθηκαν παραπάνω σχετικά με τους δύο τύπους δομής δισακχαρίτη και τις ιδιότητες των υπολειμμάτων μονοσακχαρίτη που περιλαμβάνονται στη σύνθεσή τους. Βρίσκεται στο γεγονός ότι μόνο σε δισακχαρίτες όπως η μαλτόζη είναι δυνατός ο ταυτομερισμός της αλυσίδας δακτυλίου, με αποτέλεσμα το σχηματισμό μιας ελεύθερης ομάδας αλδεΰδης ή κετόνης, η οποία εμφανίζει τις χαρακτηριστικές της ιδιότητες.

Για τα αλκοολικά υδροξύλια, και οι δύο τύποι δισακχαριτών δίνουν τις ίδιες αντιδράσεις: σχηματίζουν αιθέρες και εστέρες, αλληλεπιδρούν με υδρίτες οξειδίων μετάλλων.

Υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός δισακχαριτών στη φύση. Η τρεαλόζη και η μαλτόζη που αναφέρθηκαν παραπάνω, καθώς και η σακχαρόζη, η κυτταροβιόζη και η λακτόζη, είναι από τις πιο σημαντικές.

42. Μαλτόζη(από τα αγγλικά malt - malt) - ζάχαρη βύνης, ένας φυσικός δισακχαρίτης που αποτελείται από δύο υπολείμματα γλυκόζης. βρίσκεται σε μεγάλες ποσότητες σε φυτρωμένους σπόρους (βύνη) κριθαριού, σίκαλης και άλλων δημητριακών. βρίσκεται επίσης στις ντομάτες, τη γύρη και το νέκταρ πολλών φυτών. Το Μ. είναι εύκολα διαλυτό στο νερό, έχει γλυκιά γεύση. Είναι αναγωγικό σάκχαρο επειδή έχει μια μη υποκατεστημένη υδροξυλική ομάδα ημιακετάλης. Η βιοσύνθεση του Μ. από β-D-γλυκοπυρανοσυλφωσφορικό και D-γλυκόζη είναι γνωστή μόνο σε ορισμένους τύπους βακτηρίων. Σε ζωικούς και φυτικούς οργανισμούς, το Μ. σχηματίζεται κατά την ενζυματική διάσπαση του αμύλου και του γλυκογόνου (βλέπε Αμυλάσες). Η διάσπαση του Μ. σε δύο υπολείμματα γλυκόζης συμβαίνει ως αποτέλεσμα της δράσης του ενζύμου α-γλυκοσιδάση ή μαλτάση, που περιέχεται στους πεπτικούς χυμούς ζώων και ανθρώπων, σε φυτρωμένους κόκκους, σε καλούπια και ζυμομύκητες. Η γενετικά προσδιορισμένη απουσία αυτού του ενζύμου στον ανθρώπινο εντερικό βλεννογόνο οδηγεί σε συγγενή δυσανεξία στο Μ., μια σοβαρή ασθένεια που απαιτεί τον αποκλεισμό του αμύλου και του γλυκογόνου από τη διατροφή του Μ. ή την προσθήκη του ενζύμου μαλτάση στα τρόφιμα.

Όταν η μαλτόζη βράζεται με αραιό οξύ και υπό τη δράση ενός ενζύμου, η μαλτάση υδρολύεται (σχηματίζονται δύο μόρια γλυκόζης C6H12O6). Η μαλτόζη απορροφάται εύκολα από τον ανθρώπινο οργανισμό. Μοριακό βάρος - 342,32 Σημείο τήξεως - 108 (άνυδρο)

43. Λακτόζη(από το λατ. lactis - γάλα) С12Н22О11 - υδατάνθρακας της ομάδας των δισακχαριτών, που βρίσκεται στο γάλα και τα γαλακτοκομικά προϊόντα. Το μόριο λακτόζης αποτελείται από υπολείμματα μορίων γλυκόζης και γαλακτόζης. Η λακτόζη ονομάζεται μερικές φορές ζάχαρη γάλακτος.

Χημικές ιδιότητες.Όταν βράζεται με αραιό οξύ, η λακτόζη υδρολύεται.

Η λακτόζη λαμβάνεται από ορό γάλακτος.

Εφαρμογή.Χρησιμοποιείται για την παρασκευή θρεπτικών μέσων, για παράδειγμα, στην παραγωγή πενικιλίνης. Χρησιμοποιείται ως έκδοχο (πληρωτικό) στη φαρμακοβιομηχανία.

Από τη λακτόζη, λαμβάνεται η λακτουλόζη - ένα πολύτιμο φάρμακο για τη θεραπεία εντερικών διαταραχών, όπως η δυσκοιλιότητα.

44. Σακχαρόζη C12H22O11, ή ζάχαρη τεύτλων, ζάχαρη από ζαχαροκάλαμο, στην καθημερινή ζωή μόνο ζάχαρη - ένας δισακχαρίτης που αποτελείται από δύο μονοσακχαρίτες - α-γλυκόζη και β-φρουκτόζη.

Η σακχαρόζη είναι ένας πολύ κοινός δισακχαρίτης στη φύση, βρίσκεται σε πολλά φρούτα, φρούτα και μούρα. Η περιεκτικότητα σε σακχαρόζη είναι ιδιαίτερα υψηλή σε ζαχαρότευτλα και ζαχαροκάλαμο, τα οποία χρησιμοποιούνται για εργοστασιακή παραγωγήζάχαρη τροφίμων.

Η σακχαρόζη έχει υψηλή διαλυτότητα. Χημικά, η φρουκτόζη είναι μάλλον αδρανής. όταν μετακινείται από το ένα μέρος στο άλλο, σχεδόν δεν εμπλέκεται στο μεταβολισμό. Μερικές φορές η σακχαρόζη εναποτίθεται ως αποθεματικό θρεπτικό συστατικό.

Η σακχαρόζη, εισερχόμενη στο έντερο, υδρολύεται ταχέως από την άλφα-γλυκοσιδάση του λεπτού εντέρου σε γλυκόζη και φρουκτόζη, οι οποίες στη συνέχεια απορροφώνται στο αίμα. Οι αναστολείς της α-γλυκοσιδάσης, όπως η ακαρβόζη, αναστέλλουν τη διάσπαση και την απορρόφηση της σακχαρόζης, καθώς και άλλων υδατανθράκων που υδρολύονται από την άλφα-γλυκοσιδάση, ιδίως του αμύλου. Χρησιμοποιείται στη θεραπεία του διαβήτη τύπου 2. Συνώνυμα: άλφα-D-γλυκοπυρανοσυλ-βήτα-D-φρουκτοφουρανοσίδη, ζάχαρη τεύτλων, ζάχαρη από ζαχαροκάλαμο.

Χημικές και φυσικές ιδιότητες.Μοριακό βάρος 342,3 π.μ. Μικτός τύπος (σύστημα Hill): C12H22O11. Η γεύση είναι γλυκιά. Διαλυτότητα (γραμμάρια ανά 100 γραμμάρια): σε νερό 179 (0°C) και 487 (100°C), σε αιθανόλη 0,9 (20°C). Ελαφρώς διαλυτό σε μεθανόλη. Αδιάλυτο σε διαιθυλαιθέρα. Πυκνότητα 1,5879 g/cm3 (15°C). Ειδική περιστροφή για τη γραμμή D νατρίου: 66,53 (νερό, 35 g/100 g, 20°C). Όταν ψύχεται με υγρό αέρα, μετά από φωτισμό με έντονο φως, οι κρύσταλλοι σακχαρόζης φωσφορίζουν. Δεν εμφανίζει αναγωγικές ιδιότητες - δεν αντιδρά με το αντιδραστήριο Tollens και το αντιδραστήριο Fehling. Η παρουσία ομάδων υδροξυλίου στο μόριο σακχαρόζης επιβεβαιώνεται εύκολα από την αντίδραση με υδροξείδια μετάλλων. Εάν προστεθεί διάλυμα σακχαρόζης στο υδροξείδιο του χαλκού (II), σχηματίζεται ένα φωτεινό μπλε διάλυμα σακχαρόζης χαλκού. Δεν υπάρχει ομάδα αλδεΰδης στη σακχαρόζη: όταν θερμαίνεται με διάλυμα αμμωνίας οξειδίου του αργύρου (I), δεν δίνει "ασημένιο καθρέφτη", όταν θερμαίνεται με υδροξείδιο χαλκού (II), δεν σχηματίζει κόκκινο οξείδιο χαλκού (I). . Μεταξύ των ισομερών της σακχαρόζης που έχουν τον μοριακό τύπο C12H22O11, μπορούν να διακριθούν η μαλτόζη και η λακτόζη.

Αντίδραση σακχαρόζης με νερό.Εάν βράσετε ένα διάλυμα σακχαρόζης με μερικές σταγόνες υδροχλωρικού ή θειικού οξέος και εξουδετερώσετε το οξύ με αλκάλι και στη συνέχεια θερμάνετε το διάλυμα, εμφανίζονται μόρια με ομάδες αλδεΰδης, τα οποία ανάγουν το υδροξείδιο του χαλκού (II) σε οξείδιο του χαλκού (Ι). Αυτή η αντίδραση δείχνει ότι η σακχαρόζη υφίσταται υδρόλυση υπό την καταλυτική δράση του οξέος, με αποτέλεσμα το σχηματισμό γλυκόζης και φρουκτόζης: С12Н22О11 + Н2О → С6Н12O6 + С6Н12O6

Φυσικές και ανθρωπογενείς πηγές.Περιέχεται σε ζαχαροκάλαμο, ζαχαρότευτλα (έως 28% ξηρά ουσία), χυμούς φυτών και φρούτα (π.χ. σημύδα, σφενδάμι, πεπόνι και καρότο). Η πηγή σακχαρόζης - από τεύτλα ή ζαχαροκάλαμο - καθορίζεται από την αναλογία της περιεκτικότητας των σταθερών ισοτόπων άνθρακα 12C και 13C. Το ζαχαρότευτλο έχει μηχανισμό πρόσληψης διοξειδίου του άνθρακα C3 (μέσω φωσφογλυκερικού οξέος) και απορροφά κατά προτίμηση το ισότοπο 12C. Το ζαχαροκάλαμο έχει μηχανισμό C4 για την απορρόφηση του διοξειδίου του άνθρακα (μέσω οξαλοξικού οξέος) και απορροφά κατά προτίμηση το ισότοπο 13C.

45. Cellobiose- ένας υδατάνθρακας από την ομάδα των δισακχαριτών, που αποτελείται από δύο υπολείμματα γλυκόζης συνδεδεμένα (με β-γλυκοσιδικό δεσμό· η κύρια δομική μονάδα της κυτταρίνης.

Λευκή κρυσταλλική ουσία, εξαιρετικά διαλυτή στο νερό. Η Cellobiose χαρακτηρίζεται από αντιδράσεις που περιλαμβάνουν μια ομάδα αλδεΰδης (αιμακετάλη) και ομάδες υδροξυλίου. Κατά την όξινη υδρόλυση ή υπό τη δράση του ενζύμου β-γλυκοσιδάση, η κυτταροβιόζη διασπάται για να σχηματιστούν 2 μόρια γλυκόζης.

Η κυτταρίνη λαμβάνεται με μερική υδρόλυση της κυτταρίνης. Η Cellobiose βρίσκεται σε ελεύθερη μορφή στο χυμό ορισμένων δέντρων.

46. ​​Πολυσακχαρίτες- η γενική ονομασία μιας κατηγορίας σύνθετων υψηλομοριακών υδατανθράκων, τα μόρια των οποίων αποτελούνται από δεκάδες, εκατοντάδες ή χιλιάδες μονομερή - μονοσακχαρίτες.

Οι πολυσακχαρίτες είναι απαραίτητοι για τη ζωή των ζώων και των φυτών. Αποτελούν μια από τις κύριες πηγές ενέργειας που προκύπτει από το μεταβολισμό του σώματος. Συμμετέχουν σε ανοσολογικές διεργασίες, παρέχουν προσκόλληση των κυττάρων στους ιστούς και αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος της οργανικής ύλης στη βιόσφαιρα.

Έχει διαπιστωθεί μια ποικιλόμορφη βιολογική δράση φυτικών πολυσακχαριτών: αντιβιοτικό, αντιιικό, αντικαρκινικό, αντίδοτο [δεν προσδιορίζεται πηγή 236 ημέρες]. Οι φυτικοί πολυσακχαρίτες παίζουν σημαντικό ρόλο στη μείωση της λιπαιμίας και της αγγειακής αθηρωματώσεως λόγω της ικανότητάς τους να σχηματίζουν σύμπλοκα με πρωτεΐνες και λιποπρωτεΐνες πλάσματος.

Οι πολυσακχαρίτες περιλαμβάνουν ειδικότερα:

Η δεξτρίνη είναι ένας πολυσακχαρίτης, ένα προϊόν υδρόλυσης αμύλου.

Το άμυλο είναι ο κύριος πολυσακχαρίτης που εναποτίθεται ως ενεργειακό απόθεμα στους φυτικούς οργανισμούς.

Το γλυκογόνο είναι ένας πολυσακχαρίτης που εναποτίθεται ως ενεργειακό απόθεμα στα κύτταρα των ζωικών οργανισμών, αλλά βρίσκεται επίσης σε μικρές ποσότητες στους φυτικούς ιστούς.

Η κυτταρίνη είναι ο κύριος δομικός πολυσακχαρίτης των φυτικών κυτταρικών τοιχωμάτων.

γαλακτομαννάνες - πολυσακχαρίτες αποθήκευσης ορισμένων φυτών της οικογένειας των ψυχανθών, όπως το γκουαράνα και το κόμμι χαρουπιών.

γλυκομαννάνη - ένας πολυσακχαρίτης που λαμβάνεται από κόνδυλους konjac, αποτελείται από εναλλασσόμενες μονάδες γλυκόζης και μαννόζης, μια διαλυτή διαιτητική ίνα που μειώνει την όρεξη.

αμυλοειδές - χρησιμοποιείται στην παραγωγή λαδόχαρτου.

Κυτταρίνη (από λατ. cellula - κύτταρο, το ίδιο με την ίνα) - [С6Н7О2 (OH) 3] n, πολυσακχαρίτης; το κύριο συστατικό των κυτταρικών μεμβρανών όλων των ανώτερων φυτών.

Η κυτταρίνη αποτελείται από υπολείμματα μορίων γλυκόζης, τα οποία σχηματίζονται κατά την όξινη υδρόλυση της κυτταρίνης:

(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6

Η κυτταρίνη είναι ένα μακρύ νήμα που περιέχει 300-2500 υπολείμματα γλυκόζης, χωρίς πλευρικά κλαδιά. Αυτά τα νήματα συνδέονται μεταξύ τους με πολλούς δεσμούς υδρογόνου, γεγονός που δίνει στην κυτταρίνη μεγαλύτερη μηχανική αντοχή. Τα θηλαστικά (όπως τα περισσότερα άλλα ζώα) δεν έχουν ένζυμα που μπορούν να διασπάσουν την κυτταρίνη. Ωστόσο, πολλά φυτοφάγα ζώα (όπως τα μηρυκαστικά) έχουν συμβιωτικά βακτήρια στο πεπτικό τους σύστημα που διασπώνται και βοηθούν τους ξενιστές τους να απορροφήσουν αυτόν τον πολυσακχαρίτη.

Ο πολτός λαμβάνεται με τη βιομηχανική μέθοδο με τη μέθοδο του μαγειρέματος σε εργοστάσια χαρτοπολτού που αποτελούν μέρος βιομηχανικών συγκροτημάτων (συνδυασμών). Ανάλογα με τον τύπο των αντιδραστηρίων που χρησιμοποιούνται, διακρίνονται οι ακόλουθες μέθοδοι πολτοποίησης:

Θειώδες άλας. Το μαγειρικό υγρό περιέχει θειικό οξύ και το άλας του, όπως υδροθειώδες νάτριο. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για τη λήψη κυτταρίνης από είδη ξύλου χαμηλής ρητίνης: έλατο, έλατο.

Αλκαλική:

Σόδα. Χρησιμοποιείται διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου. Η μέθοδος της σόδας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη λήψη κυτταρίνης από σκληρά ξύλα και μονοετή φυτά.

θειικό άλας. Η πιο διαδεδομένη μέθοδος σήμερα. Το αντιδραστήριο που χρησιμοποιείται είναι ένα διάλυμα που περιέχει υδροξείδιο του νατρίου και θειούχο νάτριο και ονομάζεται λευκό υγρό. Η μέθοδος πήρε το όνομά της από το θειικό νάτριο, από το οποίο λαμβάνεται το σουλφίδιο για το λευκό υγρό σε εργοστάσια χαρτοπολτού. Η μέθοδος είναι κατάλληλη για λήψη κυτταρίνης από κάθε είδους φυτικό υλικό. Το μειονέκτημά του είναι η απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας δύσοσμων ενώσεων θείου: μεθυλμερκαπτάνη, διμεθυλοσουλφίδιο κ.λπ. ως αποτέλεσμα παρενεργειών.

Η τεχνική κυτταρίνη που λαμβάνεται μετά το μαγείρεμα περιέχει διάφορες ακαθαρσίες: λιγνίνη, ημικυτταρίνες. Εάν η κυτταρίνη προορίζεται για χημική επεξεργασία (για παράδειγμα, για τη λήψη τεχνητών ινών), τότε υποβάλλεται σε διύλιση - επεξεργασία με κρύο ή ζεστό αλκαλικό διάλυμα για την απομάκρυνση των ημικυτταρινών.

Για να αφαιρεθεί η υπολειμματική λιγνίνη και να γίνει ο πολτός πιο λευκός, λευκαίνεται. Η παραδοσιακή λεύκανση με χλώριο περιλαμβάνει δύο βήματα:

επεξεργασία χλωρίου - για την καταστροφή των μακρομορίων λιγνίνης.

επεξεργασία αλκαλίων - για την εξαγωγή των σχηματισμένων προϊόντων της καταστροφής της λιγνίνης.

47. Άμυλο- πολυσακχαρίτες αμυλόζης και αμυλοπηκτίνης, το μονομερές των οποίων είναι η άλφα-γλυκόζη. Το άμυλο, που συντίθεται από διαφορετικά φυτά υπό τη δράση του φωτός (φωτοσύνθεση), έχει πολλές διαφορετικές συνθέσεις και δομές κόκκων.

βιολογικές ιδιότητες.Το άμυλο, ως ένα από τα προϊόντα της φωτοσύνθεσης, είναι ευρέως διαδεδομένο στη φύση. Για τα φυτά, είναι απόθεμα θρεπτικών συστατικών και βρίσκεται κυρίως σε φρούτα, σπόρους και κόνδυλους. Οι κόκκοι των δημητριακών είναι πιο πλούσιοι σε άμυλο: ρύζι (έως 86%), σιτάρι (έως 75%), καλαμπόκι (έως 72%), καθώς και κόνδυλοι πατάτας (έως 24%).

Για τον ανθρώπινο οργανισμό, το άμυλο, μαζί με τη σακχαρόζη, είναι ο κύριος προμηθευτής υδατανθράκων - ένα από τα πιο σημαντικά συστατικά της τροφής. Υπό τη δράση των ενζύμων, το άμυλο υδρολύεται σε γλυκόζη, η οποία οξειδώνεται στα κύτταρα σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό με την απελευθέρωση της ενέργειας που είναι απαραίτητη για τη λειτουργία ενός ζωντανού οργανισμού.

Βιοσύνθεση.Μέρος της γλυκόζης που σχηματίζεται στα πράσινα φυτά κατά τη φωτοσύνθεση μετατρέπεται σε άμυλο:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6 (γλυκόζη) → (C6H10O5)n + nH2O

Σε γενικές γραμμές, αυτό μπορεί να γραφτεί ως 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n 6nO2.

Το άμυλο ως εφεδρική τροφή συσσωρεύεται σε κονδύλους, καρπούς, σπόρους φυτών. Έτσι, οι κόνδυλοι πατάτας περιέχουν έως και 24% άμυλο, οι σπόροι σιταριού - έως και 64%, το ρύζι - 75%, το καλαμπόκι - 70%.

Το γλυκογόνο είναι ένας πολυσακχαρίτηςσχηματίζεται από υπολείμματα γλυκόζης. ο κύριος αποθεματικός υδατάνθρακας των ανθρώπων και των ζώων. Το γλυκογόνο (που μερικές φορές ονομάζεται επίσης ζωικό άμυλο, παρά την ανακρίβεια του όρου) είναι η κύρια μορφή αποθήκευσης γλυκόζης στα ζωικά κύτταρα. Αποτίθεται ως κοκκία στο κυτταρόπλασμα σε πολλούς τύπους κυττάρων (κυρίως ήπαρ και μυς). Το γλυκογόνο σχηματίζει ένα ενεργειακό απόθεμα που μπορεί να κινητοποιηθεί γρήγορα εάν είναι απαραίτητο για να αναπληρώσει την ξαφνική έλλειψη γλυκόζης. Η αποθήκευση γλυκογόνου, ωστόσο, δεν είναι τόσο υψηλή σε θερμίδες ανά γραμμάριο όσο η αποθήκευση τριγλυκεριδίων (λίπους). Μόνο το γλυκογόνο που είναι αποθηκευμένο στα ηπατικά κύτταρα (ηπατοκύτταρα) μπορεί να μετατραπεί σε γλυκόζη για να τροφοδοτήσει ολόκληρο το σώμα, ενώ τα ηπατοκύτταρα μπορούν να αποθηκεύσουν έως και 8 τοις εκατό του βάρους τους με τη μορφή γλυκογόνου, που είναι η υψηλότερη συγκέντρωση από οποιονδήποτε τύπο κυττάρου. Η συνολική μάζα γλυκογόνου στο ήπαρ μπορεί να φτάσει τα 100-120 γραμμάρια στους ενήλικες. Στους μύες, το γλυκογόνο μετατρέπεται σε γλυκόζη αποκλειστικά για τοπική κατανάλωση και συσσωρεύεται σε πολύ χαμηλότερες συγκεντρώσεις (όχι περισσότερο από 1% της συνολικής μυϊκής μάζας), ενώ το συνολικό του αποθεματικό μυών μπορεί να υπερβαίνει το απόθεμα που συσσωρεύεται στα ηπατοκύτταρα. Μικρή ποσότητα γλυκογόνου βρίσκεται στα νεφρά, και ακόμη λιγότερο σε ορισμένους τύπους εγκεφαλικών κυττάρων (γλοιακά κύτταρα) και λευκά αιμοσφαίρια.

48. Χιτίνη (C8H13O5N) (Γαλλική χιτίνη, από το ελληνικό chiton: chiton - ρούχα, δέρμα, κέλυφος) - μια φυσική ένωση από την ομάδα των πολυσακχαριτών που περιέχουν άζωτο. Χημική ονομασία: πολυ-Ν-ακετυλο-D-γλυκόζη-2-αμίνη, ένα πολυμερές υπολειμμάτων Ν-ακετυλογλυκοζαμίνης που συνδέονται με β-(1,4)-γλυκοσιδικούς δεσμούς. Το κύριο συστατικό του εξωσκελετού (επιδερμίδα) των αρθρόποδων και μιας σειράς άλλων ασπόνδυλων, είναι μέρος του κυτταρικού τοιχώματος των μυκήτων και των βακτηρίων.

κατανομή στη φύση.Η χιτίνη είναι ένας από τους πιο κοινούς πολυσακχαρίτες στη φύση - κάθε χρόνο σχηματίζονται και αποσυντίθενται περίπου 10 γιγατόνοι χιτίνης σε ζωντανούς οργανισμούς στη Γη.

Εκτελεί προστατευτικές και υποστηρικτικές λειτουργίες, παρέχοντας ακαμψία των κυττάρων - περιέχεται στα κυτταρικά τοιχώματα των μυκήτων.

Το κύριο συστατικό του εξωσκελετού των αρθρόποδων.

Επίσης, η χιτίνη σχηματίζεται στους οργανισμούς πολλών άλλων ζώων - μια ποικιλία από σκουλήκια, συνεντερικά κ.λπ.

Σε όλους τους οργανισμούς που παράγουν και χρησιμοποιούν χιτίνη, δεν βρίσκεται στην καθαρή της μορφή, αλλά σε σύμπλοκο με άλλους πολυσακχαρίτες και πολύ συχνά συνδέεται με πρωτεΐνες. Παρά το γεγονός ότι η χιτίνη είναι μια ουσία πολύ παρόμοια σε δομή, φυσικοχημικές ιδιότητες και βιολογικό ρόλοστην κυτταρίνη, σε οργανισμούς που σχηματίζουν κυτταρίνη (φυτά, ορισμένα βακτήρια), η χιτίνη δεν μπορούσε να βρεθεί.

Χημεία της χιτίνης.Στη φυσική τους μορφή, οι χιτίνες διαφορετικών οργανισμών διαφέρουν κάπως μεταξύ τους ως προς τη σύνθεση και τις ιδιότητες. Το μοριακό βάρος της χιτίνης φτάνει τις 260.000.

Η χιτίνη είναι αδιάλυτη στο νερό, ανθεκτική σε αραιά οξέα, αλκάλια, αλκοόλ και άλλους οργανικούς διαλύτες. Διαλυτό σε συμπυκνωμένα διαλύματα ορισμένων αλάτων (χλωριούχος ψευδάργυρος, θειοκυανικό λίθιο, άλατα ασβεστίου).

Όταν θερμαίνεται με συμπυκνωμένα διαλύματα ανόργανων οξέων, καταστρέφεται (υδρολύεται), διασπώντας ομάδες ακετυλίου.

Πρακτική χρήση.Ένα από τα παράγωγα της χιτίνης που λαμβάνεται από αυτήν βιομηχανικά είναι η χιτοζάνη. Πρώτες ύλες για την παραγωγή του είναι κοχύλια καρκινοειδών (κρίλ, βασιλικός καβούρι), καθώς και προϊόντα μικροβιολογικής σύνθεσης.

49. Αρωματικοί υδρογονάνθρακες, οργανικές ενώσεις που αποτελούνται από άνθρακα και υδρογόνο και περιέχουν πυρήνες βενζολίου. Οι απλούστεροι και σημαντικότεροι εκπρόσωποι του Α. στο. - βενζόλιο (Ι) και τα ομόλογά του: μεθυλβενζόλιο ή τολουόλιο (II), διμεθυλβενζόλιο ή ξυλόλιο κ.λπ. περιλαμβάνουν επίσης παράγωγα βενζολίου με ακόρεστες πλευρικές αλυσίδες, όπως το στυρόλιο (III). Είναι γνωστό πολλά Α. στο. με αρκετούς πυρήνες βενζολίου στο μόριο, για παράδειγμα, διφαινυλμεθάνιο (IV), διφαινυλ C6H5-C6H5, στα οποία και οι δύο πυρήνες βενζολίου συνδέονται άμεσα μεταξύ τους. Στη ναφθαλίνη (V), και οι δύο δακτύλιοι μοιράζονται 2 άτομα άνθρακα. τέτοιοι υδρογονάνθρακες ονομάζονται Α. στο. με συμπυκνωμένους πυρήνες.

Βενζόλιο C6H6, PhH) είναι μια οργανική χημική ένωση, ένα άχρωμο υγρό με ευχάριστη γλυκιά οσμή. αρωματικός υδρογονάνθρακας. Το βενζόλιο είναι συστατικό της βενζίνης, χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία και είναι πρώτη ύλη για την παραγωγή φαρμάκων, διαφόρων πλαστικών, συνθετικού καουτσούκ και βαφών. Αν και το βενζόλιο βρίσκεται στο αργό πετρέλαιο, συντίθεται στο εμπόριο από άλλα συστατικά. Τοξικό, καρκινογόνο.

ομόλογα- Ενώσεις που ανήκουν στην ίδια κατηγορία, αλλά διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τη σύνθεση κατά ακέραιο αριθμό ομάδων CH2. Το σύνολο όλων των ομολόγων σχηματίζει μια ομόλογη σειρά.

φυσικές ιδιότητες.Άχρωμο υγρό με ιδιόμορφη πικάντικη οσμή. Σημείο τήξεως = 5,5 °C, Σημείο βρασμού = 80,1 °C, Πυκνότητα = 0,879 g/cm³, Μοριακό βάρος = 78,11 g/mol. Όπως όλοι οι υδρογονάνθρακες, το βενζόλιο καίγεται και σχηματίζει πολλή αιθάλη. Σχηματίζει εκρηκτικά μείγματα με τον αέρα, αναμιγνύεται καλά με αιθέρες, βενζίνη και άλλους οργανικούς διαλύτες και σχηματίζει αζεοτροπικό μείγμα με νερό με σημείο βρασμού 69,25 °C. Διαλυτότητα στο νερό 1,79 g/l (στους 25 °C).

Δομή.Ως προς τη σύνθεση, το βενζόλιο ανήκει σε ακόρεστους υδρογονάνθρακες (ομόλογη σειρά CnH2n-6), αλλά, σε αντίθεση με τους υδρογονάνθρακες της σειράς αιθυλενίου, το C2H4 παρουσιάζει ιδιότητες εγγενείς σε κορεσμένους υδρογονάνθρακες υπό σκληρές συνθήκες, αλλά το βενζόλιο είναι πιο επιρρεπές σε αντιδράσεις υποκατάστασης. Αυτή η «συμπεριφορά» του βενζολίου εξηγείται από την ειδική δομή του: την παρουσία ενός συζευγμένου νέφους 6π-ηλεκτρονίων στη δομή. Η σύγχρονη ιδέα της ηλεκτρονικής φύσης των δεσμών στο βενζόλιο βασίζεται στην υπόθεση του Linus Pauling, ο οποίος πρότεινε να απεικονιστεί το μόριο του βενζολίου ως εξάγωνο με εγγεγραμμένο κύκλο, τονίζοντας έτσι την απουσία σταθερών διπλών δεσμών και την παρουσία ενός ένα νέφος ηλεκτρονίων που καλύπτει και τα έξι άτομα άνθρακα του κύκλου.

50. Αρωματικές ενώσεις (αρένες)- κυκλικές οργανικές ενώσεις που έχουν σύστημα αρωματικών δεσμών στη σύνθεσή τους. Μπορεί να έχουν κορεσμένες ή ακόρεστες πλευρικές αλυσίδες.

Οι πιο σημαντικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες περιλαμβάνουν το C6H6 βενζόλιο και τα ομόλογά του: C6H5CH3 τολουόλιο, C6H4(CH3)2 ξυλόλιο, κ.λπ. ναφθαλίνη C10H8, ανθρακένιο C14H10 και τα παράγωγά τους. Χαρακτηριστικές χημικές ιδιότητες- αυξημένη σταθερότητα του αρωματικού πυρήνα και τάση για αντιδράσεις υποκατάστασης. Οι κύριες πηγές αρωματικών υδρογονανθράκων είναι η λιθανθρακόπισσα, το πετρέλαιο και τα προϊόντα πετρελαίου. Οι συνθετικές μέθοδοι απόκτησης έχουν μεγάλη σημασία. Οι αρωματικοί υδρογονάνθρακες είναι τα αρχικά προϊόντα για την παραγωγή κετονών, αλδεΰδων και αρωματικών οξέων, καθώς και πολλών άλλων ουσιών. Υπάρχουν επίσης ετεροκυκλικές αρένες, μεταξύ των οποίων βρίσκονται συχνότερα σε καθαρή μορφή και με τη μορφή ενώσεων - πυριδίνη, πυρρόλη, φουράνιο και θειοφαίνιο, ινδόλη, πουρίνη, κινολίνη.

Το Borazol («ανόργανο βενζόλιο») έχει επίσης αρωματικό χαρακτήρα, αλλά οι ιδιότητές του διαφέρουν σημαντικά από αυτές των οργανικών αρένων.

Ηλεκτρόφιλες αντιδράσεις υποκατάστασης»(Αγγλικά ηλεκτροφιλική αντίδραση υποκατάστασης) - αντιδράσεις υποκατάστασης στις οποίες η επίθεση πραγματοποιείται από ένα ηλεκτρόφιλο - ένα σωματίδιο που είναι θετικά φορτισμένο ή έχει έλλειμμα ηλεκτρονίων. Όταν σχηματίζεται ένας νέος δεσμός, το εξερχόμενο σωματίδιο - ο ηλεκτροφάγος χωρίζεται χωρίς το ζεύγος ηλεκτρονίων του. Η πιο δημοφιλής αποχωρούσα ομάδα είναι το πρωτόνιο Η+.

51-52. Αρωματικές αντιδράσεις ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης

Για τα αρωματικά συστήματα, υπάρχει στην πραγματικότητα ένας μηχανισμός ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης, ο SEAR. Ο μηχανισμός SE1 (κατ' αναλογία με τον μηχανισμό SN1) είναι εξαιρετικά σπάνιος και το SE2 (που αντιστοιχεί στον μηχανισμό SN2) δεν βρίσκεται καθόλου.

Μηχανισμός αντίδρασης SEARή αρωματικές αντιδράσεις ηλεκτροφιλικής υποκατάστασης (English substitution electrophilic aromatic) είναι η πιο κοινή και πιο σημαντική μεταξύ των αντιδράσεων υποκατάστασης αρωματικών ενώσεων και αποτελείται από δύο στάδια. Στο πρώτο στάδιο, το ηλεκτρόφιλο προσαρμόζεται, στο δεύτερο στάδιο, η ηλεκτροφυγόκεντρος χωρίζεται.

Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, σχηματίζεται ένα ενδιάμεσο θετικά φορτισμένο ενδιάμεσο (στο σχήμα - 2b). Ονομάζεται ενδιάμεσο Weland, ιόν αρωνίου ή σύμπλοκο σ. Αυτό το σύμπλοκο, κατά κανόνα, είναι πολύ αντιδραστικό και σταθεροποιείται εύκολα με την ταχεία εξάλειψη του κατιόντος. Το βήμα περιορισμού του ρυθμού στη συντριπτική πλειοψηφία των αντιδράσεων SEAR είναι το πρώτο βήμα.

Ταχύτητα αντίδρασης = k**

Τα σχετικά αδύναμα ηλεκτρόφιλα συνήθως δρουν ως επιτιθέμενο σωματίδιο· επομένως, στις περισσότερες περιπτώσεις, η αντίδραση SEAR προχωρά υπό τη δράση ενός καταλύτη οξέος Lewis. Τα AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2 χρησιμοποιούνται συχνότερα από άλλα.

Σε αυτή την περίπτωση, ο μηχανισμός αντίδρασης είναι ο ακόλουθος (χρησιμοποιώντας το παράδειγμα χλωρίωσης βενζολίου, καταλύτη FeCl3):

1. Στο πρώτο στάδιο, ο καταλύτης αλληλεπιδρά με το επιτιθέμενο σωματίδιο για να σχηματίσει έναν ενεργό ηλεκτροφιλικό παράγοντα

Στο δεύτερο στάδιο, μάλιστα, εφαρμόζεται ο μηχανισμός SEAR.

53. Ετεροκυκλικές ενώσεις(ετερόκυκλοι) - οργανικές ενώσεις που περιέχουν κύκλους, οι οποίοι, μαζί με τον άνθρακα, περιλαμβάνουν επίσης άτομα άλλων στοιχείων. Μπορούν να θεωρηθούν ως καρβοκυκλικές ενώσεις με ετερουποκαταστάτες (ετεροάτομα) στον δακτύλιο. Οι αρωματικές ετεροκυκλικές ενώσεις που περιέχουν άζωτο είναι οι πιο ποικίλες και καλά μελετημένες. Περιοριστικές περιπτώσεις ετεροκυκλικών ενώσεων είναι ενώσεις που δεν περιέχουν άτομα άνθρακα στον κύκλο, για παράδειγμα, πενταζόλη.

πυρρόλιο- αρωματικός πενταμελής αζωτούχος ετερόκυκλος, έχει ασθενείς βασικές ιδιότητες. Περιέχεται σε οστεέλαιο (το οποίο λαμβάνεται με ξηρή απόσταξη οστών), καθώς και σε λιθανθρακόπισσα. Οι δακτύλιοι πυρρολίου αποτελούν μέρος των πορφυρινών - φυτική χλωροφύλλη, αίμη αιμοσφαιρινών και κυτοχρωμάτων και μια σειρά από άλλες βιολογικά σημαντικές ενώσεις.

Δομή και ιδιότητες.Η πυρρόλη είναι ένα άχρωμο υγρό, που θυμίζει χλωροφόρμιο στη μυρωδιά, που σκουραίνει αργά όταν εκτίθεται στον αέρα. Είναι ελαφρώς υγροσκοπικό, ελαφρώς διαλυτό στο νερό και εξαιρετικά διαλυτό στους περισσότερους οργανικούς διαλύτες. Η δομή της πυρρόλης προτάθηκε το 1870 από την Bayer, με βάση την οξείδωση της με χρωμικό οξύ σε μηλεϊμίδιο και το σχηματισμό της κατά την απόσταξη ηλεκτριμιδίου με σκόνη ψευδαργύρου.

Οξύτητα και μετάλλωση.Η πυρρόλη είναι ένα ασθενές οξύ NH (pKa 17,5 στο νερό) και αντιδρά με αλκαλικά μέταλλα και τα αμίδια τους σε υγρή αμμωνία ή αδρανείς διαλύτες για να αποπρωτονωθεί στη θέση 1 και να σχηματιστούν τα αντίστοιχα άλατα. Η αντίδραση με τα αντιδραστήρια Grignard προχωρά παρόμοια, στην οποία σχηματίζονται άλατα Ν-μαγνήσιου. Τα Ν-υποκατεστημένα πυρρόλια αντιδρούν με το βουτυλ- και το φαινυλλίθιο, μετάλλοντας στη θέση α.

54. INDOL (βενζο[b]πυρρόλιο), λένε. μ. 117,18; άχρωμος κρύσταλλα με ελαφριά μυρωδιά ναφθαλίνης. σ.τ. 52,5 °C, bp 254 °С; d456 1,0718; εξαχνώνεται όταν θερμαίνεται. έως 150°С; m 7.03.10-30 C.m (βενζόλιο, 25°C); αποστάζεται με υδρατμούς, διαιθυλαιθέρα και NH3. καλά sol. σε οργ. διαλύματα, ζεστό νερό, υγρό NH3. Το μόριο έχει επίπεδη διαμόρφωση.

Η ινδόλη είναι αδύναμη βάση (pKa -2,4). Όταν πρωτονιωθεί, σχηματίζει ένα κατιόν 3Η-ινδολίου (f-la I), to-ry όταν αλληλεπιδρά. με ένα ουδέτερο μόριο, η ινδόλη δίνει ένα διμερές (II). Ως ασθενές οξύ (pKa 17), η ινδόλη με Na σε υγρή NH3 σχηματίζει Ν-νδόλη νατρίου, με ΚΟΗ στους 130 ° C - Ν-ινδόλη καλίου. Διαθέτει αρωματικό. Άγιος εσύ. Ηλεκτροφ. η αντικατάσταση πηγαίνει Ch. αρ. στη θέση 3. Η νίτρωση πραγματοποιείται συνήθως με νιτρικό βενζοϋλ, σουλφονίωση με σουλφοτριοξείδιο πυριδίνης, βρωμίωση με διβρωμιούχο διοξάνιο, χλωρίωση με SO2Cl2, αλκυλίωση με ενεργά αλκυλαλογονίδια. Η ακετυλίωση σε οξικό οξύ πηγαίνει επίσης στη θέση 3, παρουσία. CH3COONa - στη θέση 1; σε οξικό ανυδρίτη, σχηματίζεται 1,3-διακετυλινδόλη. Η ινδόλη προσθέτει εύκολα στον διπλό δεσμό α,β-ακόρεστων κετονών και νιτριλίων.

Η αμινομεθυλίωση (περιοχή Mannich) υπό ήπιες συνθήκες προχωρά στη θέση 1, σε σκληρές συνθήκες - στη θέση 3. Η υποκατάσταση στον δακτύλιο βενζολίου (κυρίως στις θέσεις 4 και 6) συμβαίνει μόνο σε όξινα περιβάλλοντα με μπλοκαρισμένη θέση 3. Παρουσία. H2O2, υπεροξέα ή στο φως ινδόλη οξειδώνεται σε ινδοξύλιο, το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται σε. σε τρίμερ ή λουλακί. Η πιο σοβαρή οξείδωση υπό τη δράση του O3, MnO2 οδηγεί στη ρήξη του δακτυλίου της πυρρόλης με το σχηματισμό 2-φορμαμιδοβενζαλδεΰδης. Όταν η ινδόλη υδρογονώνεται με υδρογόνο υπό ήπιες συνθήκες, ο δακτύλιος πυρρολίου μειώνεται και υπό πιο σοβαρές συνθήκες, ο δακτύλιος βενζολίου μειώνεται επίσης.

Η ινδόλη περιέχεται στα αιθέρια έλαια του γιασεμιού και των εσπεριδοειδών, είναι μέρος του kam.-ug. ρητίνες. Ο δακτύλιος ινδόλης είναι ένα θραύσμα μορίων σημαντικής φύσης. ενώσεις (π.χ. τρυπτοφάνη, σεροτονίνη, μελατονίνη, βουφοτενίνη). Τυπικά, η ινδόλη απομονώνεται από το κλάσμα ναφθαλίνης του kam.-ug. ρητίνη ή λαμβάνεται με αφυδρογόνωση ο-αιθυλανιλίνης με την τελευταία. κυκλοποίηση του προκύπτοντος προϊόντος. Η ινδόλη και τα παράγωγά της συντίθενται επίσης με κυκλοποίηση αρυλυδραζονών καρβονυλικών ενώσεων. (R-tion Fisher), αμοιβαία. αρυλαμίνες με α-αλογόνο ή α-υδροξυκαρβονύλιο Comm. (R-tion Bischler), κλπ. Ο πυρήνας της ινδόλης είναι μέρος των αλκαλοειδών της ινδόλης. Η ίδια η ινδόλη είναι ένα σταθεροποιητικό οσμών στην αρωματοποιία. Τα παράγωγά του χρησιμοποιούνται στην παραγωγή βιολογικά ενεργών ενώσεων. (ορμόνες, παραισθησιογόνα) και λεκ. Wed-in (π.χ. indopan, indomethacin).

55. Ιμιδαζόλη- μια οργανική ένωση της κατηγορίας των ετεροκυκλικών, ένας πενταμελής κύκλος με δύο άτομα αζώτου και τρία άτομα άνθρακα στον κύκλο, ισομερής προς πυραζόλη.

Ιδιότητες.Στο μη υποκατεστημένο ιμιδαζόλιο, οι θέσεις 4 και 5 (άτομα άνθρακα) είναι ισοδύναμες λόγω ταυτομερισμού. Αρωματικό, αντιδρά με άλατα διαζωνίου (συνδυασμός). Νιτρώνεται και σουλφονώνεται μόνο σε όξινο μέσο στη θέση 4, αλογόνα σε αλκαλικό μέσο εισέρχονται στη θέση 2, σε όξινο στη θέση 4. Εύκολα αλκυλιώνεται και ακυλιώνεται στην ιμίνη Ν, ανοίγει τον κύκλο όταν αλληλεπιδρά με διαλύματα ισχυρών οξέων και υπεροξείδια. Καταλύει την υδρόλυση δύσκολα σαπωνοποιήσιμων εστέρων και αμιδίων καρβοξυλικών οξέων.

Με βάση την ιμιδαζόλη, παράγεται ένας μεγάλος αριθμός διαφορετικών ιοντικών υγρών.

Μέθοδοι λήψης.Από ορθο-φαινυλενοδιαμίνη μέσω βενζιμιδαζόλης και 4,5-ιμιδαζολικό δικαρβοξυλικό οξύ.

Αλληλεπίδραση γλυοξάλης (οξαλαλδεΰδης) με αμμωνία και φορμαλδεΰδη.

βιολογικό ρόλο.Ο δακτύλιος ιμιδαζόλης είναι μέρος του απαραίτητου αμινοξέος ιστιδίνη. Δομικό θραύσμα ισταμίνης, πουρινικές βάσεις, διβαζόλη.

56. Πυριδίνη- ένας εξαμελής αρωματικός ετερόκυκλος με ένα άτομο αζώτου, ένα άχρωμο υγρό με έντονη δυσάρεστη οσμή. αναμιγνύεται με νερό και οργανικούς διαλύτες. Η πυριδίνη είναι αδύναμη βάση, δίνει άλατα με ισχυρά μεταλλικά οξέα, σχηματίζει εύκολα διπλά άλατα και σύνθετες ενώσεις.

Παραλαβή.Η κύρια πηγή για τη λήψη πυριδίνης είναι η λιθανθρακόπισσα.

Χημικές ιδιότητες.Η πυριδίνη παρουσιάζει ιδιότητες χαρακτηριστικές των τριτοταγών αμινών: σχηματίζει Ν-οξείδια, άλατα Ν-αλκυλοπυριδινίου και είναι σε θέση να δρα ως πρόσδεμα δότη σίγμα.

Ταυτόχρονα, η πυριδίνη έχει σαφείς αρωματικές ιδιότητες. Ωστόσο, η παρουσία ενός ατόμου αζώτου στον δακτύλιο σύζευξης οδηγεί σε σοβαρή ανακατανομή της πυκνότητας ηλεκτρονίων, η οποία οδηγεί σε έντονη μείωση της δραστηριότητας της πυριδίνης σε αντιδράσεις ηλεκτρόφιλης αρωματικής υποκατάστασης. Σε τέτοιες αντιδράσεις, αντιδρούν κυρίως οι μετα-θέσεις του δακτυλίου.

Η πυριδίνη χαρακτηρίζεται από αρωματικές πυρηνόφιλες αντιδράσεις υποκατάστασης που συμβαίνουν κυρίως στις ορθο-παρά θέσεις του δακτυλίου. Αυτή η αντιδραστικότητα είναι ενδεικτική της ανεπάρκειας ηλεκτρονίων του δακτυλίου πυριδίνης, η οποία μπορεί να συνοψιστεί στον ακόλουθο εμπειρικό κανόνα: η αντιδραστικότητα της πυριδίνης ως αρωματικής ένωσης αντιστοιχεί περίπου στην αντιδραστικότητα του νιτροβενζολίου.

Εφαρμογή.Χρησιμοποιείται στη σύνθεση βαφών, φαρμάκων, εντομοκτόνων, στην αναλυτική χημεία, ως διαλύτης για πολλές οργανικές και κάποιες ανόργανες ουσίες, για τη μετουσίωση του αλκοόλ.

Ασφάλεια.Η πυριδίνη είναι τοξική, επηρεάζει το νευρικό σύστημα, το δέρμα.

57. Βιολογικός ρόλος.Το νικοτινικό οξύ είναι ένα παράγωγο της πυριδίνης. Απορροφάται στο στομάχι και το δωδεκαδάκτυλο, και στη συνέχεια υφίσταται αμίνωση, με αποτέλεσμα τη νικοτιναμίδη, η οποία στον οργανισμό, σε συνδυασμό με πρωτεΐνες, σχηματίζει περισσότερα από 80 ένζυμα. Αυτός είναι ο κύριος φυσιολογικός ρόλος της βιταμίνης Β5. Έτσι, το νικοτινικό οξύ αποτελεί μέρος τόσο σημαντικών οξειδοαναγωγικών ενζύμων όπως η αφυδρογένεση, τα οποία καταλύουν την απομάκρυνση του υδρογόνου από οργανικές ουσίες που οξειδώνονται. Το υδρογόνο που αφαιρείται έτσι από αυτά τα ένζυμα περνά σε ένζυμα οξειδοαναγωγής, τα οποία περιλαμβάνουν ριβοφλαβίνη. Επιπλέον, στο σώμα των θηλαστικών, τα νουκλεοτίδια πυριδίνης σχηματίζονται από νικοτιναμίδιο (νιασίνη) και νικοτινικό οξύ, τα οποία χρησιμεύουν ως συνένζυμα για το NAD και το NADP. Η έλλειψη αυτών των πρόδρομων ουσιών στα ζώα προκαλεί πελλάγρα, μια ασθένεια που εκδηλώνεται με συμπτώματα από το δέρμα, το γαστρεντερικό και το νευρικό σύστημα (δερματίτιδα, διάρροια, άνοια). Ως συνένζυμα του NAD και του NADP, οι πρόδρομοι νικοτινικού οξέος εμπλέκονται σε πολλές αντιδράσεις οξειδοαναγωγής που καταλύονται από αφυδρογονάσες. Η βιολογική επίδραση του νικοτινικού οξέος εκδηλώνεται με τη μορφή διέγερσης της εκκριτικής λειτουργίας του στομάχου και των πεπτικών αδένων (παρουσία του στο στομάχι αυξάνεται η συγκέντρωση του ελεύθερου υδροχλωρικού οξέος). Υπό την επίδραση της βιταμίνης Β5, παρατηρείται αύξηση της βιοσύνθεσης γλυκογόνου και μείωση της υπεργλυκαιμίας, αύξηση της αποτοξινωτικής λειτουργίας του ήπατος, επέκταση των αιμοφόρων αγγείων και βελτίωση της μικροκυκλοφορίας του αίματος.

Υπάρχει σύνδεση μεταξύ του νικοτινικού οξέος και των αμινοξέων που περιέχουν θείο. Η αυξημένη απέκκριση μεθυλνικοτιναμίδης στα ούρα με ανεπάρκεια πρωτεΐνης ομαλοποιείται με την συμπερίληψη αμινοξέων που περιέχουν θείο στη διατροφή. Ταυτόχρονα, η περιεκτικότητα σε φωσφοπυρινουκλεοτίδια στο ήπαρ ομαλοποιείται επίσης.

58. Πυριμιδίνη (C4N2H4, Πυριμιδίνη, 1,3- ή m-διαζίνη, μυαζίνη) είναι μια ετεροκυκλική ένωση που έχει ένα επίπεδο μόριο, τον απλούστερο εκπρόσωπο των 1,3-διαζινών.

φυσικές ιδιότητες.Πυριμιδίνη - άχρωμοι κρύσταλλοι με χαρακτηριστική οσμή.

Χημικές ιδιότητες.Το μοριακό βάρος της πυριμιδίνης είναι 80,09 g/mol. Η πυριμιδίνη παρουσιάζει τις ιδιότητες μιας ασθενούς βάσης διόξινου, καθώς τα άτομα αζώτου μπορούν να προσκολλήσουν πρωτόνια λόγω του δεσμού δότη-δέκτη, ενώ αποκτούν θετικό φορτίο. Η αντιδραστικότητα στις αντιδράσεις ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης της πυριμιδίνης μειώνεται λόγω της μείωσης της πυκνότητας ηλεκτρονίων στις θέσεις 2,4,6, που προκαλείται από την παρουσία δύο ατόμων αζώτου στον κύκλο. Η υποκατάσταση καθίσταται δυνατή μόνο με την παρουσία υποκαταστατών που δότες ηλεκτρονίων και κατευθύνεται στη λιγότερο απενεργοποιημένη θέση 5. Ωστόσο, σε αντίθεση με αυτό, η πυριμιδίνη είναι ενεργή σε σχέση με τα πυρηνόφιλα αντιδραστήρια που προσβάλλουν τα άτομα άνθρακα 2, 4 και 6 στον κύκλο .

Παραλαβή.Η πυριμιδίνη λαμβάνεται με αναγωγή των αλογονωμένων παραγώγων πυριμιδίνης. Ή από 2,4,6-τριχλωροπυριμιδίνη που λαμβάνεται με επεξεργασία βαρβιτουρικού οξέος με φωσφόρο χλώριο.

Παράγωγα πυριμιδίνηςευρέως διαδεδομένα στην άγρια ​​ζωή, όπου εμπλέκονται σε πολλές σημαντικές βιολογικές διεργασίες. Συγκεκριμένα, τέτοια παράγωγα όπως η κυτοσίνη, η θυμίνη, η ουρακίλη αποτελούν μέρος των νουκλεοτιδίων, τα οποία είναι οι δομικές μονάδες των νουκλεϊκών οξέων, ο πυρήνας της πυριμιδίνης είναι μέρος ορισμένων βιταμινών Β, ιδίως Β1, συνένζυμα και αντιβιοτικά.

59. Πουρίνη (C5N4H4, Πουρίνη)- μια ετεροκυκλική ένωση, ο απλούστερος εκπρόσωπος των ιμιδαζοπυριμιδινών.

Τα παράγωγα πουρίνης παίζουν σημαντικό ρόλο στη χημεία των φυσικών ενώσεων (πουρινικές βάσεις DNA και RNA, συνένζυμο NAD, αλκαλοειδή, καφεΐνη, θεοφυλλίνη και θεοβρωμίνη, τοξίνες, σαξιτοξίνη και σχετικές ενώσεις, ουρικό οξύ) και, ως εκ τούτου, στα φαρμακευτικά προϊόντα.

αδενίνη- αζωτούχα βάση, αμινοπαράγωγο πουρίνης (6-αμινοπουρίνη). Σχηματίζει δύο δεσμούς υδρογόνου με την ουρακίλη και τη θυμίνη (συμπληρωματικότητα).

φυσικές ιδιότητες.Η αδενίνη είναι άχρωμοι κρύσταλλοι που λιώνουν σε θερμοκρασία 360-365 C. Έχει χαρακτηριστική μέγιστη απορρόφηση (λmax) στα 266 mc (pH 7) με μοριακό συντελεστή απόσβεσης (εmax) 13500.

Χημικός τύπος С5H5N5, μοριακό βάρος 135,14 g/mol. Η αδενίνη εμφανίζει βασικές ιδιότητες (pKa1=4,15, pKa2=9,8). Όταν αλληλεπιδρά με το νιτρικό οξύ, η αδενίνη χάνει την αμινομάδα της, μετατρέπεται σε υποξανθίνη (6-υδροξυπουρίνη). Σε υδατικά διαλύματα, κρυσταλλώνεται σε κρυσταλλικό ένυδρο με τρία μόρια νερού.

Διαλυτότητα.Ας διαλυθεί καλά στο νερό, ειδικά ζεστό, με μείωση της θερμοκρασίας του νερού, πέφτει η διαλυτότητα της αδενίνης σε αυτό. Δυσδιάλυτο σε αλκοόλη, σε χλωροφόρμιο, αιθέρα, καθώς και σε οξέα και αλκάλια - αδιάλυτα.

Κατανομή και σημασία στη φύση.Η αδενίνη είναι μέρος πολλών ενώσεων ζωτικής σημασίας για τους ζωντανούς οργανισμούς, όπως: αδενοσίνη, φωσφατάση αδενοσίνης, φωσφορικά οξέα αδενοσίνης, νουκλεϊκά οξέα, νουκλεοτίδια αδενίνης κ.λπ. Με τη μορφή αυτών των ενώσεων, η αδενίνη είναι ευρέως διανεμημένη στην άγρια ​​ζωή.

Γουανίνη- μια αζωτούχα βάση, ένα αμινοπαράγωγο της πουρίνης (6-υδροξυ-2-αμινοπουρίνη), είναι αναπόσπαστο μέροςνουκλεϊκά οξέα. Στο DNA, κατά την αντιγραφή και τη μεταγραφή, σχηματίζει τρεις δεσμούς υδρογόνου με την κυτοσίνη (συμπληρωματικότητα). Πρώτα απομονώθηκε από γκουάνο.

φυσικές ιδιότητες.Άχρωμη, άμορφη κρυσταλλική σκόνη. Σημείο τήξεως 365 °C. Ένα διάλυμα γουανίνης σε HCl φθορίζει. Σε αλκαλικά και όξινα περιβάλλοντα, έχει δύο μέγιστα απορρόφησης (λmax) στο υπεριώδες φάσμα: στα 275 και 248 mk (pH 2) και 246 και 273 mk (pH 11).

Χημικές ιδιότητες.Ο χημικός τύπος είναι C5H5N5O, το μοριακό βάρος είναι 151,15 g/mol. Εμφανίζει βασικές ιδιότητες, pKa1= 3,3; pKa2= 9,2; pKa3=12,3. Αντιδρά με οξέα και αλκάλια σχηματίζοντας άλατα.

Διαλυτότητα.Πολύ διαλυτό σε οξέα και αλκάλια, ελάχιστα διαλυτό σε αιθέρα, αλκοόλη, αμμωνία και ουδέτερα διαλύματα, αδιάλυτο στο νερό .

ποιοτικές αντιδράσεις.Για τον προσδιορισμό της γουανίνης, κατακρημνίζεται με μεταφωσφορικό και πικρικό οξύ· με διαζοσουλφονικό οξύ σε διάλυμα Na2CO3, δίνει κόκκινο χρώμα.

Κατανομή στη φύση και τη σημασία.Περιλαμβάνεται στα νουκλεϊκά οξέα.

60. Νουκλεοζίτεςείναι γλυκοζυλαμίνες που περιέχουν μια αζωτούχα βάση που σχετίζεται με ένα σάκχαρο (ριβόζη ή δεοξυριβόζη).

Οι νουκλεοσίδες μπορούν να φωσφορυλιωθούν από τις κυτταρικές κινάσες στην ομάδα πρωτοταγούς αλκοόλης του σακχάρου και σχηματίζονται τα αντίστοιχα νουκλεοτίδια.

Νουκλεοτίδια- Φωσφορικοί εστέρες νουκλεοζιτών, φωσφορικοί νουκλεοζίτες. Τα ελεύθερα νουκλεοτίδια, ιδιαίτερα τα ATP, cAMP, ADP, παίζουν σημαντικό ρόλο στις ενεργειακές και πληροφοριακές ενδοκυτταρικές διεργασίες, και είναι επίσης συστατικά νουκλεϊκών οξέων και πολλών συνενζύμων.

Τα νουκλεοτίδια είναι εστέρες νουκλεοζιτών και φωσφορικών οξέων. Οι νουκλεοσίδες, με τη σειρά τους, είναι Ν-γλυκοσίδες που περιέχουν ένα ετεροκυκλικό θραύσμα συνδεδεμένο μέσω ενός ατόμου αζώτου με το άτομο C-1 ενός υπολείμματος σακχάρου.

Η δομή των νουκλεοτιδίων.Στη φύση, τα πιο κοινά νουκλεοτίδια είναι οι β-Ν-γλυκοσίδες των πουρινών ή των πυριμιδινών και οι πεντόζες - D-ριβόζη ή D-2-ριβόζη. Ανάλογα με τη δομή της πεντόζης, διακρίνονται ριβονουκλεοτίδια και δεοξυριβονουκλεοτίδια, τα οποία είναι μονομερή μορίων σύνθετων βιολογικών πολυμερών (πολυνουκλεοτίδια) - αντίστοιχα, RNA ή DNA.

Το φωσφορικό υπόλειμμα στα νουκλεοτίδια συνήθως σχηματίζει έναν εστερικό δεσμό με τις 2'-, 3'- ή 5'-υδροξυλομάδες των ριβονουκλεοζιτών· στην περίπτωση των 2'-δεοξυνουκλεοζιτών, οι 3'- ή 5'-υδροξυλομάδες εστεροποιούνται.

Οι ενώσεις που αποτελούνται από δύο μόρια νουκλεοτιδίων ονομάζονται δινουκλεοτίδια, τρία - τρινουκλεοτίδια, ένας μικρός αριθμός - ολιγονουκλεοτίδια και πολλά - πολυνουκλεοτίδια, ή νουκλεϊκά οξέα.

Τα ονόματα νουκλεοτιδίων είναι συντομογραφίες με τη μορφή τυπικών κωδικών τριών ή τεσσάρων γραμμάτων.

Εάν η συντομογραφία ξεκινά με ένα πεζό γράμμα "d" (Αγγλικά d), τότε εννοείται το δεοξυριβονουκλεοτίδιο. η απουσία του γράμματος "d" σημαίνει ριβονουκλεοτίδιο. Εάν η συντομογραφία ξεκινά με ένα πεζό γράμμα "c" (Αγγλικά c), τότε μιλάμε για την κυκλική μορφή του νουκλεοτιδίου (για παράδειγμα, cAMP).

Το πρώτο κεφαλαίο γράμμα της συντομογραφίας υποδηλώνει μια συγκεκριμένη αζωτούχα βάση ή μια ομάδα πιθανών νουκλεϊνικών βάσεων, το δεύτερο γράμμα υποδεικνύει τον αριθμό των υπολειμμάτων φωσφορικού οξέος στη δομή (M - μονο-, D - δι-, Τ - τρι-), και το τρίτο κεφαλαίο γράμμα είναι πάντα το γράμμα F ("-phosphate", αγγλικά P).

Λατινικοί και ρωσικοί κώδικες για νουκλεϊκές βάσεις:

Α - Α: Αδενίνη. G - G: Γουανίνη; C - C: Κυτοσίνη; T - T: Η θυμίνη (5-μεθυλουρακίλη), που δεν βρίσκεται στο RNA, παίρνει τη θέση της ουρακίλης στο DNA. U - U: Η ουρακίλη, που δεν βρίσκεται στο DNA, παίρνει τη θέση της θυμίνης στο RNA.

Όλες οι ουσίες που περιέχουν ένα άτομο άνθρακα, εκτός από τα ανθρακικά, τα καρβίδια, τα κυανιούχα, τα θειοκυανικά και το ανθρακικό οξύ, είναι οργανικές ενώσεις. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να δημιουργηθούν από ζωντανούς οργανισμούς από άτομα άνθρακα μέσω ενζυματικών ή άλλων αντιδράσεων. Σήμερα, πολλές οργανικές ουσίες μπορούν να συντεθούν τεχνητά, γεγονός που επιτρέπει την ανάπτυξη της ιατρικής και της φαρμακολογίας, καθώς και τη δημιουργία πολυμερών και σύνθετων υλικών υψηλής αντοχής.

Ταξινόμηση οργανικών ενώσεων

Οι οργανικές ενώσεις είναι η πιο πολυάριθμη κατηγορία ουσιών. Υπάρχουν περίπου 20 είδη ουσιών εδώ. Διαφέρουν στις χημικές ιδιότητες, διαφέρουν στις φυσικές ιδιότητες. Το σημείο τήξης, η μάζα, η πτητικότητα και η διαλυτότητά τους, καθώς και η κατάσταση συσσώρευσής τους υπό κανονικές συνθήκες, είναι επίσης διαφορετικές. Ανάμεσα τους:

• υδρογονάνθρακες (αλκάνια, αλκίνια, αλκένια, αλκαδιένια, κυκλοαλκάνια, αρωματικοί υδρογονάνθρακες).
• αλδεΰδες;
• κετόνες;
• αλκοόλες (διυδρικές, μονοϋδρικές, πολυϋδρικές).
• αιθέρες·
• εστέρες;
• καρβοξυλικά οξέα;
• αμίνες;
• αμινοξέα;
• υδατάνθρακες?
• λίπη?
• πρωτεΐνες;
• βιοπολυμερή και συνθετικά πολυμερή.

Αυτή η ταξινόμηση αντανακλά τα χαρακτηριστικά της χημικής δομής και την παρουσία συγκεκριμένων ατομικών ομάδων που καθορίζουν τη διαφορά στις ιδιότητες μιας ουσίας. Σε γενικές γραμμές, η ταξινόμηση, η οποία βασίζεται στη διαμόρφωση του σκελετού άνθρακα, η οποία δεν λαμβάνει υπόψη τα χαρακτηριστικά των χημικών αλληλεπιδράσεων, φαίνεται διαφορετική. Σύμφωνα με τις διατάξεις του, οι οργανικές ενώσεις χωρίζονται σε:

• αλειφατικές ενώσεις;
• αρωματικές ουσίες?
• ετεροκυκλικές ενώσεις.

Αυτές οι κατηγορίες οργανικών ενώσεων μπορεί να έχουν ισομερή διαφορετικές ομάδεςαχ ουσίες. Οι ιδιότητες των ισομερών είναι διαφορετικές, αν και η ατομική τους σύσταση μπορεί να είναι η ίδια. Αυτό προκύπτει από τις διατάξεις που θέτει ο A. M. Butlerov. Επίσης, η θεωρία της δομής των οργανικών ενώσεων είναι η κατευθυντήρια βάση για όλες τις έρευνες στην οργανική χημεία. Τοποθετείται στο ίδιο επίπεδο με τον Περιοδικό Νόμο του Mendeleev.

Η ίδια η έννοια της χημικής δομής εισήχθη από τον A. M. Butlerov. Στην ιστορία της χημείας, εμφανίστηκε στις 19 Σεπτεμβρίου 1861. Προηγουμένως, υπήρχαν διαφορετικές απόψεις στην επιστήμη και ορισμένοι επιστήμονες αρνούνταν εντελώς την ύπαρξη μορίων και ατόμων. Επομένως, δεν υπήρχε τάξη στην οργανική και ανόργανη χημεία. Επιπλέον, δεν υπήρχαν κανονικότητες βάσει των οποίων ήταν δυνατό να κριθούν οι ιδιότητες συγκεκριμένων ουσιών. Παράλληλα, υπήρχαν και ενώσεις που με την ίδια σύνθεση παρουσίαζαν διαφορετικές ιδιότητες.

Οι δηλώσεις του A. M. Butlerov με πολλούς τρόπους κατεύθυναν την ανάπτυξη της χημείας προς τη σωστή κατεύθυνση και δημιούργησαν μια σταθερή βάση για αυτήν. Μέσω αυτού, κατέστη δυνατή η συστηματοποίηση των συσσωρευμένων γεγονότων, δηλαδή των χημικών ή φυσικών ιδιοτήτων ορισμένων ουσιών, των μοτίβων εισόδου τους σε αντιδράσεις κ.λπ. Ακόμη και η πρόβλεψη των τρόπων λήψης ενώσεων και η παρουσία κάποιων κοινών ιδιοτήτων κατέστη δυνατή χάρη σε αυτή τη θεωρία. Και το πιο σημαντικό, ο A. M. Butlerov έδειξε ότι η δομή ενός μορίου ουσίας μπορεί να εξηγηθεί με όρους ηλεκτρικών αλληλεπιδράσεων.

Η λογική της θεωρίας της δομής των οργανικών ουσιών

Δεδομένου ότι, πριν από το 1861, πολλοί στη χημεία απέρριπταν την ύπαρξη ενός ατόμου ή ενός μορίου, η θεωρία των οργανικών ενώσεων έγινε μια επαναστατική πρόταση για τον επιστημονικό κόσμο. Και δεδομένου ότι ο ίδιος ο A. M. Butlerov προέρχεται μόνο από υλιστικά συμπεράσματα, κατάφερε να αντικρούσει τις φιλοσοφικές ιδέες για την οργανική ύλη.

Κατάφερε να δείξει ότι η μοριακή δομή μπορεί να αναγνωριστεί εμπειρικά μέσω χημικών αντιδράσεων. Για παράδειγμα, η σύνθεση οποιουδήποτε υδατάνθρακα μπορεί να προσδιοριστεί με την καύση μιας ορισμένης ποσότητας του και την καταμέτρηση του νερού και του διοξειδίου του άνθρακα που προκύπτει. Η ποσότητα αζώτου στο μόριο αμίνης υπολογίζεται επίσης κατά την καύση μετρώντας τον όγκο των αερίων και απελευθερώνοντας τη χημική ποσότητα μοριακού αζώτου.

Αν εξετάσουμε τις κρίσεις του Butlerov για τη χημική δομή, η οποία εξαρτάται από τη δομή, προς την αντίθετη κατεύθυνση, τότε ένα νέο συμπέρασμα υποδηλώνεται. Δηλαδή: γνωρίζοντας τη χημική δομή και τη σύσταση μιας ουσίας, μπορεί κανείς να υποθέσει εμπειρικά τις ιδιότητές της. Αλλά το πιο σημαντικό, ο Butlerov εξήγησε ότι στην οργανική ύλη υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός ουσιών που παρουσιάζουν διαφορετικές ιδιότητες, αλλά έχουν την ίδια σύνθεση.

Γενικές διατάξεις της θεωρίας

Εξετάζοντας και ερευνώντας τις οργανικές ενώσεις, ο A. M. Butlerov συνήγαγε μερικά από τα πιο σημαντικά μοτίβα. Τα συνδύασε στις διατάξεις της θεωρίας που εξηγεί τη δομή των χημικών ουσιών οργανικής προέλευσης. Οι διατάξεις της θεωρίας είναι οι εξής:

• στα μόρια των οργανικών ουσιών, τα άτομα αλληλοσυνδέονται σε μια αυστηρά καθορισμένη ακολουθία, η οποία εξαρτάται από το σθένος.
• Η χημική δομή είναι η άμεση σειρά σύμφωνα με την οποία τα άτομα συνδέονται σε οργανικά μόρια.
• η χημική δομή καθορίζει την παρουσία των ιδιοτήτων μιας οργανικής ένωσης.
• Ανάλογα με τη δομή των μορίων με την ίδια ποσοτική σύνθεση, μπορεί να εμφανιστούν διαφορετικές ιδιότητες της ουσίας.
• Όλες οι ατομικές ομάδες που εμπλέκονται στο σχηματισμό μιας χημικής ένωσης έχουν αμοιβαία επίδραση η μία στην άλλη.

Όλες οι κατηγορίες οργανικών ενώσεων κατασκευάζονται σύμφωνα με τις αρχές αυτής της θεωρίας. Έχοντας θέσει τα θεμέλια, ο A. M. Butlerov μπόρεσε να επεκτείνει τη χημεία ως πεδίο της επιστήμης. Εξήγησε ότι λόγω του γεγονότος ότι ο άνθρακας εμφανίζει σθένος τεσσάρων σε οργανικές ουσίες, προσδιορίζεται η ποικιλία αυτών των ενώσεων. Η παρουσία πολλών ενεργών ατομικών ομάδων καθορίζει εάν μια ουσία ανήκει σε μια συγκεκριμένη κατηγορία. Και ακριβώς λόγω της παρουσίας συγκεκριμένων ατομικών ομάδων (ριζών) εμφανίζονται φυσικές και χημικές ιδιότητες.

Υδρογονάνθρακες και τα παράγωγά τους

Αυτές οι οργανικές ενώσεις άνθρακα και υδρογόνου είναι οι απλούστερες σε σύσταση μεταξύ όλων των ουσιών της ομάδας. Αντιπροσωπεύονται από μια υποκατηγορία αλκανίων και κυκλοαλκανίων (κορεσμένοι υδρογονάνθρακες), αλκένια, αλκαδιένια και αλκατριένια, αλκίνια (ακόρεστοι υδρογονάνθρακες), καθώς και μια υποκατηγορία αρωματικών ουσιών. Στα αλκάνια, όλα τα άτομα άνθρακα συνδέονται μόνο με έναν μόνο δεσμό C-C, γι' αυτό δεν μπορεί να ενσωματωθεί ούτε ένα άτομο Η στη σύνθεση του υδρογονάνθρακα.

Στους ακόρεστους υδρογονάνθρακες, το υδρογόνο μπορεί να ενσωματωθεί στη θέση του διπλού δεσμού C=C. Επίσης, ο δεσμός C-C μπορεί να είναι τριπλός (αλκίνια). Αυτό επιτρέπει σε αυτές τις ουσίες να εισέλθουν σε πολλές αντιδράσεις που σχετίζονται με τη μείωση ή την προσθήκη ριζών. Όλες οι άλλες ουσίες, για τη διευκόλυνση της μελέτης της ικανότητάς τους να εισέρχονται σε αντιδράσεις, θεωρούνται παράγωγα μιας από τις κατηγορίες υδρογονανθράκων.

Αλκοόλ

Οι αλκοόλες ονομάζονται οργανικές χημικές ενώσεις πιο πολύπλοκες από τους υδρογονάνθρακες. Συντίθενται ως αποτέλεσμα ενζυματικών αντιδράσεων σε ζωντανά κύτταρα. Το πιο χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η σύνθεση αιθανόλης από γλυκόζη ως αποτέλεσμα ζύμωσης.

Στη βιομηχανία, οι αλκοόλες λαμβάνονται από παράγωγα αλογόνου υδρογονανθράκων. Ως αποτέλεσμα της αντικατάστασης ενός ατόμου αλογόνου για μια ομάδα υδροξυλίου, σχηματίζονται αλκοόλες. Οι μονοϋδρικές αλκοόλες περιέχουν μόνο μία ομάδα υδροξυλίου, πολυϋδρικές - δύο ή περισσότερες. Ένα παράδειγμα διυδρικής αλκοόλης είναι η αιθυλενογλυκόλη. Η πολυϋδρική αλκοόλη είναι η γλυκερίνη. Ο γενικός τύπος των αλκοολών είναι R-OH (R είναι μια ανθρακική αλυσίδα).

Αλδεΰδες και κετόνες

Αφού οι αλκοόλες εισέλθουν σε αντιδράσεις οργανικών ενώσεων που σχετίζονται με την απομάκρυνση του υδρογόνου από την ομάδα αλκοόλης (υδροξυλίου), ένας διπλός δεσμός μεταξύ οξυγόνου και άνθρακα κλείνει. Εάν αυτή η αντίδραση λάβει χώρα στην ομάδα αλκοόλης που βρίσκεται στο τερματικό άτομο άνθρακα, τότε ως αποτέλεσμα αυτής, σχηματίζεται μια αλδεΰδη. Εάν το άτομο άνθρακα με αλκοόλη δεν βρίσκεται στο τέλος της ανθρακικής αλυσίδας, τότε το αποτέλεσμα της αντίδρασης αφυδάτωσης είναι η παραγωγή μιας κετόνης. Ο γενικός τύπος των κετονών είναι R-CO-R, οι αλδεΰδες R-COH (R είναι η ρίζα υδρογονάνθρακα της αλυσίδας).

Εστέρες (απλοί και σύνθετοι)

Η χημική δομή των οργανικών ενώσεων αυτής της κατηγορίας είναι περίπλοκη. Οι αιθέρες θεωρούνται ως προϊόντα αντίδρασης μεταξύ δύο μορίων αλκοόλης. Όταν το νερό αποκόπτεται από αυτά, σχηματίζεται μια ένωση του δείγματος R-O-R. Μηχανισμός αντίδρασης: απομάκρυνση ενός πρωτονίου υδρογόνου από μια αλκοόλη και μιας ομάδας υδροξυλίου από μια άλλη αλκοόλη.

Οι εστέρες είναι προϊόντα αντίδρασης μεταξύ μιας αλκοόλης και ενός οργανικού καρβοξυλικού οξέος. Μηχανισμός αντίδρασης: αποβολή νερού από τις ομάδες αλκοόλης και άνθρακα και των δύο μορίων. Το υδρογόνο διαχωρίζεται από το οξύ (κατά μήκος της ομάδας υδροξυλίου) και η ίδια η ομάδα ΟΗ διαχωρίζεται από την αλκοόλη. Η ένωση που προκύπτει απεικονίζεται ως R-CO-O-R, όπου η οξιά R υποδηλώνει ρίζες - την υπόλοιπη ανθρακική αλυσίδα.

Καρβοξυλικά οξέα και αμίνες

Τα καρβοξυλικά οξέα ονομάζονται ειδικές ουσίες που παίζουν σημαντικό ρόλο στη λειτουργία του κυττάρου. Η χημική δομή των οργανικών ενώσεων είναι η εξής: μια ρίζα υδρογονάνθρακα (R) με μια καρβοξυλική ομάδα (-COOH) συνδεδεμένη σε αυτήν. Η καρβοξυλική ομάδα μπορεί να βρίσκεται μόνο στο ακραίο άτομο άνθρακα, επειδή το σθένος C στην ομάδα (-COOH) είναι 4.

Οι αμίνες είναι απλούστερες ενώσεις που είναι παράγωγα υδρογονανθράκων. Εδώ, οποιοδήποτε άτομο άνθρακα έχει μια ρίζα αμίνης (-NH2). Υπάρχουν πρωτοταγείς αμίνες στις οποίες η ομάδα (-NH2) συνδέεται με έναν άνθρακα (γενικός τύπος R-NH2). Στις δευτεροταγείς αμίνες, το άζωτο συνδυάζεται με δύο άτομα άνθρακα (τύπος R-NH-R). Οι τριτοταγείς αμίνες έχουν άζωτο συνδεδεμένο με τρία άτομα άνθρακα (R3N), όπου το p είναι μια ρίζα, μια αλυσίδα άνθρακα.

Αμινοξέα

Τα αμινοξέα είναι σύνθετες ενώσεις που εμφανίζουν τις ιδιότητες αμινών και οξέων οργανικής προέλευσης. Υπάρχουν διάφοροι τύποι αυτών, ανάλογα με τη θέση της ομάδας αμίνης σε σχέση με την καρβοξυλομάδα. Τα άλφα αμινοξέα είναι τα πιο σημαντικά. Εδώ η ομάδα αμίνης βρίσκεται στο άτομο άνθρακα στο οποίο είναι συνδεδεμένη η καρβοξυλική ομάδα. Αυτό σας επιτρέπει να δημιουργήσετε έναν πεπτιδικό δεσμό και να συνθέσετε πρωτεΐνες.

Υδατάνθρακες και λίπη

Οι υδατάνθρακες είναι αλκοόλες αλδεΰδης ή κετοαλκοόλες. Πρόκειται για ενώσεις με γραμμική ή κυκλική δομή, καθώς και πολυμερή (άμυλο, κυτταρίνη και άλλα). Ο σημαντικότερος ρόλος τους στο κύτταρο είναι δομικός και ενεργητικός. Τα λίπη, ή μάλλον τα λιπίδια, επιτελούν τις ίδιες λειτουργίες, μόνο που συμμετέχουν σε άλλες βιοχημικές διεργασίες. Χημικά, το λίπος είναι ένας εστέρας οργανικών οξέων και γλυκερίνης.