Lekcija-predavanje "Teorija kemijske strukture A.M. Butlerova"

Predavanje 15

Teorija strukture organska tvar. Glavne klase organskih spojeva.

Organska kemija - znanost koja proučava organske tvari. Inače, može se definirati kao kemija ugljikovih spojeva. Potonji zauzima posebno mjesto u periodnom sustavu D. I. Mendeljejeva u smislu raznolikosti spojeva, kojih je poznato oko 15 milijuna, dok je broj anorganskih spojeva pet stotina tisuća. Organske tvari poznate su čovječanstvu od davnina kao šećer, biljne i životinjske masti, boje, mirisne i ljekovite tvari. Postupno su ljudi naučili prerađivati ​​te tvari kako bi dobili razne vrijedne organske proizvode: vino, ocat, sapun itd. Napredak organske kemije temelji se na dostignućima u području kemije proteina, nukleinskih kiselina, vitamina itd. Organska kemija je od velike važnosti za razvoj medicine, budući da velika većina lijekovi su organski spojevi ne samo prirodnog podrijetla, već i dobiveni uglavnom sintezom. Izuzetna vrijednost lutala makromolekularni organski spojevi (sintetičke smole, plastika, vlakna, sintetička guma, boje, herbicidi, insekticidi, fungicidi, defolijansi…). Značaj organske kemije za proizvodnju hrane i industrijske robe je ogroman.

Suvremena organska kemija duboko je prodrla u kemijske procese koji se odvijaju tijekom skladištenja i prerade prehrambenih proizvoda: procese sušenja, užeglosti i saponifikacije ulja, fermentacije, pečenja, kiseljenja, dobivanja pića, u proizvodnji mliječnih proizvoda itd. Otkriće i proučavanje enzima, parfema i kozmetike također je odigralo važnu ulogu.

Jedan od razloga velike raznolikosti organskih spojeva je osebujnost njihove strukture koja se očituje u stvaranju kovalentnih veza i lanaca ugljikovih atoma, različitih po vrsti i duljini. Broj vezanih atoma ugljika u njima može doseći desetke tisuća, a konfiguracija ugljikovih lanaca može biti linearna ili ciklička. Osim atoma ugljika, lanac može uključivati ​​kisik, dušik, sumpor, fosfor, arsen, silicij, kositar, olovo, titan, željezo itd.

Manifestacija ovih svojstava ugljikom povezana je s nekoliko razloga. Potvrđeno je da su energije C–C i C–O veza usporedive. Ugljik ima sposobnost formiranja tri vrste hibridizacije orbitala: četiri sp 3 - hibridne orbitale, njihova orijentacija u prostoru je tetraedarska i odgovara jednostavan kovalentne veze; tri hibridne sp 2 - orbitale smještene u istoj ravnini, u kombinaciji s nehibridnim oblikom orbitale dvostruki višekratnici veze (─S = S─); također uz pomoć sp - nastaju hibridne orbitale linearne orijentacije i nehibridne orbitale između ugljikovih atoma trostruki višekratnici veze (─ C ≡ C ─).Istodobno, ove vrste veza tvore atome ugljika ne samo međusobno, već i s drugim elementima. Tako, moderna teorija Struktura tvari objašnjava ne samo značajan broj organskih spojeva, već i utjecaj njihove kemijske strukture na svojstva.

Također u potpunosti potvrđuje osnove teorije kemijske strukture, koji je razvio veliki ruski znanstvenik A.M. Butlerov. Glavne odredbe ITS-a:

1) u organskim molekulama atomi su međusobno povezani u određeni red prema njihovoj valenciji, koja određuje strukturu molekula;

2) svojstva organskih spojeva ovise o prirodi i broju atoma koji ih sačinjavaju, kao i o kemijskoj strukturi molekula;

3) svaki kemijska formula odgovara određenom broju mogućih izomernih struktura;

4) svaki organski spoj ima jednu formulu i ima određena svojstva;

5) u molekulama postoji međusobni utjecaj atoma jednih na druge.

Klase organskih spojeva

Prema teoriji, organski spojevi se dijele u dvije serije - acikličke i cikličke spojeve.

1. Aciklički spojevi.(alkani, alkeni) sadrže otvoreni, otvoreni ugljikov lanac - ravan ili razgranat:

N N N N N N

│ │ │ │ │ │ │

N─ S─S─S─S─ N N─S─S─S─N

│ │ │ │ │ │ │

N N N N N │ N

Normalni butan izobutan (metil propan)

2. a) Aliciklički spojevi- spojevi koji imaju zatvorene (cikličke) ugljikove lance u molekulama:

ciklobutan cikloheksan

b) aromatski spojevi, u čijim se molekulama nalazi benzenski kostur - šesteročlani ciklus s izmjeničnim jednostrukim i dvostrukim vezama (areni):

c) Heterociklički spojevi- ciklički spojevi koji osim ugljikovih atoma sadrže dušik, sumpor, kisik, fosfor i neke elemente u tragovima, koji se nazivaju heteroatomi.

furan pirol piridin

U svakom retku organske tvari podijeljene su u klase - ugljikovodike, alkohole, aldehide, ketone, kiseline, estere, u skladu s prirodom funkcionalnih skupina njihovih molekula.

Postoji i klasifikacija prema stupnju zasićenosti i funkcionalnim skupinama. Prema stupnju zasićenosti razlikuju se:

1. Ograničenje zasićeno U ugljikovom skeletu postoje samo jednostruke veze.

─S─S─S─

2. Nezasićen nezasićen– u ugljikovom skeletu postoje višestruke (=, ≡) veze.

─S=S─ ─S≡S─

3. aromatičan– neograničeni ciklusi s prstenastom konjugacijom (4n + 2) π-elektrona.

Po funkcionalnim skupinama

1. Alkoholi R-CH 2 OH

2. Fenoli

3. Aldehidi R─COH Ketoni R─C─R

4. Karboksilne kiseline R─COOH O

5. Esteri R─COOR 1

Glavne odredbe teorije kemijske strukture A.M. Butlerov

1. Atomi u molekulama međusobno su povezani u određenom nizu prema svojim valencijama. Redoslijed međuatomskih veza u molekuli naziva se njezina kemijska struktura i odražava se jednom strukturnom formulom (formula strukture).

2. Kemijska struktura može se ustanoviti kemijskim metodama. (Trenutno se koriste i suvremene fizikalne metode).

3. Svojstva tvari ovise o njihovoj kemijskoj strukturi.

4. Po svojstvima dane tvari možete odrediti građu njezine molekule, a po građi molekule možete predvidjeti svojstva.

5. Atomi i skupine atoma u molekuli međusobno utječu jedni na druge.

Butlerovljeva teorija bila je znanstveni temelj organske kemije i pridonijela je njezinu brzom razvoju. Na temelju odredbi teorije, A.M. Butlerov je dao objašnjenje za pojavu izomerije, predvidio postojanje raznih izomera, a neke od njih je prvi put dobio.

Razvoj teorije strukture pospješio je rad Kekulea, Kolbea, Coopera i van't Hoffa. Međutim, njihove teorijske postavke nisu bile opće naravi i služile su uglavnom za objašnjenje eksperimentalnog materijala.

2. Formule strukture

Formula strukture (strukturna formula) opisuje redoslijed veza atoma u molekuli, tj. njegovu kemijsku strukturu. Kemijske veze u strukturnoj formuli prikazane su crticama. Veza između vodika i drugih atoma obično nije označena (takve formule nazivamo skraćenim strukturnim formulama).

Na primjer, puna (proširena) i skraćena strukturna formula n-butana C4H10 su:

Drugi primjer su formule izobutana.

Često se koristi još kraći zapis formule, kada se ne prikazuju samo veze s atomom vodika, već i simboli atoma ugljika i vodika. Na primjer, struktura benzena C6H6 odražava se formulama:

Strukturne formule razlikuju se od molekularnih (bruto) formula koje pokazuju samo koji elementi i u kojem omjeru ulaze u sastav tvari (tj. kvalitativni i kvantitativni elementarni sastav), ali ne odražavaju redoslijed vezanja atoma.

Na primjer, n-butan i izobutan imaju istu molekulsku formulu C4H10, ali različitu sekvencu veze.

Dakle, razlika u tvarima nije posljedica samo različitog kvalitativnog i kvantitativnog sastava elemenata, već i različitih kemijskih struktura, što se može odraziti samo u strukturnim formulama.

3. Pojam izomerije

I prije nastanka teorije strukture bile su poznate tvari istog elementarnog sastava, ali različitih svojstava. Takve tvari su nazvane izomeri, a sama ova pojava izomerija.

U srcu izomerije, kako je pokazao A.M. Butlerov, leži razlika u strukturi molekula koje se sastoje od istog skupa atoma. Tako,

izomerija je pojava postojanja spojeva koji imaju isti kvalitativni i kvantitativni sastav, ali različitu strukturu i, posljedično, različita svojstva.

Na primjer, kada molekula sadrži 4 atoma ugljika i 10 atoma vodika, moguće je postojanje 2 izomerna spoja:

Ovisno o prirodi razlika u strukturi izomera, razlikuju se strukturna i prostorna izomerija.

4. Strukturni izomeri

Strukturni izomeri - spojevi istog kvalitativnog i kvantitativnog sastava, koji se razlikuju po redoslijedu vezanja atoma, odnosno po kemijskoj strukturi.

Na primjer, sastav C5H12 odgovara 3 strukturna izomera:

Još jedan primjer:

5. Stereoizomeri

Prostorni izomeri (stereoizomeri) istog sastava i iste kemijske strukture razlikuju se po prostornom rasporedu atoma u molekuli.

Prostorni izomeri su optički i cis-trans izomeri (kuglice različitih boja predstavljaju različite atome ili atomske skupine):

Molekule takvih izomera su prostorno nekompatibilne.

Stereoizomerija igra važnu ulogu u organskoj kemiji. Ta ćemo pitanja detaljnije razmotriti pri proučavanju spojeva pojedinih klasa.

6. Elektronički prikazi u organskoj kemiji

Primjena elektroničke teorije strukture atoma i kemijske veze u organskoj kemiji bila je jedna od najvažnijih faza u razvoju teorije strukture organskih spojeva. Koncept kemijske strukture kao slijeda veza među atomima (A.M. Butlerov) dopunjen je elektronskom teorijom idejama o elektroničkoj i prostornoj strukturi i njihovom utjecaju na svojstva organskih spojeva. Upravo ti prikazi omogućuju razumijevanje načina prijenosa međusobnog utjecaja atoma u molekulama (elektronički i prostorni učinci) i ponašanja molekula u kemijskim reakcijama.

Prema suvremenim idejama, svojstva organskih spojeva određena su:

priroda i elektronska struktura atoma;

vrsta atomskih orbitala i priroda njihove interakcije;

vrsta kemijskih veza;

kemijska, elektronska i prostorna struktura molekula.

7. Svojstva elektrona

Elektron ima dvojaku prirodu. U različitim eksperimentima može pokazivati ​​svojstva i čestica i valova. Gibanje elektrona podliježe zakonima kvantne mehanike. Veza između valnih i korpuskularnih svojstava elektrona odražava de Broglieovu relaciju.

Energija i koordinate elektrona, kao i drugih elementarnih čestica, ne mogu se istovremeno mjeriti s istom točnošću (Heisenbergov princip neodređenosti). Stoga se kretanje elektrona u atomu ili molekuli ne može opisati pomoću putanje. Elektron može biti u bilo kojoj točki prostora, ali s različitim vjerojatnostima.

Dio prostora u kojem je vjerojatnost pronalaska elektrona velika naziva se orbitala ili elektronski oblak.

Na primjer:

8. Atomske orbitale

Atomska orbitala (AO) - područje najvjerojatnijeg boravka elektrona (elektronskog oblaka) u električnom polju atomske jezgre.

Položaj elementa u periodnom sustavu određuje vrstu orbitala njegovih atoma (s-, p-, d-, f-AO itd.), koje se razlikuju po energiji, obliku, veličini i prostornoj orijentaciji.

Elemente 1. razdoblja (H, He) karakterizira jedan AO ​​- 1s.

U elementima 2. periode elektroni zauzimaju pet AO na dvije energetske razine: prva razina je 1s; druga razina - 2s, 2px, 2py, 2pz. (brojevi označavaju broj energetske razine, slova označavaju oblik orbitale).

Stanje elektrona u atomu u potpunosti je opisano kvantnim brojevima.

Kemijska struktura molekule predstavlja njegovu najkarakterističniju i jedinstvenu stranu, jer određuje njegova opća svojstva (mehanička, fizikalna, kemijska i biokemijska). Svaka promjena kemijske strukture molekule povlači za sobom promjenu njezinih svojstava. U slučaju manjih strukturnih promjena na jednoj molekuli, slijede male promjene u njezinim svojstvima (obično utječu na fizička svojstva), ali ako je molekula doživjela duboke strukturne promjene, tada će se njena svojstva (osobito kemijska) duboko promijeniti.

Na primjer, alfa-aminopropionska kiselina (alfa-alanin) ima sljedeću strukturu:

Alfa alanin

Što vidimo:

1. Prisutnost određenih atoma (C, H, O, N),
2. određeni broj atoma koji pripadaju svakoj klasi, koji su povezani određenim redoslijedom;

Sve ove značajke dizajna određuju niz svojstava alfa-alanina, kao što su: čvrsto agregatno stanje, vrelište 295 ° C, topljivost u vodi, optička aktivnost, kemijska svojstva aminokiselina itd.

U prisutnosti veze između amino skupine i drugog atoma ugljika (tj. došlo je do male strukturne promjene), što odgovara beta-alaninu:

beta alanin

Opća kemijska svojstva još su karakteristična za aminokiseline, ali je vrelište već 200°C i nema optičke aktivnosti.

Ako su, na primjer, dva atoma u ovoj molekuli povezana atomom N sljedećim redoslijedom (duboka strukturna promjena):

tada je nastala tvar 1-nitropropan u smislu fizičke i kemijska svojstva potpuno različit od aminokiselina: 1-nitro-propan je žuta tekućina, s vrelištem od 131 ° C, netopljiva u vodi.

Tako, odnos strukture i svojstva omogućuje vam da opišete opća svojstva tvari s poznatom strukturom i, obrnuto, omogućuje vam da pronađete kemijsku strukturu tvari, poznavajući njezina opća svojstva.

Opća načela teorije strukture organskih spojeva

U biti određivanja strukture organskog spoja leže sljedeća načela koja proizlaze iz odnosa njihove strukture i svojstava:

a) organske tvari, u analitički čistom stanju, imaju isti sastav, bez obzira na način njihove pripreme;

b) organske tvari u analitički čistom stanju imaju stalna fizikalna i kemijska svojstva;

c) organske tvari stalnog sastava i svojstava, imaju samo jednu jedinstvenu strukturu.

Godine 1861. veliki ruski znanstvenik A. M. Butlerov u svom članku "O kemijskoj strukturi materije" otkrio je glavnu ideju teorije kemijske strukture, koja se sastoji u utjecaju metode vezivanja atoma u organskoj tvari na njezina svojstva. Sva do tada dostupna znanja i ideje o strukturi kemijskih spojeva sažeo je u teoriju strukture organskih spojeva.

Glavne odredbe teorije A. M. Butlerova

može se sažeti na sljedeći način:

1. U molekuli organskog spoja atomi su povezani u određenom nizu koji određuje njegovu strukturu.
2. Ugljikov atom u organskim spojevima ima valenciju četiri.
3. S istim sastavom molekule moguće je nekoliko mogućnosti međusobnog povezivanja atoma ove molekule. Takvi spojevi istog sastava, ali različite strukture nazvani su izomeri, a slična pojava izomerija.
4. Poznavajući strukturu organskog spoja, mogu se predvidjeti njegova svojstva; Poznavajući svojstva organskog spoja, može se predvidjeti njegova struktura.
5. Atomi koji tvore molekulu podložni su međusobnom utjecaju, što određuje njihovu reaktivnost. Izravno vezani atomi imaju veći utjecaj jedni na druge, utjecaj neizravno vezanih atoma znatno je slabiji.

Učenik A.M. Butlerov - V. V. Markovnikov nastavio proučavati pitanje međusobnog utjecaja atoma, što se odrazilo 1869. u njegovom disertacijskom radu "Materijali o međusobnom utjecaju atoma u kemijskim spojevima".

Zasluga A.M. Butlerova i važnost teorije kemijske strukture iznimno je velika za kemijsku sintezu. Pojavila se prilika da se predvidi osnovna svojstva organskih spojeva, da se predvide načini njihove sinteze. Zahvaljujući teoriji kemijske strukture, kemičari su molekulu najprije cijenili kao uređen sustav sa strogim redoslijedom veza među atomima. I trenutno, glavne odredbe Butlerove teorije, unatoč promjenama i pojašnjenjima, temelj su modernih teorijskih koncepata organske kemije.

Kategorije ,

1.Osnovne odredbe teorije kemijske strukture A.M. Butlerov

1. Atomi u molekulama međusobno su povezani u određenom nizu prema svojim valencijama. Redoslijed međuatomskih veza u molekuli naziva se njezina kemijska struktura i odražava se jednom strukturnom formulom (formula strukture).

2. Kemijska struktura može se ustanoviti kemijskim metodama. (Trenutno se koriste i suvremene fizikalne metode).

3. Svojstva tvari ovise o njihovoj kemijskoj strukturi.

4. Po svojstvima dane tvari možete odrediti građu njezine molekule, a po građi molekule možete predvidjeti svojstva.

5. Atomi i skupine atoma u molekuli međusobno utječu jedni na druge.

Molekula organskog spoja skup je atoma povezanih određenim redoslijedom, obično kovalentnim vezama. U tom slučaju vezani atomi mogu se razlikovati u vrijednosti elektronegativnosti. Vrijednosti elektronegativnosti u velikoj mjeri određuju tako važne karakteristike veze kao što su polaritet i snaga (energija stvaranja). S druge strane, polaritet i snaga veza u molekuli u velikoj mjeri određuju sposobnost molekule da uđe u određene kemijske reakcije.

Elektronegativnost atoma ugljika ovisi o stanju njegove hibridizacije. To je zbog udjela s orbitale u hibridnoj orbitali: ona je manja za sp3, a veća za sp2 i sp hibridne atome.

Svi atomi koji čine molekulu međusobno su povezani i doživljavaju međusobni utjecaj. Taj se utjecaj prenosi uglavnom preko sustava kovalentnih veza, uz pomoć tzv. elektronskih efekata.

Elektronski efekti su pomicanje gustoće elektrona u molekuli pod utjecajem supstituenata.

Atomi povezani polarnom vezom nose djelomične naboje, označene grčkim slovom "delta" (d). Atom koji "vuče" elektronsku gustoću s-veze u svom smjeru dobiva negativan naboj d-. Kada se razmatra par atoma povezanih kovalentnom vezom, elektronegativniji atom naziva se akceptor elektrona. Njegov partner u s-vezi će prema tome imati manjak gustoće elektrona jednake veličine, tj. djelomični pozitivni naboj d+, nazvat ćemo donor elektrona.

Pomicanje gustoće elektrona duž lanca s-veza naziva se indukcijski učinak i označava se s I.

2. Izomerija- postojanje spojeva (uglavnom organskih), identičnih u elementarnom sastavu i molekularnoj težini, ali različitih u fizikalnim i kemijskim svojstvima. Takvi spojevi nazivaju se izomeri.

Strukturna izomerija- rezultat razlika u kemijskoj strukturi. Ova vrsta uključuje:

Izomerija ugljikovog skeleta, zbog različitog reda vezivanja ugljikovih atoma. Najjednostavniji primjer je butan CH3-CH2-CH2-CH3 i izobutan (CH3)3CH. Ostali primjeri: antracen i fenantren (formule I i II), ciklobutan i metilciklopropan (III i IV).

Valentna izomerija je posebna vrsta strukturne izomerije, u kojoj se izomeri mogu pretvoriti jedni u druge samo preraspodjelom veza. Na primjer, valentni izomeri benzena (V) su bicikloheksa-2,5-dien (VI, "Dewarov benzen"), prisman (VII, "Ladenburgov benzen"), benzvalen (VIII).

Izomerija funkcionalne skupine - Razlikuje se u prirodi funkcionalne skupine; na primjer, etanol (CH3-CH2-OH) i dimetil eter (CH3-O-CH3).

izomerija položaja- Vrsta strukturne izomerije, karakterizirana razlikom u položaju istih funkcionalnih skupina ili dvostrukih veza s istim ugljikovim kosturom. Primjer: 2-klorobutanska kiselina i 4-klorobutanska kiselina.

Enantiomeri (optički izomeri, zrcalni izomeri) su parovi optičkih antipoda - tvari koje karakteriziraju suprotni predznaci i jednaki po veličini rotacije ravnine polarizacije svjetlosti, uz istovjetnost svih ostalih fizikalnih i kemijskih svojstava (osim reakcija s druge optički aktivne tvari i fizikalna svojstva u kiralnom okruženju). Nužan i dovoljan razlog za pojavu optičkih antipoda je pripadnost molekule jednoj od sljedećih skupina točkaste simetrije: Cn, Dn, T, O ili I (kiralnost). Najčešće je riječ o asimetričnom atomu ugljika, odnosno atomu povezanom s četiri različita supstituenta.

3. sp³ hibridizacija - Nastaje kod miješanja jedne s- i tri p-orbitale. Nastaju četiri identične orbitale, smještene jedna u odnosu na drugu pod tetraedarskim kutovima od 109° 28' (109,47°), duljine 0,154 nm.

Za atom ugljika i druge elemente 2. razdoblja ovaj se proces odvija prema shemi:

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

alkani(zasićeni ugljikovodici, parafini, alifatski spojevi) - aciklički ugljikovodici linearne ili razgranate strukture, koji sadrže samo jednostavne veze i tvore homologni niz s općom formulom CnH2n + 2 .Kemijska struktura alkina(redoslijed veza atoma u molekulama) najjednostavnijih alkana – metana, etana i propana – pokazuju njihove strukturne formule dane u odjeljku 2. Iz ovih formula vidljivo je da u alkanima postoje dvije vrste kemijskih veza:

S-S i S-N. C-C veza je kovalentna nepolarna. C-H veza je kovalentna slabo polarna, jer ugljik i vodik su bliski po elektronegativnosti

p-orbitala ne sudjeluje u hibridizaciji, smještena okomito na ravninu σ-veze, koristi se za stvaranje π veze s drugim atomima. Ova geometrija ugljika tipična je za grafit, fenol itd.

Valentni kut- kut koji čine pravci kemijskih veza koji izlaze iz jednog atoma. Poznavanje veznih kutova neophodno je za određivanje geometrije molekula. Valentni kutovi ovise i o individualnim karakteristikama spojenih atoma i o hibridizaciji atomskih orbitala središnjeg atoma. Za jednostavne molekule, vezni kut, kao i drugi geometrijski parametri molekule, mogu se izračunati metodama kvantne kemije. Eksperimentalno se određuju iz vrijednosti momenata tromosti molekula dobivenih analizom njihovih rotacijskih spektara (vidi Infracrvena spektroskopija, Molekularni spektri, Mikrovalna spektroskopija). Vezni kut složenih molekula određuje se metodama difrakcijske strukturne analize.

4. sp2 hibridizacija (ravnina-trigonal) Miješaju se jedna s- i dvije p-orbitale te nastaju tri ekvivalentne sp2-hibridne orbitale koje se nalaze u istoj ravnini pod kutom od 120° (označeno plavom bojom). Mogu tvoriti tri σ-veze. Treća p-orbitala ostaje nehibridizirana i orijentirana je okomito na ravninu hibridnih orbitala. Ovaj p-AO je uključen u stvaranje π-veze . Za elemente 2. razdoblja, proces sp2 hibridizacije odvija se prema shemi:

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

Drugo valentno stanje ugljikovog atoma. Postoje organske tvari u kojima je ugljikov atom vezan ne na četiri, već na tri susjedna atoma, dok ostaje četverovalentan

5. sp hibridizacija (linearna) Jedna s- i jedna p-orbitala se miješaju, tvoreći dvije ekvivalentne sp-orbitale smještene pod kutom od 180, tj. na jednoj osi. Hibridne sp orbitale sudjeluju u stvaranju dviju σ veza. Dvije p-orbitale nisu hibridizirane i nalaze se u međusobno okomitim ravninama. -Orbitale tvore dvije π-veze u spojevima.

Za elemente 2. razdoblja, sp-hibridizacija se odvija prema shemi:

2s + 2px= 2 (2sp)

2py- i 2pz-AO se ne mijenjaju.

Acetilen- nezasićeni ugljikovodik C2H2. Ima trostruku vezu između atoma ugljika, pripada klasi alkina

Ugljikovi atomi u acetilenu su sp-hibridizirani. Spajaju se jednom i dvije veze, max. gustoće to-rykh nalaze se u dva međusobno okomita područja, tvoreći cilindrični. oblak elektronske gustoće; izvan njega su H atomi.

METILACETILEN(propin, alilen) CH3C=CH. Prema kem. Saint-you M. je tipičan predstavnik acetilenskih ugljikovodika. Lako ulazi u područje elektrofiz., nukleof. i radikalna adicija na trostruku vezu, na primjer. s interakcijom s metanolom stvara metilizopropenil eter.

6. Vrste komunikacije - Metalna veza, Kovalentna veza, Ionska veza, Vodikova veza

Ionska veza- jaka kemijska veza nastala između atoma s velikom razlikom u elektronegativnosti, pri čemu zajednički elektronski par potpuno prelazi na atom s većom elektronegativnošću. Primjer je spoj CsF, u kojem je "stupanj ionizma" 97%.

ekstremni slučaj polarizacije kovalentne polarne veze. Nastaje između tipičnog metala i nemetala. U tom slučaju elektroni iz metala potpuno prelaze na nemetal. Nastaju ioni.

Ako se kemijska veza stvori između atoma koji imaju vrlo veliku razliku elektronegativnosti (EO > 1,7 prema Paulingu), tada se zajednički elektronski par potpuno prenosi na atom s većim EO. Rezultat toga je stvaranje spoja suprotno nabijenih iona.

kovalentna veza(atomska veza, homeopolarna veza) - kemijska veza nastala preklapanjem (socijalizacijom) para oblaka valentnih elektrona. Elektronski oblaci (elektroni) koji omogućuju komunikaciju nazivaju se zajedničkim elektronskim parom.

Jednostavna kovalentna veza formirana je od dva nesparena valentna elektrona, po jedan iz svakog atoma:

Kao rezultat socijalizacije, elektroni formiraju ispunjenu energetsku razinu. Veza nastaje ako je njihova ukupna energija na ovoj razini manja nego u početnom stanju (a razlika u energiji neće biti ništa više od energije veze).

Elektronsko popunjavanje atomskih (na rubovima) i molekularnih (u sredini) orbitala u molekuli H2. Okomita os odgovara razini energije, elektroni su označeni strelicama koje odražavaju njihove spinove.

Prema teoriji molekularnih orbitala, preklapanje dviju atomskih orbitala dovodi u najjednostavnijem slučaju do stvaranja dviju molekularnih orbitala (MO): veznog MO i antiveznog (otpuštajućeg) MO. Zajednički elektroni nalaze se na veznom MO niže energije.

7. alkani- aciklički ugljikovodici linearne ili razgranate strukture, koji sadrže samo jednostavne veze i tvore homologni niz s općom formulom CnH2n + 2.

Alkani su zasićeni ugljikovodici i sadrže najveći mogući broj atoma vodika. Svaki atom ugljika u molekulama alkana je u stanju sp³-hibridizacije - sve 4 hibridne orbitale C atoma jednake su po obliku i energiji, 4 elektronska oblaka usmjerena su na vrhove tetraedra pod kutovima od 109 ° 28 ". Zbog na jednostruke veze između C atoma, slobodna rotacija oko ugljikove veze.Tip ugljikove veze je σ-veza, veze su niske polarnosti i slabo se polariziraju.Duljina ugljikove veze je 0,154 nm.

Izomerija zasićenih ugljikovodika posljedica je najjednostavnijeg tipa strukturne izomerije - izomerije ugljikovog skeleta. homologni razlika je -CH2-. Alkani s više od tri ugljikova atoma imaju izomere. Broj ovih izomera raste ogromnom brzinom kako se povećava broj ugljikovih atoma. Za alkane s n = 1…12 broj izomera je 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.

Nomenklatura - Racionalno. Odabire se jedan od atoma ugljikovog lanca, smatra se supstituiranim metanom i prema njemu se gradi naziv alkil1alkil2alkil3alkil4metan

Priznanica. Dobivanje halogenih derivata alkana. Oporaba alkohola. Oporavak karbonilnih spojeva. Hidrogenacija nezasićenih ugljikovodika. Kolbeova sinteza. Rasplinjavanje krutog goriva. Wurtz reakcija. Fischer-Tropschova sinteza.

8. alkani imaju nisku kemijsku aktivnost. To je zato što su jednostruke C-H i C-C veze relativno jake i teško ih je prekinuti.

Reakcije radikalske supstitucije.

Halogeniranje alkana odvija se radikalnim mehanizmom. Da bi se započela reakcija, smjesa alkana i halogena mora se ozračiti UV svjetlom ili zagrijati. Kloriranje metana ne prestaje u fazi dobivanja metil klorida (ako se uzmu ekvimolarne količine klora i metana), već dolazi do stvaranja svih mogućih supstitucijskih produkata, od metil klorida do ugljikovog tetraklorida.

Nitracija (Konovalovljeva reakcija)

Alkani reagiraju s 10%-tnom otopinom dušične kiseline ili dušikovog oksida N2O4 u plinovitoj fazi pri čemu nastaju nitro derivati:

RH + HNO3 = RNO2 + H2O

Svi dostupni podaci ukazuju na mehanizam slobodnih radikala. Kao rezultat reakcije nastaju smjese produkata.

Reakcije oksidacije. Izgaranje

Glavno kemijsko svojstvo zasićenih ugljikovodika, koje određuje njihovu upotrebu kao goriva, je reakcija izgaranja. Primjer: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

U slučaju nedostatka kisika umjesto ugljičnog dioksida dobiva se ugljični monoksid ili ugljen (ovisno o koncentraciji kisika).

Općenito, jednadžba reakcije izgaranja za bilo koji ugljikovodik CxHy može se napisati na sljedeći način: CxHy + (x + 0,5y)O2 → xCO2 + 0,5yH2O

katalitička oksidacija

Mogu nastati alkoholi, aldehidi, karboksilne kiseline.

Toplinske transformacije alkana. Raspad

Reakcije razgradnje odvijaju se samo pod utjecajem visokih temperatura. Povećanje temperature dovodi do pucanja ugljikove veze i stvaranja slobodnih radikala.

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

Pucanje

Pri zagrijavanju iznad 500 °C alkani se pirolitički raspadaju uz stvaranje složene smjese produkata čiji sastav i omjer ovise o temperaturi i vremenu reakcije.

Dehidrogenacija

Stvaranje alkena i razvijanje vodika

Uvjeti protoka: 400 - 600 °C, katalizatori - Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3; C2H6 → C2H4 + H2

Izomerizacija - Pod djelovanjem katalizatora (npr. AlCl3) dolazi do izomerizacije alkana, npr.

butan (C4H10) u interakciji s aluminijevim kloridom (AlCl3) prelazi iz n-butana u 2-metilpropan.

Pretvorba metana

CH4 + H2O → CO + H2 - Ni katalizator ("CO + H2" "sintezni plin")

Alkani ne stupaju u interakciju s kalijevim permanganatom (KMnO4) i bromnom vodom (Br2).

9.Alkeni(inače olefini ili etilenski ugljikovodici) - aciklički nezasićeni ugljikovodici koji sadrže jednu dvostruku vezu između ugljikovih atoma, tvoreći homologni niz s općom formulom CnH2n. Atomi ugljika u dvostrukoj vezi su u stanju sp² hibridizacije i imaju vezni kut od 120°. Najjednostavniji alken je eten (C2H4). Prema IUPAC-ovoj nomenklaturi imena alkena tvore se od imena odgovarajućih alkana zamjenom sufiksa "-an" sa "-en"; položaj dvostruke veze označen je arapskim brojem.

Alkeni s više od tri ugljikova atoma imaju izomere. Alkene karakterizira izomerija ugljikovog skeleta, položaji dvostrukih veza, međurazredni i prostorni. eten (etilen) C2H4, propen C3H6, buten C4H8, penten C5H10, heksen C6H12,

Metode dobivanja alkena - Glavna industrijska metoda za dobivanje alkena je katalitički i visokotemperaturni krekiranje ugljikovodika nafte i prirodnog plina. Za proizvodnju nižih alkena također se koristi reakcija dehidracije odgovarajućih alkohola.

U laboratorijskoj praksi obično se koristi metoda dehidracije alkohola u prisutnosti jakih mineralnih kiselina, dehidrohalogenacija i dehalogenacija odgovarajućih halogenih derivata; sinteze Hoffmanna, Chugajeva, Wittiga i Copea.

10. Kemijska svojstva alkena Alkeni su kemijski aktivni. Njihova kemijska svojstva uvelike su određena prisutnošću dvostruke veze. Za alkene su najkarakterističnije reakcije elektrofilne adicije i reakcije radikalske adicije. Reakcije nukleofilne adicije obično zahtijevaju jak nukleofil i nisu tipične za alkene.

Alkeni također imaju reakcije cikloadicije i metateze.

Alkeni lako ulaze u reakcije oksidacije, hidrogeniraju se jakim redukcijskim sredstvima ili vodikom pod djelovanjem katalizatora na alkane, a također su sposobni za supstituciju alilnih radikala.

Reakcije elektrofilne adicije. U tim reakcijama čestica koja napada je elektrofil. Glavni članak: Elektrofilne adicijske reakcije

Halogeniranje alkena, koja se odvija u odsutnosti inicijatora radikalskih reakcija - tipična reakcija elektrofilne adicije. Provodi se u okruženju nepolarnih inertnih otapala (na primjer: CCl4):

Reakcija halogeniranja je stereospecifična - adicija se odvija sa suprotnih strana u odnosu na ravninu molekule alkena.

Hidrohalogeniranje. Elektrofilna adicija halogenovodika na alkene odvija se prema Markovnikovljevom pravilu:

Hidroboracija. Adicija se odvija u mnogim fazama uz stvaranje intermedijarnog cikličkog aktiviranog kompleksa, a adicija bora se događa suprotno Markovnikovljevom pravilu - na najhidrogeniraniji ugljikov atom

Hidratacija. Reakcija adicije vode na alkene odvija se u prisutnosti sumporne kiseline

Alkiliranje. Dodavanje alkana alkenima u prisutnosti kiselinskog katalizatora (HF ili H2SO4) na niskim temperaturama dovodi do stvaranja ugljikovodika veće molekulske mase i često se koristi u industriji

11. alkini(inače acetilenski ugljikovodici) - ugljikovodici koji sadrže trostruku vezu između ugljikovih atoma, s općom formulom CnH2n-2. Atomi ugljika u trostrukoj vezi su u stanju sp hibridizacije.

Alkine karakteriziraju reakcije adicije. Za razliku od alkena, koji su karakterizirani reakcijama elektrofilne adicije, alkini također mogu ući u reakcije nukleofilne adicije. To je zbog značajnog s-karaktera veze i, kao posljedica toga, povećane elektronegativnosti ugljikovog atoma. Osim toga, velika pokretljivost atoma vodika u trostrukoj vezi određuje kisela svojstva alkina u reakcijama supstitucije.

Glavni industrijski način da se dobije acetilen je elektro- ili toplinsko krekiranje metana, piroliza prirodnog plina i karbidna metoda

12. DIENSKI UGLJIKOVODICI(dieni), nezasićeni ugljikovodici s dvije dvostruke veze. Alifatski dieni SnN2n_2 tzv. alkadieni, aliciklički CnH2n_4 - cikloalkadieni. U članku se obrađuju dienski ugljikovodici s konjugiranim dvostrukim vezama [konjugirani dieni; vidi tablicu]. Dieni s izoliranim dvostrukim vezama u kem. Sv. ti u glavnom. ne razlikuju se od olefina. O prik. s kumuliranim dvostrukim vezama, vidi Allens. U dienskim ugljikovodicima sva četiri ugljikova atoma konjugiranog sustava imaju sp2 hibridizaciju i leže u istoj ravnini. Četiri p-elektrona (jedan iz svakog atoma ugljika) spajaju se u četiri p-molekularne orbitale (dvije vezne - zauzete i dvije labave - slobodne), od kojih je samo najniža delokalizirana preko svih atoma ugljika. Djelomična delokalizacija p-elektrona uzrokuje učinak konjugacije, koji se očituje u smanjenju energije sustava (za 13-17 kJ / mol u usporedbi sa sustavom izoliranih dvostrukih veza), poravnanju međuatomskih udaljenosti: dvostruke veze su donekle dulji (0,135 nm), a jednostavni su kraći (0,146 nm) nego u molekulama bez konjugacije (0,133 odnosno 0,154 nm), povećanje polarizabilnosti, egzaltacija molekularne refrakcije i dr. fizikal. učinci. Dienski ugljikovodici postoje u obliku dviju konformacija koje prelaze jedna u drugu, pri čemu je s-trans oblik stabilniji.

13. alkoholi nazivaju se spojevi koji sadrže jednu ili više hidroksilnih skupina. Prema broju alkoholi se dijele na jednovalentne, dvovagne, trivagne itd. Duljine veza i vezni kutovi u metilnom alkoholu.

Za alkohole postoji nekoliko načina za imenovanje. U modernoj IUPAC nomenklaturi za naziv alkohola, nazivu ugljikovodika dodaje se završetak "ol". Najdulji lanac koji sadrži OH funkcionalnu skupinu numeriran je od kraja koji je najbliži hidroksilnoj skupini, a supstituenti su naznačeni u prefiksu.

Priznanica. Hidratacija alkena. Kada alkeni reagiraju s razrijeđenim vodenim otopinama kiselina, glavni proizvod je alkohol.

Hidroksimerkuracija-demerkuracija alkena. Ova reakcija nije popraćena preraspodjelom i dovodi do stvaranja pojedinačnih alkohola. Smjer reakcije odgovara Markovnikovljevom pravilu, reakcija se provodi u blagim uvjetima s prinosima bliskim kvantitativnim.

Hidroboriranje alkena i naknadna oksidacija borana s otopinom vodikovog peroksida u alkalnom mediju dovodi, u konačnici, do anti-Markovnikovljevog produkta adicije vode na dvostruku vezu.

Redukcija aldehida i ketona litij aluminijevim hidridom ili natrijevim borohidridom

LiAlH4 i NaBH4 reduciraju aldehide u primarne alkohole, a ketone u sekundarne, pri čemu je prednost natrijev borohidrid zbog veće sigurnosti pri rukovanju: može se koristiti čak iu vodenim i alkoholnim otopinama. Litij aluminijev hidrid eksplozivno reagira s vodom i alkoholom i eksplozivno se raspada kada se zagrije iznad 120° u suhom stanju.

Regeneracija estera i karboksilnih kiselina u primarne alkohole. Primarni alkoholi nastaju redukcijom estera i karboksilnih kiselina litij aluminijevim hidridom u eteru ili THF. Metoda redukcije estera litij aluminijevim hidridom posebno je pogodna u preparativnom pogledu. Treba napomenuti da natrijev borohidrid ne reducira esterske i karboksilne skupine. To omogućuje selektivnu redukciju karbonilne skupine s NaBH4 u prisutnosti esterskih i karboksilnih skupina. Prinosi proizvoda za obnavljanje rijetko su ispod 80%. Litijev borohidrid, za razliku od NaBH4, reducira estere u primarne alkohole.

14. polihidrični alkoholi. Glicerol- kemijski spoj formule HOCH2CH(OH)-CH2OH ili C3H5(OH)3. Najjednostavniji predstavnik trihidričnih alkohola. To je viskozna prozirna tekućina. Lako nastaje hidrolizom prirodnih (biljnih ili životinjskih) masti i ulja (trigliceridi), prvi ga je dobio Karl Scheele 1779. godine tijekom saponifikacije masti.

fizička svojstva. Glicerol- bezbojna, viskozna, higroskopna tekućina, neograničeno topiva u vodi. Slatkastog okusa, po čemu je i dobio naziv (glikos - sladak). Dobro otapa mnoge tvari.

Kemijska svojstva glicerol su tipični za polihidrične alkohole. Interakcija glicerola s halogenovodicima ili fosfornim halidima dovodi do stvaranja mono- i dihalohidrina. Glicerol se esterificira s karboksilnim i mineralnim kiselinama pri čemu nastaju odgovarajući esteri. Dakle, s dušičnom kiselinom, glicerin tvori trinitrat - nitroglicerin (dobiven 1847. od Ascanio Sobrero (engleski)), koji se trenutno koristi u proizvodnji bezdimnih prahova.

Kada dehidrira, stvara akrolein:

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

Etilen glikol, HO-CH2-CH2-OH je najjednostavniji predstavnik polivalentnih alkohola. Kada se pročisti, to je bistra, bezbojna tekućina blago uljaste konzistencije. Bez mirisa je i slatkastog okusa. Toksičan. Gutanje etilenglikola ili njegovih otopina može dovesti do nepovratnih promjena u tijelu i smrti.

U industriji, etilen glikol dobiven hidratacijom etilen oksid na 10 atm i 190-200°C ili na 1 atm i 50-100°C u prisutnosti 0,1-0,5% sumporne (ili fosforne) kiseline, postižući 90% prinosa. Nusprodukti u ovom slučaju su dietilen glikol, trietilen glikol i mala količina viših polimernih homologa etilen glikola.

15. Aldehidi- alkohol bez vodika; organski spojevi koji sadrže karbonilnu skupinu (C=O) s jednim supstituentom.

Aldehidi i ketoni vrlo su slični, razlika je u činjenici da potonji imaju dva supstituenta na karbonilnoj skupini. Polarizacija dvostruke veze "ugljik-kisik" prema principu mezomerne konjugacije omogućuje zapisivanje sljedećih rezonantnih struktura:

Takvo razdvajanje naboja potvrđeno je fizikalnim metodama istraživanja i uvelike određuje reaktivnost aldehida kao izrazitih elektrofila. Općenito, kemijska svojstva aldehida slična su ketonima, ali su aldehidi aktivniji, što je povezano s većom polarizacijom veze. Osim toga, za aldehide su karakteristične reakcije koje nisu tipične za ketone, npr. hidratacija u vodenoj otopini: za metanal, zbog još veće polarizacije veze, ona je potpuna, a za ostale aldehide je djelomična:

RC(O)H → RC(OH)2H, gdje je R H, bilo koji alkil ili aril radikal.

Najjednostavniji aldehidi imaju oštar karakterističan miris (na primjer, benzaldehid ima miris badema).

Pod djelovanjem hidroksilamina prelaze u oksime: CH3CHO + NH2OH = CH3C (=NOH)H + H2O

Formaldehid (od lat. formica - mrav), mravlja aldehid, CH2O, prvi član homolognog niza alifatskih aldehida; bezbojni plin oštrog mirisa, vrlo topiv u vodi i alkoholu, tp - 19 °C. U industriji se F. proizvodi oksidacijom metilnog alkohola ili metana s atmosferskim kisikom. F. lako polimerizira (osobito na temperaturama do 100 ° C), pa se skladišti, transportira i koristi uglavnom u obliku formalina i čvrstih niskomolekularnih polimera - trioksana (vidi Trioksimetilen) i paraforma (vidi Paraformaldehid).

F. je vrlo reaktivan; mnoge njegove reakcije čine osnovu industrijskih metoda za dobivanje brojnih važnih proizvoda. Dakle, u interakciji s amonijakom, F. tvori urotropin (vidi Heksametilentetramin), s ureom - urea-formaldehidne smole, s melaminom - melamin-formaldehidne smole, s fenolima - fenol-formaldehidne smole (vidi Fenol-aldehidne smole), s fenolom - i naftalensulfonske kiseline - sredstva za štavljenje, s ketenom - b-propiolakton. F. se također koristi za dobivanje polivinilformala (vidi Polivinil acetali), izoprena, pentaeritritola, lijekova, boja, za štavljenje kože, kao dezinficijens i dezodorans. Polimerizacijom F. dobiva se poliformaldehid. F. je toksičan; najveća dopuštena koncentracija u zraku je 0,001 mg/l.

Acetaldehid, acetaldehid, CH3CHO, organski spoj, bezbojna tekućina oštrog mirisa; vrelište 20,8°C. Talište - 124 ° C, gustoća 783 kg / m3 ", miješa se u svim pogledima s vodom, alkoholom, eterom. A. ima sva tipična svojstva aldehida. U prisutnosti mineralnih kiselina polimerizira u tekući trimerni paraldehid (CH3CHO ) 3 i kristalni tetramerni metaldehid (CH3CHO) 4. Kada se oba polimera zagrijavaju u prisutnosti sumporne kiseline, oslobađa se A.

Jedan od glavnih poznatih načina da se dobije A. sastoji se u dodavanju vode acetilenu u prisutnosti živinih soli na temperaturi od oko 95 °C

16. Ketoni- To su organske tvari u čijim je molekulama karbonilna skupina vezana na dva ugljikovodična radikala.

Opća formula ketona: R1-CO-R2. Među ostalim karbonilnim spojevima, prisutnost u ketonima točno dva ugljikova atoma izravno vezana na karbonilnu skupinu razlikuje ih od karboksilnih kiselina i njihovih derivata, kao i od aldehida.

fizička svojstva. Ketoni su hlapljive tekućine ili krute tvari niskog tališta koje se dobro miješaju s vodom. Nemogućnost stvaranja međumolekulskih vodikovih veza uzrokuje njihovu nešto veću hlapljivost nego kod alkohola i karboksilnih kiselina iste molekulske mase.

Metode sinteze. Oksidacija sekundarnih alkohola.

Od tercijarnih peroksoestera Krigeovom pregradnjom.

Cikloketoni se mogu dobiti Ružickinom ciklizacijom.

Aromatski ketoni mogu se pripraviti Friedel-Craftsovom reakcijom

Kemijska svojstva. Postoje tri glavne vrste ketonskih reakcija.

Prvi je povezan s nukleofilnim napadom na ugljikov atom karbonilne skupine. Na primjer, interakcija ketona s cijanidnim anionom ili organometalnim spojevima. Isti tip (nukleofilna adicija) uključuje interakciju karbonilne skupine s alkoholima, što dovodi do acetala i poluacetala.

Interakcija s alkoholima:

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

s Grignardovim reagensima:

C2H5-C(O)-C2H5 + C2H5MgI → (C2H5)3OMgI → (C2H5)3OH, tercijarni alkohol. Reakcije s aldehidima, a posebno s metanalom, znatno su aktivnije, pri čemu s aldehidima nastaju sekundarni alkoholi, a s metanalom primarni alkoholi.

Također, ketoni reagiraju s dušikovim bazama, na primjer, s amonijakom i primarnim aminima, da bi formirali imine:

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

Drugi tip reakcije je deprotonacija beta ugljikovog atoma, s obzirom na karbonilnu skupinu. Nastali karbanion se stabilizira konjugacijom s karbonilnom skupinom, povećava se lakoća uklanjanja protona, pa su karbonilni spojevi relativno jak S-H kiseline.

Treći je koordinacija elektrofila preko slobodnog para atoma kisika, na primjer, Lewisove kiseline kao što je AlCl3

Zaseban tip reakcija može se pripisati redukciji ketona - redukciji po Leuckartu s prinosima bliskim kvantitativnim.

17. Usporedite pitanja 15 i 16.

18. Jednobazične ograničavajuće karboksilne kiseline(monobasic saturated carboxylic acids) - karboksilne kiseline u kojima je zasićeni ugljikovodični radikal vezan na jednu karboksilnu skupinu -COOH. Svi oni imaju opću formulu SnH2n+1COOH, gdje je n = 0, 1, 2, ...

Nomenklatura. Sustavni nazivi jednobazičnih zasićenih karboksilnih kiselina dani su imenom odgovarajućeg alkana uz dodatak sufiksa -ovaya i riječi kiselina.

Ispoljava se izomerija skeleta u radikalu ugljikovodika, počevši od butanske kiseline koja ima dva izomera:

CH3-CH2-CH2-COOH n-butanska kiselina; CH3-CH(CH3)-COOH 2-metilpropanska kiselina.

Međuklasna izomerija se očituje, počevši od octene kiseline:

CH3-COOH octena kiselina; H-COO-CH3 metil format (metilni ester mravlje kiseline); HO-CH2-COH hidroksietanal (hidroksiocteni aldehid); HO-CHO-CH2 hidroksietilen oksid.

19. Esteri- organski spojevi, derivati ​​karboksilnih ili mineralnih kiselina, u kojima je hidroksilna skupina -OH kiselinske funkcije zamijenjena alkoholnim ostatkom. Razlikuju se od etera u kojima su dva ugljikovodična radikala povezana atomom kisika (R1-O-R2).

Masti ili trigliceridi- prirodni organski spojevi, puni esteri glicerola i monobazičnih masnih kiselina; pripadaju klasi lipida. Uz ugljikohidrate i bjelančevine, masti su jedan od glavnih sastojaka stanica životinja, biljaka i mikroorganizama. Tekuće biljne masti obično se nazivaju uljima, baš kao i maslac.

karboksilne kiseline- klasa organskih spojeva čije molekule sadrže jednu ili više funkcionalnih karboksilnih skupina -COOH. Kisela svojstva objašnjavaju činjenicom da ovu grupu može relativno lako odvojiti proton. Uz rijetke iznimke, karboksilne kiseline su slabe. Na primjer, octena kiselina CH3COOH ima konstantu kiselosti 1,75·10−5. Di- i trikarboksilne kiseline jače su od monokarboksilnih kiselina.

Masnoća je dobar toplinski izolator, pa se kod mnogih toplokrvnih životinja taloži u potkožnom masnom tkivu, čime se smanjuje gubitak topline. Posebno debeo potkožni masni sloj karakterističan je za vodene sisavce (kitove, morževe itd.). U isto vrijeme, kod životinja koje žive u vrućim klimatskim uvjetima (deve, jerboa), rezerve masti se talože na

strukturna funkcija

Fosfolipidi čine osnovu dvosloja staničnih membrana, kolesterol - regulatori fluidnosti membrane. Membrane arheja sadrže derivate izoprenoidnih ugljikovodika. Voskovi tvore kutikulu na površini nadzemnih organa (lišća i mladica) biljaka. Proizvode ih i mnogi kukci (npr. pčele od njih grade saće, a crvi i ljuskari stvaraju zaštitne pokrove).

Regulatorni

Vitamini - lipidi (A, D, E)

Hormonalni (steroidi, eikozanoidi, prostaglandini itd.)

Kofaktori (dolihol)

Signalne molekule (digliceridi, jasmonska kiselina; MP3 kaskada)

Zaštitna (amortizacija udaraca)

Debeli sloj masti štiti unutarnje organe mnogih životinja od oštećenja tijekom udaraca (na primjer, morski lavovi težine do tone mogu skočiti na stjenovitu obalu sa stijena visokih 4-5 m).

20-21-22. Jednobazične nezasićene kiseline- derivati ​​nezasićenih ugljikovodika, u kojima je jedan atom vodika zamijenjen karboksilnom skupinom.

Nomenklatura, izomerija. U skupini nezasićenih kiselina najčešće se koriste empirijski nazivi: CH2=CH-COOH - akrilna (propenska) kiselina, CH2=C(CH3)-COOH - metakrilna (2-metilpropenska) kiselina. Izomerija u skupini nezasićenih monobazičnih kiselina povezana je s:

a) izomerija ugljikovog skeleta; b) položaj dvostruke veze; c) cis-trans izomerija.

Kako doći.1. Dehidrohalogeniranje halogeniranih kiselina:

CH3-CH2-CHCl-COOH ---KOH(konc)---> CH3-CH=CH-COOH

2. Dehidracija hidroksi kiselina: HO-CH2-CH2-COOH -> CH2=CH-COOH

Fizička svojstva. Niže nezasićene kiseline - tekućine topive u vodi, jakog oštrog mirisa; viši - krute tvari netopljive u vodi, bez mirisa.

Kemijska svojstva nezasićene karboksilne kiseline posljedica su i svojstava karboksilne skupine i svojstava dvostruke veze. Kiseline s dvostrukom vezom smještene blizu karboksilne skupine - alfa, beta-nezasićene kiseline - imaju specifična svojstva. Za ove kiseline, dodavanje halogenovodika i hidratacija protivni su Markovnikovljevom pravilu: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH

Pažljivom oksidacijom nastaju dihidroksi kiseline: CH2 \u003d CH-COOH + [O] + H20 -> HO-CH2-CH (OH) -COOH

U snažnoj oksidaciji dolazi do kidanja dvostruke veze i stvaranja smjese različitih produkata iz koje se može odrediti položaj dvostruke veze. Oleinska kiselina S17N33SOON jedna je od najvažnijih viših nezasićenih kiselina. To je bezbojna tekućina koja se na hladnoći stvrdnjava. Njegova strukturna formula je CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH.

23. Dibazične limitirajuće karboksilne kiseline(dibasic saturated carboxylic acids) - karboksilne kiseline u kojima je zasićeni ugljikovodični radikal vezan za dvije karboksilne skupine -COOH. Svi oni imaju opću formulu HOOC(CH2)nCOOH, gdje je n = 0, 1, 2, …

Nomenklatura. Sustavni nazivi dibazičnih zasićenih karboksilnih kiselina dani su imenom odgovarajućeg alkana uz dodatak sufiksa -dioična i riječi kiselina.

Ispoljava se izomerija skeleta u radikalu ugljikovodika, počevši od butandioične kiseline koja ima dva izomera:

HOOC-CH2-CH2-COOH n-butandioična kiselina (etan-1,2-dikarboksilna kiselina);

CH3-CH(COOH)-COOH etan-1,1-dikarboksilna kiselina.

24-25 (prikaz, ostalo). OKSICIDE (hidroksikarboksilne kiseline), imaju u molekuli, uz karboksilnu skupinu - COOH, npr. hidroksilnu skupinu - OH. HOCH2COOH (glikolna kiselina). Sadržano u biljnim i životinjskim organizmima (mliječna, limunska, vinska i druge kiseline).

Rasprostranjenost u prirodi

Hidroksi kiseline su vrlo raširene; tako su vinska, limunska, jabučna, mliječna i druge kiseline hidroksi kiseline, a njihov naziv odražava primarni prirodni izvor u kojem je ova tvar pronađena.

Metode sinteze

Reakcija po Reformatskyju je metoda za sintezu estera β-hidroksikarboksilnih kiselina.

"Voćne kiseline". Mnoge hidroksi kiseline korištene su u kozmetici kao keratolitici. Ime su, međutim, trgovci malo promijenili - za veću atraktivnost u kozmetologiji često se nazivaju "voćne kiseline".

26-27. OKSICIDE (alkoholne kiseline), spojevi dvostruke funkcije, i alkoholi i kiseline koji sadrže i vodeni ostatak i karboksilnu skupinu. Ovisno o položaju OH u odnosu na COOH (jedna uz drugu, kroz jedno, dva, tri mjesta) razlikuju se a-, /?-, y-, b-hidroksi kiseline. Za dobivanje O. postoji mnogo metoda, od kojih je glavna oprezna oksidacija glikola: CH3.CH(OH).CH2.OH + O2 = CH3. .CH(OH).COOH; saponifikacija oksinitrila CH3.CH(OH).CN —* CH3.CH(OH).COOH; izmjena halogena u halogenim kiselinama za OH: CH2C1.COOH + KOH = CH2(OH).COOH + + KC1, djelovanje HN02 na aminokiseline: CH2(NH2). COOH + HN02 = CH2 (OH) + N2 + + H20. U životinjskom tijelu hidroksi kiseline nastaju tijekom deaminacije (vidi) aminokiseline, tijekom oksidacije masna to-t(vidi Acetonska tijela, Metabolizam - protein), s glikolizom (vidi), fermentacijom (vidi), itd. kem. procesima. Hidroksi kiseline su guste tekućine ili kristalne. tvari. U kem. O.-ov odnos reagira i kao alkoholi i prema - vama: dajte npr. i jednostavni i esteri; pod djelovanjem halogenih spojeva fosfora, oba OH su zamijenjena halogenom; halogenovodonične kiseline reagiraju samo s alkoholnim OH Posebne reakcije karakteriziraju a-, /)-, y- i b-hidroksi kiseline: a-hidroksi kiseline gubeći vodu iz dvije molekule daju cikličke estere, laktide: 2CH2 (OH).COOH = 2H20 + CH2.O.CO (glikolid); so.o.sn2 /Z-O., oslobađajući vodu, tvore nezasićene kiseline: CH2 (OH).CH2.COOH- H20 = CH2:CH. .COOH; y- i d-hidroksi kiseline tvore anhidride - laktone: CH3.CH(OH).CH2.CH2.COOH = = H2O + CH3.CH.CH2.CH2.CO. O. su široko rasprostranjeni u životinjskim i biljnim organizmima. Predstavnici alifatskih a-O. su glikolna kiselina, CH2OH.COOH(oksioctena), mliječna kiselina; od /?-hidroksi kiselina - hidrakrilna, CH2OH.CH2COOH, /9-hidroksi-maslačna kiselina; u-o. u slobodnom obliku su nepoznati, budući da gubeći vodu prelaze u laktone. Među dvobazičnim O. važna je jabučna kiselina (oxyamber-naya); COOH.CHOH.CH2.COOH, široko rasprostranjen u biljkama; ima lijevu rotaciju u slabim otopinama, desnu rotaciju u jakim; sintetičko do - to jest neaktivno. Dvobazične tetraatomske kiseline uključuju vinsku kiselinu (dioksijantarnu). Od ostalih O. - limun, HO.SO.CH2. .(COH)(COOH).CH2.COOH, vrlo je čest u biljnom svijetu (u grožđu, limunu) i nalazi se u životinjskom tijelu (u mlijeku); u obliku željeznog citrata ima medicinsku primjenu. Od aromatskih O. (fenolne kiseline) u medicini su važne salicilna kiselina, galna kiselina i njihovi derivati; fenil ester salicilne kiseline (salol), sulfosalicilna kiselina, C6H3.OH.S03H.COOH (proteinski reagens), acetilsalicilna kiselina (aspirin). U biljkama postoji mnogo različitih O. aromatske serije, derivati ​​to-rykh su, između ostalog, tanini, koji su od velike tehničke važnosti. O biol. vrijednost odvojenog O. i o metodama njihove kvantitativne definicije - vidi. Acetonska tijela, Bro-glikoliza, Deaminacija, Krv, Mliječna kiselina, Urin, Mišići, Beta(^)-hidroksimaslačna kiselina.

28-29 (prikaz, ostalo). u molekuli amonijaka sukcesivno zamijeniti atome vodika s radikalima ugljikovodika, tada će se dobiti spojevi koji pripadaju klasi amina. Prema tome, amini su primarni (RNH2), sekundarni (R2NH), tercijarni (R3N). -NH2 skupina naziva se amino skupina.

Postoje alifatski, aromatski, aliciklički i heterociklički amini ovisno o tome koji su radikali vezani na atom dušika.

Konstrukcija imena amina provodi se dodavanjem prefiksa amino- nazivu odgovarajućeg ugljikovodika (primarni amini) ili završetka -amin navedenim nazivima radikala povezanih s atomom dušika (za bilo koje amine).

Načini dobivanja.1. Hoffmannova reakcija. Jedna od prvih metoda za dobivanje primarnih amina bila je alkilacija amonijaka s alkil halogenidima. . 2. Zininova reakcija— pogodan način dobivanja aromatskih amina u redukciji aromatskih nitro spojeva. Kao redukcijska sredstva koriste se: H2 (na katalizatoru). Ponekad se vodik stvara izravno u trenutku reakcije, za što se metali (cink, željezo) tretiraju razrijeđenom kiselinom.

Fizikalna svojstva amina. Prisutnost nepodijeljenog elektronskog para na atomu dušika uzrokuje viša vrelišta od odgovarajućih alkana. Amini imaju neugodan oštar miris. Na sobnoj temperaturi i atmosferskom tlaku prvi predstavnici niza primarnih amina su plinovi koji se dobro otapaju u vodi. Kako se ugljikov radikal povećava, vrelište raste, a topljivost u vodi opada.

Kemijska svojstva amina. Osnovna svojstva amina

Amini su baze, budući da atom dušika može osigurati elektronski par za stvaranje veze sa vrstama s nedostatkom elektrona u skladu s donor-akceptorskim mehanizmom (što odgovara definiciji Lewisove bazičnosti). Stoga, amini, poput amonijaka, mogu djelovati s kiselinama i vodom, dodajući proton da bi se formirale odgovarajuće amonijeve soli.

Amonijeve soli su visoko topljive u vodi, ali slabo topljive u organskim otapalima. Vodene otopine amina su alkalne.

Osnovna svojstva amina ovise o prirodi supstituenata. Konkretno, aromatski amini su slabije baze od alifatskih, jer slobodni elektronski par dušika ulazi u konjugaciju s -sustavom aromatske jezgre čime se smanjuje gustoća elektrona na atomu dušika (-M-efekt). Naprotiv, alkilna skupina je dobar donor gustoće elektrona (+I-efekt).

Oksidacija amina. Izgaranje amina prati stvaranje ugljičnog dioksida, dušika i vode: 4CH3NH2 + 9O2 \u003d 4CO2 + 2N2 + 10H2O

Aromatski amini spontano oksidiraju na zraku. Dakle, anilin brzo postaje smeđi na zraku zbog oksidacije.

Adicija alkilhalogenida Amini pridružuju haloalkane da bi nastala sol

Interakcija amina s dušikastom kiselinom Od velike je važnosti reakcija diazotiranja primarnih aromatskih amina pod djelovanjem dušikaste kiseline, dobivenih in situ reakcijom natrijeva nitrita s klorovodičnom kiselinom.

Primarni alifatski amini, kada reagiraju s dušikastom kiselinom, tvore alkohole, a sekundarni alifatski i aromatski amini daju N-nitrozo derivate: R-NH2 + NaNO2 + HCl \u003d R-OH + N2 + NaCl + H2O; NH+NaNO2+HCl=R2N-N=O+NaCl+H2O

U aromatskim aminima, amino skupina olakšava supstituciju u orto i para položajima benzenskog prstena. Stoga se halogeniranje anilina događa brzo čak i u odsutnosti katalizatora, a tri atoma vodika benzenskog prstena se zamjenjuju odjednom, a taloži se bijeli talog 2,4,6-tribromanilina:

Ova reakcija s bromnom vodom koristi se kao kvalitativna reakcija za anilin.

Primjena

Amini se koriste u farmaceutskoj industriji i organskoj sintezi (CH3NH2, (CH3)2NH, (C2H5)2NH i dr.); u proizvodnji najlona (NH2-(CH2)6-NH2 - heksametilendiamin); kao sirovina za proizvodnju boja i plastičnih masa (anilin).

30. Aminokiseline (aminokarboksilne kiseline)- organski spojevi, čija molekula istodobno sadrži karboksilne i aminske skupine. Aminokiseline se mogu smatrati derivatima karboksilnih kiselina u kojima je jedan ili više vodikovih atoma zamijenjeno amino skupinama.

Opća kemijska svojstva. 1. Aminokiseline mogu pokazivati ​​i kisela svojstva zbog prisutnosti karboksilne skupine -COOH u njihovim molekulama i bazična svojstva zbog amino skupine -NH2. Zbog toga otopine aminokiselina u vodi imaju svojstva puferskih otopina.

Zwitterion je molekula aminokiseline u kojoj je amino skupina predstavljena kao -NH3+, a karboksi skupina predstavljena je kao -COO-. Takva molekula ima značajan dipolni moment pri nultom neto naboju. Upravo od takvih molekula građeni su kristali većine aminokiselina.

Neke aminokiseline imaju više amino skupina i karboksilnih skupina. Za ove aminokiseline, teško je govoriti o nekom specifičnom cwitterionu.

2. Važna značajka aminokiselina je njihova sposobnost polikondenzacije, što dovodi do stvaranja poliamida, uključujući peptide, proteine ​​i najlon-66.

3. Izoelektrična točka aminokiseline je pH vrijednost pri kojoj najveći udio molekula aminokiselina ima nulti naboj. Pri ovom pH, aminokiselina je najmanje pokretna u električnom polju, a to se svojstvo može koristiti za odvajanje aminokiselina, kao i proteina i peptida.

4. Aminokiseline obično mogu stupati u sve reakcije karakteristične za karboksilne kiseline i amine.

Optička izomerija. Sve α-aminokiseline koje ulaze u sastav živih organizama, osim glicina, sadrže asimetrični atom ugljika (treonin i izoleucin sadrže dva asimetrična atoma) i imaju optičku aktivnost. Gotovo sve prirodno prisutne α-aminokiseline imaju L-oblik, a samo L-aminokiseline ulaze u sastav proteina sintetiziranih na ribosomima.

Ovu značajku "živih" aminokiselina vrlo je teško objasniti, jer u reakcijama između optički neaktivnih tvari ili racemata (koje su, očito, organske molekule bile zastupljene na drevnoj Zemlji), L i D-oblici nastaju u jednakim količinama. Može biti. izbor jednog od oblika (L ili D) jednostavno je rezultat slučajnog spleta okolnosti: prve molekule s kojima je mogao započeti matrična sinteza, imale su određeni oblik, te su se njima "prilagođavali" odgovarajući enzimi.

31. Aminokiseline su organski amfoterni spojevi. Sadrže dvije funkcionalne skupine suprotne prirode u molekuli: amino skupinu s bazičnim svojstvima i karboksilnu skupinu s kiselim svojstvima. Aminokiseline reagiraju i s kiselinama i s bazama:

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

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

Kada se aminokiseline otope u vodi, karboksilna skupina odvaja vodikov ion, koji se može pridružiti amino skupini. U ovom slučaju nastaje unutarnja sol, čija je molekula bipolarni ion:

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

Vodene otopine aminokiselina imaju neutralan, alkalni ili kiseli okoliš, ovisno o broju funkcionalnih skupina. Dakle, glutaminska kiselina tvori kiselu otopinu (dvije skupine -COOH, jedna -NH2), lizin - alkalnu (jedna skupina -COOH, dvije -NH2).

Poput primarnih amina, aminokiseline reagiraju s dušikastom kiselinom, pri čemu se amino skupina pretvara u hidrokso skupinu, a aminokiselina u hidroksi kiselinu: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2+ H2O

Mjerenje volumena oslobođenog dušika omogućuje određivanje količine aminokiselina (metoda Van Slyke).

Aminokiseline mogu reagirati s alkoholima u prisutnosti plinovitog klorovodika, pretvarajući se u ester (točnije, u hidrokloridnu sol estera): H2N-CH(R)-COOH + R"OH H2N-CH(R)- COOR" + H2O.

Esteri aminokiselina nemaju bipolarnu strukturu i hlapljivi su spojevi. Najvažnije svojstvo aminokiselina je njihova sposobnost kondenzacije u obliku peptida.

32. Karboksilna skupina spaja dvije funkcionalne skupine - karbonil =CO i hidroksil -OH, međusobno utječući jedna na drugu.

Kisela svojstva karboksilnih kiselina posljedica su pomaka elektronske gustoće na karbonilni kisik i rezultirajuće dodatne (u usporedbi s alkoholima) polarizacije O-H veze.

U vodenoj otopini karboksilne kiseline disociraju na ione: R-COOH = R-COO- + H+

Topivost u vodi i visoka vrelišta kiselina posljedica su stvaranja međumolekulskih vodikovih veza.

Amino skupina - monovalentna skupina -NH2, ostatak amonijaka (NH3). Amino skupina je sadržana u mnogim organskim spojevima - aminima, aminokiselinama, aminoalkoholima itd. Spojevi koji sadrže -NH2 skupinu, u pravilu, imaju bazični karakter zbog prisutnosti nepodijeljenog elektronskog para na atomu dušika.

U reakcijama elektrofilne supstitucije u aromatskim spojevima amino skupina je orijentant prve vrste, tj. aktivira orto i para položaj u benzenskom prstenu.

33. Polikondenzacija- proces sintetiziranja polimera iz polifunkcionalnih (najčešće bifunkcionalnih) spojeva, obično popraćen oslobađanjem nusproizvoda niske molekulske mase (voda, alkoholi itd.) tijekom interakcije funkcionalnih skupina.

Molekularna težina polimera nastalog u procesu polikondenzacije ovisi o omjeru početnih komponenti, uvjetima reakcije.

Reakcije polikondenzacije mogu uključivati ​​ili jedan monomer s dvije različite funkcionalne skupine: na primjer, sinteza poli-ε-kaproamida (najlon-6, kapron) iz ε-aminokapronske kiseline, ili dva monomera koji nose različite funkcionalne skupine, na primjer, sinteza polikondenzacija najlona 66 adipinske kiseline i heksametilendiamina; u tom slučaju nastaju polimeri linearne strukture (linearna polikondenzacija, vidi sl. 1). Ako monomer (ili monomeri) nosi više od dvije funkcionalne skupine, nastaju umreženi polimeri s trodimenzionalnom mrežnom strukturom (trodimenzionalna polikondenzacija). Da bi se dobili takvi polimeri, smjesi monomera često se dodaju "umrežene" polifunkcionalne komponente.

Posebno treba istaknuti reakcije sinteze polimera iz cikličkih monomera mehanizmom otvaranja prstena - adicije, npr. sinteza najlona-6 iz kaprolaktama (ciklički amid ε-aminokapronske kiseline); usprkos činjenici da ne dolazi do izolacije fragmenta niske molekularne težine, takve se reakcije češće nazivaju polikondenzacija.

Peptidna veza- vrsta amidne veze koja nastaje tijekom stvaranja proteina i peptida kao rezultat interakcije α-amino skupine (-NH2) jedne aminokiseline s α-karboksilnom skupinom (-COOH) druge aminokiseline.

C-N ide u peptidnoj vezi djelomično ima dvostruki karakter, što se posebno očituje u smanjenju njegove duljine na 1,32 angstrema. To dovodi do sljedećih svojstava:

4 atoma veze (C, N, O i H) i 2 α-ugljika nalaze se u istoj ravnini. R-skupine aminokiselina i vodika na α-ugljiku su izvan ove ravnine.

H i O u peptidnoj vezi, kao i α-ugljici dviju aminokiselina, su transorijentirani (trans-izomer je stabilniji). U slučaju L-aminokiselina, koje se pojavljuju u svim prirodnim proteinima i peptidima, R-skupine su također transorijentirane.

Rotacija oko C-N veze je nemoguća, rotacija oko C-C veze je moguća.

peptidi (grč. πεπτος – hranjiv) – porodica tvari čije su molekule građene od ostataka α-aminokiselina lančano povezanih peptidnim (amidnim) vezama -C (O) NH -.

34. Proteini (proteini, polipeptidi) - visokomolekularne organske tvari, koje se sastoje od aminokiselina povezanih u lanac peptidnom vezom. U živim organizmima aminokiselinski sastav proteina određen je genetskim kodom, au sintezi se najčešće koristi 20 standardnih aminokiselina. Mnoge kombinacije daju velika raznolikost svojstva proteinskih molekula. Osim toga, aminokiseline u sastavu proteina često prolaze kroz posttranslacijske modifikacije, koje se mogu dogoditi kako prije nego što protein počne obavljati svoju funkciju, tako i tijekom njegovog "rada" u stanici. Često u živim organizmima nekoliko proteinskih molekula tvori složene komplekse, na primjer, fotosintetski kompleks.

Kako bismo razumjeli zamršeno pakiranje (arhitektoniku) proteinske makromolekule, treba razmotriti nekoliko organizacijske razine. Primarna, najjednostavnija struktura je polipeptidni lanac, tj. niz aminokiselina povezanih peptidnim vezama. U primarnoj strukturi sve veze između aminokiselina su kovalentne i stoga jake. Sljedeća, viša razina organizacije je sekundarna struktura, kada je proteinska nit upletena u obliku spirale. Vodikove veze nastaju između -COOH skupina koje se nalaze na jednom zavoju spirale i -NH2 skupina na drugom zavoju. Nastaju na bazi vodika, najčešće smještenog između dva negativna atoma. Vodikove veze su slabije od kovalentnih veza, ali s velikim brojem njih osiguravaju stvaranje dovoljno čvrste strukture. Nit aminokiselina (polipeptid) dalje se uvija, tvoreći kuglicu, odnosno fibrilu ili globulu, specifičnu za svaki protein. Tako nastaje složena konfiguracija, nazvana tercijarna struktura. Njegovo određivanje obično se provodi metodom difrakcijske analize X-zraka, koja vam omogućuje određivanje položaja atoma i skupina atoma u prostoru u kristalima i složenim spojevima.

Veze koje podupiru tercijarnu strukturu proteina također su slabe. Nastaju, posebice, zbog hidrofobnih interakcija. To su privlačne sile između nepolarnih molekula ili između nepolarnih područja molekula u vodenom mediju. Hidrofobni ostaci nekih aminokiselina u vodenoj otopini se međusobno približavaju, "lijepe" i tako stabiliziraju strukturu proteina. Osim hidrofobnih sila, elektrostatske veze između elektronegativnih i elektropozitivnih radikala aminokiselinskih ostataka igraju važnu ulogu u održavanju tercijarne strukture proteina. Tercijarna struktura također je podržana malim brojem kovalentnih disulfidnih -S-S-veza koje nastaju između atoma sumpora aminokiselina koje sadrže sumpor. Moram reći da je tercijarno; struktura proteina nije konačna. Makromolekule istog proteina ili molekule drugih proteina često se pokažu vezanim uz makromolekulu proteina. Na primjer, složena molekula hemoglobina, proteina koji se nalazi u crvenim krvnim stanicama, sastoji se od četiri makromolekule globina: dva alfa lanca i dva beta lanca, od kojih je svaki povezan s hemom koji sadrži željezo. Kao rezultat njihove kombinacije nastaje funkcionalna molekula hemoglobina. Samo u takvom pakiranju hemoglobin radi u potpunosti, odnosno sposoban je prenositi kisik. Zbog kombinacije nekoliko proteinskih molekula jedna s drugom, formira se kvaternarna struktura. Ako su peptidni lanci složeni u obliku zavojnice, onda se takvi proteini nazivaju globularni. Ako su polipeptidni lanci složeni u snopove niti, nazivaju se fibrilarni proteini. Polazeći od sekundarne strukture, prostorni raspored (konformacija) proteinskih makromolekula, kako smo saznali, podupire se uglavnom slabim kemijskim vezama. Pod utjecajem vanjskih čimbenika (promjene temperature, sastava soli medija, pH, pod utjecajem zračenja i drugih čimbenika) dolazi do pucanja slabih veza koje stabiliziraju makromolekulu, te se mijenja struktura proteina, a time i njegova svojstva. Taj se proces naziva denaturacija. Pucanje dijela slabih veza, promjene u konformaciji i svojstvima proteina također se javljaju pod utjecajem fizioloških čimbenika (na primjer, pod djelovanjem hormona). Tako se reguliraju svojstva proteina: enzimi, receptori, transporteri. Ove promjene u strukturi proteina obično su lako reverzibilne. Pucanje velikog broja slabih veza dovodi do denaturacije proteina, koja može biti nepovratna (npr. koagulacija bjelanjka kod kuhanja jaja). Ponekad denaturacija proteina ima i biološki smisao. Na primjer, pauk izdvaja kap tajne i lijepi je na neku vrstu potpore. Zatim, nastavljajući ispuštati tajnu, lagano povlači nit, a ta slaba napetost je dovoljna da se protein denaturira, iz topljivog oblika u netopljivi, a nit dobije snagu.

35-36. Monosaharidi(od grč. monos: jedini, sacchar: šećer), - organski spojevi, jedna od glavnih skupina ugljikohidrata; najjednostavniji oblik šećera; su obično bezbojne, u vodi topljive, prozirne krutine. Neki monosaharidi imaju sladak okus. Monosaharidi, građevni elementi iz kojih se sintetiziraju disaharidi (kao što je saharoza) i polisaharidi (kao što su celuloza i škrob), sadrže hidroksilne skupine i aldehid (aldoze) ili keto skupinu (ketoze). Svaki atom ugljika na koji je vezana hidroksilna skupina (osim prve i posljednje) je kiralan, što dovodi do mnogih izomernih oblika. Na primjer, galaktoza i glukoza su aldoheksoze, ali imaju različita kemijska i fizikalna svojstva. Monosaharidi, kao i svi ugljikohidrati, sadrže samo 3 elementa (C, O, H).

Monosaharidi se dijele za trioze, tetroze, pentoze, heksoze itd. (3, 4, 5, 6 itd. atoma ugljika u lancu); prirodni monosaharidi s ugljikovim lancem koji sadrži više od 9 ugljikovih atoma nisu pronađeni. Monosaharidi koji sadrže 5-člani ciklus nazivaju se furanoze, 6-člane - piranoze.

Izomerija. Za monosaharide koji sadrže n asimetričnih ugljikovih atoma moguće je postojanje 2n stereoizomera (vidi Izomerija).

38. Kemijska svojstva. Monosaharidi stupaju u kemijske reakcije karakteristične za karbonilne i hidroksilne skupine. Značajka monosaharidi – sposobnost postojanja u otvorenim (acikličkim) i cikličkim oblicima i davanja derivata svakog od oblika. Većina monoza ciklizira se u vodenoj otopini u poluacetale ili poluketale (ovisno o tome jesu li aldoze ili ketoze) između alkohola i karbonilne skupine istog šećera. Glukoza, na primjer, lako tvori poluacetale povezujući svoje C1 i O5 u 6-člani prsten koji se naziva piranozid. Ista reakcija može se odvijati između C1 i O4 da nastane 5-člani furanozid.

monosaharida u prirodi. Monosaharidi su dio složenih ugljikohidrata (glikozidi, oligosaharidi, polisaharidi) i miješanih biopolimera koji sadrže ugljikohidrate (glikoproteini, glikolipidi itd.). U tom slučaju monosaharidi su međusobno i s neugljikohidratnim dijelom molekule povezani glikozidnim vezama. Nakon hidrolize kiselinama ili enzimima, te se veze mogu prekinuti i osloboditi monosaharide. U prirodi su slobodni monosaharidi, s izuzetkom D-glukoze i D-fruktoze, rijetki. U biljkama se odvija biosinteza monosaharida iz ugljičnog dioksida i vode (vidi Fotosinteza); uz sudjelovanje aktiviranih derivata monosaharida - nukleoziddifosfatnih šećera - u pravilu dolazi do biosinteze složenih ugljikohidrata. Razgradnja monosaharida u tijelu (na primjer, alkoholno vrenje, glikoliza) praćena je oslobađanjem energije.

Primjena. Neki slobodni monosaharidi i njihovi derivati ​​(na primjer, glukoza, fruktoza i njezin difosfat itd.) koriste se u Industrija hrane i lijek.

37. Glukoza (C6H12O6)("grožđani šećer", dekstroza) nalazi se u sokovima mnogih vrsta voća i bobica, uključujući i grožđe, otuda i naziv ove vrste šećera. Šesteroatomni je šećer (heksoza).

Fizička svojstva. Bijela kristalna tvar slatkog okusa, dobro topljiva u vodi, netopljiva u eteru, slabo topljiva u alkoholu.

Struktura molekule

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

Glukoza može postojati u ciklusima (α i β glukoza).

α i β glukoza

Prijelaz glukoze iz Fisherove projekcije u Haworthovu projekciju.Glukoza je krajnji proizvod hidrolize većine disaharida i polisaharida.

biološku ulogu. Glukoza je glavni proizvod fotosinteze i nastaje u Calvinovom ciklusu.

Kod ljudi i životinja glukoza je glavni i najsvestraniji izvor energije za metaboličke procese. Sve stanice životinjskog tijela imaju sposobnost apsorbiranja glukoze. U isto vrijeme, sposobnost korištenja drugih izvora energije - na primjer, slobodnih masnih kiselina i glicerola, fruktoze ili mliječne kiseline - nemaju sve stanice tijela, već samo neke od njihovih vrsta.

transport glukoze iz vanjsko okruženje iznutra životinjska stanica provodi se aktivnim transmembranskim prijenosom uz pomoć posebne proteinske molekule – nosača (transportera) heksoza.

Glukoza u stanicama može proći kroz glikolizu kako bi osigurala energiju u obliku ATP-a. Prvi enzim u lancu glikolize je heksokinaza. Aktivnost stanične heksokinaze je pod regulatornim utjecajem hormona - na primjer, inzulin naglo povećava aktivnost heksokinaze i, posljedično, korištenje glukoze u stanicama, a glukokortikoidi smanjuju aktivnost heksokinaze.

Mnogi izvori energije osim glukoze mogu se pretvoriti izravno u glukozu u jetri, kao što su mliječna kiselina, mnoge slobodne masne kiseline i glicerol, ili slobodne aminokiseline, posebno one jednostavnije kao što je alanin. Proces stvaranja glukoze u jetri iz drugih spojeva naziva se glukoneogeneza.

One izvore energije za koje ne postoji izravna biokemijska pretvorba u glukozu stanice jetre mogu koristiti za proizvodnju ATP-a i zatim osigurati energiju za procese glukoneogeneze, resinteze glukoze iz mliječne kiseline ili opskrbu energijom za proces sinteze polisaharida glikogena. rezerve monomera glukoze. Glukoza se opet lako proizvodi iz glikogena jednostavnom razgradnjom.

Zbog iznimne važnosti održavanja stabilne razine glukoze u krvi, čovjek i mnoge druge životinje imaju složen sustav hormonalne regulacije parametara metabolizma ugljikohidrata. Kada se 1 gram glukoze oksidira u ugljikov dioksid i vodu, oslobađa se 17,6 kJ energije. Pohranjena maksimalna "potencijalna energija" u molekuli glukoze u obliku oksidacijskog stanja -4 atoma ugljika (C-4) može se tijekom metaboličkih procesa smanjiti na C + 4 (u molekuli CO2). Njegovu obnovu na prethodnu razinu mogu izvesti autotrofi.

Fruktoza ili voćni šećer C6H12O6- monosaharid, koji je prisutan u slobodnom obliku u gotovo svim slatkim bobicama i voću. Mnogi ljudi radije zamjenjuju šećer ne sintetičkim lijekovima, već prirodnom fruktozom.

Za razliku od glukoze, koja služi kao univerzalni izvor energije, fruktozu ne apsorbiraju tkiva ovisna o inzulinu. Gotovo ga potpuno apsorbiraju i metaboliziraju stanice jetre. Gotovo nijedna druga stanica u ljudskom tijelu (osim spermija) ne može koristiti fruktozu. U stanicama jetre fruktoza se fosforilira i zatim razgrađuje u trioze, koje se ili koriste za sintezu masnih kiselina, što može dovesti do pretilosti, kao i povećane razine triglicerida (što zauzvrat povećava rizik od ateroskleroze), ili se koriste za glikogen sinteza (također se djelomično pretvara u glukozu tijekom glukoneogeneze). Međutim, pretvorba fruktoze u glukozu je složen proces u više koraka, a sposobnost jetre da preradi fruktozu je ograničena. Posljednjih se godina intenzivno proučava pitanje uključivanja fruktoze u prehranu dijabetičara, budući da za njezinu apsorpciju nije potreban inzulin.

Iako zdrava osoba fruktoza ne povećava (ili blago povećava) razinu glukoze u krvi; kod dijabetičara fruktoza često dovodi do povećanja razine glukoze. S druge strane, zbog nedostatka glukoze u stanicama, dijabetičari mogu sagorijevati masnoće u tijelu, što dovodi do iscrpljivanja masnih rezervi. U tom slučaju, fruktoza, koja se lako pretvara u mast i ne zahtijeva inzulin, može se koristiti za njihovu obnovu. Prednost fruktoze je u tome što se jelu može dati slatki okus s relativno malim udjelom fruktoze, jer je 1,2-1,8 puta slađa uz isti kalorijski sadržaj (380 kcal / 100 g) kao šećer. Međutim, studije pokazuju da konzumenti fruktoze ne smanjuju kalorijski sadržaj svojih obroka, nego jedu slađe obroke.

39. Oligosaharidi- to su oligomeri koji se sastoje od nekoliko (ne više od 20) monomera - monosaharida, za razliku od polisaharida koji se sastoje od desetaka, stotina ili tisuća monosaharida; - spojevi građeni od više monosaharidnih ostataka (od 2 do 10) povezanih glikozidnom vezom.

Vrlo važan i raširen poseban slučaj oligosaharida su disaharidi - dimeri koji se sastoje od dvije molekule monosaharida.

Također možete govoriti o tri-, tetra-, itd. saharidi.

40. Disaharidi- opći naziv potklase oligosaharida, u kojoj se molekula sastoji od dva monomera - monosaharida. Disaharidi nastaju reakcijom kondenzacije između dva monosaharida, obično heksoza. Reakcija kondenzacije uključuje uklanjanje vode. Veza između monosaharida koja nastaje reakcijom kondenzacije naziva se glikozidna veza. Obično se ta veza stvara između 1. i 4. atoma ugljika susjednih monosaharidnih jedinica (1,4-glikozidna veza).

Proces kondenzacije može se ponoviti bezbroj puta, što rezultira ogromnim molekulama polisaharida. Jednom kada se monosaharidne jedinice spoje, nazivaju se ostacima. Najčešći disaharidi su laktoza i saharoza.

Mutarotacija(od lat. muto-promjena i rotatio - rotacija), promjena veličine optič. rotacija otopina optički aktivnih spojeva zbog njihove epimerizacije. Tipična je za monosaharide, reducirajuće oligosaharide, laktone itd. Mutarotaciju mogu katalizirati kiseline i baze. U slučaju glukoze, mutarotacija se objašnjava uspostavljanjem ravnoteže: U ravnotežnom stanju nalazi se 38% alfa oblika i 62% beta oblika. Srednji aldehidni oblik je sadržan u neznatnoj koncentraciji. Prednosti, formiranje b-forme je zbog činjenice da je termodinamički stabilniji.

Za aldehide su karakteristične reakcije "srebrnog zrcala" i "bakrenog zrcala".

1) Reakcija "srebrnog zrcala", stvaranje sedimenta Ag na stijenkama epruvete

2) Reakcija bakrenog zrcala, taloženje crvenog Cu2O taloga

40. Zauzvrat, disaharidi, koji se javljaju u nekim slučajevima tijekom hidroliza polisaharida(maltoza u hidrolizi škroba, celobioza u hidrolizi celuloze) ili postoje u organizmu u slobodnom obliku (laktoza, saharoza, trehaloza i dr.), hidroliziraju se pod katalitičkim djelovanjem os- i p-glikozidaza na pojedine monosaharidima. Sve glikozidaze, s izuzetkom trehalaze (ot, omregaloza-glukohidrazin), imaju širok raspon specifičnosti, ubrzavajući hidrolizu gotovo svih glikozida koji su derivati ​​jednog ili drugog a- ili (3-monosaharida. Dakle, a-glukozidaza ubrzava reakciju hidrolize a-glukozida, uključujući maltozu, p-glukozidaze - p-glukozida, uključujući celobiozu, B-galaktozidaze - B-galaktozida i među njima laktoze, itd. Primjeri djelovanja a i P-glukozidaza navedeni su ranije

41. Prema neuspjehu kemijska struktura disaharida trehalozni tip (glikozido-glikozidi) i maltozni tip (glikozid-glukoza) imaju bitno različita kemijska svojstva: prvi ne daju nikakve reakcije karakteristične za aldehidnu ili ketonsku skupinu, tj. ne oksidiraju se, ne reduciraju se, ne stvaraju ozone, ne ulaze u reakciju polikoidifikacije (ne resinificiraju), ne mutiraju, itd. Za disaharide kao što je maltoza, sve gore navedene reakcije, naprotiv, vrlo su karakteristične. Razlog za ovu razliku sasvim je jasan iz onoga što je gore rečeno o dvije vrste strukture disaharida i svojstvima monosaharidnih ostataka uključenih u njihov sastav. Leži u činjenici da je samo u disaharidima kao što je maltoza moguć tautomerizam prstenastog lanca, koji rezultira stvaranjem slobodne aldehidne ili ketonske skupine, koja pokazuje svoja karakteristična svojstva.

Za alkoholne hidroksile, obje vrste disaharida daju iste reakcije: tvore etere i estere, komuniciraju s hidratima metalnih oksida.

U prirodi postoji veliki broj disaharida; Gore spomenute trehaloza i maltoza, kao i saharoza, celobioza i laktoza su među najznačajnijima.

42. Maltoza(od engleskog malt - slad) - sladni šećer, prirodni disaharid koji se sastoji od dva ostatka glukoze; nalazi se u velikim količinama u proklijalim zrnima (sladu) ječma, raži i drugih žitarica; nalazi se također u rajčicama, peludu i nektaru brojnih biljaka. M. je lako topljiv u vodi, ima sladak okus; To je reducirajući šećer jer ima nesupstituiranu poluacetalnu hidroksilnu skupinu. Biosinteza M. iz b-D-glukopiranosilfosfata i D-glukoze poznata je samo kod nekih vrsta bakterija. U životinjskim i biljnim organizmima, M. nastaje tijekom enzimske razgradnje škroba i glikogena (vidi Amilaze). Razgradnja M. na dva ostatka glukoze nastaje kao rezultat djelovanja enzima a-glukozidaze ili maltaze, koji se nalazi u probavnim sokovima životinja i ljudi, u proklijalim žitaricama, u plijesnima i kvascima. Genetski uvjetovana odsutnost ovog enzima u ljudskoj crijevnoj sluznici dovodi do kongenitalne intolerancije na M., ozbiljne bolesti koja zahtijeva isključivanje škroba i glikogena iz prehrane M. ili dodavanje enzima maltaze hrani.

Kuhanjem maltoze s razrijeđenom kiselinom i pod djelovanjem enzima dolazi do hidrolizacije maltaze (nastaju dvije molekule glukoze C6H12O6). Maltozu ljudsko tijelo lako apsorbira. Molekularna težina - 342,32 Talište - 108 (bezvodni)

43. Laktoza(od lat. lactis - mlijeko) S12N22O11 - ugljikohidrat iz skupine disaharida, nalazi se u mlijeku i mliječnim proizvodima. Molekula laktoze sastoji se od ostataka molekula glukoze i galaktoze. Laktoza se ponekad naziva mliječni šećer.

Kemijska svojstva. Kada se kuha s razrijeđenom kiselinom, laktoza se hidrolizira.

Laktoza se dobiva iz mliječne sirutke.

Primjena. Koristi se za pripremu hranjivih medija, na primjer, u proizvodnji penicilina. Koristi se kao pomoćna tvar (punilo) u farmaceutskoj industriji.

Od laktoze se dobiva laktuloza - vrijedan lijek za liječenje crijevnih poremećaja, kao što je zatvor.

44. Saharoza C12H22O11, ili šećer od repe, šećer od trske, u svakodnevnom životu samo šećer - disaharid koji se sastoji od dva monosaharida - α-glukoze i β-fruktoze.

Saharoza je vrlo čest disaharid u prirodi, nalazi se u mnogim plodovima, voću i bobicama. Sadržaj saharoze je posebno visok u šećernoj repi i šećernoj trsci, koji se koriste za industrijska proizvodnja prehrambeni šećer.

Saharoza ima visoku topljivost. Kemijski je fruktoza prilično inertna; kada se kreće s jednog mjesta na drugo, gotovo da ne sudjeluje u metabolizmu. Ponekad se saharoza taloži kao rezervno hranjivo.

Saharoza, koja ulazi u crijevo, brzo se hidrolizira alfa-glukozidazom tankog crijeva u glukozu i fruktozu, koje se zatim apsorbiraju u krv. Inhibitori alfa-glukozidaze, kao što je akarboza, inhibiraju razgradnju i apsorpciju saharoze, kao i drugih ugljikohidrata hidroliziranih alfa-glukozidazom, posebno škroba. Koristi se u liječenju dijabetesa tipa 2. Sinonimi: alfa-D-glukopiranozil-beta-D-fruktofuranozid, šećer od repe, šećer od trske.

Kemijska i fizikalna svojstva. Molekulska težina 342,3 a.m.u. Bruto formula (sustav Hill): C12H22O11. Okus je slatkast. Topivost (grama na 100 grama): u vodi 179 (0°C) i 487 (100°C), u etanolu 0,9 (20°C). Slabo topljiv u metanolu. Netopljiv u dietil eteru. Gustoća 1,5879 g/cm3 (15°C). Specifična rotacija za D-liniju natrija: 66,53 (voda; 35 g/100 g; 20°C). Kada se ohlade tekućim zrakom, nakon osvjetljavanja jakim svjetlom, kristali saharoze fosforesciraju. Ne pokazuje redukcijska svojstva - ne reagira s Tollensovim i Fehlingovim reagensom. Prisutnost hidroksilnih skupina u molekuli saharoze lako se potvrđuje reakcijom s metalnim hidroksidima. Doda li se otopina saharoze bakrovom (II) hidroksidu, nastaje svijetloplava otopina bakrene saharoze. U saharozi nema aldehidne skupine: kada se zagrijava s otopinom amonijaka srebrov (I) oksid, ne daje "srebrno zrcalo", kada se zagrijava s bakrovim (II) hidroksidom, ne stvara crveni bakrov (I) oksid . Među izomerima saharoze koji imaju molekulsku formulu C12H22O11 mogu se razlikovati maltoza i laktoza.

Reakcija saharoze s vodom. Prokuhate li otopinu saharoze s nekoliko kapi klorovodične ili sumporne kiseline i neutralizirate kiselinu lužinom, a potom otopinu zagrijete, pojavljuju se molekule s aldehidnim skupinama koje reduciraju bakrov (II) hidroksid u bakrov (I) oksid. Ova reakcija pokazuje da se saharoza podvrgava hidrolizi pod katalitičkim djelovanjem kiseline, što rezultira stvaranjem glukoze i fruktoze: S12N22O11 + N2O → S6N12O6 + S6N12O6

Prirodni i antropogeni izvori. Sadrži ga šećerna trska, šećerna repa (do 28% suhe tvari), sokovi biljaka i voće (npr. breza, javor, dinja i mrkva). Izvor saharoze - iz repe ili trske - određen je omjerom sadržaja stabilnih izotopa ugljika 12C i 13C. Šećerna repa ima C3 mehanizam preuzimanja ugljičnog dioksida (preko fosfoglicerinske kiseline) i preferirano apsorbira izotop 12C; Šećerna trska ima C4 mehanizam za apsorpciju ugljičnog dioksida (preko oksaloctene kiseline) i preferirano apsorbira izotop 13C.

45. Celobioza- ugljikohidrat iz skupine disaharida, koji se sastoji od dva ostatka glukoze povezana (β-glukozidnom vezom; glavna strukturna jedinica celuloze.

Bijela kristalna tvar, vrlo topljiva u vodi. Celobiozu karakteriziraju reakcije koje uključuju aldehidnu (hemacetalnu) skupinu i hidroksilne skupine. Tijekom kiselinske hidrolize ili pod djelovanjem enzima β-glukozidaze, celobioza se cijepa u 2 molekule glukoze.

Celobioza se dobiva djelomičnom hidrolizom celuloze. Cellobioza se nalazi u slobodnom obliku u soku nekih stabala.

46. ​​​​Polisaharidi- opći naziv klase složenih visokomolekularnih ugljikohidrata, čije se molekule sastoje od desetaka, stotina ili tisuća monomera - monosaharida.

Polisaharidi su neophodni za život životinja i biljaka. Oni su jedan od glavnih izvora energije koji proizlaze iz metabolizma u tijelu. Oni sudjeluju u imunološkim procesima, osiguravaju prianjanje stanica u tkivima i čine glavninu organske tvari u biosferi.

Utvrđeno je raznoliko biološko djelovanje biljnih polisaharida: antibiotsko, antivirusno, antitumorsko, protuotrov [izvor nije naveden 236 dana]. Biljni polisaharidi imaju važnu ulogu u smanjenju lipemije i vaskularne ateromatoze zbog svoje sposobnosti stvaranja kompleksa s proteinima plazme i lipoproteinima.

Polisaharidi uključuju, posebice:

dekstrin je polisaharid, proizvod hidrolize škroba;

škrob je glavni polisaharid koji se taloži kao rezerva energije u biljnim organizmima;

glikogen je polisaharid koji se kao rezerva energije taloži u stanicama životinjskih organizama, ali se u malim količinama nalazi iu biljnim tkivima;

celuloza je glavni strukturni polisaharid biljnih staničnih stijenki;

galaktomanani - skladišni polisaharidi nekih biljaka iz obitelji mahunarki, kao što su guarana i guma rogača;

glukomanan - polisaharid dobiven iz gomolja konjaka, sastoji se od izmjeničnih jedinica glukoze i manoze, topljivog prehrambenog vlakna koje smanjuje apetit;

amiloid - koristi se u proizvodnji pergament papira.

Celuloza ( od lat. cellula - stanica, isto što i vlakno) - [S6N7O2 (OH) 3] n, polisaharid; glavni sastojak staničnih membrana svih viših biljaka.

Celuloza se sastoji od ostataka molekula glukoze, koji nastaje tijekom kisele hidrolize celuloze:

(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6

Celuloza je dugačka nit koja sadrži 300-2500 ostataka glukoze, bez bočnih ogranaka. Te su niti međusobno povezane mnogim vodikovim vezama, što celulozi daje veću mehaničku čvrstoću. Sisavci (kao i većina drugih životinja) nemaju enzime koji mogu razgraditi celulozu. Međutim, mnogi biljojedi (kao što su preživači) imaju simbiotske bakterije u svom probavnom traktu koje se razgrađuju i pomažu svojim domaćinima apsorbirati ovaj polisaharid.

Celuloza se dobiva industrijskim postupkom metodom kuhanja u tvornicama celuloze koje su u sastavu industrijskih kompleksa (kombinata). Prema vrsti upotrijebljenih reagensa razlikuju se sljedeće metode proizvodnje pulpe:

Sulfit. Tečnost za kuhanje sadrži sumpornu kiselinu i njezinu sol, kao što je natrijev hidrosulfit. Ova metoda se koristi za dobivanje celuloze iz nisko smolastih vrsta drva: smreke, jele.

Alkalna:

Soda. Koristi se otopina natrijevog hidroksida. Metoda sode može se koristiti za dobivanje celuloze iz tvrdog drva i jednogodišnjih biljaka.

sulfat. Najčešća metoda danas. Reagens koji se koristi je otopina koja sadrži natrijev hidroksid i natrijev sulfid, a naziva se bijela tekućina. Metoda je dobila ime po natrijevom sulfatu iz kojeg se u tvornicama celuloze dobiva sulfid za bijelu tekućinu. Metoda je prikladna za dobivanje celuloze iz bilo koje vrste biljnog materijala. Nedostatak mu je oslobađanje velike količine sumpornih spojeva neugodnog mirisa: metil merkaptana, dimetil sulfida itd. kao rezultat nuspojava.

Tehnička celuloza dobivena kuhanjem sadrži razne nečistoće: lignin, hemiceluloze. Ako je celuloza namijenjena kemijskoj preradi (na primjer, za dobivanje umjetnih vlakana), tada se podvrgava rafiniranju - obradi hladnom ili vrućom otopinom lužine za uklanjanje hemiceluloza.

Da bi se uklonio ostatak lignina i pulpa učinila bjeljom, ona se izbjeljuje. Tradicionalno izbjeljivanje klorom uključuje dvije faze:

obrada klorom - za uništavanje makromolekula lignina;

alkalna obrada - za ekstrakciju nastalih produkata razgradnje lignina.

47. Škrob- polisaharidi amiloze i amilopektina, čiji je monomer alfa-glukoza. Škrob, sintetiziran od strane različitih biljaka pod djelovanjem svjetlosti (fotosinteza), ima nekoliko različitih sastava i struktura zrna.

biološka svojstva.Škrob, kao jedan od proizvoda fotosinteze, široko je rasprostranjen u prirodi. Za biljke je rezerva hranjivih tvari, a nalazi se uglavnom u plodovima, sjemenkama i gomoljima. Škrobom su najbogatija zrna žitarica: riža (do 86%), pšenica (do 75%), kukuruz (do 72%), kao i gomolji krumpira (do 24%).

Za ljudsko tijelo škrob je, zajedno sa saharozom, glavni dobavljač ugljikohidrata - jedne od najvažnijih komponenti hrane. Pod djelovanjem enzima škrob se hidrolizira u glukozu koja se u stanicama oksidira u ugljični dioksid i vodu uz oslobađanje energije potrebne za funkcioniranje živog organizma.

Biosinteza. Dio glukoze nastale u zelenim biljkama tijekom fotosinteze pretvara se u škrob:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6(glukoza) → (C6H10O5)n + nH2O

Općenito, ovo se može napisati kao 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n 6nO2.

Škrob se kao rezervna hrana nakuplja u gomoljima, plodovima, sjemenkama biljaka. Dakle, gomolji krumpira sadrže do 24% škroba, zrna pšenice - do 64%, riža - 75%, kukuruz - 70%.

Glikogen je polisaharid formiran od ostataka glukoze; glavni rezervni ugljikohidrat ljudi i životinja. Glikogen (koji se ponekad naziva i životinjski škrob, unatoč netočnosti izraza) glavni je oblik skladištenja glukoze u životinjskim stanicama. Taloži se kao granule u citoplazmi u mnogim tipovima stanica (uglavnom jetre i mišića). Glikogen tvori rezervu energije koja se može brzo mobilizirati ako je potrebno kako bi se nadoknadio iznenadni nedostatak glukoze. Skladištenje glikogena, međutim, nije tako visoko u kalorijama po gramu kao skladištenje triglicerida (masti). Samo glikogen pohranjen u jetrenim stanicama (hepatocitima) može se pretvoriti u glukozu za hranjenje cijelog tijela, dok hepatociti mogu pohraniti do 8 posto svoje težine u obliku glikogena, što je najveća koncentracija bilo koje vrste stanica. Ukupna masa glikogena u jetri kod odraslih može doseći 100-120 grama. U mišićima se glikogen prerađuje u glukozu isključivo za lokalnu potrošnju i akumulira u znatno nižim koncentracijama (ne više od 1% ukupne mišićne mase), dok njegova ukupna mišićna rezerva može premašiti rezervu nakupljenu u hepatocitima. Mala količina glikogena nalazi se u bubrezima, a još manja u određenim vrstama moždanih stanica (glijalne stanice) i bijelim krvnim stanicama.

48. Hitin (C8H13O5N) (franc. chitine, od grč. chiton: chiton - odjeća, koža, školjka) - prirodni spoj iz skupine polisaharida koji sadrže dušik. Kemijski naziv: poli-N-acetil-D-glukoza-2-amin, polimer ostataka N-acetilglukozamina povezanih b-(1,4)-glikozidnim vezama. Glavna komponenta egzoskeleta (kutikula) člankonožaca i niza drugih beskralješnjaka, dio je stanične stijenke gljiva i bakterija.

rasprostranjenost u prirodi. Hitin je jedan od najčešćih polisaharida u prirodi - svake godine u živim organizmima na Zemlji nastane i razgradi se oko 10 gigatona hitina.

Obavlja zaštitne i potporne funkcije, osiguravajući staničnu krutost - nalazi se u staničnoj stijenci gljiva.

Glavna komponenta egzoskeleta člankonožaca.

Također, hitin se stvara u organizmima mnogih drugih životinja - raznih crva, koelenterata itd.

U svim organizmima koji proizvode i koriste hitin, on nije u čistom obliku, već u kompleksu s drugim polisaharidima, a vrlo često je povezan s proteinima. Unatoč činjenici da je hitin tvar vrlo slična po strukturi, fizikalno-kemijskim svojstvima i biološku ulogu na celulozu, u organizmima koji tvore celulozu (biljke, neke bakterije), hitin se nije mogao naći.

Kemija hitina. U svom prirodnom obliku, hitini različitih organizama se donekle razlikuju jedni od drugih u sastavu i svojstvima. Molekularna težina hitina doseže 260.000.

Hitin je netopljiv u vodi, otporan je na razrijeđene kiseline, lužine, alkohol i druga organska otapala. Topljiv u koncentriranim otopinama nekih soli (cinkov klorid, litijev tiocijanat, kalcijeve soli).

Kada se zagrijava s koncentriranim otopinama mineralnih kiselina, uništava se (hidrolizira), odvajajući acetilne skupine.

Praktična upotreba. Jedan od derivata hitina koji se iz njega dobiva industrijski je hitozan. Sirovine za njegovu proizvodnju su ljušture rakova (kril, kraljevski rakovi), kao i proizvodi mikrobiološke sinteze.

49. Aromatski ugljikovodici, organski spojevi koji se sastoje od ugljika i vodika i sadrže benzenske jezgre. Najjednostavniji i najvažniji predstavnici A. at. - benzen (I) i njegovi homolozi: metilbenzen ili toluen (II), dimetilbenzen ili ksilen itd. također uključuju derivate benzena s nezasićenim bočnim lancima, kao što je stiren (III). Poznato je mnogo A. at. s nekoliko benzenskih jezgri u molekuli, na primjer, difenilmetan (IV), difenil C6H5-C6H5, u kojem su obje benzenske jezgre izravno povezane jedna s drugom; u naftalenu (V), oba prstena dijele 2 atoma ugljika; takvi se ugljikovodici nazivaju A. at. sa kondenziranim jezgrama.

Benzen C6H6, PhH) je organski kemijski spoj, bezbojna tekućina ugodnog slatkastog mirisa. aromatski ugljikovodik. Benzen je sastavni dio benzina, ima široku primjenu u industriji, sirovina je za proizvodnju lijekova, razne plastike, sintetičke gume i boja. Iako se benzen nalazi u sirovoj nafti, komercijalno se sintetizira iz drugih komponenti. Toksičan, kancerogen.

homolozi- Spojevi koji pripadaju istoj klasi, ali se međusobno razlikuju po sastavu cijelim brojem CH2 grupa. Skup svih homologa čini homologni niz.

fizička svojstva. Bezbojna tekućina osebujnog oštrog mirisa. Talište = 5,5 °C, Vrelište = 80,1 °C, Gustoća = 0,879 g/cm³, Molekulska težina = 78,11 g/mol. Kao i svi ugljikovodici, benzen gori i stvara mnogo čađe. Sa zrakom stvara eksplozivne smjese, dobro se miješa s eterima, benzinom i drugim organskim otapalima, a s vodom tvori azeotropnu smjesu s vrelištem od 69,25 °C. Topljivost u vodi 1,79 g/l (na 25 °C).

Struktura. Po sastavu, benzen pripada nezasićenim ugljikovodicima (homologna serija CnH2n-6), ali, za razliku od ugljikovodika etilenske serije, C2H4 pokazuje svojstva svojstvena zasićenim ugljikovodicima u teškim uvjetima, ali benzen je skloniji reakcijama supstitucije. Ovo "ponašanje" benzena objašnjava se njegovom posebnom strukturom: prisustvom konjugiranog 6π-elektronskog oblaka u strukturi. Moderna ideja o elektroničkoj prirodi veza u benzenu temelji se na hipotezi Linusa Paulinga, koji je predložio da se molekula benzena prikaže kao šesterokut s upisanim krugom, čime se naglašava nepostojanje fiksnih dvostrukih veza i prisutnost jednoelektronski oblak koji pokriva svih šest ugljikovih atoma ciklusa.

50. Aromatični spojevi (arene)- ciklički organski spojevi koji u svom sastavu imaju sustav aromatskih veza. Mogu imati zasićene ili nezasićene bočne lance.

Najvažniji aromatski ugljikovodici uključuju C6H6 benzen i njegove homologe: C6H5CH3 toluen, C6H4(CH3)2 ksilen itd.; naftalen C10H8, antracen C14H10 i njihovi derivati. Izrazita kemijska svojstva- povećana stabilnost aromatske jezgre i sklonost supstitucijskim reakcijama. Glavni izvori aromatskih ugljikovodika su katran ugljena, nafta i naftni derivati. Sintetske metode dobivanja su od velike važnosti. Aromatski ugljikovodici su polazni proizvodi za proizvodnju ketona, aldehida i aromatskih kiselina, kao i mnogih drugih tvari. Postoje i heterociklički areni, među kojima se najčešće nalaze u čistom obliku i u obliku spojeva - piridin, pirol, furan i tiofen, indol, purin, kinolin.

Borazol ("anorganski benzen") također ima aromatičnost, ali se njegova svojstva znatno razlikuju od svojstava organskih arena.

Reakcije elektrofilne supstitucije"(engleski substitution electrophilic reakciju) - supstitucijske reakcije u kojima napad vrši elektrofil - čestica koja je pozitivno nabijena ili ima deficit elektrona. Kada se stvori nova veza, odlazeća čestica - elektrofag se odvaja bez svog elektronskog para. Najpopularnija izlazna skupina je H+ proton.

51-52 (prikaz, ostalo). Reakcije aromatske elektrofilne supstitucije

Za aromatske sustave zapravo postoji jedan mehanizam elektrofilne supstitucije, SEAr. Mehanizam SE1 (po analogiji s mehanizmom SN1) izuzetno je rijedak, a SE2 (koji odgovara mehanizmu SN2) uopće nije pronađen.

SEAr reakcijski mehanizam ili reakcija aromatske elektrofilne supstitucije (engl. substitution electrophilic aromatic) najčešća je i najvažnija među reakcijama supstitucije aromatskih spojeva i sastoji se od dva stupnja. U prvoj fazi, elektrofil je pričvršćen, u drugoj fazi, elektrofuga se odvaja.

Tijekom reakcije nastaje intermedijer pozitivno nabijen intermedijer (na slici - 2b). Naziva se Weland intermedijer, aronijev ion ili σ-kompleks. Ovaj kompleks je u pravilu vrlo reaktivan i lako se stabilizira brzom eliminacijom kationa. Korak koji ograničava brzinu u velikoj većini SEAr reakcija je prvi korak.

Brzina reakcije = k**

Relativno slabi elektrofili obično djeluju kao napadajuće čestice; stoga se u većini slučajeva reakcija SEAr odvija pod djelovanjem katalizatora Lewisove kiseline. AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2 koriste se češće od ostalih.

U ovom slučaju, mehanizam reakcije je sljedeći (na primjeru kloriranja benzena, FeCl3 katalizatora):

1. U prvoj fazi, katalizator stupa u interakciju s česticom koja napada i formira aktivno elektrofilno sredstvo

U drugoj fazi se, naime, implementira SEAr mehanizam.

53. Heterociklički spojevi(heterocikli) - organski spojevi koji sadrže cikluse, koji uz ugljik uključuju i atome drugih elemenata. Mogu se smatrati karbocikličkim spojevima s heterosupstituentima (heteroatomima) u prstenu. Aromatični heterociklički spojevi koji sadrže dušik su najrazličitiji i dobro proučeni. Ograničavajući slučajevi heterocikličkih spojeva su spojevi koji ne sadrže ugljikove atome u ciklusu, na primjer, pentazol.

pirol- aromatski peteročlani dušikov heterocikl, ima slaba bazična svojstva. Sadržano u ulju od kostiju (koje se dobiva suhom destilacijom kostiju), kao iu katranu ugljena. Pirolski prstenovi ulaze u sastav porfirina - biljnog klorofila, hema hemoglobina i citokroma te niza drugih biološki važnih spojeva.

Struktura i svojstva. Pirol je bezbojna tekućina, mirisom podsjeća na kloroform, koja polako tamni kada je izložena zraku. Lagano je higroskopan, slabo topiv u vodi i visoko topiv u većini organskih otapala. Strukturu pirola predložio je 1870. godine Bayer, na temelju njegove oksidacije s kromnom kiselinom u maleimid i njegovog stvaranja tijekom destilacije sukcinimida s cinkovom prašinom.

Kiselost i metalizacija. Pirol je slaba NH kiselina (pKa 17,5 u vodi) i reagira s alkalijskim metalima i njihovim amidima u tekućem amonijaku ili inertnim otapalima da deprotonira na položaju 1 i formira odgovarajuće soli. Slično se odvija reakcija s Grignardovim reagensima, pri čemu nastaju N-magnezijeve soli. N-supstituirani piroli reagiraju s butil- i fenillitijem, metalizirajući se u α-položaj.

54. INDOL (benzo[b]pirol), recimo. m. 117,18; bezbojan kristali sa slabim mirisom naftalena; t.t. 52,5 °C, t.k 254 °S; d456 1,0718; sublimira pri zagrijavanju. do 150°S; m 7.03.10-30 C.m (benzen, 25 °C); destiliran s vodenom parom, dietil eterom i NH3; dobro sol. u org. otopine, vruća voda, tekući NH3. Molekula ima planarnu konfiguraciju.

Indol je slaba baza (pKa -2,4). Kada se protonira, stvara 3H-indolijev kation (f-la I), to-ry prilikom interakcije. s neutralnom molekulom indol daje dimer (II). Kao slaba kiselina (pKa 17), indol s Na u tekućem NH3 tvori N-natrij indol, s KOH na 130 ° C - N-kalij indol. Posjeduje aromatičnost. ti sv. Electrof. zamjena ide Ch. arr. do položaja 3. Nitriranje se obično provodi s benzoil nitratom, sulfoniranje s piridin sulfotrioksidom, bromiranje s dioksan dibromidom, kloriranje s SO2Cl2, alkiliranje s aktivnim alkil halogenidima. Acetilacija u octenoj kiselini također ide do položaja 3, u prisutnosti. CH3COONa - u poziciju 1; u anhidridu octene kiseline nastaje 1,3-diacetilindol. Indol se lako pridodaje dvostrukoj vezi a,b-nezasićenih ketona i nitrila.

Aminometilacija (okrug Mannicha) pod blagim uvjetima nastavlja se na položaj 1, u teškim uvjetima - na položaj 3. Supstitucija u benzenskom prstenu (pretežno u položajima 4 i 6) događa se samo u kiselim sredinama s blokiranim položajem 3. U prisutnosti. H2O2, perkiseline ili na svjetlu indol se oksidira u indoksil, koji zatim prelazi u. u trimeru ili indigu. Jača oksidacija pod djelovanjem O3, MnO2 dovodi do pucanja pirolnog prstena uz stvaranje 2-formamidobenzaldehida. Kada se indol hidrogenira s vodikom pod blagim uvjetima, pirolni prsten se reducira, a pod težim uvjetima, benzenski prsten se također reducira.

Indol je sadržan u eteričnim uljima jasmina i agruma, dio je kam.-ug. smole. Indolski prsten je fragment molekula važne prirode. spojevi (npr. triptofan, serotonin, melatonin, bufotenin). Tipično, indol se izolira iz naftalenske frakcije kam.-ug. smole ili dobiven dehidrogenacijom o-etilanilina s potonjim. ciklizacija dobivenog proizvoda. Indol i njegovi derivati ​​također se sintetiziraju ciklizacijom arilhidrazona karbonilnih spojeva. (R-cija Fisher), uzajamna. arilamini s a-halogenom ili a-hidroksikarbonilom Comm. (R-tion Bischler) itd. Jezgra indola ulazi u sastav indolnih alkaloida. Sam indol je fiksator mirisa u parfumeriji; njegovi se derivati ​​koriste u proizvodnji biološki aktivnih spojeva. (hormoni, halucinogeni) i lek. Wed-in (npr. indopan, indometacin).

55. Imidazol- organski spoj klase heterocikla, peteročlani ciklus s dva atoma dušika i tri atoma ugljika u ciklusu, izomeran pirazolu.

Svojstva. U nesupstituiranom imidazolu, položaji 4 i 5 (ugljikovi atomi) su ekvivalentni zbog tautomerizma. Aromatičan, reagira s diazonijevim solima (kombinacija). Nitrira se i sulfonira samo u kiselom mediju u položaju 4, halogeni u alkalnom mediju ulaze u položaj 2, u kiselom mediju u položaju 4. Lako se alkilira i acilira na imin N, otvara ciklus u interakciji s otopinama jakih kiselina i peroksidi. Katalizira hidrolizu teško saponifibilnih estera i amida karboksilnih kiselina.

Na temelju imidazola proizvodi se veliki broj različitih ionskih tekućina.

Metode primanja. Od orto-fenilendiamina preko benzimidazola i 4,5-imidazol dikarboksilne kiseline.

Interakcija glioksala (oksalaldehida) s amonijakom i formaldehidom.

biološku ulogu. Imidazolski prsten dio je esencijalne aminokiseline histidin. Strukturni fragment histamina, purinske baze, dibazol.

56. Piridin- šesteročlani aromatski heterocikl s jednim atomom dušika, bezbojna tekućina oštrog neugodnog mirisa; miješa se s vodom i organskim otapalima. Piridin je slaba baza, daje soli s jakim mineralnim kiselinama, lako stvara dvostruke soli i kompleksne spojeve.

Priznanica. Glavni izvor za dobivanje piridina je katran ugljena.

Kemijska svojstva. Piridin pokazuje svojstva karakteristična za tercijarne amine: tvori N-okside, N-alkilpiridinijeve soli i može djelovati kao sigma-donor ligand.

U isto vrijeme, piridin ima jasna aromatična svojstva. Međutim, prisutnost atoma dušika u konjugacijskom prstenu dovodi do ozbiljne preraspodjele elektronske gustoće, što dovodi do snažnog smanjenja aktivnosti piridina u reakcijama elektrofilne aromatske supstitucije. U takvim reakcijama reagiraju pretežno meta pozicije prstena.

Piridin karakteriziraju reakcije aromatske nukleofilne supstitucije koje se pretežno javljaju na orto-para položajima prstena. Ova reaktivnost ukazuje na prirodu piridinskog prstena s manjkom elektrona, što se može sažeti u sljedeće pravilo: reaktivnost piridina kao aromatskog spoja otprilike odgovara reaktivnosti nitrobenzena.

Primjena. Koristi se u sintezi boja, lijekova, insekticida, u analitičkoj kemiji, kao otapalo za mnoge organske i neke anorganske tvari, za denaturaciju alkohola.

Sigurnost. Piridin je toksičan, utječe na živčani sustav, kožu.

57. Biološka uloga. Nikotinska kiselina je derivat piridina. Apsorbira se u želucu i dvanaesniku, a zatim prolazi kroz aminaciju, pri čemu nastaje nikotinoamid, koji u tijelu, u kombinaciji s proteinima, tvori više od 80 enzima. Ovo je glavna fiziološka uloga vitamina B5. Stoga je nikotinska kiselina dio tako važnih redoks enzima kao što je dehidrogeneza, koji kataliziraju uklanjanje vodika iz organskih tvari koje se oksidiraju. Vodik koji na taj način uzimaju ti enzimi prenosi se na redoks enzime, koji uključuju riboflavin. Osim toga, u tijelu sisavaca iz nikotinamida (niacina) i nikotinske kiseline nastaju piridinski nukleotidi koji služe kao koenzimi za NAD i NADP. Nedostatak ovih prekursora kod životinja uzrokuje pelagru, bolest koja se manifestira simptomima na koži, probavnom traktu i živčanom sustavu (dermatitis, proljev, demencija). Kao koenzimi NAD i NADP, prekursori nikotinske kiseline uključeni su u mnoge redoks reakcije katalizirane dehidrogenazama. Biološki učinak nikotinske kiseline očituje se u obliku stimulacije sekretorne funkcije želuca i probavnih žlijezda (u njezinoj prisutnosti u želucu povećava se koncentracija slobodne klorovodične kiseline). Pod utjecajem vitamina B5 dolazi do povećanja biosinteze glikogena i smanjenja hiperglikemije, povećanja detoksikacijske funkcije jetre, širenja krvnih žila i poboljšanja mikrocirkulacije krvi.

Postoji veza između nikotinske kiseline i aminokiselina koje sadrže sumpor. Povećano izlučivanje metilnikotinamida urinom s nedostatkom proteina normalizira se uključivanjem aminokiselina koje sadrže sumpor u prehranu. Istodobno se normalizira i sadržaj fosfopirinukleotida u jetri.

58. Pirimidin (C4N2H4, pirimidin, 1,3- ili m-diazin, miazin) je heterociklički spoj ravne molekule, najjednostavniji predstavnik 1,3-diazina.

fizička svojstva. Pirimidin - bezbojni kristali karakterističnog mirisa.

Kemijska svojstva. Molekularna težina pirimidina je 80,09 g/mol. Pirimidin pokazuje svojstva slabe dikiselinske baze, budući da atomi dušika mogu pričvrstiti protone zahvaljujući donorsko-akceptorskoj vezi, dok stječu pozitivan naboj. Reaktivnost u reakcijama elektrofilne supstitucije pirimidina smanjena je zbog smanjenja gustoće elektrona na pozicijama 2,4,6, uzrokovano prisutnošću dva atoma dušika u ciklusu. Supstitucija postaje moguća samo u prisutnosti supstituenata koji doniraju elektron i usmjerena je na najmanje deaktiviranu poziciju 5. Međutim, suprotno tome, pirimidin je aktivan u odnosu na nukleofilne reagense koji napadaju ugljikove atome 2, 4 i 6 u ciklusu .

Priznanica. Pirimidin se dobiva redukcijom halogeniranih derivata pirimidina. Ili od 2,4,6-trikloropirimidina dobivenog obradom barbiturne kiseline s fosfornim klorom.

Derivati ​​pirimidinaširoko rasprostranjeni u divljini, gdje su uključeni u mnoge važne biološke procese. Konkretno, takvi derivati ​​kao što su citozin, timin, uracil dio su nukleotida, koji su strukturne jedinice nukleinskih kiselina, pirimidinska jezgra je dio nekih vitamina B, posebno B1, koenzima i antibiotika.

59. Purin (C5N4H4, purin)- heterociklički spoj, najjednostavniji predstavnik imidazopirimidina.

Derivati ​​purina igraju važnu ulogu u kemiji prirodnih spojeva (purinske baze DNA i RNA; koenzim NAD; alkaloidi, kofein, teofilin i teobromin; toksini, saksitoksin i srodni spojevi; mokraćna kiselina) pa stoga i u farmaceutici.

adenin- dušična baza, amino derivat purina (6-aminopurin). Stvara dvije vodikove veze s uracilom i timinom (komplementarnost).

fizička svojstva. Adenin su bezbojni kristali koji se tale na temperaturi od 360-365 C. Ima karakterističan apsorpcijski maksimum (λmax) na 266 mc (pH 7) s molarnim koeficijentom ekstinkcije (εmax) od 13500.

Kemijska formula S5H5N5, molekulska težina 135,14 g/mol. Adenin pokazuje osnovna svojstva (pKa1=4,15; pKa2=9,8). U interakciji s dušičnom kiselinom, adenin gubi svoju amino skupinu, pretvarajući se u hipoksantin (6-hidroksipurin). U vodenim otopinama kristalizira u kristalni hidrat s tri molekule vode.

Topljivost. Dobro se otapa u vodi, osobito vrućoj, s padom temperature vode, topljivost adenina u njoj pada. Slabo topljiv u alkoholu, u kloroformu, eteru, kao iu kiselinama i lužinama - netopljiv.

Rasprostranjenost i značaj u prirodi. Adenin je dio mnogih spojeva vitalnih za žive organizme, kao što su: adenozin, adenozin fosfataza, adenozin fosforne kiseline, nukleinske kiseline, adenin nukleotidi itd. U obliku ovih spojeva adenin je široko rasprostranjen u divljini.

Guanin- dušična baza, amino derivat purina (6-hidroksi-2-aminopurin), je sastavni dio nukleinske kiseline. U DNA tijekom replikacije i transkripcije stvara tri vodikove veze s citozinom (komplementarnost). Prvi put izoliran iz guana.

fizička svojstva. Bezbojni, amorfni kristalni prah. Talište 365 °C. Otopina gvanina u HCl fluorescira. U alkalnim i kiselim sredinama ima dva maksimuma apsorpcije (λmax) u ultraljubičastom spektru: na 275 i 248 mk (pH 2) te 246 i 273 mk (pH 11).

Kemijska svojstva. Kemijska formula je C5H5N5O, molekulska težina je 151,15 g/mol. Pokazuje osnovna svojstva, pKa1= 3,3; pKa2 = 9,2; pKa3=12,3. Reagira s kiselinama i alkalijama stvarajući soli.

Topljivost. Vrlo topljiv u kiselinama i lužinama, slabo topljiv u eteru, alkoholu, amonijaku i neutralnim otopinama, netopljiv u vodi .

kvalitetne reakcije. Za određivanje gvanina taloži se metafosfornom i pikrinskom kiselinom, a diazosulfonskom kiselinom u otopini Na2CO3 daje crvenu boju.

Rasprostranjenost u prirodi i značaj. Uključeno u nukleinske kiseline.

60. Nukleozidi su glikozilamini koji sadrže dušikovu bazu povezanu sa šećerom (ribozom ili deoksiribozom).

Nukleozidi se mogu fosforilirati pomoću staničnih kinaza na primarnoj alkoholnoj skupini šećera, te nastaju odgovarajući nukleotidi.

Nukleotidi- Fosforni esteri nukleozida, nukleozidni fosfati. Slobodni nukleotidi, posebice ATP, cAMP, ADP, igraju važnu ulogu u energetskim i informacijskim unutarstaničnim procesima, a također su sastavni dijelovi nukleinskih kiselina i mnogih koenzima.

Nukleotidi su esteri nukleozida i fosforne kiseline. Nukleozidi su pak N-glikozidi koji sadrže heterociklički fragment vezan preko atoma dušika na C-1 atom ostatka šećera.

Struktura nukleotida. U prirodi su najčešći nukleotidi β-N-glikozidi purina ili pirimidina i pentoza – D-riboza ili D-2-riboza. Ovisno o strukturi pentoze, razlikuju se ribonukleotidi i deoksiribonukleotidi, koji su monomeri molekula složenih bioloških polimera (polinukleotida) - odnosno RNA ili DNA.

Fosfatni ostatak u nukleotidima obično tvori estersku vezu s 2'-, 3'- ili 5'-hidroksilnim skupinama ribonukleozida; u slučaju 2'-deoksinukleozida, 3'- ili 5'-hidroksilne skupine su esterificirane.

Spojevi koji se sastoje od dvije molekule nukleotida nazivaju se dinukleotidi, tri - trinukleotidi, mali broj - oligonukleotidi, a mnogi - polinukleotidi ili nukleinske kiseline.

Nazivi nukleotida su kratice u obliku standardnih kodova od tri ili četiri slova.

Ako kratica počinje malim slovom "d" (englesko d), tada se misli na deoksiribonukleotid; izostanak slova "d" znači ribonukleotid. Ako kratica počinje malim slovom "c" (englesko c), tada govorimo o cikličkom obliku nukleotida (na primjer, cAMP).

Prvo veliko slovo kratice označava određenu dušičnu bazu ili skupinu mogućih nukleinskih baza, drugo slovo označava broj ostataka fosforne kiseline u strukturi (M - mono-, D - di-, T - tri-), a treće veliko slovo je uvijek slovo F ("-fosfat"; engleski P).

Latinski i ruski kodovi za nukleinske baze:

A - A: adenin; G - G: gvanin; C - C: citozin; T - T: timin (5-metiluracil), koji se ne nalazi u RNK, zauzima mjesto uracila u DNK; U - U: Uracil, koji se ne nalazi u DNK, zauzima mjesto timina u RNK.

Sve tvari koje sadrže atom ugljika, osim karbonata, karbida, cijanida, tiocijanata i ugljične kiseline, organski su spojevi. To znači da ih mogu stvoriti živi organizmi iz ugljikovih atoma enzimskim ili drugim reakcijama. Danas se mnoge organske tvari mogu sintetizirati umjetnim putem, što omogućuje razvoj medicine i farmakologije, kao i stvaranje polimera visoke čvrstoće i kompozitnih materijala.

Klasifikacija organskih spojeva

Organski spojevi su najbrojnija klasa tvari. Ovdje postoji oko 20 vrsta tvari. Različiti su u kemijskim svojstvima, razlikuju se u fizičkim svojstvima. Njihovo talište, masa, hlapljivost i topljivost, kao i agregatno stanje u normalnim uvjetima, također su različiti. Među njima:

• ugljikovodici (alkani, alkini, alkeni, alkadieni, cikloalkani, aromatski ugljikovodici);
• aldehidi;
• ketoni;
• alkoholi (dihidrični, monohidrični, polihidrični);
• eteri;
• esteri;
• karboksilne kiseline;
• amini;
• aminokiseline;
• ugljikohidrati;
• masti;
• bjelančevine;
• biopolimeri i sintetski polimeri.

Ova klasifikacija odražava značajke kemijske strukture i prisutnost specifičnih atomskih skupina koje određuju razliku u svojstvima tvari. Općenito, klasifikacija, koja se temelji na konfiguraciji ugljikovog kostura, koja ne uzima u obzir značajke kemijskih interakcija, izgleda drugačije. Prema njegovim odredbama, organski spojevi se dijele na:

• alifatski spojevi;
• aromatične tvari;
• heterociklički spojevi.

Ove klase organskih spojeva mogu imati izomere različite grupe ah tvari. Svojstva izomera su različita, iako njihov atomski sastav može biti isti. To proizlazi iz odredbi koje je postavio A. M. Butlerov. Također, teorija strukture organskih spojeva temelj je vodilja za sva istraživanja u organskoj kemiji. Stavlja se na istu razinu s Mendeljejevljevim periodičnim zakonom.

Sam pojam kemijske strukture uveo je A. M. Butlerov. U povijesti kemije pojavio se 19. rujna 1861. godine. Prije su u znanosti postojala različita mišljenja, a neki su znanstvenici u potpunosti poricali postojanje molekula i atoma. Stoga u organskoj i anorganskoj kemiji nije bilo reda. Štoviše, nije bilo zakonitosti prema kojima je bilo moguće prosuđivati ​​svojstva pojedinih tvari. Istodobno, postojali su i spojevi koji su uz isti sastav pokazivali različita svojstva.

Izjave A. M. Butlerova u mnogočemu su usmjerile razvoj kemije u pravom smjeru i stvorile joj čvrste temelje. Kroz njega je bilo moguće sistematizirati nakupljene činjenice, naime, kemijska ili fizikalna svojstva određenih tvari, obrasce njihovog ulaska u reakcije i tako dalje. Čak je i predviđanje načina dobivanja spojeva i prisutnosti nekih zajedničkih svojstava postalo moguće zahvaljujući ovoj teoriji. I što je najvažnije, A. M. Butlerov je pokazao da se struktura molekule tvari može objasniti u smislu električnih interakcija.

Logika teorije strukture organskih tvari

Budući da su prije 1861. mnogi kemijari odbacivali postojanje atoma ili molekule, teorija organskih spojeva postala je revolucionarni prijedlog za znanstveni svijet. A budući da sam A. M. Butlerov polazi samo od materijalističkih zaključaka, uspio je opovrgnuti filozofske ideje o organskoj tvari.

Uspio je pokazati da se molekularna struktura može empirijski prepoznati kroz kemijske reakcije. Na primjer, sastav bilo kojeg ugljikohidrata može se odrediti spaljivanjem njegove određene količine i brojanjem nastale vode i ugljičnog dioksida. Količina dušika u molekuli amina također se izračunava tijekom izgaranja mjerenjem volumena plinova i otpuštanjem kemijske količine molekularnog dušika.

Promotrimo li Butlerovljeve sudove o kemijskoj strukturi, koja ovisi o strukturi, u suprotnom smjeru, tada se nameće novi zaključak. Naime: poznavajući kemijsku strukturu i sastav tvari, mogu se empirijski pretpostaviti njezina svojstva. Ali što je najvažnije, Butlerov je objasnio da u organskoj tvari postoji ogroman broj tvari koje pokazuju različita svojstva, ali imaju isti sastav.

Opće odredbe teorije

Razmatrajući i istražujući organske spojeve, A. M. Butlerov je izveo neke od najvažnijih obrazaca. Objedinio ih je u odredbe teorije koja objašnjava strukturu kemikalija organskog podrijetla. Odredbe teorije su sljedeće:

• u molekulama organskih tvari atomi su međusobno povezani u strogo definiranom nizu, koji ovisi o valenciji;
• kemijska struktura je izravni poredak prema kojem su atomi povezani u organske molekule;
• kemijska struktura određuje prisutnost svojstava organskog spoja;
• ovisno o strukturi molekula s istim kvantitativnim sastavom, mogu se pojaviti različita svojstva tvari;
• sve atomske skupine koje sudjeluju u nastanku kemijskog spoja međusobno utječu jedna na drugu.

Sve klase organskih spojeva izgrađene su prema načelima ove teorije. Postavivši temelje, A. M. Butlerov uspio je proširiti kemiju kao polje znanosti. Objasnio je da je zbog činjenice da ugljik pokazuje valenciju četiri u organskim tvarima, određena raznolikost tih spojeva. Prisutnost mnogih aktivnih atomskih skupina određuje pripada li tvar određenoj klasi. I upravo zbog prisutnosti specifičnih atomskih skupina (radikala) javljaju se fizikalna i kemijska svojstva.

Ugljikovodici i njihovi derivati

Ovi organski spojevi ugljika i vodika najjednostavniji su u sastavu među svim tvarima skupine. Predstavljeni su podklasom alkana i cikloalkana (zasićeni ugljikovodici), alkeni, alkadieni i alkatrieni, alkini (nezasićeni ugljikovodici), kao i podklasom aromatskih tvari. U alkanima su svi atomi ugljika povezani samo jednom C-C vezom, zbog čega niti jedan atom H ne može biti ugrađen u sastav ugljikovodika.

U nezasićenim ugljikovodicima vodik se može ugraditi na mjestu dvostruke C=C veze. Također, C-C veza može biti trostruka (alkini). To omogućuje ovim tvarima da uđu u mnoge reakcije povezane s redukcijom ili dodavanjem radikala. Sve ostale tvari, radi lakšeg proučavanja njihove sposobnosti stupanja u reakcije, smatraju se derivatima jedne od klasa ugljikovodika.

Alkoholi

Alkoholima se nazivaju organski kemijski spojevi složeniji od ugljikovodika. Sintetiziraju se kao rezultat enzimskih reakcija u živim stanicama. Najtipičniji primjer je sinteza etanola iz glukoze kao rezultat fermentacije.

U industriji se alkoholi dobivaju iz halogenih derivata ugljikovodika. Kao rezultat supstitucije atoma halogena hidroksilnom skupinom nastaju alkoholi. Monohidrični alkoholi sadrže samo jednu hidroksilnu skupinu, polihidrični - dvije ili više. Primjer dihidričnog alkohola je etilen glikol. Polihidrični alkohol je glicerol. Opća formula alkohola je R-OH (R je ugljikov lanac).

Aldehidi i ketoni

Nakon što alkoholi uđu u reakcije organskih spojeva povezanih s eliminacijom vodika iz alkoholne (hidroksilne) skupine, dolazi do zatvaranja dvostruke veze između kisika i ugljika. Ako se ova reakcija odvija na alkoholnoj skupini koja se nalazi na krajnjem atomu ugljika, tada kao rezultat toga nastaje aldehid. Ako se atom ugljika s alkoholom ne nalazi na kraju ugljikovog lanca, tada je rezultat reakcije dehidracije proizvodnja ketona. Opća formula ketona je R-CO-R, aldehida R-COH (R je ugljikovodični radikal lanca).

Esteri (jednostavni i složeni)

Kemijska struktura organskih spojeva ove klase je komplicirana. Eteri se smatraju produktima reakcije između dvije molekule alkohola. Kada se od njih odcijepi voda, nastaje spoj R-O-R uzorka. Mehanizam reakcije: eliminacija protona vodika iz jednog alkohola i hidroksilne skupine iz drugog alkohola.

Esteri su produkti reakcije između alkohola i organske karboksilne kiseline. Mehanizam reakcije: eliminacija vode iz alkoholnih i ugljikovih skupina obje molekule. Vodik se odvaja od kiseline (duž hidroksilne skupine), a sama OH skupina odvaja se od alkohola. Dobiveni spoj je prikazan kao R-CO-O-R, gdje bukva R označava radikale - ostatak ugljikovog lanca.

Karboksilne kiseline i amini

Karboksilne kiseline nazivaju se posebne tvari koje igraju važnu ulogu u funkcioniranju stanice. Kemijska struktura organskih spojeva je sljedeća: ugljikovodični radikal (R) na koji je vezana karboksilna skupina (-COOH). Karboksilna skupina može se nalaziti samo na krajnjem atomu ugljika, jer je valencija C u (-COOH) skupini 4.

Amini su jednostavniji spojevi koji su derivati ​​ugljikovodika. Ovdje svaki atom ugljika ima radikal amina (-NH2). Postoje primarni amini kod kojih je (-NH2) skupina vezana na jedan ugljik (opća formula R-NH2). U sekundarnim aminima dušik se spaja s dva atoma ugljika (formula R-NH-R). Tercijarni amini imaju dušik vezan na tri atoma ugljika (R3N), gdje je p radikal, ugljikov lanac.

Aminokiseline

Aminokiseline su složeni spojevi koji pokazuju svojstva i amina i kiselina organskog podrijetla. Ima ih više vrsta, ovisno o položaju aminske skupine u odnosu na karboksilnu skupinu. Najvažnije su alfa aminokiseline. Ovdje se aminska skupina nalazi na ugljikovom atomu na koji je vezana karboksilna skupina. To vam omogućuje stvaranje peptidne veze i sintetiziranje proteina.

Ugljikohidrati i masti

Ugljikohidrati su aldehidni alkoholi ili keto alkoholi. To su spojevi linearne ili cikličke strukture, kao i polimeri (škrob, celuloza i drugi). Njihova najvažnija uloga u stanici je strukturna i energetska. Masti, odnosno lipidi, obavljaju iste funkcije, samo što sudjeluju u drugim biokemijskim procesima. Kemijski, mast je ester organskih kiselina i glicerola.