Pelajaran-kuliah "Teori struktur kimia A.M. Butlerov"

Kuliah 15

Teori struktur bahan organik. Kelas utama senyawa organik.

Kimia organik - ilmu yang mempelajari bahan organik. Jika tidak, itu dapat didefinisikan sebagai kimia senyawa karbon. Yang terakhir menempati tempat khusus dalam sistem periodik D.I. Mendeleev dalam hal keragaman senyawa, yang diketahui sekitar 15 juta, sedangkan jumlah senyawa anorganik adalah lima ratus ribu. Zat organik telah dikenal umat manusia sejak lama sebagai gula, lemak nabati dan hewani, pewarna, pewangi dan zat obat. Lambat laun, orang belajar mengolah zat-zat tersebut untuk mendapatkan berbagai produk organik yang berharga: anggur, cuka, sabun, dll. Kemajuan kimia organik didasarkan pada pencapaian di bidang kimia protein, asam nukleat, vitamin, dll. Kimia organik sangat penting untuk pengembangan kedokteran, karena sebagian besar obat adalah senyawa organik tidak hanya yang berasal dari alam, tetapi juga diperoleh terutama melalui sintesis. Nilai luar biasa berkeliaran makromolekul senyawa organik (resin sintetis, plastik, serat, karet sintetis, pewarna, herbisida, insektisida, fungisida, defolian…). Pentingnya kimia organik untuk produksi makanan dan barang industri sangatlah besar.

Kimia organik modern telah merambah jauh ke dalam proses kimia yang terjadi selama penyimpanan dan pemrosesan produk makanan: proses pengeringan, ketengikan dan saponifikasi minyak, fermentasi, pemanggangan, pengawetan, pembuatan minuman, dalam produksi produk susu, dll. Penemuan dan studi enzim, parfum, dan kosmetik juga memainkan peran penting.

Salah satu alasan banyaknya variasi senyawa organik adalah kekhasan strukturnya, yang diwujudkan dalam pembentukan ikatan dan rantai kovalen oleh atom karbon, berbeda jenis dan panjangnya. Jumlah atom karbon terikat di dalamnya bisa mencapai puluhan ribu, dan konfigurasi rantai karbon bisa linier atau siklik. Selain atom karbon, rantai dapat mencakup oksigen, nitrogen, belerang, fosfor, arsenik, silikon, timah, timbal, titanium, besi, dll.

Manifestasi sifat-sifat ini oleh karbon dikaitkan dengan beberapa alasan. Telah dipastikan bahwa energi ikatan C–C dan C–O sebanding. Karbon memiliki kemampuan untuk membentuk tiga jenis hibridisasi orbital: empat sp 3 - orbital hibrid, orientasinya dalam ruang adalah tetrahedral dan sesuai dengan sederhana ikatan kovalen; tiga hybrid sp 2 - orbital yang terletak di bidang yang sama, dikombinasikan dengan bentuk orbital non-hibrid kelipatan ganda koneksi (─С = С─); juga dengan bantuan sp - orbital hibrid dengan orientasi linier dan orbital non-hibrid antara atom karbon muncul kelipatan tiga ikatan (─ C ≡ C ─) Pada saat yang sama, jenis ikatan ini membentuk atom karbon tidak hanya dengan satu sama lain, tetapi juga dengan unsur lain. Dengan demikian, teori modern Struktur materi tidak hanya menjelaskan sejumlah besar senyawa organik, tetapi juga pengaruh struktur kimianya terhadap sifat-sifat.

Ini juga sepenuhnya menegaskan dasar-dasarnya teori struktur kimia, dikembangkan oleh ilmuwan besar Rusia A.M. Butlerov. Ketentuan utamanya:

1) dalam molekul organik, atom-atom saling terhubung satu sama lain urutan tertentu menurut valensinya, yang menentukan struktur molekul;

2) sifat-sifat senyawa organik bergantung pada sifat dan jumlah atom penyusunnya, serta struktur kimiawi molekulnya;

3) masing-masing rumus kimia sesuai dengan sejumlah kemungkinan struktur isomer;

4) setiap senyawa organik memiliki satu formula dan memiliki sifat tertentu;

5) dalam molekul ada pengaruh timbal balik atom satu sama lain.

Kelas senyawa organik

Menurut teori, senyawa organik dibagi menjadi dua seri - senyawa asiklik dan siklik.

1. Senyawa asiklik.(alkana, alkena) mengandung rantai karbon terbuka - lurus atau bercabang:

N N N N N

│ │ │ │ │ │ │

N─ S─S─S─S─ N N─S─S─S─N

│ │ │ │ │ │ │

N N N N N │ N

Isobutana butana normal (metil propana)

2. a) Senyawa alisiklik- senyawa yang memiliki rantai karbon tertutup (siklik) dalam molekul:

siklobutana sikloheksana

b) Senyawa aromatik, dalam molekul yang memiliki kerangka benzena - siklus beranggota enam dengan ikatan tunggal dan ganda bergantian (arena):

c) Senyawa heterosiklik- senyawa siklik yang mengandung, selain atom karbon, nitrogen, belerang, oksigen, fosfor dan beberapa elemen jejak, yang disebut heteroatom.

piridin pirol furan

Di setiap baris, zat organik dibagi menjadi beberapa kelas - hidrokarbon, alkohol, aldehida, keton, asam, ester, sesuai dengan sifat gugus fungsi molekulnya.

Ada juga klasifikasi menurut derajat kejenuhan dan gugus fungsi. Menurut tingkat kejenuhan, mereka membedakan:

1. Batasi jenuh Hanya ada ikatan tunggal dalam kerangka karbon.

─С─С─С─

2. Tak jenuh tak jenuh– ada banyak ikatan (=, ≡) dalam kerangka karbon.

─С=С─ ─С≡С─

3. aromatik– siklus tak terbatas dengan konjugasi cincin elektron-elektron (4n + 2) π.

Berdasarkan gugus fungsi

1. Alkohol R-CH 2 OH

2. Fenol

3. Aldehida R─COH Keton R─C─R

4. Asam karboksilat R─COOH О

5. Ester R─COOR 1

Ketentuan utama teori struktur kimia A.M. Butlerov

1. Atom-atom dalam molekul terhubung satu sama lain dalam urutan tertentu sesuai dengan valensinya. Urutan ikatan interatomik dalam suatu molekul disebut struktur kimianya dan direfleksikan oleh satu rumus struktur (formula struktur).

2. Struktur kimia dapat ditentukan dengan metode kimia. (Saat ini metode fisik modern juga digunakan).

3. Sifat-sifat zat bergantung pada struktur kimianya.

4. Dengan sifat-sifat zat tertentu, Anda dapat menentukan struktur molekulnya, dan dengan struktur molekulnya, Anda dapat memprediksi sifat-sifatnya.

5. Atom dan gugus atom dalam suatu molekul saling mempengaruhi satu sama lain.

Teori Butlerov adalah landasan ilmiah kimia organik dan berkontribusi pada perkembangan pesatnya. Berdasarkan ketentuan teori tersebut, A.M. Butlerov memberikan penjelasan tentang fenomena isomerisme, meramalkan keberadaan berbagai isomer, dan memperoleh beberapa di antaranya untuk pertama kalinya.

Perkembangan teori struktur difasilitasi oleh karya Kekule, Kolbe, Cooper dan van't Hoff. Namun, proposisi teoretis mereka tidak bersifat umum dan berfungsi terutama untuk menjelaskan materi eksperimental.

2. Rumus struktur

Rumus struktur (structural formula) menjelaskan urutan hubungan atom-atom dalam suatu molekul, yaitu struktur kimianya. Ikatan kimia dalam rumus struktural diwakili oleh garis putus-putus. Ikatan antara hidrogen dan atom lain biasanya tidak ditunjukkan (rumus seperti itu disebut rumus struktur singkat).

Misalnya, rumus struktur lengkap (diperluas) dan disingkat dari n-butana C4H10 adalah:

Contoh lain adalah rumus isobutana.

Notasi rumus yang lebih pendek sering digunakan, ketika tidak hanya ikatan dengan atom hidrogen yang digambarkan, tetapi juga simbol atom karbon dan hidrogen. Misalnya, struktur benzena C6H6 dicerminkan oleh rumus:

Rumus struktural berbeda dari rumus molekuler (kotor), yang hanya menunjukkan unsur mana dan dalam rasio apa yang termasuk dalam komposisi zat (yaitu, komposisi unsur kualitatif dan kuantitatif), tetapi tidak mencerminkan urutan atom pengikat.

Misalnya, n-butana dan isobutana memiliki rumus molekul yang sama C4H10 tetapi urutan ikatannya berbeda.

Dengan demikian, perbedaan zat tidak hanya disebabkan oleh komposisi unsur kualitatif dan kuantitatif yang berbeda, tetapi juga karena struktur kimianya yang berbeda, yang hanya dapat tercermin dalam rumus struktur.

3. Konsep isomerisme

Bahkan sebelum terciptanya teori struktur, zat dengan komposisi unsur yang sama, tetapi dengan sifat yang berbeda, telah diketahui. Zat semacam itu disebut isomer, dan fenomena ini sendiri disebut isomerisme.

Di jantung isomerisme, seperti yang ditunjukkan oleh A.M. Butlerov, terletak pada perbedaan struktur molekul yang terdiri dari kumpulan atom yang sama. Dengan demikian,

isomerisme adalah fenomena keberadaan senyawa yang memiliki komposisi kualitatif dan kuantitatif yang sama, tetapi strukturnya berbeda dan, oleh karena itu, sifat-sifatnya berbeda.

Misalnya, ketika sebuah molekul mengandung 4 atom karbon dan 10 atom hidrogen, keberadaan 2 senyawa isomerik dimungkinkan:

Bergantung pada sifat perbedaan struktur isomer, isomerisme struktural dan spasial dibedakan.

4. Isomer struktural

Isomer struktural - senyawa dengan komposisi kualitatif dan kuantitatif yang sama, berbeda dalam urutan atom pengikat, yaitu dalam struktur kimia.

Misalnya, komposisi C5H12 sesuai dengan 3 isomer struktural:

Contoh lain:

5. Stereoisomer

Isomer spasial (stereoisomer) dengan komposisi yang sama dan struktur kimia yang sama berbeda dalam susunan spasial atom dalam molekul.

Isomer spasial adalah isomer optik dan cis-trans (bola dengan warna berbeda mewakili atom atau kelompok atom yang berbeda):

Molekul isomer semacam itu tidak kompatibel secara spasial.

Stereoisomerisme memainkan peran penting dalam kimia organik. Masalah-masalah ini akan dipertimbangkan secara lebih rinci saat mempelajari senyawa dari kelas individu.

6. Representasi elektronik dalam kimia organik

Penerapan teori elektronik struktur atom dan ikatan kimia dalam kimia organik merupakan salah satu tahapan terpenting dalam perkembangan teori struktur senyawa organik. Konsep struktur kimia sebagai urutan ikatan antar atom (A.M. Butlerov) dilengkapi dengan teori elektronik dengan gagasan tentang struktur elektronik dan spasial serta pengaruhnya terhadap sifat-sifat senyawa organik. Representasi inilah yang memungkinkan untuk memahami cara mentransfer pengaruh timbal balik atom dalam molekul (efek elektronik dan spasial) dan perilaku molekul dalam reaksi kimia.

Menurut gagasan modern, sifat-sifat senyawa organik ditentukan oleh:

sifat dan struktur elektronik atom;

jenis orbital atom dan sifat interaksinya;

jenis ikatan kimia;

kimia, elektronik dan struktur spasial molekul.

7. Sifat elektron

Elektron memiliki sifat ganda. Dalam percobaan yang berbeda, ia dapat menunjukkan sifat-sifat partikel dan gelombang. Gerakan elektron mematuhi hukum mekanika kuantum. Hubungan antara sifat gelombang dan korpuskular elektron mencerminkan hubungan de Broglie.

Energi dan koordinat elektron, serta partikel elementer lainnya, tidak dapat diukur secara bersamaan dengan akurasi yang sama (prinsip ketidakpastian Heisenberg). Oleh karena itu, gerakan elektron dalam atom atau molekul tidak dapat dijelaskan menggunakan lintasan. Sebuah elektron dapat berada di setiap titik di ruang angkasa, tetapi dengan probabilitas yang berbeda.

Bagian ruang di mana probabilitas menemukan elektron tinggi disebut orbital atau awan elektron.

Misalnya:

8. Orbital Atom

Orbital atom (AO) - wilayah tempat tinggal elektron (awan elektron) yang paling mungkin di medan listrik inti atom.

Posisi suatu unsur dalam sistem Periodik menentukan jenis orbital atomnya (s-, p-, d-, f-AO, dll.), yang berbeda dalam energi, bentuk, ukuran, dan orientasi spasial.

Unsur-unsur periode 1 (H, He) dicirikan oleh satu AO ​​-1s.

Dalam unsur periode ke-2, elektron menempati lima AO pada dua tingkat energi: tingkat pertama adalah 1s; tingkat kedua - 2s, 2px, 2py, 2pz. (angka menunjukkan jumlah tingkat energi, huruf menunjukkan bentuk orbital).

Keadaan elektron dalam atom sepenuhnya dijelaskan oleh bilangan kuantum.

Struktur kimia suatu molekul mewakili sisi yang paling khas dan unik, karena menentukan sifat umumnya (mekanik, fisik, kimia dan biokimia). Setiap perubahan dalam struktur kimia suatu molekul memerlukan perubahan sifat-sifatnya. Dalam kasus perubahan struktural kecil yang dilakukan pada satu molekul, perubahan kecil pada sifat-sifatnya mengikuti (biasanya mempengaruhi properti fisik), tetapi jika molekul tersebut telah mengalami perubahan struktural yang mendalam, maka sifat-sifatnya (terutama sifat kimiawi) akan sangat berubah.

Misalnya, asam Alpha-aminopropionic (Alpha-alanine) memiliki struktur sebagai berikut:

Alfa alanin

Apa yang kita lihat:

1. Kehadiran atom tertentu (C, H, O, N),
2. sejumlah atom milik setiap kelas, yang terhubung dalam urutan tertentu;

Semua fitur desain ini menentukan sejumlah sifat Alfa-alanin, seperti: keadaan agregasi padat, titik didih 295 ° C, kelarutan dalam air, aktivitas optik, sifat kimia asam amino, dll.

Di hadapan ikatan antara gugus amino dan atom karbon lain (yaitu, telah terjadi sedikit perubahan struktural), yang sesuai dengan beta-alanin:

beta alanin

Sifat kimia umum masih merupakan ciri asam amino, tetapi titik didihnya sudah 200°C dan tidak ada aktivitas optik.

Jika, misalnya, dua atom dalam molekul ini dihubungkan oleh atom N dengan urutan sebagai berikut (perubahan struktur yang dalam):

maka zat yang terbentuk adalah 1-nitropropana dari segi fisik dan sifat kimia sama sekali berbeda dari asam amino: 1-nitro-propana adalah cairan kuning, dengan titik didih 131 ° C, tidak larut dalam air.

Dengan demikian, hubungan struktur-properti memungkinkan Anda untuk mendeskripsikan sifat umum suatu zat dengan struktur yang diketahui dan, sebaliknya, memungkinkan Anda menemukan struktur kimia suatu zat, mengetahui sifat umumnya.

Prinsip umum teori struktur senyawa organik

Inti dari penentuan struktur suatu senyawa organik terletak pada prinsip-prinsip berikut, yang mengikuti hubungan antara struktur dan sifat-sifatnya:

a) zat organik, dalam keadaan murni analitik, memiliki komposisi yang sama, terlepas dari metode pembuatannya;

b) zat organik, dalam keadaan murni analitik, memiliki sifat fisik dan kimia yang konstan;

c) zat organik dengan komposisi dan sifat konstan, hanya memiliki satu struktur unik.

Pada tahun 1861 ilmuwan besar Rusia A.M. Butlerov dalam artikelnya “On the chemical structure of matter”, ia mengungkapkan gagasan utama teori struktur kimia, yang terdiri dari pengaruh metode pengikatan atom dalam bahan organik terhadap sifat-sifatnya. Dia merangkum semua pengetahuan dan gagasan tentang struktur senyawa kimia yang tersedia saat itu dalam teori struktur senyawa organik.

Ketentuan utama teori A. M. Butlerov

dapat diringkas sebagai berikut:

1. Dalam molekul senyawa organik, atom-atom terhubung dalam urutan tertentu, yang menentukan strukturnya.
2. Atom karbon dalam senyawa organik memiliki valensi empat.
3. Dengan komposisi molekul yang sama, beberapa opsi untuk menghubungkan atom-atom molekul ini satu sama lain dimungkinkan. Senyawa semacam itu yang memiliki komposisi yang sama tetapi strukturnya berbeda disebut isomer, dan fenomena serupa disebut isomerisme.
4. Mengetahui struktur suatu senyawa organik, seseorang dapat memperkirakan sifat-sifatnya; Mengetahui sifat-sifat senyawa organik, seseorang dapat memprediksi strukturnya.
5. Atom-atom yang membentuk molekul tunduk pada pengaruh timbal balik, yang menentukan reaktivitasnya. Atom yang berikatan langsung memiliki pengaruh yang lebih besar satu sama lain, pengaruh atom yang tidak berikatan langsung jauh lebih lemah.

Murid A.M. Butlerov - V. V. Markovnikov terus mempelajari masalah pengaruh timbal balik atom, yang tercermin pada tahun 1869 dalam karya disertasinya "Material tentang pengaruh timbal balik atom dalam senyawa kimia".

Kelebihan A.M. Butlerov dan pentingnya teori struktur kimia sangat bagus untuk sintesis kimia. Peluang muncul untuk memprediksi sifat dasar senyawa organik, untuk meramalkan cara sintesisnya. Berkat teori struktur kimia, ahli kimia pertama kali menghargai molekul sebagai sistem teratur dengan urutan ikatan yang ketat antar atom. Dan saat ini, ketentuan utama teori Butlerov, meskipun ada perubahan dan klarifikasi, mendasari konsep teoretis kimia organik modern.

Kategori ,

1.Ketentuan dasar teori struktur kimia A.M. Butlerov

1. Atom-atom dalam molekul terhubung satu sama lain dalam urutan tertentu sesuai dengan valensinya. Urutan ikatan interatomik dalam suatu molekul disebut struktur kimianya dan direfleksikan oleh satu rumus struktur (formula struktur).

2. Struktur kimia dapat ditentukan dengan metode kimia. (Saat ini metode fisik modern juga digunakan).

3. Sifat-sifat zat bergantung pada struktur kimianya.

4. Dengan sifat-sifat zat tertentu, Anda dapat menentukan struktur molekulnya, dan dengan struktur molekulnya, Anda dapat memprediksi sifat-sifatnya.

5. Atom dan gugus atom dalam suatu molekul saling mempengaruhi satu sama lain.

Molekul senyawa organik adalah kumpulan atom yang dihubungkan dalam urutan tertentu, biasanya dengan ikatan kovalen. Dalam hal ini, atom yang terikat dapat berbeda nilai keelektronegatifannya. Nilai keelektronegatifan sangat menentukan karakteristik ikatan penting seperti polaritas dan kekuatan (energi pembentukan). Pada gilirannya, polaritas dan kekuatan ikatan dalam suatu molekul, sebagian besar, menentukan kemampuan molekul untuk masuk ke dalam reaksi kimia tertentu.

Keelektronegatifan atom karbon bergantung pada keadaan hibridisasinya. Hal ini disebabkan oleh fraksi orbital s dalam orbital hibrid: lebih kecil untuk atom hibrid sp3 dan lebih besar untuk atom hibrid sp2 dan sp.

Semua atom penyusun molekul saling berhubungan dan mengalami pengaruh timbal balik. Pengaruh ini ditransmisikan terutama melalui sistem ikatan kovalen, dengan bantuan yang disebut efek elektronik.

Efek elektronik adalah pergeseran kerapatan elektron dalam molekul di bawah pengaruh substituen.

Atom yang terikat oleh ikatan kutub membawa muatan parsial, dilambangkan dengan huruf Yunani "delta" (d). Sebuah atom yang "menarik" kerapatan elektron ikatan-s ke arahnya memperoleh muatan negatif d-. Ketika mempertimbangkan sepasang atom yang dihubungkan oleh ikatan kovalen, atom yang lebih elektronegatif disebut akseptor elektron. Mitra ikatan-snya akan memiliki defisit kerapatan elektron dengan besaran yang sama, yaitu muatan parsial positif d+, akan disebut donor elektron.

Perpindahan kerapatan elektron sepanjang rantai ikatan-s disebut efek induktif dan dilambangkan dengan I.

2. Isomerisme- keberadaan senyawa (terutama organik), identik dalam komposisi unsur dan berat molekul, tetapi berbeda dalam sifat fisik dan kimia. Senyawa semacam itu disebut isomer.

Isomerisme struktural- hasil dari perbedaan struktur kimia. Tipe ini meliputi:

Isomerisme kerangka karbon, karena urutan ikatan atom karbon yang berbeda. Contoh paling sederhana adalah butana CH3-CH2-CH2-CH3 dan isobutana (CH3)3CH. Contoh lain: antrasena dan fenantrena (masing-masing formula I dan II), siklobutana dan metilsiklopropana (III dan IV).

Isomerisme valensi adalah jenis isomerisme struktural khusus, di mana isomer dapat diubah menjadi satu sama lain hanya dengan mendistribusikan ulang ikatan. Sebagai contoh, isomer valensi benzena (V) adalah bicyclohexa-2,5-diene (VI, "benzene Dewar"), prisman (VII, "benzene Ladenburg"), benzvalene (VIII).

Isomerisme gugus fungsi - Berbeda dalam sifat gugus fungsi; misalnya, etanol (CH3-CH2-OH) dan dimetil eter (CH3-O-CH3).

isomerisme posisi- Suatu jenis isomerisme struktural, yang ditandai dengan perbedaan posisi gugus fungsi yang sama atau ikatan rangkap dengan kerangka karbon yang sama. Contoh: asam 2-klorobutanoat dan asam 4-klorobutanoat.

Enantiomer (isomer optik, isomer cermin) adalah pasangan antipoda optik - zat yang ditandai dengan tanda berlawanan dan sama besarnya rotasi bidang polarisasi cahaya, dengan identitas semua sifat fisik dan kimia lainnya (dengan pengecualian reaksi dengan zat aktif optik lainnya dan sifat fisik di lingkungan kiral). Alasan yang diperlukan dan cukup untuk munculnya antipoda optik adalah bahwa molekul tersebut termasuk dalam salah satu kelompok simetri titik berikut: Cn, Dn, T, O, atau I (kiralitas). Paling sering kita berbicara tentang atom karbon asimetris, yaitu atom yang terkait dengan empat substituen berbeda.

3. hibridisasi sp³ - Terjadi saat mencampur satu orbital s dan tiga orbital p. Empat orbital identik muncul, terletak relatif satu sama lain pada sudut tetrahedral 109° 28' (109,47°), panjang 0,154 nm.

Untuk atom karbon dan unsur lain pada periode ke-2, proses ini terjadi menurut skema:

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

Alkana(hidrokarbon jenuh, parafin, senyawa alifatik) - hidrokarbon asiklik dari struktur linier atau bercabang, hanya mengandung ikatan sederhana dan membentuk deret homolog dengan rumus umum CnH2n + 2 .Struktur kimia alkuna(urutan hubungan atom dalam molekul) dari alkana paling sederhana - metana, etana, dan propana - menunjukkan rumus strukturnya yang diberikan di bagian 2. Dari rumus ini dapat dilihat bahwa ada dua jenis ikatan kimia dalam alkana:

S-S dan S-N. Ikatan C-C adalah kovalen non-polar. Ikatan C-H bersifat kovalen polar lemah, karena karbon dan hidrogen dekat dalam keelektronegatifan

p-orbital tidak berpartisipasi dalam hibridisasi, terletak tegak lurus terhadap bidang σ-ikatan, digunakan untuk membentuk ikatan π dengan atom lain. Geometri karbon ini khas untuk grafit, fenol, dll.

Sudut valensi- sudut yang dibentuk oleh arah ikatan kimia yang berasal dari satu atom. Pengetahuan tentang sudut ikatan diperlukan untuk menentukan geometri molekul. Sudut valensi bergantung pada karakteristik individu atom yang terikat dan pada hibridisasi orbital atom atom pusat. Untuk molekul sederhana, sudut ikatan, serta parameter geometri molekul lainnya, dapat dihitung dengan metode kimia kuantum. Secara eksperimental mereka ditentukan dari nilai momen inersia molekul yang diperoleh dengan menganalisis spektra rotasinya (lihat Spektroskopi inframerah, Spektra molekuler, Spektroskopi gelombang mikro). Sudut ikatan molekul kompleks ditentukan dengan metode analisis struktural difraksi.

4. hibridisasi sp2 (bidang-trigonal) Satu campuran orbital s dan dua orbital p, dan tiga orbital hibrida sp2 ekuivalen terbentuk, terletak pada bidang yang sama pada sudut 120° (disorot dengan warna biru). Mereka dapat membentuk tiga ikatan σ. Orbital p ketiga tetap tidak terhibridisasi dan berorientasi tegak lurus terhadap bidang orbital hibrid. P-AO ini terlibat dalam pembentukan ikatan π . Untuk elemen periode ke-2, proses hibridisasi sp2 terjadi sesuai skema:

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

Keadaan valensi kedua atom karbon. Ada zat organik di mana atom karbon terikat bukan pada empat, tetapi pada tiga atom tetangga, namun tetap tetravalen

5. hibridisasi sp (linear) Satu campuran orbital s dan satu orbital p, membentuk dua orbital sp setara yang terletak pada sudut 180, yaitu pada satu sumbu. Orbital sp hibrida terlibat dalam pembentukan dua ikatan σ. Dua orbital p tidak hibridisasi dan terletak di bidang yang saling tegak lurus. -Orbital membentuk dua ikatan π dalam senyawa.

Untuk elemen periode ke-2, hibridisasi sp terjadi sesuai dengan skema:

2s + 2px= 2 (2sp)

2py- dan 2pz-AO tidak berubah.

Asetilen- hidrokarbon tak jenuh C2H2. Memiliki ikatan rangkap tiga antara atom karbon, termasuk dalam kelas alkin

Atom karbon dalam asetilena adalah sp-hibridisasi. Mereka terhubung dengan satu dan dua ikatan, maks. kepadatan to-rykh terletak di dua bidang yang saling tegak lurus, membentuk silinder. awan kerapatan elektron; di luarnya ada atom H.

METILASITILENA(propina, alilena) CH3C=CH. Menurut kimia. Saint-you M. adalah perwakilan khas dari hidrokarbon asetilena. Mudah masuk ke distrik elektrofisis., nukleof. dan penambahan radikal pada ikatan rangkap tiga, misalnya. dengan interaksi dengan metanol membentuk metil isopropenyl eter.

6. Jenis komunikasi - Ikatan logam, Ikatan kovalen, Ikatan ionik, Ikatan hidrogen

Ikatan ionik- ikatan kimia yang kuat terbentuk antara atom dengan perbedaan elektronegativitas yang besar, di mana pasangan elektron yang sama sepenuhnya berpindah ke atom dengan elektronegativitas yang lebih besar. Contohnya adalah senyawa CsF, di mana "derajat ionisitas" adalah 97%.

kasus ekstrim polarisasi ikatan kovalen polar. Terbentuk antara logam khas dan non-logam. Dalam hal ini, elektron dari logam sepenuhnya berpindah ke nonlogam. Ion terbentuk.

Jika ikatan kimia terbentuk antara atom-atom yang memiliki perbedaan keelektronegatifan yang sangat besar (EO > 1,7 menurut Pauling), maka pasangan elektron yang digunakan bersama dipindahkan seluruhnya ke atom dengan EO yang lebih besar. Hasilnya adalah pembentukan senyawa ion bermuatan berlawanan.

Ikatan kovalen(ikatan atom, ikatan homeopolar) - ikatan kimia yang dibentuk oleh tumpang tindih (sosialisasi) sepasang awan elektron valensi. Awan elektron (elektron) yang menyediakan komunikasi disebut pasangan elektron umum.

Ikatan kovalen sederhana terbentuk dari dua elektron valensi tidak berpasangan, satu dari setiap atom:

Sebagai hasil sosialisasi, elektron membentuk tingkat energi yang terisi. Ikatan terbentuk jika energi total mereka pada tingkat ini kurang dari pada keadaan awal (dan perbedaan energi tidak lebih dari energi ikatan).

Pengisian elektron orbital atom (di tepi) dan molekul (di tengah) dalam molekul H2. Sumbu vertikal sesuai dengan tingkat energi, elektron ditunjukkan oleh panah yang mencerminkan putarannya.

Menurut teori orbital molekul, tumpang tindih dua orbital atom dalam kasus yang paling sederhana mengarah pada pembentukan dua orbital molekul (MO): MO ikatan dan MO antiikatan (pelonggaran). Elektron bersama terletak pada MO pengikat energi yang lebih rendah.

7. Alkana- hidrokarbon asiklik dari struktur linier atau bercabang, hanya mengandung ikatan sederhana dan membentuk deret homolog dengan rumus umum CnH2n + 2.

Alkana adalah hidrokarbon jenuh dan mengandung atom hidrogen sebanyak mungkin. Setiap atom karbon dalam molekul alkana berada dalam keadaan hibridisasi sp³ - semua 4 orbital hibrid atom C memiliki bentuk dan energi yang sama, 4 awan elektron diarahkan ke simpul tetrahedron pada sudut 109 ° 28 ". Karena untuk ikatan tunggal antara atom C, rotasi bebas di sekitar ikatan karbon. Jenis ikatan karbon adalah ikatan σ, ikatan tersebut memiliki polaritas rendah dan sulit terpolarisasi. Panjang ikatan karbon adalah 0,154 nm.

Isomerisme hidrokarbon jenuh disebabkan oleh jenis isomerisme struktural yang paling sederhana - isomerisme kerangka karbon. homolog perbedaannya adalah -CH2-. Alkana dengan lebih dari tiga atom karbon memiliki isomer. Jumlah isomer ini meningkat dengan kecepatan yang luar biasa seiring dengan peningkatan jumlah atom karbon. Untuk alkana dengan n = 1…12 jumlah isomernya adalah 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.

Nomenklatur - Rasional. Salah satu atom dari rantai karbon dipilih, dianggap sebagai metana tersubstitusi dan nama alkil1alkyl2alkyl3alkyl4methane dibangun relatif terhadapnya

Kuitansi. Pemulihan turunan halogen dari alkana. Pemulihan alkohol. Pemulihan senyawa karbonil. Hidrogenasi hidrokarbon tak jenuh. sintesis Kolbe. Gasifikasi bahan bakar padat. reaksi Wurtz. Sintesis Fischer-Tropsch.

8. Alkana memiliki aktivitas kimia yang rendah. Ini karena ikatan tunggal C-H dan C-C relatif kuat dan sulit diputus.

Reaksi substitusi radikal.

Halogenasi alkana berlangsung melalui mekanisme radikal. Untuk memulai reaksi, campuran alkana dan halogen harus disinari dengan sinar UV atau dipanaskan. Klorinasi metana tidak berhenti pada tahap memperoleh metil klorida (jika klorin dan metana dalam jumlah yang sama diambil), tetapi mengarah pada pembentukan semua produk substitusi yang mungkin, dari metil klorida menjadi karbon tetraklorida.

Nitrasi (reaksi Konovalov)

Alkana bereaksi dengan larutan 10% asam nitrat atau oksida nitrat N2O4 dalam fase gas untuk membentuk turunan nitro:

RH + HNO3 = RNO2 + H2O

Semua data yang tersedia menunjukkan mekanisme radikal bebas. Sebagai hasil dari reaksi, campuran produk terbentuk.

Reaksi oksidasi. Pembakaran

Sifat kimia utama hidrokarbon jenuh, yang menentukan penggunaannya sebagai bahan bakar, adalah reaksi pembakaran. Contoh: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

Jika kekurangan oksigen, alih-alih karbon dioksida, karbon monoksida atau batu bara diperoleh (tergantung pada konsentrasi oksigen).

Secara umum, persamaan reaksi pembakaran untuk setiap hidrokarbon CxHy dapat ditulis sebagai berikut: CxHy + (x + 0,5y)O2 → xCO2 + 0,5yH2O

oksidasi katalitik

Alkohol, aldehida, asam karboksilat dapat dibentuk.

Transformasi termal alkana. Penguraian

Reaksi dekomposisi hanya terjadi di bawah pengaruh suhu tinggi. Peningkatan suhu menyebabkan pemutusan ikatan karbon dan pembentukan radikal bebas.

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

Retak

Ketika dipanaskan di atas 500 °C, alkana mengalami dekomposisi pirolitik dengan pembentukan campuran produk yang kompleks, komposisi dan perbandingannya bergantung pada suhu dan waktu reaksi.

Dehidrogenasi

Pembentukan alkena dan evolusi hidrogen

Kondisi aliran: 400 - 600 °C, katalis - Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3;C2H6 → C2H4 + H2

Isomerisasi - Di bawah aksi katalis (misalnya AlCl3), isomerisasi alkana terjadi, misalnya:

butana (C4H10) berinteraksi dengan aluminium klorida (AlCl3) berubah dari n-butana menjadi 2-metilpropana.

Konversi metana

CH4 + H2O → CO + H2 - Ni katalis ("CO + H2" "gas sintesis")

Alkana tidak berinteraksi dengan kalium permanganat (KMnO4) dan air bromin (Br2).

9.Alkena(selain itu olefin atau hidrokarbon etilena) - hidrokarbon tak jenuh asiklik yang mengandung satu ikatan rangkap antara atom karbon, membentuk deret homolog dengan rumus umum CnH2n. Atom karbon dalam ikatan rangkap berada dalam keadaan hibridisasi sp², dan memiliki sudut ikatan 120°. Alkena paling sederhana adalah etena (C2H4). Menurut nomenklatur IUPAC, nama alkena dibentuk dari nama alkana yang sesuai dengan mengganti akhiran "-an" dengan "-ena"; posisi ikatan rangkap ditunjukkan dengan angka Arab.

Alkena dengan lebih dari tiga atom karbon memiliki isomer. Alkena dicirikan oleh isomerisme kerangka karbon, posisi ikatan rangkap, antarkelas dan spasial. etena (etilena) C2H4, propena C3H6, butena C4H8, pentena C5H10, heksena C6H12,

Metode untuk memperoleh alkena - Metode industri utama untuk memperoleh alkena adalah perengkahan katalitik dan suhu tinggi dari hidrokarbon minyak dan gas alam. Untuk produksi alkena rendah, reaksi dehidrasi alkohol yang sesuai juga digunakan.

Dalam praktik laboratorium, metode dehidrasi alkohol dengan adanya asam mineral kuat, dehidrohalogenasi dan dehalogenasi turunan halogen yang sesuai biasanya digunakan; sintesis Hoffmann, Chugaev, Wittig dan Cope.

10. Sifat kimia alkena Alkena aktif secara kimiawi. Sifat kimianya sangat ditentukan oleh adanya ikatan rangkap. Untuk alkena, reaksi adisi elektrofilik dan reaksi adisi radikal adalah yang paling khas. Reaksi adisi nukleofilik biasanya membutuhkan nukleofil yang kuat dan tidak khas untuk alkena.

Alkena juga menampilkan reaksi sikloadisi dan metatesis.

Alkena mudah masuk ke dalam reaksi oksidasi, dihidrogenasi oleh zat pereduksi kuat atau hidrogen di bawah aksi katalis menjadi alkana, dan juga mampu substitusi radikal alil.

Reaksi penambahan elektrofilik. Dalam reaksi ini, partikel yang menyerang adalah elektrofil.Artikel utama: Reaksi adisi elektrofilik

halogenasi alkena, yang terjadi tanpa adanya inisiator reaksi radikal - reaksi tipikal penambahan elektrofilik. Itu dilakukan di lingkungan pelarut inert non-polar (misalnya: CCl4):

Reaksi halogenasi bersifat stereospesifik - penambahan terjadi dari sisi berlawanan relatif terhadap bidang molekul alkena

Hidrohalogenasi. Adisi elektrofilik hidrogen halida ke alkena terjadi menurut aturan Markovnikov:

Hidroborasi. Penambahan terjadi dalam banyak tahap dengan pembentukan kompleks teraktivasi siklik menengah, dan penambahan boron terjadi melawan aturan Markovnikov - ke atom karbon yang paling terhidrogenasi

Hidrasi. Reaksi penambahan air ke alkena berlangsung dengan adanya asam sulfat

Alkilasi. Penambahan alkana ke alkena dengan adanya katalis asam (HF atau H2SO4) pada suhu rendah menyebabkan pembentukan hidrokarbon dengan berat molekul lebih tinggi dan sering digunakan dalam industri.

11. Alkuna(sebaliknya hidrokarbon asetilena) - hidrokarbon yang mengandung ikatan rangkap tiga antara atom karbon, dengan rumus umum CnH2n-2. Atom karbon dalam ikatan rangkap tiga berada dalam keadaan hibridisasi sp2.

Alkuna dicirikan oleh reaksi adisi. Tidak seperti alkena, yang dicirikan oleh reaksi adisi elektrofilik, alkuna juga dapat masuk ke dalam reaksi adisi nukleofilik. Ini disebabkan oleh karakter s yang signifikan dari ikatan dan, sebagai akibatnya, peningkatan elektronegativitas atom karbon. Selain itu, tingginya mobilitas atom hidrogen dalam ikatan rangkap tiga menentukan sifat asam alkuna dalam reaksi substitusi.

Industri utama cara untuk mendapatkan asetilena adalah perengkahan elektro atau termal metana, pirolisis gas alam dan metode karbida

12. HIDROKARBON DIENE(diena), hidrokarbon tak jenuh dengan dua ikatan rangkap. Alifatik dienes СnН2n_2 menelepon. alkadiena, alisiklik CnH2n_4 - sikloalkadiena. Artikel ini membahas hidrokarbon diena dengan ikatan rangkap terkonjugasi [diena terkonjugasi; lihat tabel]. Diena dengan ikatan rangkap terisolasi dalam kimia. St. Anda di utama. tidak dapat dibedakan dari olefin. Tentang samb. dengan ikatan rangkap terakumulasi, lihat Allens. Dalam hidrokarbon diena, keempat atom karbon dari sistem terkonjugasi memiliki hibridisasi sp2 dan terletak pada bidang yang sama. Empat elektron p (satu dari setiap atom karbon) bergabung membentuk empat orbital molekul p (dua ikatan - terisi dan dua lepas - bebas), yang hanya yang terendah yang terdelokalisasi pada semua atom karbon. Delokalisasi parsial elektron-p menyebabkan efek konjugasi, yang memanifestasikan dirinya dalam penurunan energi sistem (sebesar 13-17 kJ / mol dibandingkan dengan sistem ikatan rangkap yang diisolasi), penyelarasan jarak interatomik: ikatan rangkap agak lebih panjang (0,135 nm), dan yang sederhana lebih pendek (0,146 nm) daripada molekul tanpa konjugasi (masing-masing 0,133 dan 0,154 nm), peningkatan polarisasi, peninggian refraksi molekul, dan fisik lainnya. efek. Hidrokarbon Diena ada dalam bentuk dua konformasi yang saling bertemu, dengan bentuk s-trans yang lebih stabil.

13. alkohol senyawa yang mengandung satu atau lebih gugus hidroksil disebut. Menurut jumlahnya, alkohol dibagi menjadi monohydric, dihydric, trihydric, dll. Panjang ikatan dan sudut ikatan dalam metil alkohol.

Untuk alkohol, ada beberapa cara untuk menamainya. Dalam nomenklatur IUPAC modern untuk nama alkohol, akhiran "ol" ditambahkan pada nama hidrokarbon. Rantai terpanjang yang mengandung gugus fungsi OH diberi nomor dari ujung yang paling dekat dengan gugus hidroksil, dan substituennya ditunjukkan dengan awalan.

Kuitansi. Hidrasi alkena. Ketika alkena bereaksi dengan larutan encer asam, produk utamanya adalah alkohol.

Hidroksimerkurasi-demerkurasi alkena. Reaksi ini tidak disertai dengan penataan ulang dan mengarah pada pembentukan alkohol individu. Arah reaksi sesuai dengan aturan Markovnikov, reaksi dilakukan dalam kondisi ringan dengan hasil mendekati kuantitatif.

Hidroborasi alkena dan oksidasi berikutnya boran dengan larutan hidrogen peroksida dalam media basa, akhirnya mengarah ke produk anti-Markovnikov dari penambahan air ke ikatan rangkap.

Reduksi aldehida dan keton dengan litium aluminium hidrida atau natrium borohidrida

LiAlH4 dan NaBH4 mereduksi aldehida menjadi alkohol primer dan keton menjadi alkohol sekunder, dengan natrium borohidrida lebih disukai karena keamanan penanganannya yang lebih baik: dapat digunakan bahkan dalam larutan air dan alkohol. Litium aluminium hidrida bereaksi secara eksplosif dengan air dan alkohol dan terurai secara eksplosif saat dipanaskan di atas 120° dalam keadaan kering.

Pemulihan ester dan asam karboksilat menjadi alkohol primer. Alkohol primer dibentuk oleh reduksi ester dan asam karboksilat dengan litium aluminium hidrida dalam eter atau THF. Metode reduksi ester dengan litium aluminium hidrida sangat nyaman dalam hal preparatif. Perlu dicatat bahwa natrium borohidrida tidak mereduksi gugus ester dan karboksil. Hal ini memungkinkan reduksi selektif gugus karbonil dengan NaBH4 dengan adanya gugus ester dan karboksil. Hasil produk pemulihan jarang di bawah 80%. Litium borohidrida, tidak seperti NaBH4, mereduksi ester menjadi alkohol primer.

14. alkohol polihidrat. Gliserin- senyawa kimia dengan rumus HOCH2CH(OH)-CH2OH atau C3H5(OH)3. Perwakilan paling sederhana dari alkohol trihidrat. Ini adalah cairan transparan kental. Mudah dibentuk oleh hidrolisis lemak dan minyak alami (nabati atau hewani) (trigliserida), pertama kali diperoleh oleh Karl Scheele pada tahun 1779 selama saponifikasi lemak.

properti fisik. Gliserin- cairan tidak berwarna, kental, higroskopis, larut dalam air tanpa batas. Rasanya manis, itulah mengapa diberi nama (glikos - manis). Ini melarutkan banyak zat dengan baik.

Sifat kimia gliserol khas untuk alkohol polihidrat. Interaksi gliserol dengan hidrogen halida atau fosfor halida mengarah pada pembentukan mono- dan dihalohidrin. Gliserol diesterifikasi dengan asam karboksilat dan mineral untuk membentuk ester yang sesuai. Jadi, dengan asam nitrat, gliserin membentuk trinitrat - nitrogliserin (diperoleh pada tahun 1847 oleh Ascanio Sobrero (Inggris)), yang saat ini digunakan dalam produksi bubuk tanpa asap.

Saat mengalami dehidrasi, ia membentuk akrolein:

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

Etilen glikol, HO-CH2-CH2-OH adalah perwakilan paling sederhana dari alkohol polihidrat. Saat dimurnikan, itu adalah cairan bening tidak berwarna dengan konsistensi sedikit berminyak. Tidak berbau dan memiliki rasa manis. Beracun. Menelan etilen glikol atau larutannya di dalamnya dapat menyebabkan perubahan permanen pada tubuh dan kematian.

Dalam industri, etilen glikol diperoleh dengan hidrasi etilen oksida pada 10 atm dan 190–200°C atau pada 1 atm dan 50–100°C dengan adanya asam sulfat (atau fosfat) 0,1–0,5%, mencapai hasil 90%. Produk sampingan dalam hal ini adalah dietilen glikol, trietilen glikol dan sejumlah kecil homolog polimer etilen glikol yang lebih tinggi.

15. Aldehida- alkohol tanpa hidrogen; senyawa organik yang mengandung gugus karbonil (C=O) dengan satu substituen.

Aldehida dan keton sangat mirip, perbedaannya terletak pada fakta bahwa yang terakhir memiliki dua substituen pada gugus karbonil. Polarisasi ikatan rangkap "karbon-oksigen" menurut prinsip konjugasi mesomerik memungkinkan untuk menuliskan struktur resonansi berikut:

Pemisahan muatan seperti itu dikonfirmasi oleh metode penelitian fisik dan sangat menentukan reaktivitas aldehida sebagai elektrofil yang diucapkan. Secara umum, sifat kimia aldehida mirip dengan keton, tetapi aldehida lebih aktif, yang terkait dengan polarisasi ikatan yang lebih besar. Selain itu, aldehida dicirikan oleh reaksi yang tidak khas untuk keton, misalnya, hidrasi dalam larutan berair: untuk metanal, karena polarisasi ikatan yang lebih besar, ia menjadi lengkap, dan untuk aldehida lainnya, bersifat parsial:

RC(O)H → RC(OH)2H, dengan R adalah H, sembarang radikal alkil atau aril.

Aldehida paling sederhana memiliki bau khas yang tajam (misalnya, benzaldehida berbau almond).

Di bawah aksi hidroksilamin, mereka diubah menjadi oksim: CH3CHO + NH2OH = CH3C (=NOH)H + H2O

Formaldehida (dari bahasa Latin formika - semut), aldehida format, CH2O, anggota pertama dari deret aldehida alifatik homolog; gas tidak berwarna dengan bau menyengat, sangat larut dalam air dan alkohol, bp - 19 °C. Dalam industri, F. diproduksi dengan oksidasi metil alkohol atau metana dengan oksigen atmosfer. F. mudah berpolimerisasi (terutama pada suhu hingga 100 °C), sehingga disimpan, diangkut, dan digunakan terutama dalam bentuk formalin dan polimer padat molekul rendah—trioksan (lihat Trioksimetilena) dan paraform (lihat Paraformaldehida).

F. sangat reaktif; banyak dari reaksinya menjadi dasar metode industri untuk memperoleh sejumlah produk penting. Jadi, ketika berinteraksi dengan amonia, F. membentuk urotropin (lihat Hexamethylenetetramine), dengan urea - resin urea-formaldehida, dengan resin melamin - melamin-formaldehida, dengan fenol - resin fenol-formaldehida (lihat resin Fenol-aldehida), dengan fenol - dan asam naftalenasulfonat - zat penyamakan, dengan ketena - b-propiolakton. F. juga digunakan untuk mendapatkan polivinilformal (lihat Polivinil asetal), isoprena, pentaeritritol, obat-obatan, pewarna, untuk penyamakan kulit, sebagai desinfektan dan deodoran. Polimerisasi F. menerima poliformaldehida. F. beracun; konsentrasi maksimum yang diijinkan di udara adalah 0,001 mg/l.

Asetaldehida, asetaldehida, CH3CHO, senyawa organik, cairan tak berwarna dengan bau menyengat; titik didih 20,8°C. Titik lebur - 124 ° C, densitas 783 kg / m3 ", larut dalam segala hal dengan air, alkohol, eter. A. memiliki semua sifat khas aldehida. Di hadapan asam mineral, ia berpolimerisasi menjadi paradehida trimerik cair (CH3CHO ) 3 dan metaldehida tetramerik kristal (CH3CHO) 4. Ketika kedua polimer dipanaskan dengan adanya asam sulfat, A dilepaskan.

Salah satu yang terkenal cara untuk mendapatkan A. terdiri dari penambahan air ke asetilena dengan adanya garam merkuri pada suhu sekitar 95 ° C

16. Keton- Ini adalah zat organik dalam molekul yang gugus karbonilnya terikat pada dua radikal hidrokarbon.

Rumus umum keton: R1-CO-R2. Di antara senyawa karbonil lainnya, keberadaan dalam keton tepatnya dua atom karbon yang terikat langsung pada gugus karbonil membedakannya dari asam karboksilat dan turunannya, serta aldehida.

properti fisik. Keton adalah cairan yang mudah menguap atau padatan dengan titik leleh rendah yang bercampur dengan baik dengan air. Ketidakmungkinan pembentukan ikatan hidrogen antarmolekul menyebabkan volatilitasnya yang agak lebih besar daripada alkohol dan asam karboksilat dengan berat molekul yang sama.

Metode sintesis. Oksidasi alkohol sekunder.

Dari peroksoester tersier oleh penataan ulang Krige.

Cycloketones dapat diperoleh dengan siklisasi Ruzicka.

Keton aromatik dapat dibuat dengan reaksi Friedel-Crafts

Sifat kimia. Ada tiga jenis utama reaksi keton.

Yang pertama dikaitkan dengan serangan nukleofilik pada atom karbon dari gugus karbonil. Misalnya interaksi keton dengan anion sianida atau senyawa organologam. Jenis yang sama (adisi nukleofilik) mencakup interaksi gugus karbonil dengan alkohol, yang mengarah ke asetal dan hemiasetal.

Interaksi dengan alkohol:

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

dengan reagen Grignard:

C2H5-C(O)-C2H5 + C2H5MgI → (C2H5)3OMgI → (C2H5)3OH, alkohol tersier. Reaksi dengan aldehida, dan terutama dengan metanal, terlihat lebih aktif, dengan alkohol sekunder terbentuk dengan aldehida, dan alkohol primer dengan metanal.

Juga, keton bereaksi dengan basa nitrogen, misalnya dengan amonia dan amina primer, untuk membentuk imina:

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

Jenis reaksi kedua adalah deprotonasi atom karbon beta, sehubungan dengan gugus karbonil. Karbanion yang dihasilkan distabilkan dengan konjugasi dengan gugus karbonil, kemudahan penghilangan proton meningkat, sehingga senyawa karbonil relatif S-H yang kuat asam.

Yang ketiga adalah koordinasi elektrofil pada pasangan elektron bebas atom oksigen, misalnya asam Lewis seperti AlCl3

Jenis reaksi yang terpisah dapat dikaitkan dengan reduksi keton - reduksi menurut Leuckart dengan hasil mendekati kuantitatif.

17. Bandingkan soal 15 dan 16.

18. Asam karboksilat pembatas monobasa(asam karboksilat jenuh monobasa) - asam karboksilat di mana radikal hidrokarbon jenuh terhubung ke satu gugus karboksil -COOH. Semuanya memiliki rumus umum СnH2n+1COOH, di mana n = 0, 1, 2, ...

Tata nama. Nama sistematis asam karboksilat jenuh monobasa diberikan dengan nama alkana yang sesuai dengan penambahan akhiran -ovaya dan kata asam.

Isomer kerangka dalam radikal hidrokarbon dimanifestasikan, dimulai dengan asam butanoat, yang memiliki dua isomer:

asam n-butanoat CH3-CH2-CH2-COOH; Asam 2-metilpropanoat CH3-CH(CH3)-COOH.

Isomerisme antar kelas memanifestasikan dirinya, dimulai dengan asam asetat:

asam asetat CH3-COOH; H-COO-CH3 metil format (metil ester dari asam format); HO-CH2-COH hidroksietanal (aldehida hidroksiasetat); HO-CHO-CH2 hidroksietilen oksida.

19. Ester- senyawa organik, turunan dari asam karboksilat atau mineral, di mana gugus hidroksil -OH dari fungsi asam digantikan oleh residu alkohol. Mereka berbeda dari eter, di mana dua radikal hidrokarbon dihubungkan oleh atom oksigen (R1-O-R2).

Lemak atau trigliserida- senyawa organik alami, ester penuh gliserol dan asam lemak monobasa; termasuk dalam kelas lipid. Bersama dengan karbohidrat dan protein, lemak adalah salah satu komponen utama sel hewan, tumbuhan, dan mikroorganisme. Lemak nabati cair biasanya disebut sebagai minyak, seperti halnya mentega.

asam karboksilat- kelas senyawa organik yang molekulnya mengandung satu atau lebih gugus karboksil fungsional -COOH. Sifat asam dijelaskan oleh fakta bahwa kelompok ini relatif dapat dengan mudah memisahkan proton. Dengan pengecualian yang jarang, asam karboksilat lemah. Misalnya, asam asetat CH3COOH memiliki konstanta keasaman 1,75 10−5. Asam di- dan trikarboksilat lebih kuat dari asam monokarboksilat.

Lemak adalah penyekat panas yang baik, sehingga pada banyak hewan berdarah panas lemak disimpan di jaringan adiposa subkutan, sehingga mengurangi kehilangan panas. Lapisan lemak subkutan yang sangat tebal merupakan ciri khas mamalia air (paus, walrus, dll.). Pada saat yang sama, pada hewan yang hidup di iklim panas (unta, jerboas), cadangan lemak disimpan

fungsi struktural

Fosfolipid membentuk dasar lapisan ganda membran sel, kolesterol - pengatur fluiditas membran. Membran archaeal mengandung turunan dari hidrokarbon isoprenoid. Lilin membentuk kutikula pada permukaan organ di atas tanah (daun dan pucuk muda) tanaman. Mereka juga diproduksi oleh banyak serangga (misalnya, lebah membuat sarang madu darinya, dan cacing serta serangga bersisik membentuk penutup pelindung).

Regulasi

Vitamin - lipid (A, D, E)

Hormonal (steroid, eikosanoid, prostaglandin, dll.)

Kofaktor (dolikol)

Molekul sinyal (digliserida, asam jasmonat; kaskade MP3)

Pelindung (penyerap goncangan)

Lapisan lemak yang tebal melindungi organ dalam banyak hewan dari kerusakan selama benturan (misalnya, singa laut dengan berat hingga satu ton dapat melompat ke pantai berbatu dari bebatuan setinggi 4-5 m).

20-21-22. Asam tak jenuh monobasa- turunan dari hidrokarbon tak jenuh, di mana satu atom hidrogen digantikan oleh gugus karboksil.

Nomenklatur, isomerisme. Dalam kelompok asam tak jenuh, nama empiris paling sering digunakan: CH2=CH-COOH - asam akrilik (propenoat), CH2=C(CH3)-COOH - asam metakrilat (2-metilpropenoat). Isomerisme dalam kelompok asam monobasa tak jenuh dikaitkan dengan:

a) isomerisme kerangka karbon; b) posisi ikatan rangkap; c) isomerisme cis-trans.

Bagaimana untuk mendapatkan.1. Dehidrohalogenasi asam halogenasi:

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

2. Dehidrasi asam hidroksi: HO-CH2-CH2-COOH -> CH2=CH-COOH

Properti fisik. Asam tak jenuh rendah - cairan yang larut dalam air, dengan bau menyengat yang kuat; lebih tinggi - zat padat, tidak larut dalam air, tidak berbau.

Sifat kimia asam karboksilat tak jenuh disebabkan oleh sifat gugus karboksil dan sifat ikatan rangkap. Asam dengan ikatan rangkap yang terletak dekat dengan gugus karboksil - alfa, asam tak jenuh beta - memiliki sifat spesifik. Untuk asam-asam ini, penambahan hidrogen halida dan hidrasi bertentangan dengan aturan Markovnikov: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH

Dengan oksidasi yang hati-hati, asam dihidroksi terbentuk: CH2 \u003d CH-COOH + [O] + H20 -> HO-CH2-CH (OH) -COOH

Dalam oksidasi kuat, ikatan rangkap putus dan campuran produk yang berbeda terbentuk, dari mana posisi ikatan rangkap dapat ditentukan. Asam oleat С17Н33СООН adalah salah satu asam tak jenuh tinggi terpenting. Ini adalah cairan tidak berwarna yang mengeras dalam cuaca dingin. Rumus strukturnya adalah CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH.

23. Asam karboksilat pembatas dibasa(asam karboksilat jenuh dibasa) - asam karboksilat di mana radikal hidrokarbon jenuh terhubung ke dua gugus karboksil -COOH. Semuanya memiliki rumus umum HOOC(CH2)nCOOH, di mana n = 0, 1, 2, …

Tata nama. Nama sistematis asam karboksilat jenuh dibasa diberikan dengan nama alkana yang sesuai dengan penambahan akhiran -dioat dan kata asam.

Isomer kerangka dalam radikal hidrokarbon dimanifestasikan, dimulai dengan asam butanedioat, yang memiliki dua isomer:

HOOC-CH2-CH2-COOH asam n-butanedioat (asam etana-1,2-dikarboksilat);

CH3-CH(COOH)-COOH asam etana-1,1-dikarboksilat.

24-25. ASAM OKSIDA (asam hidroksikarboksilat), ada dalam molekul, bersama dengan gugus karboksil - COOH, gugus hidroksil - OH, misalnya. HOCH2COOH (asam glikolat). Terkandung dalam organisme tumbuhan dan hewan (laktat, sitrat, tartarat dan asam lainnya).

Distribusi di alam

Asam hidroksi tersebar luas; jadi, asam tartarat, sitrat, malat, laktat, dan lainnya adalah asam hidroksi, dan namanya mencerminkan sumber alami utama tempat zat ini ditemukan.

Metode sintesis

Reaksi Reformatsky adalah metode sintesis ester asam β-hidroksikarboksilat.

"asam buah". Banyak asam hidroksi telah digunakan dalam kosmetik sebagai keratolitik. Namun, namanya telah sedikit diubah oleh pemasar - untuk daya tarik yang lebih besar dalam tata rias, mereka sering disebut "asam buah".

26-27. ASAM OKSIDA (asam alkohol), senyawa dengan fungsi ganda, baik alkohol maupun asam yang mengandung residu berair dan gugus karboksil. Bergantung pada posisi OH dalam kaitannya dengan COOH (berdampingan, melalui satu, dua, tiga tempat), asam a-, /?-, y-, b-hidroksi dibedakan. Ada banyak metode untuk menerima O., yang utama dari oksidasi glikol yang hati-hati dari to-rykh: CH3.CH(OH).CH2.OH + 02 = CH3. .CH(OH).COOH; saponifikasi oksinitril CH3.CH(OH).CN —* CH3.CH(OH).COOH; pertukaran halogen dalam asam halogen untuk OH: CH2C1.COOH + KOH = CH2(OH).COOH + + KC1, aksi HN02 pada asam amino: CH2(NH2). COOH + HN02 = CH2 (OH) + N2 + + H20. Dalam tubuh hewan, asam hidroksi terbentuk selama deaminasi (lihat) asam amino, selama oksidasi gemuk ke-t(lihat Badan aseton, Metabolisme - protein), dengan glikolisis (lihat), fermentasi (lihat), kimia dll. proses. Asam hidroksi adalah cairan kental atau kristal. zat. Dalam kimia. Relasi O. bereaksi baik sebagai alkohol maupun sebagai - Anda: beri misalnya. sederhana dan ester; di bawah aksi senyawa halogen fosfor, kedua OH digantikan oleh halogen; asam hidrohalat hanya bereaksi dengan OH alkoholik Reaksi khusus mencirikan asam a-, /)-, y- dan b-hidroksi: asam a-hidroksi, kehilangan air dari dua molekul, menghasilkan ester siklik, laktida: 2CH2 (OH).COOH = 2H20 + CH2.O.CO (glikolida); so.o.sn2 /Z-O., melepaskan air, membentuk asam tak jenuh: CH2 (OH).CH2.COOH- H20 \u003d CH2:CH. .COOH; asam y- dan d-hidroksi membentuk anhidrida - lakton: CH3.CH(OH).CH2.CH2.COOH = = H2O + CH3.CH.CH2.CH2.CO. O. tersebar luas pada organisme hewan dan tumbuhan. Perwakilan dari alifatik a-O. adalah asam glikolat, CH2OH.COOH(oxyacetic), asam laktat; dari /?-asam hidroksi - asam hidrakrilat, CH2OH.CH2COOH, /9-hidroksi-butirat; u-o. dalam bentuk bebas tidak diketahui, karena kehilangan air, mereka berubah menjadi lakton. Di antara dibasic O., asam malat (oxyamber-naya) penting; COOH.CHOH.CH2.COOH, tersebar luas pada tumbuhan; rotasi kiri dalam larutan lemah, rotasi kanan dalam larutan kuat; sintetis untuk - yang tidak aktif. Asam tetraatomik dibasa termasuk asam tartarat (dioksisuksinat). Dari O. - lemon lainnya, HO.SO.CH2. .(COH)(COOH).CH2.COOH, sangat umum di dunia tumbuhan (pada anggur, lemon) dan ditemukan pada tubuh hewan (pada susu); dalam bentuk besi sitrat memiliki kegunaan obat. Dari O. aromatik (asam fenolik), asam salisilat, asam galat, dan turunannya penting dalam pengobatan; fenil ester dari asam salisilat (salol), asam sulfosalicylic, C6H3.OH.S03H.COOH (reagen protein), asam asetilsalisilat (aspirin). Tumbuhan memiliki banyak variasi O. dari rangkaian aromatik, turunan to-rykh, antara lain, tanin, yang sangat penting secara teknis. Tentang biol. nilai O. terpisah dan tentang metode definisi kuantitatifnya—lihat. Badan aseton, Bro-Glikolisis, Deaminasi, Darah, Asam Laktat, Urin, Otot, Beta(^)-asam hidroksibutirat.

28-29. pada molekul amonia berturut-turut menggantikan atom hidrogen dengan radikal hidrokarbon, maka akan diperoleh senyawa yang termasuk dalam golongan amina. Dengan demikian, amina adalah primer (RNH2), sekunder (R2NH), tersier (R3N). Gugus -NH2 disebut gugus amino.

Ada amina alifatik, aromatik, alisiklik, dan heterosiklik tergantung pada radikal mana yang terikat pada atom nitrogen.

Konstruksi nama amina dilakukan dengan menambahkan awalan amino- ke nama hidrokarbon yang sesuai (amina primer) atau akhiran -amina ke nama radikal yang terkait dengan atom nitrogen (untuk amina apa pun).

Cara untuk mendapatkan.1. Reaksi Hoffman. Salah satu metode pertama untuk memperoleh amina primer adalah alkilasi amonia dengan alkil halida. . 2. Reaksi Zinin— cara mudah untuk mendapatkan amina aromatik dalam reduksi senyawa nitro aromatik. Berikut ini digunakan sebagai zat pereduksi: H2 (pada katalis). Kadang-kadang hidrogen dihasilkan langsung pada saat reaksi, dimana logam (seng, besi) diperlakukan dengan asam encer.

Sifat fisik amina. Kehadiran pasangan elektron yang tidak terbagi pada atom nitrogen menyebabkan titik didih yang lebih tinggi daripada alkana yang sesuai. Amina memiliki bau menyengat yang tidak sedap. Pada suhu kamar dan tekanan atmosfer, perwakilan pertama dari sejumlah amina primer adalah gas yang larut dengan baik dalam air. Ketika radikal karbon meningkat, titik didih meningkat dan kelarutan dalam air menurun.

Sifat kimia amina. Sifat dasar amina

Amina adalah basa, karena atom nitrogen dapat memberikan pasangan elektron untuk membentuk ikatan dengan spesies yang kekurangan elektron menurut mekanisme donor-akseptor (sesuai dengan definisi kebasaan Lewis). Oleh karena itu, amina, seperti amonia, dapat berinteraksi dengan asam dan air, menambahkan proton untuk membentuk garam amonium yang sesuai.

Garam amonium sangat larut dalam air, tetapi kurang larut dalam pelarut organik. Larutan amina dalam air bersifat basa.

Sifat dasar amina tergantung pada sifat substituennya. Secara khusus, amina aromatik adalah basa yang lebih lemah daripada basa alifatik, karena pasangan elektron bebas nitrogen memasuki konjugasi dengan sistem  dari inti aromatik, yang mengurangi kerapatan elektron pada atom nitrogen (efek-M). Sebaliknya, gugus alkil adalah donor kerapatan elektron yang baik (efek +I).

Oksidasi amina. Pembakaran amina disertai dengan pembentukan karbon dioksida, nitrogen, dan air: 4CH3NH2 + 9O2 \u003d 4CO2 + 2N2 + 10H2O

Amina aromatik teroksidasi secara spontan di udara. Dengan demikian, anilin dengan cepat berubah menjadi coklat di udara karena oksidasi.

Adisi alkil halida Amina menambahkan haloalkana untuk membentuk garam

Interaksi amina dengan asam nitrat Yang sangat penting adalah reaksi diazotisasi amina aromatik primer di bawah aksi asam nitrat, diperoleh in situ dengan reaksi natrium nitrit dengan asam klorida.

Amina alifatik primer, ketika direaksikan dengan asam nitrat, membentuk alkohol, dan amina alifatik dan aromatik sekunder menghasilkan turunan N-nitroso: R-NH2 + NaNO2 + HCl \u003d R-OH + N2 + NaCl + H2O; NH+NaNO2+HCl=R2N-N=O+NaCl+H2O

Dalam amina aromatik, gugus amino memfasilitasi substitusi pada posisi orto dan para dari cincin benzena. Oleh karena itu, halogenasi anilin terjadi dengan cepat bahkan tanpa adanya katalis, dan tiga atom hidrogen dari cincin benzena diganti sekaligus, dan endapan putih dari endapan 2,4,6-tribromanilin:

Reaksi dengan air brom ini digunakan sebagai reaksi kualitatif untuk anilin.

Aplikasi

Amina digunakan dalam industri farmasi dan sintesis organik (CH3NH2, (CH3)2NH, (C2H5)2NH, dll.); dalam produksi nilon (NH2-(CH2)6-NH2 - hexamethylenediamine); sebagai bahan baku pembuatan pewarna dan plastik (anilin).

30. Asam amino (asam aminokarboksilat)- senyawa organik, yang molekulnya secara bersamaan mengandung gugus karboksil dan amina. Asam amino dapat dianggap sebagai turunan dari asam karboksilat di mana satu atau lebih atom hidrogen digantikan oleh gugus amina.

Sifat kimia umum. 1. Asam amino dapat menunjukkan sifat asam karena adanya gugus karboksil -COOH dalam molekulnya, dan sifat basa karena adanya gugus amino -NH2. Karena itu, larutan asam amino dalam air memiliki sifat larutan penyangga.

Zwitterion adalah molekul asam amino di mana gugus amino direpresentasikan sebagai -NH3+, dan gugus karboksi direpresentasikan sebagai -COO-. Molekul seperti itu memiliki momen dipol yang signifikan pada muatan bersih nol. Dari molekul seperti itulah kristal dari sebagian besar asam amino dibangun.

Beberapa asam amino memiliki banyak gugus amino dan gugus karboksil. Untuk asam amino ini, sulit untuk berbicara tentang zwitterion tertentu.

2. Fitur penting asam amino adalah kemampuannya untuk polikondensat, yang mengarah pada pembentukan poliamida, termasuk peptida, protein, dan nilon-66.

3. Titik isoelektrik asam amino adalah nilai pH di mana proporsi maksimum molekul asam amino bermuatan nol. Pada pH ini, asam amino paling tidak bergerak dalam medan listrik, dan sifat ini dapat digunakan untuk memisahkan asam amino serta protein dan peptida.

4. Asam amino biasanya dapat masuk ke dalam semua reaksi karakteristik asam karboksilat dan amina.

Isomerisme optik. Semua asam α-amino yang merupakan bagian dari organisme hidup, kecuali glisin, mengandung atom karbon asimetris (treonin dan isoleusin mengandung dua atom asimetris) dan memiliki aktivitas optik. Hampir semua asam α-amino alami memiliki bentuk-L, dan hanya asam L-amino yang termasuk dalam komposisi protein yang disintesis pada ribosom.

Ciri asam amino "hidup" ini sangat sulit untuk dijelaskan, karena dalam reaksi antara zat yang tidak aktif secara optik atau rasemat (yang, tampaknya, molekul organik terwakili di Bumi purba), bentuk L dan D terbentuk dalam jumlah yang sama. Mungkin. pilihan salah satu bentuk (L atau D) hanyalah hasil dari kombinasi acak keadaan: molekul pertama yang dapat dia gunakan untuk memulai sintesis matriks, memiliki bentuk tertentu, dan kepada merekalah enzim yang sesuai "beradaptasi".

31. Asam amino adalah senyawa organik amfoter. Mereka mengandung dua gugus fungsi yang berlawanan dalam molekul: gugus amino dengan sifat dasar dan gugus karboksil dengan sifat asam. Asam amino bereaksi dengan asam dan basa:

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

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

Ketika asam amino dilarutkan dalam air, gugus karboksil memisahkan ion hidrogen, yang dapat bergabung dengan gugus amino. Dalam hal ini, garam internal terbentuk, yang molekulnya adalah ion bipolar:

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

Larutan asam amino berair memiliki lingkungan netral, basa atau asam, tergantung pada jumlah gugus fungsi. Jadi, asam glutamat membentuk larutan asam (dua gugus -COOH, satu -NH2), lisin - basa (satu gugus -COOH, dua -NH2).

Seperti amina primer, asam amino bereaksi dengan asam nitrat, dengan gugus amino berubah menjadi gugus hidrokso, dan asam amino menjadi asam hidroksi: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2+ H2O

Mengukur volume nitrogen yang dilepaskan memungkinkan Anda menentukan jumlah asam amino (metode Van Slyke).

Asam amino dapat bereaksi dengan alkohol dengan adanya gas hidrogen klorida, berubah menjadi ester (lebih tepatnya, menjadi garam hidroklorida dari ester): H2N-CH(R)-COOH + R"OH H2N-CH(R)- COOR" + H2O.

Ester asam amino tidak memiliki struktur bipolar dan merupakan senyawa yang mudah menguap. Sifat paling penting dari asam amino adalah kemampuannya untuk mengembun menjadi peptida.

32. Gugus karboksil menggabungkan dua gugus fungsi - karbonil =CO dan hidroksil -OH, saling mempengaruhi satu sama lain.

Sifat asam dari asam karboksilat disebabkan oleh pergeseran kerapatan elektron menjadi oksigen karbonil dan hasil polarisasi tambahan (dibandingkan dengan alkohol) dari ikatan OH.

Dalam larutan berair, asam karboksilat berdisosiasi menjadi ion: R-COOH = R-COO- + H+

Kelarutan dalam air dan titik didih asam yang tinggi disebabkan oleh pembentukan ikatan hidrogen antar molekul.

Gugus amino - gugus monovalen -NH2, residu amonia (NH3). Gugus amino terkandung dalam banyak senyawa organik - amina, asam amino, alkohol amino, dll. Senyawa yang mengandung gugus -NH2 biasanya memiliki karakter basa karena adanya pasangan elektron yang tidak terbagi pada atom nitrogen.

Dalam reaksi substitusi elektrofilik dalam senyawa aromatik, gugus amino adalah orientasi jenis pertama, yaitu. mengaktifkan posisi orto dan para pada cincin benzena.

33. Polikondensasi- proses mensintesis polimer dari senyawa polifungsional (paling sering bifungsional), biasanya disertai dengan pelepasan produk sampingan dengan berat molekul rendah (air, alkohol, dll.) Selama interaksi gugus fungsi.

Berat molekul polimer yang terbentuk dalam proses polikondensasi bergantung pada rasio komponen awal, kondisi reaksi.

Reaksi polikondensasi dapat melibatkan satu monomer dengan dua gugus fungsi yang berbeda: misalnya, sintesis poli-ε-kaproamida (nilon-6, kapron) dari asam ε-aminokaproat, atau dua monomer yang mengandung gugus fungsi yang berbeda, misalnya sintesis polikondensasi nilon-66 dari asam adipat dan heksametilenadiamina; dalam hal ini, polimer dengan struktur linier terbentuk (polikondensasi linier, lihat Gambar 1). Jika monomer (atau monomer) membawa lebih dari dua gugus fungsi, polimer ikatan silang dengan struktur jaringan tiga dimensi (polikondensasi tiga dimensi) terbentuk. Untuk mendapatkan polimer seperti itu, komponen polifungsional "penghubung silang" sering ditambahkan ke dalam campuran monomer.

Catatan khusus adalah reaksi sintesis polimer dari monomer siklik melalui mekanisme pembukaan cincin - penambahan, misalnya, sintesis nilon-6 dari kaprolaktam (amida siklik dari asam ε-aminokaproat); terlepas dari kenyataan bahwa tidak ada isolasi fragmen dengan berat molekul rendah yang terjadi, reaksi semacam itu lebih sering disebut sebagai polikondensasi.

Ikatan peptida- sejenis ikatan amida yang terjadi selama pembentukan protein dan peptida sebagai akibat interaksi gugus α-amino (-NH2) dari satu asam amino dengan gugus α-karboksil (-COOH) dari asam amino lain.

Ide C-N dalam ikatan peptida sebagian memiliki karakter ganda, yang memanifestasikan dirinya, khususnya, dalam penurunan panjangnya menjadi 1,32 angstrom. Ini menimbulkan sifat-sifat berikut:

4 atom ikatan (C, N, O dan H) dan 2 α-karbon berada di bidang yang sama. Gugus-R asam amino dan hidrogen pada karbon-α berada di luar bidang ini.

H dan O dalam ikatan peptida, serta karbon-α dari dua asam amino, mengalami transorientasi (isomer trans lebih stabil). Dalam kasus asam L-amino, yang terjadi pada semua protein dan peptida alami, gugus-R juga mengalami transorientasi.

Rotasi di sekitar ikatan C-N tidak mungkin, rotasi di sekitar ikatan C-C dimungkinkan.

peptida (Yunani πεπτος - bergizi) - keluarga zat yang molekulnya dibangun dari residu asam α-amino yang dihubungkan dalam rantai oleh ikatan peptida (amida) -C (O) NH -.

34. Protein (protein, polipeptida) - zat organik molekul tinggi, terdiri dari asam amino yang dihubungkan dalam rantai oleh ikatan peptida. Dalam organisme hidup, komposisi asam amino protein ditentukan oleh kode genetik; dalam banyak kasus, 20 asam amino standar digunakan dalam sintesis. Banyak kombinasi memberi berbagai besar sifat molekul protein. Selain itu, asam amino dalam komposisi protein sering mengalami modifikasi pasca-translasi, yang dapat terjadi baik sebelum protein mulai menjalankan fungsinya maupun selama "bekerja" di dalam sel. Seringkali pada organisme hidup, beberapa molekul protein membentuk kompleks kompleks, misalnya kompleks fotosintesis.

Untuk memahami pengepakan rumit (arsitektonik) makromolekul protein, seseorang harus mempertimbangkan beberapa hal tingkat organisasi. Struktur utama dan paling sederhana adalah rantai polipeptida, yaitu rangkaian asam amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida. Dalam struktur primer, semua ikatan antara asam amino bersifat kovalen dan karenanya kuat. Tingkat organisasi berikutnya yang lebih tinggi adalah struktur sekunder, ketika benang protein dipelintir dalam bentuk spiral. Ikatan hidrogen terbentuk antara gugus -COOH yang terletak di satu putaran heliks dan gugus -NH2 di putaran lainnya. Mereka muncul atas dasar hidrogen, paling sering terletak di antara dua atom negatif. Ikatan hidrogen lebih lemah dari ikatan kovalen, tetapi dengan jumlah yang banyak, ikatan hidrogen memberikan pembentukan struktur yang cukup kuat. Benang asam amino (polipeptida) selanjutnya digulung, membentuk bola, atau fibril atau globul, spesifik untuk setiap protein. Dengan demikian, muncul konfigurasi yang kompleks, yang disebut struktur tersier. Penentuannya biasanya dilakukan dengan menggunakan metode analisis difraksi sinar-X, yang memungkinkan Anda menentukan posisi dalam ruang atom dan kelompok atom dalam kristal dan senyawa kompleks.

Ikatan yang mendukung struktur tersier protein juga lemah. Mereka muncul, khususnya, karena interaksi hidrofobik. Ini adalah gaya tarik-menarik antara molekul non-polar atau antara daerah molekul non-polar dalam media berair. Residu hidrofobik dari beberapa asam amino dalam larutan berair mendekati satu sama lain, "bersatu" dan dengan demikian menstabilkan struktur protein. Selain gaya hidrofobik, ikatan elektrostatik antara radikal elektronegatif dan elektropositif dari residu asam amino berperan penting dalam mempertahankan struktur tersier suatu protein. Struktur tersier juga didukung oleh sejumlah kecil ikatan kovalen disulfida -S-S- yang timbul antara atom belerang dari asam amino yang mengandung belerang. Saya harus mengatakan bahwa tersier; struktur protein belum final. Makromolekul dari protein yang sama atau molekul dari protein lain seringkali ternyata melekat pada makromolekul protein. Misalnya, molekul kompleks hemoglobin, protein yang ditemukan dalam sel darah merah, terdiri dari empat makromolekul globin: dua rantai alfa dan dua rantai beta, yang masing-masing terhubung ke heme yang mengandung besi. Sebagai hasil dari kombinasi mereka, molekul hemoglobin yang berfungsi terbentuk. Hanya dalam kemasan seperti itu hemoglobin bekerja sepenuhnya, yaitu mampu membawa oksigen. Karena kombinasi beberapa molekul protein satu sama lain, struktur kuaterner terbentuk. Jika rantai peptida ditumpuk dalam bentuk gulungan, maka protein semacam itu disebut globular. Jika rantai polipeptida ditumpuk dalam kumpulan benang, mereka disebut protein fibrillar. Mulai dari struktur sekunder, susunan ruang (konformasi) makromolekul protein, seperti yang kami ketahui, didukung terutama oleh ikatan kimia yang lemah. Di bawah pengaruh faktor eksternal (perubahan suhu, komposisi garam media, pH, di bawah pengaruh radiasi dan faktor lainnya), ikatan lemah yang menstabilkan pemutusan makromolekul, dan struktur protein, dan karenanya sifat-sifatnya, berubah. Proses ini disebut denaturasi. Pecahnya bagian dari ikatan yang lemah, perubahan konformasi dan sifat protein juga terjadi di bawah pengaruh faktor fisiologis (misalnya, di bawah aksi hormon). Dengan demikian, sifat-sifat protein diatur: enzim, reseptor, pengangkut. Perubahan struktur protein ini biasanya mudah dibalik. Pecahnya sejumlah besar ikatan lemah menyebabkan denaturasi protein, yang mungkin tidak dapat diubah (misalnya, koagulasi putih telur saat merebus telur). Terkadang denaturasi protein juga masuk akal secara biologis. Misalnya, seekor laba-laba mengalokasikan setetes rahasia dan menempelkannya pada semacam penyangga. Kemudian, terus melepaskan rahasianya, dia sedikit menarik utasnya, dan tegangan lemah ini cukup untuk mengubah sifat protein, dari bentuk larut menjadi tidak larut, dan utas memperoleh kekuatan.

35-36. Monosakarida(dari bahasa Yunani monos: satu-satunya, sacchar: gula), - senyawa organik, salah satu kelompok utama karbohidrat; bentuk gula yang paling sederhana; biasanya tidak berwarna, larut dalam air, padatan transparan. Beberapa monosakarida memiliki rasa manis. Monosakarida, blok bangunan dari mana disakarida (seperti sukrosa) dan polisakarida (seperti selulosa dan pati) disintesis, mengandung gugus hidroksil dan aldehida (aldosa) atau gugus keto (ketosa). Setiap atom karbon yang terikat gugus hidroksil (kecuali yang pertama dan terakhir) adalah kiral, sehingga menimbulkan banyak bentuk isomer. Misalnya, galaktosa dan glukosa adalah aldoheksosa tetapi memiliki sifat kimia dan fisik yang berbeda. Monosakarida, seperti semua karbohidrat, hanya mengandung 3 unsur (C, O, H).

Monosakarida membagi untuk triosa, tetrosa, pentosa, heksosa, dll. (3, 4, 5, 6, dll. atom karbon dalam rantai); monosakarida alami dengan rantai karbon yang mengandung lebih dari 9 atom karbon belum ditemukan. Monosakarida yang mengandung siklus beranggota 5 disebut furanosa, beranggota 6 - piranosa.

Isomerisme. Untuk monosakarida yang mengandung n atom karbon asimetris, keberadaan stereoisomer 2n dimungkinkan (lihat Isomerisme).

38. Sifat kimia. Monosakarida masuk ke dalam reaksi kimia yang merupakan karakteristik gugus karbonil dan hidroksil. Fitur monosakarida - kemampuan untuk eksis dalam bentuk terbuka (asiklik) dan siklik dan memberikan turunan dari masing-masing bentuk. Kebanyakan monosa bersiklus dalam larutan berair untuk membentuk hemiasetal atau hemiketal (tergantung pada apakah mereka aldosa atau ketosa) antara alkohol dan gugus karbonil dari gula yang sama. Glukosa, misalnya, siap membentuk hemiasetal dengan menghubungkan C1 dan O5 untuk membentuk cincin beranggota 6 yang disebut piranosida. Reaksi yang sama dapat terjadi antara C1 dan O4 untuk membentuk furanosida beranggotakan 5.

monosakarida di alam. Monosakarida adalah bagian dari karbohidrat kompleks (glikosida, oligosakarida, polisakarida) dan campuran biopolimer yang mengandung karbohidrat (glikoprotein, glikolipid, dll.). Dalam hal ini, monosakarida dihubungkan satu sama lain dan dengan bagian molekul non-karbohidrat melalui ikatan glikosidik. Setelah hidrolisis oleh asam atau enzim, ikatan ini dapat dipecah untuk melepaskan monosakarida. Di alam, monosakarida bebas, kecuali D-glukosa dan D-fruktosa, jarang ditemukan. Biosintesis monosakarida dari karbon dioksida dan air terjadi pada tumbuhan (lihat Fotosintesis); dengan partisipasi turunan aktif monosakarida - gula nukleosida difosfat - biasanya ada biosintesis karbohidrat kompleks. Pemecahan monosakarida dalam tubuh (misalnya fermentasi alkohol, glikolisis) disertai dengan pelepasan energi.

Aplikasi. Beberapa monosakarida bebas dan turunannya (misalnya, glukosa, fruktosa dan difosfatnya, dll.) Digunakan dalam Industri makanan dan obat-obatan.

37. Glukosa (C6H12O6)("gula anggur", dekstrosa) ditemukan dalam jus banyak buah dan beri, termasuk anggur, oleh karena itu nama gula jenis ini. Ini adalah gula enam atom (heksosa).

Properti fisik. Zat kristal putih berasa manis, sangat larut dalam air, tidak larut dalam eter, kurang larut dalam alkohol.

Struktur molekul

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

Glukosa dapat ada dalam siklus (α dan β glukosa).

α dan β glukosa

Transisi glukosa dari proyeksi Fisher ke proyeksi Haworth.Glukosa adalah produk akhir dari hidrolisis sebagian besar disakarida dan polisakarida.

peran biologis. Glukosa adalah produk utama fotosintesis dan dibentuk dalam siklus Calvin.

Pada manusia dan hewan, glukosa adalah sumber energi utama dan paling serbaguna untuk proses metabolisme. Semua sel tubuh hewan memiliki kemampuan untuk menyerap glukosa. Pada saat yang sama, kemampuan untuk menggunakan sumber energi lain - misalnya asam lemak bebas dan gliserol, fruktosa atau asam laktat - tidak dimiliki oleh semua sel tubuh, tetapi hanya oleh beberapa jenisnya.

pengangkutan glukosa dari lingkungan luar di dalam sel hewan dilakukan dengan transfer transmembran aktif dengan bantuan molekul protein khusus - pembawa (pengangkut) heksosa.

Glukosa dalam sel dapat mengalami glikolisis untuk menyediakan energi dalam bentuk ATP. Enzim pertama dalam rantai glikolisis adalah heksokinase. Aktivitas heksokinase sel berada di bawah pengaruh pengaturan hormon - misalnya, insulin secara tajam meningkatkan aktivitas heksokinase dan, akibatnya, pemanfaatan glukosa oleh sel, dan glukokortikoid menurunkan aktivitas heksokinase.

Banyak sumber energi selain glukosa yang dapat diubah langsung menjadi glukosa di hati, seperti asam laktat, banyak asam lemak bebas dan gliserol, atau asam amino bebas, terutama yang lebih sederhana seperti alanin. Proses pembentukan glukosa di hati dari senyawa lain disebut glukoneogenesis.

Sumber energi yang tidak ada konversi biokimia langsung menjadi glukosa dapat digunakan oleh sel hati untuk menghasilkan ATP dan selanjutnya menyediakan energi untuk proses glukoneogenesis, resintesis glukosa dari asam laktat, atau pasokan energi untuk proses sintesis polisakarida glikogen. cadangan dari monomer glukosa. Glukosa sekali lagi mudah diproduksi dari glikogen dengan penguraian sederhana.

Karena pentingnya mempertahankan tingkat glukosa yang stabil dalam darah, manusia dan banyak hewan lainnya memiliki sistem regulasi hormonal parameter metabolisme karbohidrat yang kompleks. Ketika 1 gram glukosa dioksidasi menjadi karbon dioksida dan air, 17,6 kJ energi dilepaskan. "Energi potensial" maksimum yang tersimpan dalam molekul glukosa dalam bentuk keadaan oksidasi -4 atom karbon (C-4) dapat menurun selama proses metabolisme menjadi C + 4 (dalam molekul CO2). Pemulihannya ke tingkat sebelumnya dapat dilakukan oleh autotrof.

Fruktosa atau gula buah C6H12O6- monosakarida, yang hadir dalam bentuk bebas di hampir semua buah dan buah manis. Banyak orang lebih suka mengganti gula bukan dengan obat sintetik, tapi dengan fruktosa alami.

Tidak seperti glukosa, yang berfungsi sebagai sumber energi universal, fruktosa tidak diserap oleh jaringan yang bergantung pada insulin. Ini hampir sepenuhnya diserap dan dimetabolisme oleh sel-sel hati. Hampir tidak ada sel lain dalam tubuh manusia (kecuali spermatozoa) yang dapat menggunakan fruktosa. Dalam sel hati, fruktosa difosforilasi dan kemudian dipecah menjadi triosa, yang digunakan untuk sintesis asam lemak, yang dapat menyebabkan obesitas, serta meningkatkan kadar trigliserida (yang pada gilirannya meningkatkan risiko aterosklerosis), atau digunakan untuk glikogen. sintesis ( juga sebagian diubah menjadi glukosa selama glukoneogenesis). Namun, konversi fruktosa menjadi glukosa merupakan proses multi-langkah yang kompleks, dan kemampuan hati untuk memproses fruktosa terbatas. Pertanyaan apakah fruktosa harus dimasukkan ke dalam makanan penderita diabetes, karena insulin tidak diperlukan untuk penyerapannya, telah dipelajari secara intensif dalam beberapa tahun terakhir.

Meskipun Orang yang sehat fruktosa tidak meningkatkan (atau sedikit meningkatkan) kadar glukosa darah, pada pasien diabetes, fruktosa sering menyebabkan peningkatan kadar glukosa. Di sisi lain, karena kekurangan glukosa dalam sel, penderita diabetes dapat membakar lemak dalam tubuhnya, yang menyebabkan penipisan cadangan lemak. Dalam hal ini, fruktosa yang mudah diubah menjadi lemak dan tidak membutuhkan insulin dapat digunakan untuk memulihkannya. Keunggulan fruktosa adalah rasa manis dapat diberikan pada hidangan dengan jumlah fruktosa yang relatif kecil, karena 1,2-1,8 kali lebih manis dengan kandungan kalori yang sama (380 kkal / 100 g) seperti gula. Namun, penelitian menunjukkan bahwa konsumen fruktosa tidak mengurangi kandungan kalori dari makanan mereka, sebaliknya mereka makan makanan yang lebih manis.

39. Oligosakarida- ini adalah oligomer, terdiri dari beberapa (tidak lebih dari 20) monomer - monosakarida, berbeda dengan polisakarida, terdiri dari puluhan, ratusan atau ribuan monosakarida; - senyawa yang dibangun dari beberapa residu monosakarida (dari 2 hingga 10) yang dihubungkan oleh ikatan glikosidik.

Kasus khusus oligosakarida yang sangat penting dan tersebar luas adalah disakarida - dimer yang terdiri dari dua molekul monosakarida.

Anda juga dapat berbicara tentang tri-, tetra-, dll. sakarida.

40. Disakarida- nama umum subkelas oligosakarida, di mana molekulnya terdiri dari dua monomer - monosakarida. Disakarida dibentuk oleh reaksi kondensasi antara dua monosakarida, biasanya heksosa. Reaksi kondensasi melibatkan penghilangan air. Ikatan antara monosakarida yang dihasilkan dari reaksi kondensasi disebut ikatan glikosidik Biasanya ikatan ini terbentuk antara atom karbon ke-1 dan ke-4 dari unit monosakarida yang berdekatan (ikatan 1,4-glikosidik).

Proses kondensasi dapat diulang berkali-kali, menghasilkan molekul polisakarida yang sangat besar. Setelah unit monosakarida digabungkan, mereka disebut residu. Disakarida yang paling umum adalah laktosa dan sukrosa.

Mutarotasi(dari lat. muto-change dan rotatio - rotation), perubahan ukuran optik. rotasi larutan senyawa aktif optik karena epimerisasinya. Ini tipikal untuk monosakarida, oligosakarida pereduksi, lakton, dll. Mutarotasi dapat dikatalisis oleh asam dan basa. Dalam kasus glukosa, mutarotasi dijelaskan dengan pembentukan kesetimbangan: Dalam keadaan kesetimbangan, ada 38% bentuk alfa dan 62% bentuk beta. Intermediat bentuk aldehida terkandung dalam konsentrasi yang dapat diabaikan. Keuntungannya, pembentukan b-form disebabkan karena secara termodinamika lebih stabil.

Reaksi "cermin perak" dan "cermin tembaga" adalah karakteristik aldehida

1) Reaksi "cermin perak", pembentukan endapan Ag pada dinding tabung reaksi

2) Reaksi cermin tembaga, pengendapan endapan Cu2O merah

40. Pada gilirannya, disakarida, yang terjadi dalam beberapa kasus selama hidrolisis polisakarida(maltosa dalam hidrolisis pati, selobiosa dalam hidrolisis selulosa) atau yang ada dalam tubuh dalam bentuk bebas (laktosa, sukrosa, trehalosa, dll.), dihidrolisis di bawah aksi katalitik os- dan p-glikosidase menjadi individu monosakarida. Semua glikosidase, kecuali trehalase (ot, omregalosa-glukohidrazin), memiliki rentang spesifisitas yang luas, mempercepat hidrolisis hampir semua glikosida yang merupakan turunan dari satu atau beberapa a- atau (3-monosakarida. Jadi, a-glukosidase mempercepat reaksi hidrolisis a- glukosida, termasuk maltosa, p-glukosidase - p-glukosida, termasuk selobiosa, B-galaktosidase - B-galaktosida dan di antaranya laktosa, dll. Contoh aksi a dan P-glukosidase diberikan sebelumnya

41. Menurut kegagalan struktur kimia disakarida tipe trehalosa (glikosido-glikosida) dan tipe maltosa (glikosida-glukosa) memiliki sifat kimia yang berbeda secara signifikan: yang pertama tidak memberikan karakteristik reaksi apa pun dari gugus aldehida atau keton, yaitu tidak teroksidasi, tidak tereduksi, tidak membentuk ozon, apakah mereka tidak masuk ke dalam reaksi polikoidifikasi (jangan resinifikasi), jangan bermutasi, dll. Untuk disakarida seperti maltosa, sebaliknya, semua reaksi di atas sangat khas. Alasan perbedaan ini cukup jelas dari apa yang telah dikatakan di atas tentang dua jenis struktur disakarida dan sifat-sifat residu monosakarida yang termasuk dalam komposisinya. Itu terletak pada fakta bahwa hanya disakarida seperti maltosa yang memungkinkan tautomerisme rantai cincin, menghasilkan pembentukan gugus aldehida atau keton bebas, yang menunjukkan sifat-sifat khasnya.

Untuk alkohol hidroksil, kedua jenis disakarida memberikan reaksi yang sama: membentuk eter dan ester, berinteraksi dengan hidrat oksida logam.

Ada sejumlah besar disakarida di alam; Trehalosa dan maltosa yang disebutkan di atas, serta sukrosa, selobiosa, dan laktosa, adalah yang paling signifikan.

42. Maltosa(dari bahasa Inggris malt - malt) - gula malt, disakarida alami yang terdiri dari dua residu glukosa; ditemukan dalam jumlah besar dalam biji-bijian bertunas (malt) dari jelai, gandum hitam, dan sereal lainnya; ditemukan juga dalam tomat, serbuk sari dan nektar dari sejumlah tanaman. M. mudah larut dalam air, rasanya manis; Ini adalah gula pereduksi karena memiliki gugus hidroksil hemiasetal yang tidak tersubstitusi. Biosintesis M. dari b-D-glukopiranosilfosfat dan D-glukosa hanya diketahui pada beberapa jenis bakteri. Pada organisme hewan dan tumbuhan, M. terbentuk selama penguraian enzimatik pati dan glikogen (lihat Amilase). Pemecahan M. menjadi dua residu glukosa terjadi sebagai akibat dari aksi enzim a-glukosidase, atau maltase, yang terkandung dalam cairan pencernaan hewan dan manusia, dalam biji-bijian yang bertunas, dalam jamur dan ragi. Ketiadaan enzim ini yang ditentukan secara genetik dalam mukosa usus manusia menyebabkan intoleransi bawaan terhadap M., penyakit serius yang memerlukan pengecualian pati dan glikogen dari makanan M. atau penambahan enzim maltase ke dalam makanan.

Ketika maltosa direbus dengan asam encer dan di bawah aksi enzim, maltase dihidrolisis (terbentuk dua molekul glukosa C6H12O6). Maltosa mudah diserap oleh tubuh manusia. Berat molekul - 342,32 Titik lebur - 108 (anhidrat)

43. Laktosa(dari lat. lactis - susu) С12Н22О11 - karbohidrat dari kelompok disakarida, ditemukan dalam susu dan produk susu. Molekul laktosa terdiri dari residu molekul glukosa dan galaktosa. Laktosa kadang disebut gula susu.

Sifat kimia. Saat direbus dengan asam encer, laktosa dihidrolisis.

Laktosa diperoleh dari whey susu.

Aplikasi. Digunakan untuk persiapan media nutrisi, misalnya dalam produksi penisilin. Digunakan sebagai eksipien (pengisi) dalam industri farmasi.

Dari laktosa, diperoleh laktulosa - obat yang berharga untuk pengobatan gangguan usus, seperti sembelit.

44. Sukrosa C12H22O11, atau gula bit, gula tebu, dalam kehidupan sehari-hari hanya gula - disakarida yang terdiri dari dua monosakarida - α-glukosa dan β-fruktosa.

Sukrosa adalah disakarida yang sangat umum di alam, ditemukan di banyak buah, buah dan beri. Kandungan sukrosa sangat tinggi pada gula bit dan tebu, yang digunakan untuk produksi industri gula makanan.

Sukrosa memiliki kelarutan yang tinggi. Secara kimiawi, fruktosa agak lembam; saat berpindah dari satu tempat ke tempat lain, hampir tidak terlibat dalam metabolisme. Terkadang sukrosa disimpan sebagai nutrisi cadangan.

Sukrosa, memasuki usus, dengan cepat dihidrolisis oleh alfa-glukosidase dari usus kecil menjadi glukosa dan fruktosa, yang kemudian diserap ke dalam darah. Penghambat alfa-glukosidase, seperti acarbose, menghambat pemecahan dan penyerapan sukrosa, serta karbohidrat lain yang dihidrolisis oleh alfa-glukosidase, khususnya pati. Ini digunakan dalam pengobatan diabetes tipe 2. Sinonim: alpha-D-glucopyranosyl-beta-D-fructofuranoside, gula bit, gula tebu.

Sifat kimia dan fisik. Berat molekul 342,3 a.m.u. Rumus kotor (sistem Hill): C12H22O11. Rasanya manis. Kelarutan (gram per 100 gram): dalam air 179 (0°C) dan 487 (100°C), dalam etanol 0,9 (20°C). Sedikit larut dalam metanol. Tidak larut dalam dietil eter. Massa jenis 1,5879 g/cm3 (15°C). Rotasi spesifik untuk sodium D-line: 66,53 (air; 35 g/100 g; 20°C). Ketika didinginkan dengan udara cair, setelah diterangi dengan cahaya terang, kristal sukrosa berpendar. Tidak menunjukkan sifat pereduksi - tidak bereaksi dengan reagen Tollens dan reagen Fehling. Kehadiran gugus hidroksil dalam molekul sukrosa dengan mudah dikonfirmasi oleh reaksi dengan logam hidroksida. Jika larutan sukrosa ditambahkan ke tembaga (II) hidroksida, terbentuk larutan sukrosa tembaga berwarna biru cerah. Tidak ada gugus aldehida dalam sukrosa: ketika dipanaskan dengan larutan amonia perak (I) oksida, ia tidak memberikan "cermin perak", ketika dipanaskan dengan tembaga (II) hidroksida, ia tidak membentuk tembaga (I) oksida merah . Di antara isomer sukrosa yang memiliki rumus molekul C12H22O11, maltosa dan laktosa dapat dibedakan.

Reaksi sukrosa dengan air. Jika Anda merebus larutan sukrosa dengan beberapa tetes asam klorida atau asam sulfat dan menetralkan asam dengan alkali, lalu memanaskan larutan, molekul dengan gugus aldehida muncul, yang mereduksi tembaga (II) hidroksida menjadi tembaga (I) oksida. Reaksi ini menunjukkan bahwa sukrosa mengalami hidrolisis di bawah aksi katalitik asam, menghasilkan pembentukan glukosa dan fruktosa: С12Н22О11 + Н2О → С6Н12O6 + С6Н12O6

Sumber alami dan antropogenik. Terkandung dalam tebu, gula bit (hingga 28% bahan kering), jus tanaman dan buah-buahan (misalnya birch, maple, melon dan wortel). Sumber sukrosa - dari bit atau tebu - ditentukan oleh perbandingan kandungan isotop karbon stabil 12C dan 13C. Bit gula memiliki mekanisme penyerapan karbon dioksida C3 (melalui asam fosfogliserat) dan secara istimewa menyerap isotop 12C; Tebu memiliki mekanisme C4 untuk menyerap karbon dioksida (melalui asam oksaloasetat) dan lebih disukai menyerap isotop 13C.

45. Selobiosa- karbohidrat dari kelompok disakarida, terdiri dari dua residu glukosa yang dihubungkan (oleh ikatan β-glukosidik; unit struktural utama selulosa.

Zat kristal putih, sangat larut dalam air. Selobiosa ditandai dengan reaksi yang melibatkan gugus aldehida (hemasetal) dan gugus hidroksil. Selama hidrolisis asam atau di bawah aksi enzim β-glukosidase, selobiosa dibelah menjadi 2 molekul glukosa.

Selobiosa diperoleh dengan hidrolisis parsial selulosa. Cellobiose ditemukan dalam bentuk bebas di getah beberapa pohon.

46. ​​​​Polisakarida- nama umum kelas karbohidrat molekul tinggi kompleks, yang molekulnya terdiri dari puluhan, ratusan atau ribuan monomer - monosakarida.

Polisakarida sangat penting untuk kehidupan hewan dan tumbuhan. Mereka adalah salah satu sumber energi utama yang dihasilkan dari metabolisme tubuh. Mereka mengambil bagian dalam proses kekebalan, memberikan adhesi sel dalam jaringan, dan merupakan bagian terbesar dari bahan organik di biosfer.

Beragam aktivitas biologis polisakarida tumbuhan telah ditetapkan: antibiotik, antivirus, antitumor, penawar racun [sumber tidak ditentukan 236 hari]. Polisakarida tanaman memainkan peran penting dalam mengurangi lipemia dan ateromatosis vaskular karena kemampuannya untuk membentuk kompleks dengan protein plasma dan lipoprotein.

Polisakarida termasuk, khususnya:

dekstrin adalah polisakarida, produk hidrolisis pati;

pati adalah polisakarida utama yang disimpan sebagai cadangan energi pada organisme tumbuhan;

glikogen adalah polisakarida yang disimpan sebagai cadangan energi dalam sel organisme hewan, tetapi juga ditemukan dalam jumlah kecil di jaringan tumbuhan;

selulosa adalah polisakarida struktural utama dari dinding sel tanaman;

galactomannans - polisakarida penyimpanan beberapa tanaman dari keluarga kacang-kacangan, seperti guarana dan getah kacang locust;

glukomanan - polisakarida yang diperoleh dari umbi konjac, terdiri dari unit glukosa dan manosa bergantian, serat makanan larut yang mengurangi nafsu makan;

amiloid - digunakan dalam produksi kertas perkamen.

Selulosa ( dari lat. cellula - sel, sama dengan serat) - [С6Н7О2 (OH) 3] n, polisakarida; komponen utama dari membran sel dari semua tumbuhan tingkat tinggi.

Selulosa terdiri dari residu molekul glukosa, yang terbentuk selama hidrolisis asam selulosa:

(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6

Selulosa adalah benang panjang yang mengandung 300-2500 residu glukosa, tanpa cabang samping. Benang-benang ini saling berhubungan oleh banyak ikatan hidrogen, yang memberikan kekuatan mekanik yang lebih besar pada selulosa. Mamalia (seperti kebanyakan hewan lainnya) tidak memiliki enzim yang dapat memecah selulosa. Namun, banyak herbivora (seperti ruminansia) memiliki bakteri simbion di saluran pencernaannya yang memecah dan membantu inangnya menyerap polisakarida ini.

Pulp diperoleh dengan cara industri dengan cara pemasakan di pabrik pulp yang merupakan bagian dari kompleks industri (gabungan). Menurut jenis reagen yang digunakan, metode pulping berikut dibedakan:

Sulfit. Cairan masak mengandung asam belerang dan garamnya, seperti natrium hidrosulfit. Metode ini digunakan untuk mendapatkan selulosa dari spesies kayu dengan resin rendah: cemara, cemara.

basa:

Soda. Larutan natrium hidroksida digunakan. Metode soda dapat digunakan untuk mendapatkan selulosa dari kayu keras dan tanaman tahunan.

sulfat. Metode paling umum saat ini. Reagen yang digunakan adalah larutan yang mengandung natrium hidroksida dan natrium sulfida, dan disebut cairan putih. Metode ini mendapatkan namanya dari natrium sulfat, dari mana sulfida untuk cairan putih diperoleh di pabrik pulp. Metode ini cocok untuk memperoleh selulosa dari segala jenis bahan tumbuhan. Kerugiannya adalah pelepasan sejumlah besar senyawa belerang yang berbau busuk: metil merkaptan, dimetil sulfida, dll. Sebagai akibat dari reaksi samping.

Selulosa teknis yang diperoleh setelah pemasakan mengandung berbagai pengotor: lignin, hemiselulosa. Jika selulosa dimaksudkan untuk pemrosesan kimiawi (misalnya, untuk mendapatkan serat buatan), maka dilakukan pemurnian - pengolahan dengan larutan alkali dingin atau panas untuk menghilangkan hemiselulosa.

Untuk menghilangkan sisa lignin dan membuat pulp lebih putih, dilakukan pemutihan. Pemutihan klorin tradisional mencakup dua tahap:

perawatan klorin - untuk menghancurkan makromolekul lignin;

perlakuan alkali - untuk ekstraksi produk penghancuran lignin yang terbentuk.

47. Pati- polisakarida amilosa dan amilopektin, yang monomernya adalah alfa-glukosa. Pati, disintesis oleh tanaman yang berbeda di bawah pengaruh cahaya (fotosintesis), memiliki beberapa komposisi dan struktur butir yang berbeda.

sifat biologis. Pati, sebagai salah satu produk fotosintesis, tersebar luas di alam. Untuk tanaman, itu adalah cadangan nutrisi dan ditemukan terutama pada buah, biji dan umbi. Biji tanaman sereal paling kaya akan pati: beras (hingga 86%), gandum (hingga 75%), jagung (hingga 72%), serta umbi kentang (hingga 24%).

Bagi tubuh manusia, pati, bersama dengan sukrosa, merupakan pemasok utama karbohidrat - salah satu komponen makanan terpenting. Di bawah aksi enzim, pati dihidrolisis menjadi glukosa, yang dioksidasi dalam sel menjadi karbon dioksida dan air dengan pelepasan energi yang diperlukan untuk berfungsinya organisme hidup.

Biosintesis. Bagian dari glukosa yang terbentuk pada tumbuhan hijau selama fotosintesis diubah menjadi pati:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6(glukosa) → (C6H10O5)n + nH2O

Secara umum, ini dapat ditulis sebagai 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n 6nO2.

Pati sebagai makanan cadangan terakumulasi dalam umbi, buah, biji tanaman. Jadi, umbi kentang mengandung pati hingga 24%, biji-bijian gandum - hingga 64%, beras - 75%, jagung - 70%.

Glikogen adalah polisakarida dibentuk oleh residu glukosa; karbohidrat cadangan utama manusia dan hewan. Glikogen (juga kadang-kadang disebut pati hewani, meskipun istilahnya tidak akurat) adalah bentuk penyimpanan utama glukosa dalam sel hewan. Itu disimpan sebagai butiran di sitoplasma di banyak tipe sel (terutama hati dan otot). Glikogen membentuk cadangan energi yang dapat dengan cepat dimobilisasi jika perlu untuk mengganti kekurangan glukosa secara tiba-tiba. Penyimpanan glikogen, bagaimanapun, tidak setinggi kalori per gram sebagai penyimpanan trigliserida (lemak). Hanya glikogen yang disimpan dalam sel hati (hepatosit) yang dapat diubah menjadi glukosa untuk memberi makan seluruh tubuh, sedangkan hepatosit mampu menyimpan hingga 8 persen dari beratnya dalam bentuk glikogen, yang merupakan konsentrasi tertinggi dari semua jenis sel. Massa total glikogen di hati bisa mencapai 100-120 gram pada orang dewasa. Di otot, glikogen diproses menjadi glukosa secara eksklusif untuk konsumsi lokal dan terakumulasi dalam konsentrasi yang jauh lebih rendah (tidak lebih dari 1% dari total massa otot), sedangkan total cadangan ototnya dapat melebihi cadangan yang terkumpul di hepatosit. Sejumlah kecil glikogen ditemukan di ginjal, dan bahkan lebih sedikit lagi di beberapa jenis sel otak (sel glial) dan sel darah putih.

48. Kitin (C8H13O5N) (chitine Prancis, dari chiton Yunani: chiton - pakaian, kulit, cangkang) - senyawa alami dari kelompok polisakarida yang mengandung nitrogen. Nama kimia: poli-N-asetil-D-glukosa-2-amina, polimer residu N-asetilglukosamin yang dihubungkan oleh ikatan b-(1,4)-glikosidik. Komponen utama exoskeleton (kutikula) arthropoda dan sejumlah invertebrata lainnya, merupakan bagian dari dinding sel jamur dan bakteri.

distribusi di alam. Kitin adalah salah satu polisakarida paling umum di alam - setiap tahun sekitar 10 gigaton kitin terbentuk dan terurai dalam organisme hidup di Bumi.

Ini melakukan fungsi pelindung dan pendukung, memberikan kekakuan sel - terkandung di dinding sel jamur.

Komponen utama kerangka luar arthropoda.

Juga, kitin terbentuk dalam organisme banyak hewan lain - berbagai cacing, coelenterata, dll.

Di semua organisme yang memproduksi dan menggunakan kitin, kitin tidak dalam bentuk murninya, tetapi dalam kompleks dengan polisakarida lain, dan sangat sering dikaitkan dengan protein. Terlepas dari kenyataan bahwa kitin adalah zat yang sangat mirip dalam struktur, sifat fisikokimia dan peran biologis terhadap selulosa, pada organisme yang membentuk selulosa (tanaman, beberapa bakteri), kitin tidak dapat ditemukan.

Kimia kitin. Dalam bentuk aslinya, kitin dari organisme yang berbeda agak berbeda satu sama lain dalam komposisi dan sifat. Berat molekul kitin mencapai 260.000.

Kitin tidak larut dalam air, tahan terhadap asam encer, alkali, alkohol, dan pelarut organik lainnya. Larut dalam larutan pekat beberapa garam (seng klorida, litium tiosianat, garam kalsium).

Ketika dipanaskan dengan larutan asam mineral pekat, ia dihancurkan (dihidrolisis), memisahkan gugus asetil.

Penggunaan praktis. Salah satu turunan kitin yang diperoleh dari industri adalah kitosan. Bahan baku pembuatannya adalah cangkang krustasea (krill, king crab), serta produk sintesis mikrobiologi.

49. Hidrokarbon aromatik, senyawa organik yang terdiri dari karbon dan hidrogen dan mengandung inti benzena. Perwakilan A. yang paling sederhana dan terpenting di. - benzena (I) dan homolognya: metilbenzena, atau toluena (II), dimetilbenzena, atau xilena, dll. juga termasuk turunan benzena dengan rantai samping tak jenuh, seperti stirena (III). Diketahui banyak A. di. dengan beberapa inti benzena dalam molekulnya, misalnya difenilmetana (IV), difenil C6H5-C6H5, di mana kedua inti benzena saling berikatan langsung; dalam naftalena (V), kedua cincin berbagi 2 atom karbon; hidrokarbon semacam itu disebut A. at. dengan inti terkondensasi.

Benzena C6H6, PhH) adalah senyawa kimia organik, cairan tidak berwarna dengan bau manis yang menyenangkan. hidrokarbon aromatik. Benzene adalah komponen bensin, banyak digunakan dalam industri, dan merupakan bahan baku untuk produksi obat-obatan, berbagai plastik, karet sintetis, dan pewarna. Meskipun benzena ditemukan dalam minyak mentah, benzena disintesis secara komersial dari komponen lain. Beracun, karsinogen.

homolog- Senyawa yang termasuk dalam kelas yang sama, tetapi komposisinya berbeda satu sama lain dengan bilangan bulat gugus CH2. Himpunan semua homolog membentuk deret homolog.

properti fisik. Cairan tidak berwarna dengan bau menyengat yang khas. Titik lebur = 5,5 °C, Titik didih = 80,1 °C, Kepadatan = 0,879 g/cm³, Berat molekul = 78,11 g/mol. Seperti semua hidrokarbon, benzena terbakar dan membentuk banyak jelaga. Ini membentuk campuran eksplosif dengan udara, bercampur dengan baik dengan eter, bensin dan pelarut organik lainnya, dan membentuk campuran azeotropik dengan air dengan titik didih 69,25 °C. Kelarutan dalam air 1,79 g/l (pada 25 °C).

Struktur. Berdasarkan komposisi, benzena termasuk dalam hidrokarbon tak jenuh (seri homolog CnH2n-6), tetapi, tidak seperti hidrokarbon dari seri etilen, C2H4 menunjukkan sifat yang melekat pada hidrokarbon jenuh dalam kondisi yang keras, tetapi benzena lebih rentan terhadap reaksi substitusi. "Perilaku" benzena ini dijelaskan oleh struktur khususnya: adanya awan elektron 6π terkonjugasi dalam struktur tersebut. Gagasan modern tentang sifat elektronik ikatan dalam benzena didasarkan pada hipotesis Linus Pauling, yang mengusulkan untuk menggambarkan molekul benzena sebagai segi enam dengan lingkaran bertuliskan, dengan demikian menekankan tidak adanya ikatan rangkap tetap dan adanya awan elektron tunggal yang menutupi semua enam atom karbon dari siklus.

50. Senyawa aromatik (arena)- senyawa organik siklik yang memiliki sistem ikatan aromatik dalam komposisinya. Mereka mungkin memiliki rantai samping jenuh atau tidak jenuh.

Hidrokarbon aromatik yang paling penting meliputi benzena C6H6 dan homolognya: toluena C6H5CH3, xilena C6H4(CH3)2, dll.; naftalena C10H8, antrasena C14H10 dan turunannya. Sifat kimia yang khas- peningkatan stabilitas inti aromatik dan kecenderungan reaksi substitusi. Sumber utama hidrokarbon aromatik adalah tar batubara, minyak dan produk minyak. Metode perolehan sintetis sangat penting. Hidrokarbon aromatik adalah produk awal untuk produksi keton, aldehida, dan asam aromatik, serta banyak zat lainnya. Ada juga arena heterosiklik, di antaranya paling sering ditemukan dalam bentuk murni dan dalam bentuk senyawa - piridin, pirol, furan dan tiofena, indol, purin, kuinolin.

Borazol (“benzena anorganik”) juga memiliki aromatisitas, tetapi sifat-sifatnya sangat berbeda dari sifat-sifat arena organik.

Reaksi Substitusi Elektrofilik"(Reaksi elektrofilik substitusi bahasa Inggris) - reaksi substitusi di mana serangan dilakukan oleh elektrofil - partikel yang bermuatan positif atau kekurangan elektron. Ketika ikatan baru terbentuk, partikel keluar - elektrofag dipisahkan tanpa pasangan elektronnya. Gugus pergi yang paling populer adalah proton H+.

51-52. Reaksi substitusi elektrofilik aromatik

Untuk sistem aromatik, sebenarnya ada satu mekanisme substitusi elektrofilik, SEAr. Mekanisme SE1 (dengan analogi dengan mekanisme SN1) sangat jarang, dan SE2 (sesuai dengan mekanisme SN2) tidak ditemukan sama sekali.

mekanisme reaksi SEAr atau reaksi substitusi elektrofilik aromatik (Inggris substitusi elektrofilik aromatik) adalah yang paling umum dan paling penting di antara reaksi substitusi senyawa aromatik dan terdiri dari dua tahap. Pada tahap pertama dipasang elektrofil, pada tahap kedua elektrofil dilepas.

Selama reaksi, zat antara bermuatan positif terbentuk (pada gambar - 2b). Ini disebut perantara Weland, ion aronium, atau kompleks σ. Kompleks ini biasanya sangat reaktif dan mudah distabilkan dengan penghilangan kation secara cepat. Langkah pembatas laju di sebagian besar reaksi SEAr adalah langkah pertama.

Laju reaksi = k**

Elektrofil yang relatif lemah biasanya bertindak sebagai partikel penyerang, oleh karena itu, dalam banyak kasus, reaksi SEAr berlangsung di bawah aksi katalis asam Lewis. AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2 lebih sering digunakan daripada yang lain.

Dalam hal ini, mekanisme reaksinya adalah sebagai berikut (menggunakan contoh klorinasi benzena, katalis FeCl3):

1. Pada tahap pertama, katalis berinteraksi dengan partikel penyerang membentuk zat elektrofilik aktif

Pada tahap kedua sebenarnya mekanisme SEAr diimplementasikan.

53. Senyawa heterosiklik(heterocycles) - senyawa organik yang mengandung siklus, yang, bersama dengan karbon, juga termasuk atom unsur lain. Mereka dapat dianggap sebagai senyawa karbosiklik dengan heterosubstituen (heteroatom) di dalam cincin. Senyawa heterosiklik yang mengandung nitrogen aromatik adalah yang paling beragam dan dipelajari dengan baik. Batasan kasus senyawa heterosiklik adalah senyawa yang tidak mengandung atom karbon dalam siklusnya, misalnya pentazol.

pirol- heterocycle nitrogen beranggota lima aromatik, memiliki sifat dasar yang lemah. Terkandung dalam minyak tulang (yang diperoleh dengan distilasi kering tulang), serta dalam tar batubara. Cincin pirol adalah bagian dari porfirin - klorofil tumbuhan, heme hemoglobin dan sitokrom, dan sejumlah senyawa penting biologis lainnya.

Struktur dan properti. Pyrrole adalah cairan tidak berwarna, berbau seperti kloroform, perlahan-lahan menjadi gelap saat terkena udara. Ini sedikit higroskopis, sedikit larut dalam air, dan sangat larut dalam sebagian besar pelarut organik. Struktur pirol diusulkan pada tahun 1870 oleh Bayer, berdasarkan oksidasinya dengan asam kromat menjadi maleimida dan pembentukannya selama distilasi suksinimida dengan debu seng.

Keasaman dan metalasi. Pyrrole adalah asam NH lemah (pKa 17,5 dalam air) dan bereaksi dengan logam alkali dan amida dalam amonia cair atau pelarut inert untuk mendeprotonasi pada posisi 1 dan membentuk garam yang sesuai. Reaksi dengan pereaksi Grignard berlangsung serupa, di mana garam N-magnesium terbentuk. Pirol tersubstitusi-N bereaksi dengan butil- dan fenillitium, membentuk logam ke posisi α.

54. INDOL (benzo[b]pirol), mengatakan. m.117.18; tanpa warna kristal dengan bau naftalena yang samar; mp 52,5 °C, bp 254 °С; d456 1,0718; menyublim saat dipanaskan. hingga 150°С; m 7.03.10-30 C.m (benzena, 25 °C); distilasi dengan uap air, dietil eter dan NH3; baiklah. di org. larutan, air panas, NH3 cair. Molekul memiliki konfigurasi planar.

Indole adalah basa lemah (pKa -2.4). Saat terprotonasi, ia membentuk kation 3H-indolium (f-la I), to-ry saat berinteraksi. dengan molekul netral, indole menghasilkan dimer (II). Sebagai asam lemah (pKa 17), indol dengan Na dalam NH3 cair membentuk indol N-natrium, dengan KOH pada 130 ° C - indol N-kalium. Memiliki aromatik. St. kamu. Elektrof. substitusi pergi Ch. arr. ke posisi 3. Nitrasi biasanya dilakukan dengan benzoil nitrat, sulfonasi dengan piridin sulfotrioksida, brominasi dengan dioksan dibromida, klorinasi dengan SO2Cl2, alkilasi dengan alkil halida aktif. Asetilasi dalam asam asetat juga menuju ke posisi 3, di hadapan. CH3COONa - ke posisi 1; dalam anhidrida asetat, 1,3-diacetylindole terbentuk. Indole dengan mudah menambah ikatan rangkap keton dan nitril tak jenuh a,b.

Aminometilasi (distrik Mannich) dalam kondisi ringan berlanjut ke posisi 1, dalam kondisi sulit - ke posisi 3. Pergantian cincin benzena (terutama di posisi 4 dan 6) hanya terjadi di lingkungan asam dengan posisi tersumbat 3. Ada. H2O2, peracids atau indole ringan dioksidasi menjadi indoxyl, yang kemudian berubah menjadi. dalam trimer atau indigo. Oksidasi yang lebih parah di bawah aksi O3, MnO2 menyebabkan pecahnya cincin pirol dengan pembentukan 2-formamidobenzaldehida. Ketika indol dihidrogenasi dengan hidrogen dalam kondisi ringan, cincin pirol berkurang, dan dalam kondisi yang lebih parah, cincin benzena juga berkurang.

Indole terkandung dalam minyak atsiri buah melati dan jeruk, merupakan bagian dari kam.-ug. resin. Cincin indol adalah fragmen molekul yang bersifat penting. senyawa (misalnya, triptofan, serotonin, melatonin, bufotenin). Biasanya, indol diisolasi dari fraksi naftalena kam.-ug. resin atau diperoleh dengan dehidrogenasi o-etilanilin dengan yang terakhir. siklisasi produk yang dihasilkan. Indole dan turunannya juga disintesis dengan siklisasi arilhidrazon dari senyawa karbonil. (R-tion Fisher), saling menguntungkan. arylamines dengan a-halogen atau a-hydroxycarbonyl Comm. (R-tion Bischler), dll. Inti indol adalah bagian dari alkaloid indol. Indole sendiri adalah fiksatif bau dalam wewangian; turunannya digunakan dalam produksi senyawa aktif biologis. (hormon, halusinogen) dan lek. Rabu (misalnya, indopan, indometasin).

55. Imidazol- senyawa organik dari kelas heterosiklik, siklus beranggota lima dengan dua atom nitrogen dan tiga atom karbon dalam siklus, isomerik hingga pirazol.

Properti. Dalam imidazol yang tidak tersubstitusi, posisi 4 dan 5 (atom karbon) setara karena tautomerisme. Aromatik, bereaksi dengan garam diazonium (kombinasi). Ini dinitrasi dan disulfonasi hanya dalam media asam pada posisi 4, halogen dalam media basa masuk pada posisi 2, dalam media asam pada posisi 4. Mudah dialkilasi dan diasilasi pada imina N, membuka siklus saat berinteraksi dengan larutan asam kuat dan peroksida. Mengkatalisis hidrolisis ester dan amida asam karboksilat yang hampir tidak dapat disabunkan.

Berdasarkan imidazol, sejumlah besar cairan ionik berbeda diproduksi.

Menerima metode. Dari ortho-phenylenediamine melalui benzimidazole dan 4,5-imidazole dicarboxylic acid.

Interaksi glioksal (oksalaldehida) dengan amonia dan formaldehida.

peran biologis. Cincin imidazol adalah bagian dari histidin asam amino esensial. Fragmen struktural histamin, basa purin, dibazol.

56. Piridin- heterocycle aromatik beranggota enam dengan satu atom nitrogen, cairan tidak berwarna dengan bau tidak sedap yang tajam; larut dengan air dan pelarut organik. Piridin adalah basa lemah, memberikan garam dengan asam mineral kuat, mudah membentuk garam ganda dan senyawa kompleks.

Kuitansi. Sumber utama untuk memperoleh piridin adalah tar batubara.

Sifat kimia. Piridin menunjukkan sifat-sifat yang khas dari amina tersier: ia membentuk N-oksida, garam N-alkylpyridinium, dan mampu bertindak sebagai ligan donor sigma.

Pada saat yang sama, piridin memiliki sifat aromatik yang jelas. Namun, keberadaan atom nitrogen dalam cincin konjugasi menyebabkan redistribusi kerapatan elektron yang serius, yang menyebabkan penurunan kuat aktivitas piridin dalam reaksi substitusi aromatik elektrofilik. Dalam reaksi seperti itu, sebagian besar posisi meta cincin direaksikan.

Piridin dicirikan oleh reaksi substitusi nukleofilik aromatik yang terjadi terutama pada posisi orto-para cincin. Reaktivitas ini menunjukkan sifat cincin piridin yang kekurangan elektron, yang dapat diringkas dalam aturan praktis berikut: reaktivitas piridin sebagai senyawa aromatik secara kasar sesuai dengan reaktivitas nitrobenzena.

Aplikasi. Ini digunakan dalam sintesis pewarna, obat-obatan, insektisida, dalam kimia analitik, sebagai pelarut untuk banyak zat organik dan beberapa zat anorganik, untuk denaturasi alkohol.

Keamanan. Pyridine beracun, mempengaruhi sistem saraf, kulit.

57. Peran biologis. Asam nikotinat adalah turunan dari piridin. Ini diserap di perut dan duodenum, dan kemudian mengalami aminasi, menghasilkan nikotinamid, yang di dalam tubuh, dalam kombinasi dengan protein, membentuk lebih dari 80 enzim. Ini adalah peran fisiologis utama vitamin B5. Jadi, asam nikotinat adalah bagian dari enzim redoks yang penting seperti dehidrogenesis, yang mengkatalisis penghilangan hidrogen dari zat organik yang teroksidasi. Hidrogen yang diambil oleh enzim ini diteruskan ke enzim redoks, yang meliputi riboflavin. Selain itu, di dalam tubuh mamalia, nukleotida piridin terbentuk dari nikotinamid (niasin) dan asam nikotinat, yang berfungsi sebagai koenzim untuk NAD dan NADP. Kurangnya prekursor ini pada hewan menyebabkan pellagra, penyakit yang memanifestasikan dirinya dengan gejala pada kulit, saluran pencernaan, dan sistem saraf (dermatitis, diare, demensia). Sebagai koenzim NAD dan NADP, prekursor asam nikotinat terlibat dalam banyak reaksi redoks yang dikatalisis oleh dehidrogenase. Efek biologis asam nikotinat dimanifestasikan dalam bentuk stimulasi fungsi sekresi lambung dan kelenjar pencernaan (jika ada di lambung, konsentrasi asam klorida bebas meningkat). Di bawah pengaruh vitamin B5, terjadi peningkatan biosintesis glikogen dan penurunan hiperglikemia, peningkatan fungsi detoksifikasi hati, perluasan pembuluh darah, dan peningkatan mikrosirkulasi darah.

Ada hubungan antara asam nikotinat dan asam amino yang mengandung belerang. Peningkatan ekskresi methylnicotinamide dalam urin dengan defisiensi protein dinormalisasi dengan memasukkan asam amino yang mengandung sulfur ke dalam makanan. Pada saat yang sama, kandungan fosfopirinukleotida di hati juga dinormalisasi.

58. Pirimidin (C4N2H4, Pyrimidine, 1,3- atau m-diazine, myazine) adalah senyawa heterosiklik yang memiliki molekul datar, perwakilan paling sederhana dari 1,3-diazin.

properti fisik. Pirimidin - kristal tidak berwarna dengan bau khas.

Sifat kimia. Berat molekul pirimidin adalah 80,09 g/mol. Pirimidin menunjukkan sifat basa diacid lemah, karena atom nitrogen dapat mengikat proton karena ikatan donor-akseptor, sambil memperoleh muatan positif. Reaktivitas dalam reaksi substitusi elektrofilik pirimidin berkurang karena penurunan kerapatan elektron pada posisi 2,4,6, yang disebabkan oleh adanya dua atom nitrogen dalam siklus. Substitusi menjadi mungkin hanya dengan adanya substituen penyumbang elektron dan diarahkan ke posisi yang paling tidak dinonaktifkan 5. Namun, berbeda dengan ini, pirimidin aktif sehubungan dengan reagen nukleofilik yang menyerang atom karbon 2, 4, dan 6 dalam siklus. .

Kuitansi. Pirimidin diperoleh dengan reduksi turunan pirimidin terhalogenasi. Atau dari 2,4,6-trikloropirimidin yang diperoleh dengan mengolah asam barbiturat dengan klorin fosfor.

Turunan pirimidin tersebar luas di alam liar, di mana mereka terlibat dalam banyak proses biologis penting. Secara khusus, turunan seperti sitosin, timin, urasil adalah bagian dari nukleotida, yang merupakan unit struktural asam nukleat, inti pirimidin adalah bagian dari beberapa vitamin B, khususnya B1, koenzim dan antibiotik.

59. Purin (C5N4H4, Purin)- senyawa heterosiklik, perwakilan imidazopirimidin yang paling sederhana.

Turunan purin memainkan peran penting dalam kimia senyawa alami (basa purin DNA dan RNA; koenzim NAD; alkaloid, kafein, teofilin dan teobromin; racun, saxitoxin dan senyawa terkait; asam urat) dan, oleh karena itu, dalam obat-obatan.

adenin- basa nitrogen, turunan amino purin (6-aminopurine). Membentuk dua ikatan hidrogen dengan urasil dan timin (pelengkap).

properti fisik. Adenin adalah kristal tak berwarna yang meleleh pada suhu 360-365 C. Ia memiliki karakteristik penyerapan maksimum (λmax) pada 266 mc (pH 7) dengan koefisien kepunahan molar (εmax) 13500.

Rumus kimia С5H5N5, berat molekul 135,14 g/mol. Adenin menunjukkan sifat dasar (pKa1=4.15; pKa2=9.8). Saat berinteraksi dengan asam nitrat, adenin kehilangan gugus aminonya, berubah menjadi hipoksantin (6-hidroksipurin). Dalam larutan berair, ia mengkristal menjadi hidrat kristal dengan tiga molekul air.

Kelarutan. Mari larut dengan baik dalam air, terutama panas, dengan penurunan suhu air, kelarutan adenin di dalamnya turun. Larut dalam alkohol, dalam kloroform, eter, serta dalam asam dan basa - tidak larut.

Distribusi dan kepentingan di alam. Adenin adalah bagian dari banyak senyawa penting bagi organisme hidup, seperti: adenosin, adenosin fosfatase, asam fosfat adenosin, asam nukleat, nukleotida adenin, dll. Dalam bentuk senyawa ini, adenin tersebar luas di alam liar.

Guanin- basa nitrogen, turunan amino dari purin (6-hidroksi-2-aminopurin), adalah bagian yang tidak terpisahkan asam nukleat. Dalam DNA, selama replikasi dan transkripsi, ia membentuk tiga ikatan hidrogen dengan sitosin (pelengkap). Pertama diisolasi dari guano.

properti fisik. Serbuk kristal amorf tak berwarna. Titik lebur 365 °C. Larutan guanin dalam HCl berfluoresensi. Dalam lingkungan basa dan asam, ia memiliki dua maksimum serapan (λmax) dalam spektrum ultraviolet: pada 275 dan 248 mk (pH 2) dan 246 dan 273 mk (pH 11).

Sifat kimia. Rumus kimianya adalah C5H5N5O, berat molekulnya adalah 151,15 g/mol. Menunjukkan sifat dasar, pKa1= 3.3; pKa2= 9,2; pKa3=12,3. Bereaksi dengan asam dan basa membentuk garam.

Kelarutan. Sangat larut dalam asam dan basa, kurang larut dalam eter, alkohol, amonia dan larutan netral, tidak larut dalam air .

reaksi kualitas. Untuk menentukan guanin, itu diendapkan dengan asam metafosfat dan pikrat; dengan asam diazosulfonat dalam larutan Na2CO3, itu memberi warna merah.

Distribusi di alam dan signifikansi. Termasuk dalam asam nukleat.

60. Nukleosida adalah glikosilamin yang mengandung basa nitrogen yang terkait dengan gula (ribosa atau deoksiribosa).

Nukleosida dapat difosforilasi oleh kinase seluler pada gugus alkohol primer gula, dan nukleotida yang sesuai terbentuk.

Nukleotida- Ester fosfat nukleosida, nukleosida fosfat. Nukleotida bebas, khususnya ATP, cAMP, ADP, memainkan peran penting dalam energi dan proses intraseluler informasi, dan juga merupakan konstituen asam nukleat dan banyak koenzim.

Nukleotida adalah ester dari nukleosida dan asam fosfat. Nukleosida, pada gilirannya, adalah N-glikosida yang mengandung fragmen heterosiklik yang dihubungkan melalui atom nitrogen ke atom C-1 dari residu gula.

Struktur nukleotida. Di alam, nukleotida yang paling umum adalah β-N-glikosida purin atau pirimidin dan pentosa - D-ribosa atau D-2-ribosa. Bergantung pada struktur pentosa, ribonukleotida dan deoksiribonukleotida dibedakan, yang merupakan monomer molekul polimer biologis kompleks (polinukleotida) - masing-masing, RNA atau DNA.

Residu fosfat dalam nukleotida biasanya membentuk ikatan ester dengan gugus 2'-, 3'- atau 5'-hidroksil dari ribonukleosida; dalam kasus 2'-deoksinukleosida, gugus 3'- atau 5'-hidroksil diesterifikasi.

Senyawa yang terdiri dari dua molekul nukleotida disebut dinukleotida, tiga - trinukleotida, sejumlah kecil - oligonukleotida, dan banyak - polinukleotida, atau asam nukleat.

Nama nukleotida adalah singkatan dalam bentuk kode standar tiga atau empat huruf.

Jika singkatan dimulai dengan huruf kecil "d" (bahasa Inggris d), maka yang dimaksud adalah deoksiribonukleotida; tidak adanya huruf "d" berarti ribonukleotida. Jika singkatan dimulai dengan huruf kecil "c" (bahasa Inggris c), maka kita berbicara tentang bentuk siklik nukleotida (misalnya, cAMP).

Huruf kapital pertama dari singkatan menunjukkan basa nitrogen tertentu atau sekelompok basa nukleat yang mungkin, huruf kedua menunjukkan jumlah residu asam fosfat dalam struktur (M - mono-, D - di-, T - tri-), dan huruf kapital ketiga selalu huruf F ("-fosfat"; Bahasa Inggris P).

Kode Latin dan Rusia untuk basa nukleat:

A - A: Adenin; G - G: Guanin; C - C: Sitosin; T - T: Timin (5-metilurasil), tidak ditemukan dalam RNA, menggantikan urasil dalam DNA; U - U: Urasil, tidak ditemukan dalam DNA, menggantikan timin dalam RNA.

Semua zat yang mengandung atom karbon, selain karbonat, karbida, sianida, tiosianat, dan asam karbonat, adalah senyawa organik. Ini berarti bahwa mereka dapat dibuat oleh organisme hidup dari atom karbon melalui reaksi enzimatik atau lainnya. Saat ini, banyak zat organik dapat disintesis secara artifisial, yang memungkinkan pengembangan kedokteran dan farmakologi, serta pembuatan bahan polimer dan komposit berkekuatan tinggi.

Klasifikasi senyawa organik

Senyawa organik adalah kelas zat yang paling banyak. Ada sekitar 20 jenis zat di sini. Mereka berbeda dalam sifat kimia, berbeda dalam kualitas fisik. Titik lebur, massa, volatilitas, dan kelarutannya, serta keadaan agregasinya dalam kondisi normal, juga berbeda. Diantara mereka:

• hidrokarbon (alkana, alkin, alkena, alkadiena, sikloalkana, hidrokarbon aromatik);
• aldehida;
• keton;
• alkohol (dihydric, monohydric, polyhydric);
• eter;
• ester;
• asam karboksilat;
• amina;
• asam amino;
• karbohidrat;
• lemak;
• protein;
• biopolimer dan polimer sintetik.

Klasifikasi ini mencerminkan ciri-ciri struktur kimia dan keberadaan gugus atom tertentu yang menentukan perbedaan sifat suatu zat. Secara umum, klasifikasi yang didasarkan pada konfigurasi kerangka karbon yang tidak memperhitungkan ciri-ciri interaksi kimia terlihat berbeda. Menurut ketentuannya, senyawa organik dibagi menjadi:

• senyawa alifatik;
• zat aromatik;
• senyawa heterosiklik.

Kelas senyawa organik ini mungkin memiliki isomer kelompok yang berbeda ah zat. Sifat-sifat isomer berbeda, meskipun komposisi atomnya mungkin sama. Ini mengikuti ketentuan yang ditetapkan oleh A. M. Butlerov. Juga, teori struktur senyawa organik adalah dasar panduan untuk semua penelitian kimia organik. Itu ditempatkan pada tingkat yang sama dengan Hukum Periodik Mendeleev.

Konsep struktur kimia diperkenalkan oleh A. M. Butlerov. Dalam sejarah kimia, muncul pada 19 September 1861. Sebelumnya, ada perbedaan pendapat dalam sains, dan beberapa ilmuwan sama sekali menyangkal keberadaan molekul dan atom. Oleh karena itu, tidak ada keteraturan dalam kimia organik dan anorganik. Selain itu, tidak ada keteraturan yang memungkinkan untuk menilai sifat-sifat zat tertentu. Pada saat yang sama, ada juga senyawa yang dengan komposisi yang sama menunjukkan sifat yang berbeda.

Pernyataan A. M. Butlerov dalam banyak hal mengarahkan perkembangan kimia ke arah yang benar dan menciptakan landasan yang kokoh untuk itu. Melalui itu, dimungkinkan untuk mensistematisasikan fakta yang terakumulasi, yaitu sifat kimia atau fisik zat tertentu, pola masuknya mereka ke dalam reaksi, dan sebagainya. Bahkan prediksi cara mendapatkan senyawa dan keberadaan beberapa sifat umum menjadi mungkin berkat teori ini. Dan yang terpenting, A. M. Butlerov menunjukkan bahwa struktur molekul zat dapat dijelaskan dalam bentuk interaksi listrik.

Logika teori struktur zat organik

Sejak sebelum tahun 1861, banyak ahli kimia menolak keberadaan atom atau molekul, teori senyawa organik menjadi usulan revolusioner bagi dunia ilmiah. Dan karena A. M. Butlerov sendiri hanya berangkat dari kesimpulan materialistis, ia berhasil menyangkal gagasan filosofis tentang bahan organik.

Ia berhasil menunjukkan bahwa struktur molekul dapat dikenali secara empiris melalui reaksi kimia. Misalnya, komposisi karbohidrat apa pun dapat ditentukan dengan membakar sejumlah tertentu dan menghitung air dan karbon dioksida yang dihasilkan. Jumlah nitrogen dalam molekul amina juga dihitung selama pembakaran dengan mengukur volume gas dan melepaskan jumlah kimia nitrogen molekul.

Jika kita mempertimbangkan penilaian Butlerov tentang struktur kimia, yang bergantung pada struktur, dalam arah yang berlawanan, maka kesimpulan baru muncul dengan sendirinya. Yaitu: mengetahui struktur kimia dan komposisi suatu zat, seseorang dapat secara empiris mengasumsikan sifat-sifatnya. Namun yang terpenting, Butlerov menjelaskan bahwa dalam bahan organik terdapat sejumlah besar zat yang menunjukkan sifat berbeda, tetapi memiliki komposisi yang sama.

Ketentuan umum teori

Mempertimbangkan dan menyelidiki senyawa organik, A.M. Butlerov menyimpulkan beberapa pola yang paling penting. Dia menggabungkannya ke dalam ketentuan teori yang menjelaskan struktur bahan kimia yang berasal dari organik. Ketentuan teori adalah sebagai berikut:

• dalam molekul zat organik, atom saling berhubungan dalam urutan yang ditentukan secara ketat, yang bergantung pada valensi;
• struktur kimia adalah urutan langsung yang dengannya atom-atom terhubung dalam molekul organik;
• struktur kimia menentukan adanya sifat-sifat suatu senyawa organik;
• tergantung pada struktur molekul dengan komposisi kuantitatif yang sama, sifat zat yang berbeda dapat muncul;
• semua gugus atom yang terlibat dalam pembentukan senyawa kimia memiliki pengaruh timbal balik satu sama lain.

Semua kelas senyawa organik dibangun sesuai dengan prinsip teori ini. Setelah meletakkan fondasinya, A.M. Butlerov mampu mengembangkan kimia sebagai bidang sains. Dia menjelaskan bahwa karena karbon memiliki valensi empat dalam zat organik, variasi senyawa ini ditentukan. Kehadiran banyak gugus atom aktif menentukan apakah suatu zat termasuk kelas tertentu. Dan justru karena adanya gugus atom tertentu (radikal) maka sifat fisik dan kimia muncul.

Hidrokarbon dan turunannya

Senyawa organik karbon dan hidrogen ini memiliki komposisi paling sederhana di antara semua zat dalam golongan tersebut. Mereka diwakili oleh subkelas alkana dan sikloalkana (hidrokarbon jenuh), alkena, alkadiena dan alkatriena, alkin (hidrokarbon tak jenuh), serta subkelas zat aromatik. Dalam alkana, semua atom karbon dihubungkan hanya oleh satu ikatan C-C, itulah sebabnya tidak ada satu atom H pun yang dapat dibangun ke dalam komposisi hidrokarbon.

Dalam hidrokarbon tak jenuh, hidrogen dapat tergabung di lokasi ikatan rangkap C=C. Juga, ikatan C-C dapat berupa rangkap tiga (alkuna). Hal ini memungkinkan zat ini masuk ke dalam banyak reaksi yang terkait dengan pengurangan atau penambahan radikal. Semua zat lain, untuk kenyamanan mempelajari kemampuannya untuk bereaksi, dianggap sebagai turunan dari salah satu kelas hidrokarbon.

Alkohol

Alkohol disebut senyawa kimia organik yang lebih kompleks daripada hidrokarbon. Mereka disintesis sebagai hasil reaksi enzimatik dalam sel hidup. Contoh paling khas adalah sintesis etanol dari glukosa sebagai hasil fermentasi.

Dalam industri, alkohol diperoleh dari turunan halogen hidrokarbon. Sebagai hasil dari substitusi atom halogen untuk gugus hidroksil, alkohol terbentuk. Alkohol monohidrat hanya mengandung satu gugus hidroksil, polihidrat - dua atau lebih. Contoh alkohol dihidrat adalah etilena glikol. Alkohol polihidrat adalah gliserol. Rumus umum alkohol adalah R-OH (R adalah rantai karbon).

Aldehida dan keton

Setelah alkohol masuk ke dalam reaksi senyawa organik yang terkait dengan eliminasi hidrogen dari gugus alkohol (hidroksil), ikatan rangkap antara oksigen dan karbon ditutup. Jika reaksi ini terjadi pada gugus alkohol yang terletak di atom karbon terminal, maka aldehida terbentuk sebagai akibatnya. Jika atom karbon dengan alkohol tidak terletak di ujung rantai karbon, maka hasil reaksi dehidrasi adalah produksi keton. Rumus umum keton adalah R-CO-R, aldehida R-COH (R adalah radikal hidrokarbon dari rantai).

Ester (sederhana dan kompleks)

Struktur kimia senyawa organik kelas ini rumit. Eter dianggap sebagai produk reaksi antara dua molekul alkohol. Ketika air dibelah darinya, senyawa sampel R-O-R terbentuk. Mekanisme reaksi: eliminasi proton hidrogen dari satu alkohol dan gugus hidroksil dari alkohol lain.

Ester adalah produk reaksi antara alkohol dan asam karboksilat organik. Mekanisme reaksi: penghilangan air dari alkohol dan gugus karbon dari kedua molekul. Hidrogen dipisahkan dari asam (sepanjang gugus hidroksil), dan gugus OH sendiri dipisahkan dari alkohol. Senyawa yang dihasilkan digambarkan sebagai R-CO-O-R, di mana beech R menunjukkan radikal - sisa rantai karbon.

Asam karboksilat dan amina

Asam karboksilat disebut zat khusus yang memainkan peran penting dalam fungsi sel. Struktur kimia senyawa organik adalah sebagai berikut: radikal hidrokarbon (R) dengan gugus karboksil (-COOH) yang melekat padanya. Gugus karboksil hanya dapat ditemukan pada atom karbon terluar, karena valensi C pada gugus (-COOH) adalah 4.

Amina adalah senyawa sederhana yang merupakan turunan dari hidrokarbon. Di sini, setiap atom karbon memiliki radikal amina (-NH2). Ada amina primer di mana gugus (-NH2) terikat pada satu karbon (rumus umum R-NH2). Dalam amina sekunder, nitrogen bergabung dengan dua atom karbon (rumus R-NH-R). Amina tersier memiliki nitrogen yang terikat pada tiga atom karbon (R3N), di mana p adalah radikal, rantai karbon.

Asam amino

Asam amino adalah senyawa kompleks yang menunjukkan sifat amina dan asam yang berasal dari organik. Ada beberapa jenisnya, tergantung pada lokasi gugus amina dalam kaitannya dengan gugus karboksil. Asam amino alfa adalah yang paling penting. Di sini gugus amina terletak pada atom karbon tempat gugus karboksil terikat. Ini memungkinkan Anda membuat ikatan peptida dan mensintesis protein.

Karbohidrat dan lemak

Karbohidrat adalah alkohol aldehida atau alkohol keto. Ini adalah senyawa dengan struktur linier atau siklik, serta polimer (pati, selulosa, dan lainnya). Peran terpenting mereka dalam sel adalah struktural dan energik. Lemak, atau lebih tepatnya lipid, melakukan fungsi yang sama, hanya saja mereka berpartisipasi dalam proses biokimia lainnya. Secara kimiawi, lemak merupakan ester dari asam organik dan gliserol.