Lezione-conferenza "Teoria della struttura chimica di A.M. Butlerov"

Lezione 15

Teoria della struttura materia organica. Principali classi di composti organici.

Chimica organica - la scienza che studia la materia organica. Altrimenti, può essere definito come chimica dei composti del carbonio. Quest'ultimo occupa un posto speciale nel sistema periodico di DI Mendeleev in termini di varietà di composti, di cui sono noti circa 15 milioni, mentre il numero di composti inorganici è di cinquecentomila. Le sostanze organiche sono note all'uomo da molto tempo come zuccheri, grassi vegetali e animali, sostanze coloranti, profumate e medicinali. A poco a poco, le persone hanno imparato a elaborare queste sostanze per ottenere una varietà di preziosi prodotti organici: vino, aceto, sapone, ecc. I progressi della chimica organica si basano sui risultati nel campo della chimica delle proteine, degli acidi nucleici, delle vitamine, ecc. Chimica organica è di grande importanza per lo sviluppo della medicina, poiché la stragrande maggioranza medicinali sono composti organici non solo di origine naturale, ma anche ottenuti principalmente per sintesi. Valore eccezionale vagato macromolecolare composti organici (resine sintetiche, plastiche, fibre, gomme sintetiche, coloranti, erbicidi, insetticidi, fungicidi, defolianti…). L'importanza della chimica organica per la produzione di alimenti e beni industriali è enorme.

La moderna chimica organica è penetrata in profondità nei processi chimici che avvengono durante lo stoccaggio e la lavorazione dei prodotti alimentari: i processi di essiccazione, irrancidimento e saponificazione degli oli, fermentazione, cottura al forno, decapaggio, ottenimento di bevande, nella produzione di latticini, ecc. Anche la scoperta e lo studio di enzimi, profumi e cosmetici hanno svolto un ruolo importante.

Uno dei motivi della grande varietà di composti organici è la particolarità della loro struttura, che si manifesta nella formazione di legami e catene covalenti da parte di atomi di carbonio, diversi per tipo e lunghezza. Il numero di atomi di carbonio legati in essi può raggiungere decine di migliaia e la configurazione delle catene di carbonio può essere lineare o ciclica. Oltre agli atomi di carbonio, la catena può includere ossigeno, azoto, zolfo, fosforo, arsenico, silicio, stagno, piombo, titanio, ferro, ecc.

La manifestazione di queste proprietà da parte del carbonio è associata a diversi motivi. È stato confermato che le energie dei legami C–C e C–O sono comparabili. Il carbonio ha la capacità di formare tre tipi di ibridazione degli orbitali: quattro sp 3 - orbitali ibridi, il loro orientamento nello spazio è tetraedrico e corrisponde a semplice legami covalenti; tre ibridi sp 2 - orbitali situati sullo stesso piano, in combinazione con una forma orbitale non ibrida doppi multipli connessioni (─С = С─); anche con l'aiuto di sp - sorgono orbitali ibridi di orientamento lineare e orbitali non ibridi tra atomi di carbonio tripli multipli legami (─ C ≡ C ─) Allo stesso tempo, questi tipi di legami formano atomi di carbonio non solo tra loro, ma anche con altri elementi. Così, teoria moderna La struttura della materia spiega non solo un numero significativo di composti organici, ma anche l'influenza della loro struttura chimica sulle proprietà.

Inoltre conferma pienamente i fondamentali teorie della struttura chimica, sviluppato dal grande scienziato russo A.M. Butlerov. Principali disposizioni ITS:

1) nelle molecole organiche, gli atomi sono collegati tra loro in certo ordine secondo la loro valenza, che determina la struttura delle molecole;

2) le proprietà dei composti organici dipendono dalla natura e dal numero degli atomi che li costituiscono, nonché dalla struttura chimica delle molecole;

3) ciascuno formula chimica corrisponde a un certo numero di possibili strutture isomeriche;

4) ogni composto organico ha una formula e ha determinate proprietà;

5) nelle molecole c'è un'influenza reciproca degli atomi l'uno sull'altro.

Classi di composti organici

Secondo la teoria, i composti organici sono divisi in due serie: composti aciclici e ciclici.

1. Composti aciclici.(alcani, alcheni) contengono una catena di carbonio aperta e aperta - diritta o ramificata:

N N N N N N

│ │ │ │ │ │ │

N─ S─S─S─S─ N N─S─S─S─N

│ │ │ │ │ │ │

N N N N N │ N

Normale butano isobutano (metilpropano)

2. a) Composti aliciclici- composti che hanno catene di carbonio chiuse (cicliche) nelle molecole:

ciclobutano cicloesano

b) Composti aromatici, nelle molecole di cui è presente uno scheletro benzenico - un ciclo a sei membri con legami singoli e doppi alternati (areni):

c) Composti eterociclici- composti ciclici contenenti, oltre agli atomi di carbonio, azoto, zolfo, ossigeno, fosforo e alcuni oligoelementi, che sono chiamati eteroatomi.

furano pirrolo piridina

In ogni riga, le sostanze organiche sono suddivise in classi: idrocarburi, alcoli, aldeidi, chetoni, acidi, esteri, secondo la natura dei gruppi funzionali delle loro molecole.

Esiste anche una classificazione in base al grado di saturazione e ai gruppi funzionali. In base al grado di saturazione si distinguono:

1. Limite saturo Ci sono solo legami singoli nello scheletro di carbonio.

─С─С─С─

2. Insaturo insaturo– ci sono legami multipli (=, ≡) nello scheletro di carbonio.

─С=С─ ─С≡С─

3. aromatico– cicli illimitati con coniugazione ad anello di (4n + 2) π-elettroni.

Per gruppi funzionali

1. Alcoli R-CH 2 OH

2. Fenoli

3. Aldeidi R─COH Chetoni R─C─R

4. Acidi carbossilici R─COOH О

5. Esteri R─COOR 1

Le principali disposizioni della teoria della struttura chimica di A.M. Butlerov

1. Gli atomi nelle molecole sono collegati tra loro in una certa sequenza secondo le loro valenze. La sequenza di legami interatomici in una molecola è chiamata la sua struttura chimica ed è riflessa da una formula strutturale (formula di struttura).

2. La struttura chimica può essere stabilita con metodi chimici. (Attualmente vengono utilizzati anche metodi fisici moderni).

3. Le proprietà delle sostanze dipendono dalla loro struttura chimica.

4. In base alle proprietà di una data sostanza, è possibile determinare la struttura della sua molecola e, in base alla struttura della molecola, è possibile prevedere le proprietà.

5. Atomi e gruppi di atomi in una molecola si influenzano reciprocamente.

La teoria di Butlerov era il fondamento scientifico della chimica organica e contribuì al suo rapido sviluppo. Sulla base delle disposizioni della teoria, A.M. Butlerov diede una spiegazione al fenomeno dell'isomerismo, predisse l'esistenza di vari isomeri e ne ottenne alcuni per la prima volta.

Lo sviluppo della teoria della struttura è stato facilitato dal lavoro di Kekule, Kolbe, Cooper e van't Hoff. Tuttavia, le loro proposizioni teoriche non erano di carattere generale e servivano principalmente a spiegare il materiale sperimentale.

2. Formule di struttura

La formula di struttura (formula strutturale) descrive l'ordine di connessione degli atomi in una molecola, ad es. sua struttura chimica. I legami chimici nella formula strutturale sono rappresentati da trattini. Il legame tra idrogeno e altri atomi di solito non è indicato (tali formule sono chiamate formule strutturali abbreviate).

Ad esempio, le formule strutturali complete (espanse) e abbreviate di n-butano C4H10 sono:

Un altro esempio sono le formule dell'isobutano.

Viene spesso utilizzata una notazione ancora più breve della formula, quando vengono raffigurati non solo i legami con l'atomo di idrogeno, ma anche i simboli degli atomi di carbonio e idrogeno. Ad esempio, la struttura del benzene C6H6 è riflessa dalle formule:

Le formule strutturali differiscono dalle formule molecolari (grossolane), che mostrano solo quali elementi e in quale rapporto sono inclusi nella composizione della sostanza (cioè la composizione elementare qualitativa e quantitativa), ma non riflettono l'ordine degli atomi di legame.

Ad esempio, n-butano e isobutano hanno la stessa formula molecolare C4H10 ma una diversa sequenza di legame.

Pertanto, la differenza nelle sostanze è dovuta non solo alla diversa composizione elementare qualitativa e quantitativa, ma anche alle diverse strutture chimiche, che possono essere riflesse solo nelle formule strutturali.

3. Il concetto di isomeria

Anche prima della creazione della teoria della struttura, erano note sostanze della stessa composizione elementare, ma con proprietà diverse. Tali sostanze erano chiamate isomeri e questo stesso fenomeno era chiamato isomerismo.

Al centro dell'isomerismo, come mostrato da A.M. Butlerov, sta la differenza nella struttura delle molecole costituite dallo stesso insieme di atomi. Così,

l'isomerismo è il fenomeno dell'esistenza di composti che hanno la stessa composizione qualitativa e quantitativa, ma una struttura diversa e, di conseguenza, proprietà diverse.

Ad esempio, quando una molecola contiene 4 atomi di carbonio e 10 atomi di idrogeno, è possibile l'esistenza di 2 composti isomerici:

A seconda della natura delle differenze nella struttura degli isomeri, si distinguono l'isomerismo strutturale e spaziale.

4. Isomeri strutturali

Isomeri strutturali - composti della stessa composizione qualitativa e quantitativa, che differiscono nell'ordine degli atomi leganti, cioè nella struttura chimica.

Ad esempio, la composizione di C5H12 corrisponde a 3 isomeri strutturali:

Un altro esempio:

5. Stereoisomeri

Gli isomeri spaziali (stereoisomeri) con la stessa composizione e la stessa struttura chimica differiscono nella disposizione spaziale degli atomi nella molecola.

Gli isomeri spaziali sono isomeri ottici e cis-trans (sfere di colori diversi rappresentano atomi o gruppi atomici diversi):

Le molecole di tali isomeri sono spazialmente incompatibili.

Lo stereoisomeria svolge un ruolo importante nella chimica organica. Questi problemi saranno considerati in modo più dettagliato durante lo studio dei composti delle singole classi.

6. Rappresentazioni elettroniche in chimica organica

L'applicazione della teoria elettronica della struttura dell'atomo e del legame chimico nella chimica organica è stata una delle fasi più importanti nello sviluppo della teoria della struttura dei composti organici. Il concetto di struttura chimica come sequenza di legami tra atomi (A.M. Butlerov) è stato integrato dalla teoria elettronica con idee sulla struttura elettronica e spaziale e sulla loro influenza sulle proprietà dei composti organici. Sono queste rappresentazioni che consentono di comprendere i modi di trasferire l'influenza reciproca degli atomi nelle molecole (effetti elettronici e spaziali) e il comportamento delle molecole nelle reazioni chimiche.

Secondo le idee moderne, le proprietà dei composti organici sono determinate da:

la natura e la struttura elettronica degli atomi;

il tipo di orbitali atomici e la natura della loro interazione;

tipo di legami chimici;

struttura chimica, elettronica e spaziale delle molecole.

7. Proprietà degli elettroni

L'elettrone ha una duplice natura. In diversi esperimenti, può esibire le proprietà sia delle particelle che delle onde. Il moto di un elettrone obbedisce alle leggi della meccanica quantistica. La connessione tra le proprietà ondulatorie e corpuscolari di un elettrone riflette la relazione di de Broglie.

L'energia e le coordinate di un elettrone, così come di altre particelle elementari, non possono essere misurate simultaneamente con la stessa accuratezza (principio di indeterminazione di Heisenberg). Pertanto, il moto di un elettrone in un atomo o in una molecola non può essere descritto utilizzando una traiettoria. Un elettrone può trovarsi in qualsiasi punto dello spazio, ma con probabilità diverse.

La parte di spazio in cui la probabilità di trovare un elettrone è alta è chiamata orbitale o nuvola di elettroni.

Per esempio:

8. Orbitali atomici

Orbitale atomico (AO) - la regione della permanenza più probabile di un elettrone (nuvola di elettroni) nel campo elettrico del nucleo atomico.

La posizione di un elemento nel sistema periodico determina il tipo di orbitali dei suoi atomi (s-, p-, d-, f-AO, ecc.), che differiscono per energia, forma, dimensione e orientamento spaziale.

Gli elementi del 1° periodo (H, He) sono caratterizzati da un AO ​​- 1s.

Negli elementi del 2° periodo, gli elettroni occupano cinque AO a due livelli energetici: il primo livello è 1s; secondo livello - 2s, 2px, 2py, 2pz. (i numeri indicano il numero del livello energetico, le lettere indicano la forma dell'orbitale).

Lo stato di un elettrone in un atomo è completamente descritto dai numeri quantici.

Struttura chimica di una molecola ne rappresenta il lato più caratteristico e singolare, poiché ne determina le proprietà generali (meccaniche, fisiche, chimiche e biochimiche). Qualsiasi cambiamento nella struttura chimica di una molecola comporta un cambiamento nelle sue proprietà. Nel caso di piccoli cambiamenti strutturali apportati a una molecola, seguono piccoli cambiamenti nelle sue proprietà (di solito interessano Proprietà fisiche), ma se la molecola ha subito profondi cambiamenti strutturali, allora le sue proprietà (soprattutto chimiche) saranno profondamente modificate.

Ad esempio, l'acido alfa-aminopropionico (alfa-alanina) ha la seguente struttura:

Alfa alanina

Cosa vediamo:

1. La presenza di alcuni atomi (C, H, O, N),
2. un certo numero di atomi appartenenti a ciascuna classe, che sono collegati in un certo ordine;

Tutte queste caratteristiche progettuali determinano una serie di proprietà dell'alfa-alanina, quali: stato solido di aggregazione, punto di ebollizione 295 ° C, solubilità in acqua, attività ottica, proprietà chimiche degli amminoacidi, ecc.

In presenza di un legame tra il gruppo amminico e un altro atomo di carbonio (cioè c'è stato un leggero cambiamento strutturale), che corrisponde alla beta-alanina:

beta alanina

Le proprietà chimiche generali sono ancora caratteristiche degli amminoacidi, ma il punto di ebollizione è già a 200°C e non c'è attività ottica.

Se, ad esempio, due atomi in questa molecola sono collegati da un atomo N nel seguente ordine (profondo cambiamento strutturale):

quindi la sostanza formata è 1-nitropropano in termini di fisico e proprietà chimiche completamente diverso dagli amminoacidi: l'1-nitro-propano è un liquido giallo, con punto di ebollizione di 131°C, insolubile in acqua.

Così, rapporto struttura-proprietà permette di descrivere le proprietà generali di una sostanza di struttura nota e, viceversa, permette di trovare la struttura chimica di una sostanza, conoscendone le proprietà generali.

Principi generali della teoria della struttura dei composti organici

Nell'essenza della determinazione della struttura di un composto organico, giacciono i seguenti principi, che derivano dalla relazione tra la loro struttura e proprietà:

a) le sostanze organiche, allo stato analiticamente puro, hanno la stessa composizione, indipendentemente dal metodo della loro preparazione;

b) le sostanze organiche, allo stato analiticamente puro, hanno proprietà fisiche e chimiche costanti;

c) sostanze organiche con composizione e proprietà costanti, ha una sola struttura unica.

Nel 1861 il grande scienziato russo AM Butlerov nel suo articolo "Sulla struttura chimica della materia", ha rivelato l'idea principale della teoria della struttura chimica, che consiste nell'influenza del metodo di legame degli atomi nella materia organica sulle sue proprietà. Ha riassunto tutte le conoscenze e le idee sulla struttura dei composti chimici disponibili a quel tempo nella teoria della struttura dei composti organici.

Le principali disposizioni della teoria di A. M. Butlerov

possono essere così riassunti:

1. Nella molecola di un composto organico, gli atomi sono collegati in una certa sequenza, che ne determina la struttura.
2. L'atomo di carbonio nei composti organici ha una valenza di quattro.
3. Con la stessa composizione di una molecola, sono possibili diverse opzioni per collegare tra loro gli atomi di questa molecola. Tali composti aventi la stessa composizione ma strutture diverse erano chiamati isomeri e un fenomeno simile era chiamato isomerismo.
4. Conoscendo la struttura di un composto organico se ne possono prevedere le proprietà; Conoscendo le proprietà di un composto organico, si può prevedere la sua struttura.
5. Gli atomi che formano una molecola sono soggetti ad influenza reciproca, che ne determina la reattività. Gli atomi legati direttamente hanno un'influenza maggiore l'uno sull'altro, l'influenza degli atomi non legati direttamente è molto più debole.

Allievo A.M. Butlerov - VV Markovnikov continuò a studiare la questione dell'influenza reciproca degli atomi, che si rifletté nel 1869 nel suo lavoro di tesi "Materiali sull'influenza reciproca degli atomi nei composti chimici".

Il merito di A.M. Butlerov e l'importanza della teoria della struttura chimica è eccezionalmente grande per la sintesi chimica. Si è presentata l'opportunità di prevedere le proprietà di base dei composti organici, di prevedere le modalità della loro sintesi. Grazie alla teoria della struttura chimica, i chimici apprezzarono per la prima volta la molecola come un sistema ordinato con un ordine di legame stretto tra gli atomi. E al momento, le principali disposizioni della teoria di Butlerov, nonostante modifiche e chiarimenti, sono alla base dei moderni concetti teorici di chimica organica.

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1.Disposizioni di base della teoria della struttura chimica di A.M. Butlerov

1. Gli atomi nelle molecole sono collegati tra loro in una certa sequenza secondo le loro valenze. La sequenza di legami interatomici in una molecola è chiamata la sua struttura chimica ed è riflessa da una formula strutturale (formula di struttura).

2. La struttura chimica può essere stabilita con metodi chimici. (Attualmente vengono utilizzati anche metodi fisici moderni).

3. Le proprietà delle sostanze dipendono dalla loro struttura chimica.

4. In base alle proprietà di una data sostanza, è possibile determinare la struttura della sua molecola e, in base alla struttura della molecola, è possibile prevedere le proprietà.

5. Atomi e gruppi di atomi in una molecola si influenzano reciprocamente.

Una molecola di composto organico è un insieme di atomi legati in un certo ordine, solitamente da legami covalenti. In questo caso, gli atomi legati possono differire nel valore dell'elettronegatività. I valori di elettronegatività determinano in gran parte caratteristiche di legame così importanti come la polarità e la forza (energia di formazione). A loro volta, la polarità e la forza dei legami in una molecola determinano in larga misura la capacità della molecola di entrare in determinate reazioni chimiche.

L'elettronegatività di un atomo di carbonio dipende dallo stato della sua ibridazione. Ciò è dovuto alla frazione dell'orbitale s nell'orbitale ibrido: è minore per sp3 e maggiore per sp2 e sp atomi ibridi.

Tutti gli atomi che compongono una molecola sono interconnessi e sperimentano un'influenza reciproca. Questa influenza si trasmette principalmente attraverso un sistema di legami covalenti, con l'ausilio dei cosiddetti effetti elettronici.

Gli effetti elettronici sono lo spostamento della densità elettronica in una molecola sotto l'influenza dei sostituenti.

Gli atomi legati da un legame polare portano cariche parziali, denotate dalla lettera greca "delta" (d). Un atomo che "tira" la densità elettronica del legame s nella sua direzione acquisisce una carica negativa d-. Quando si considera una coppia di atomi legati da un legame covalente, l'atomo più elettronegativo è chiamato accettore di elettroni. Il suo partner di legame s avrà di conseguenza un deficit di densità elettronica di uguale grandezza, cioè carica parziale positiva d+, sarà chiamato donatore di elettroni.

Lo spostamento della densità elettronica lungo la catena dei legami s è chiamato effetto induttivo ed è indicato con I.

2. Isomeria- l'esistenza di composti (prevalentemente organici), identici per composizione elementare e peso molecolare, ma differenti per proprietà fisiche e chimiche. Tali composti sono chiamati isomeri.

Isomeria strutturale- il risultato di differenze nella struttura chimica. Questo tipo include:

Isomeria dello scheletro di carbonio, dovuto al diverso ordine di legame degli atomi di carbonio. L'esempio più semplice è il butano CH3-CH2-CH2-CH3 e l'isobutano (CH3)3CH. Altri esempi: antracene e fenantrene (formule I e II, rispettivamente), ciclobutano e metilciclopropano (III e IV).

L'isomerismo di valenza è un tipo speciale di isomerismo strutturale, in cui gli isomeri possono essere convertiti l'uno nell'altro solo ridistribuendo i legami. Ad esempio, gli isomeri di valenza del benzene (V) sono bicicloesa-2,5-diene (VI, "benzene di Dewar"), prismano (VII, "benzene di Ladenburg"), benzvalene (VIII).

Isomeria del gruppo funzionale - Differisce nella natura del gruppo funzionale; per esempio, etanolo (CH3-CH2-OH) e dimetiletere (CH3-O-CH3).

isomeria di posizione- Un tipo di isomeria strutturale, caratterizzato da una differenza nella posizione degli stessi gruppi funzionali o doppi legami con lo stesso scheletro di carbonio. Esempio: acido 2-clorobutanoico e acido 4-clorobutanoico.

Gli enantiomeri (isomeri ottici, isomeri speculari) sono coppie di antipodi ottici - sostanze caratterizzate da rotazioni di segno opposto e uguali in grandezza del piano di polarizzazione della luce, con l'identità di tutte le altre proprietà fisiche e chimiche (ad eccezione delle reazioni con altre sostanze otticamente attive e proprietà fisiche nell'ambiente chirale). Una ragione necessaria e sufficiente per la comparsa degli antipodi ottici è che la molecola appartiene a uno dei seguenti gruppi di simmetria puntiforme: Cn, Dn, T, O o I (chiralità). Molto spesso parliamo di un atomo di carbonio asimmetrico, cioè un atomo associato a quattro diversi sostituenti.

3. ibridazione sp³ - Si verifica quando si mescolano un orbitale s e tre orbitali p. Sorgono quattro orbitali identici, situati l'uno rispetto all'altro ad angoli tetraedrici di 109° 28' (109,47°), lunghezza 0,154 nm.

Per l'atomo di carbonio e altri elementi del 2° periodo, questo processo avviene secondo lo schema:

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

Alcani(idrocarburi saturi, paraffine, composti alifatici) - idrocarburi aciclici di struttura lineare o ramificata, contenenti solo legami semplici e che formano una serie omologa con la formula generale CnH2n + 2 .Struttura chimica dell'alchino(l'ordine di connessione degli atomi nelle molecole) degli alcani più semplici - metano, etano e propano - mostrano le loro formule strutturali fornite nella sezione 2. Da queste formule si può vedere che ci sono due tipi di legami chimici negli alcani:

S-S e S-N. Il legame C-C è covalente non polare. Il legame C-H è covalente debolmente polare, perché carbonio e idrogeno sono vicini nell'elettronegatività

p-orbitale che non partecipa all'ibridazione, situato perpendicolarmente al piano σ-legami, è usato per formare un legame π con altri atomi. Questa geometria del carbonio è tipica per grafite, fenolo, ecc.

Angolo di valenza- l'angolo formato dalle direzioni dei legami chimici emanati da un atomo. La conoscenza degli angoli di legame è necessaria per determinare la geometria delle molecole. Gli angoli di valenza dipendono sia dalle caratteristiche individuali degli atomi attaccati sia dall'ibridazione degli orbitali atomici dell'atomo centrale. Per molecole semplici, l'angolo di legame, così come altri parametri geometrici della molecola, possono essere calcolati con metodi di chimica quantistica. Sperimentalmente sono determinati dai valori dei momenti di inerzia delle molecole ottenuti analizzando i loro spettri rotazionali (vedi Spettroscopia infrarossa, Spettri molecolari, Spettroscopia a microonde). L'angolo di legame di molecole complesse è determinato dai metodi di analisi strutturale di diffrazione.

4. ibridazione sp2 (piano-trigonale) Un mix di orbitali s e due p e si formano tre orbitali ibridi sp2 equivalenti, situati sullo stesso piano con un angolo di 120° (evidenziati in blu). Possono formare tre legami σ. Il terzo orbitale p rimane non ibridato ed è orientato perpendicolarmente al piano degli orbitali ibridi. Questo p-AO è coinvolto nella formazione di un legame π . Per gli elementi del 2o periodo, il processo di ibridazione sp2 avviene secondo lo schema:

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

Il secondo stato di valenza dell'atomo di carbonio. Esistono sostanze organiche in cui l'atomo di carbonio è legato non a quattro, ma a tre atomi vicini, pur rimanendo tetravalente

5. ibridazione sp (lineare) Un mix di orbitali s e uno p, formando due orbitali sp equivalenti situati ad un angolo di 180, cioè su un asse. Gli orbitali sp ibridi sono coinvolti nella formazione di due legami σ. Due orbitali p non sono ibridati e si trovano in piani reciprocamente perpendicolari. -Gli orbitali formano due legami π nei composti.

Per gli elementi del 2o periodo, l'ibridazione sp avviene secondo lo schema:

2s + 2px= 2 (2sp)

2py- e 2pz-AO non cambiano.

Acetilene- idrocarburo insaturo C2H2. Ha un triplo legame tra gli atomi di carbonio, appartiene alla classe degli alchini

Gli atomi di carbonio nell'acetilene sono sp-ibridati. Sono collegati da uno e due legami, max. le densità to-rykh si trovano in due aree reciprocamente perpendicolari, formando un cilindrico. nuvola di densità elettronica; al di fuori ci sono atomi di H.

METILACETILENE(propilene, allilene) CH3C=CH. Secondo chim. Saint-you M. è un tipico rappresentante degli idrocarburi acetilenici. Facilmente entra nel distretto di electrophys., nucleof. e addizione radicale al triplo legame, per esempio. con interazione con metanolo forma metil isopropenil etere.

6. Tipi di comunicazione - Legame metallico, Legame covalente, Legame ionico, Legame idrogeno

Legame ionico- un forte legame chimico formato tra atomi con una grande differenza di elettronegatività, in cui la coppia di elettroni comuni passa completamente a un atomo con una maggiore elettronegatività. Un esempio è il composto CsF, in cui il "grado di ionicità" è del 97%.

caso estremo di polarizzazione di un legame polare covalente. Formato tra metallo tipico e non metallo. In questo caso, gli elettroni dal metallo passano completamente al non metallo. Si formano gli ioni.

Se si forma un legame chimico tra atomi che hanno una differenza di elettronegatività molto grande (EO > 1,7 secondo Pauling), allora la coppia di elettroni condivisa viene completamente trasferita all'atomo con un EO più grande. Il risultato di ciò è la formazione di un composto di ioni di carica opposta.

legame covalente(legame atomico, legame omeopolare) - un legame chimico formato dalla sovrapposizione (socializzazione) di una coppia di nuvole di elettroni di valenza. Le nuvole di elettroni (elettroni) che forniscono la comunicazione sono chiamate coppia di elettroni comune.

Un semplice legame covalente è formato da due elettroni di valenza spaiati, uno per ogni atomo:

Come risultato della socializzazione, gli elettroni formano un livello energetico pieno. Si forma un legame se la loro energia totale a questo livello è inferiore a quella dello stato iniziale (e la differenza di energia non sarà altro che l'energia del legame).

Riempimento elettronico degli orbitali atomici (ai bordi) e molecolari (al centro) nella molecola H2. L'asse verticale corrisponde al livello di energia, gli elettroni sono indicati da frecce che riflettono i loro spin.

Secondo la teoria degli orbitali molecolari, la sovrapposizione di due orbitali atomici porta nel caso più semplice alla formazione di due orbitali molecolari (MO): un MO di legame e un MO antilegame (di allentamento). Gli elettroni condivisi si trovano su un MO di legame a energia inferiore.

7. Alcani- idrocarburi aciclici di struttura lineare o ramificata, contenenti solo legami semplici e formanti una serie omologa con formula generale CnH2n + 2.

Gli alcani sono idrocarburi saturi e contengono il massimo numero possibile di atomi di idrogeno. Ogni atomo di carbonio nelle molecole di alcano è in uno stato di ibridazione sp³: tutti e 4 gli orbitali ibridi dell'atomo C sono uguali per forma ed energia, 4 nuvole di elettroni sono dirette ai vertici del tetraedro ad angoli di 109 ° 28 ". A causa a legami singoli tra atomi di C, rotazione libera attorno al legame di carbonio. Il tipo di legame di carbonio è legami σ, i legami sono di bassa polarità e scarsamente polarizzabili. La lunghezza del legame di carbonio è 0,154 nm.

L'isomerismo degli idrocarburi saturi è dovuto al tipo più semplice di isomerismo strutturale: l'isomerismo dello scheletro di carbonio. omologo la differenza è -CH2-. Gli alcani con più di tre atomi di carbonio hanno isomeri. Il numero di questi isomeri aumenta a una velocità incredibile all'aumentare del numero di atomi di carbonio. Per gli alcani con n = 1…12 il numero di isomeri è 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.

Nomenclatura - Razionale. Viene selezionato uno degli atomi della catena di carbonio, è considerato metano sostituito e il nome alè costruito in relazione ad esso

Ricevuta. Recupero di alogeno derivati ​​di alcani. Recupero degli alcoli. Recupero di composti carbonilici. Idrogenazione di idrocarburi insaturi. La sintesi di Kolbe. Gassificazione del combustibile solido. Reazione di Wurtz. Sintesi di Fischer-Tropsch.

8. Alcani hanno una bassa attività chimica. Questo perché i singoli legami C-H e C-C sono relativamente forti e difficili da rompere.

Reazioni di sostituzione radicale.

Alogenazione di alcani procede per un meccanismo radicale. Per avviare la reazione, una miscela di alcano e alogeno deve essere irradiata con luce UV o riscaldata. La clorurazione del metano non si ferma allo stadio di ottenimento del cloruro di metile (se si prelevano quantità equimolari di cloro e metano), ma porta alla formazione di tutti i possibili prodotti di sostituzione, dal cloruro di metile al tetracloruro di carbonio.

Nitrazione (reazione di Konovalov)

Gli alcani reagiscono con una soluzione al 10% di acido nitrico o ossido nitrico N2O4 in fase gassosa per formare nitro derivati:

RH + HNO3 = RNO2 + H2O

Tutti i dati disponibili indicano un meccanismo dei radicali liberi. Come risultato della reazione, si formano miscele di prodotti.

Reazioni di ossidazione. Combustione

La principale proprietà chimica degli idrocarburi saturi, che ne determina l'utilizzo come combustibile, è la reazione di combustione. Esempio: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

In caso di mancanza di ossigeno, invece di anidride carbonica, si ottiene monossido di carbonio o carbone (a seconda della concentrazione di ossigeno).

In generale, l'equazione della reazione di combustione per qualsiasi idrocarburo CxHy può essere scritta come segue: CxHy + (x + 0.5y)O2 → xCO2 + 0.5yH2O

ossidazione catalitica

Si possono formare alcoli, aldeidi, acidi carbossilici.

Trasformazioni termiche degli alcani. Decomposizione

Le reazioni di decomposizione si verificano solo sotto l'influenza di alte temperature. Un aumento della temperatura porta alla rottura del legame carbonioso e alla formazione di radicali liberi.

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

Cracking

Se riscaldati oltre i 500 °C, gli alcani subiscono una decomposizione pirolitica con la formazione di una complessa miscela di prodotti, la cui composizione e rapporto dipendono dalla temperatura e dal tempo di reazione.

Deidrogenazione

Formazione di alcheni ed evoluzione dell'idrogeno

Condizioni di flusso: 400 - 600 °C, catalizzatori - Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3; C2H6 → C2H4 + H2

Isomerizzazione - Sotto l'azione di un catalizzatore (ad es. AlCl3), si verifica l'isomerizzazione dell'alcano, ad esempio:

il butano (C4H10) interagendo con il cloruro di alluminio (AlCl3) si trasforma da n-butano in 2-metilpropano.

Conversione del metano

CH4 + H2O → CO + H2 - Ni catalizzatore ("CO + H2" "gas di sintesi")

Gli alcani non interagiscono con il permanganato di potassio (KMnO4) e l'acqua di bromo (Br2).

9.Alcheni(altrimenti olefine o idrocarburi di etilene) - idrocarburi insaturi aciclici contenenti un doppio legame tra atomi di carbonio, che formano una serie omologa con la formula generale CnH2n. Gli atomi di carbonio nel doppio legame sono in uno stato di ibridazione sp² e hanno un angolo di legame di 120°. L'alchene più semplice è l'etene (C2H4). Secondo la nomenclatura IUPAC, i nomi degli alcheni sono formati dai nomi degli alcani corrispondenti sostituendo il suffisso "-an" con "-en"; la posizione del doppio legame è indicata da un numero arabo.

Gli alcheni con più di tre atomi di carbonio hanno isomeri. Gli alcheni sono caratterizzati da isomeria dello scheletro di carbonio, posizioni di doppio legame, interclasse e spaziale. etene (etilene) C2H4, propene C3H6, butene C4H8, pentene C5H10, esene C6H12,

Metodi per ottenere alcheni - Il principale metodo industriale per ottenere alcheni è il cracking catalitico e ad alta temperatura di idrocarburi di petrolio e gas naturale. Per la produzione di alcheni inferiori si utilizza anche la reazione di disidratazione degli alcoli corrispondenti.

Nella pratica di laboratorio viene solitamente utilizzato il metodo di disidratazione degli alcoli in presenza di acidi minerali forti, deidroalogenazione e dealogenazione dei corrispondenti derivati ​​alogenati; sintesi di Hoffmann, Chugaev, Wittig e Cope.

10. Proprietà chimiche degli alcheni Gli alcheni sono chimicamente attivi. Le loro proprietà chimiche sono in gran parte determinate dalla presenza di un doppio legame. Per gli alcheni, le reazioni di addizione elettrofila e le reazioni di addizione radicalica sono le più caratteristiche. Le reazioni di addizione nucleofila di solito richiedono un forte nucleofilo e non sono tipiche degli alcheni.

Gli alcheni presentano anche reazioni di cicloaddizione e metatesi.

Gli alcheni entrano facilmente nelle reazioni di ossidazione, sono idrogenati da forti agenti riducenti o idrogeno sotto l'azione di catalizzatori ad alcani e sono anche in grado di sostituire i radicali allilici.

Reazioni di addizione elettrofila. In queste reazioni, la particella attaccante è l'elettrofilo Articolo principale: reazioni di addizione elettrofila

Alogenazione degli alcheni, che avviene in assenza di iniziatori di reazioni radicaliche - una tipica reazione di addizione elettrofila. Viene effettuato in un ambiente di solventi inerti non polari (ad esempio: CCl4):

La reazione di alogenazione è stereospecifica: l'aggiunta avviene da lati opposti rispetto al piano della molecola di alchene

Idroalogenazione. L'aggiunta elettrofila di alogenuri di idrogeno agli alcheni avviene secondo la regola di Markovnikov:

Idroborazione. L'aggiunta avviene in molte fasi con la formazione di un complesso attivato ciclico intermedio e l'aggiunta di boro avviene contro la regola di Markovnikov - all'atomo di carbonio più idrogenato

Idratazione. La reazione di addizione dell'acqua agli alcheni procede in presenza di acido solforico

Alchilazione. L'aggiunta di alcani ad alcheni in presenza di un catalizzatore acido (HF o H2SO4) a basse temperature porta alla formazione di un idrocarburo con un peso molecolare più elevato ed è spesso utilizzata nell'industria

11. Alchini(altrimenti idrocarburi acetilenici) - idrocarburi contenenti un triplo legame tra atomi di carbonio, con la formula generale CnH2n-2. Gli atomi di carbonio nel triplo legame sono in uno stato di ibridazione sp.

Gli alchini sono caratterizzati da reazioni di addizione. A differenza degli alcheni, che sono caratterizzati da reazioni di addizione elettrofila, gli alchini possono anche entrare in reazioni di addizione nucleofila. Ciò è dovuto al significativo carattere s del legame e, di conseguenza, all'aumentata elettronegatività dell'atomo di carbonio. Inoltre, l'elevata mobilità dell'atomo di idrogeno nel triplo legame determina le proprietà acide degli alchini nelle reazioni di sostituzione.

Il principale industriale modo per ottenere l'acetilene è il cracking elettro- o termico del metano, la pirolisi del gas naturale e il metodo del carburo

12. IDROCARBURI DIENE(dieni), idrocarburi insaturi con due doppi legami. Alifatico dieni СnН2n_2 chiamato. alcadieni, aliciclici CnH2n_4 - cicloalcadieni. L'articolo tratta gli idrocarburi dienici con doppi legami coniugati [dieni coniugati; Vedi la tabella]. Dieni con doppi legami isolati in chim. St. tu nel principale. sono indistinguibili dalle olefine. A proposito di conn. con doppi legami cumulati, vedi Allens. Negli idrocarburi dienici, tutti e quattro gli atomi di carbonio del sistema coniugato hanno ibridazione sp2 e giacciono sullo stesso piano. Quattro elettroni p (uno per ogni atomo di carbonio) si combinano per formare quattro orbitali p-molecolari (due di legame - occupati e due di allentamento - liberi), di cui solo il più basso è delocalizzato su tutti gli atomi di carbonio. La parziale delocalizzazione degli elettroni p provoca l'effetto di coniugazione, che si manifesta in una diminuzione dell'energia del sistema (di 13-17 kJ / mol rispetto al sistema di doppi legami isolati), allineamento delle distanze interatomiche: i doppi legami sono in qualche modo più lunghi (0,135 nm) e quelli semplici sono più corti (0,146 nm) rispetto alle molecole senza coniugazione (0,133 e 0,154 nm, rispettivamente), un aumento della polarizzabilità, esaltazione della rifrazione molecolare e altri fisici. effetti. Gli idrocarburi dienici esistono sotto forma di due conformazioni che passano l'una nell'altra, con la forma s-trans che è più stabile.

13. alcoli sono chiamati composti contenenti uno o più gruppi idrossilici. In base al loro numero, gli alcoli si dividono in monoidrici, diidrici, triidrici, ecc. Lunghezze di legame e angoli di legame in alcool metilico.

Per gli alcoli, ci sono diversi modi per nominarli. Nella moderna nomenclatura IUPAC per il nome dell'alcol, la desinenza "ol" viene aggiunta al nome dell'idrocarburo. La catena più lunga contenente il gruppo funzionale OH è numerata a partire dall'estremità più vicina al gruppo ossidrile e i sostituenti sono indicati nel prefisso.

Ricevuta. Idratazione degli alcheni. Quando gli alcheni reagiscono con soluzioni acquose diluite di acidi, il prodotto principale è l'alcol.

Idrossimercurazione-demercurazione degli alcheni. Questa reazione non è accompagnata da riarrangiamenti e porta alla formazione di singoli alcoli. La direzione della reazione corrisponde alla regola di Markovnikov, la reazione viene condotta in condizioni blande con rese prossime al quantitativo.

Idroborazione di alcheni e successiva ossidazione borani con una soluzione di perossido di idrogeno in un mezzo alcalino porta, in ultima analisi, al prodotto anti-Markovnikov dell'aggiunta di acqua al doppio legame.

Riduzione di aldeidi e chetoni con idruro di litio alluminio o boroidruro di sodio

LiAlH4 e NaBH4 riducono le aldeidi ad alcoli primari ei chetoni a secondari, preferendo il boroidruro di sodio per la sua maggiore sicurezza di manipolazione: può essere utilizzato anche in soluzioni acquose e alcoliche. L'idruro di litio alluminio reagisce in modo esplosivo con acqua e alcol e si decompone in modo esplosivo se riscaldato oltre 120° allo stato secco.

Recupero di esteri e acidi carbossilici ad alcoli primari. Gli alcoli primari sono formati dalla riduzione di esteri e acidi carbossilici con idruro di litio alluminio in etere o THF. Il metodo di riduzione degli esteri con idruro di litio alluminio è particolarmente conveniente nel rispetto della preparazione. Va notato che il boroidruro di sodio non riduce i gruppi estere e carbossilico. Ciò consente la riduzione selettiva del gruppo carbonilico con NaBH4 in presenza di gruppi estere e carbossilico. Le rese dei prodotti di recupero sono raramente inferiori all'80%. Il boroidruro di litio, a differenza del NaBH4, riduce gli esteri ad alcoli primari.

14. alcoli polivalenti. Glicerolo- un composto chimico con la formula HOCH2CH(OH)-CH2OH o C3H5(OH)3. Il più semplice rappresentante degli alcoli triidrici. È un liquido viscoso trasparente. Facilmente formato dall'idrolisi di grassi e oli naturali (vegetali o animali) (trigliceridi), fu ottenuto per la prima volta da Karl Scheele nel 1779 durante la saponificazione dei grassi.

Proprietà fisiche. Glicerolo- liquido incolore, viscoso, igroscopico, infinitamente solubile in acqua. Dolce nel gusto, motivo per cui ha preso il nome (glicos - dolce). Scioglie bene molte sostanze.

Proprietà chimiche il glicerolo è tipico degli alcoli polivalenti.L'interazione del glicerolo con gli alogenuri di idrogeno o gli alogenuri di fosforo porta alla formazione di mono- e dialogidrine.Il glicerolo viene esterificato con acidi carbossilici e minerali per formare i corrispondenti esteri. Quindi, con l'acido nitrico, la glicerina forma trinitrato - nitroglicerina (ottenuta nel 1847 da Ascanio Sobrero (inglese)), attualmente utilizzata nella produzione di polveri senza fumo.

Quando disidratato forma acroleina:

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

Glicole etilenico, HO-CH2-CH2-OH è il rappresentante più semplice degli alcoli poliossidrilici. Una volta purificato, è un liquido limpido e incolore con una consistenza leggermente oleosa. È inodore e ha un sapore dolciastro. Tossico. L'ingestione di glicole etilenico o delle sue soluzioni all'interno può portare a cambiamenti irreversibili nel corpo e alla morte.

Nell'industria, glicole etilenico ottenuto per idratazione ossido di etilene a 10 atm e 190–200°C o a 1 atm e 50–100°C in presenza di 0,1–0,5% di acido solforico (o fosforico), raggiungendo una resa del 90%. I sottoprodotti in questo caso sono glicole dietilenico, glicole trietilenico e una piccola quantità di omologhi polimerici superiori del glicole etilenico.

15. Aldeidi- alcool privo di idrogeno; composti organici contenenti un gruppo carbonilico (C=O) con un sostituente.

Aldeidi e chetoni sono molto simili, la differenza sta nel fatto che questi ultimi hanno due sostituenti al gruppo carbonilico. La polarizzazione del doppio legame "carbonio-ossigeno" secondo il principio della coniugazione mesomerica permette di scrivere le seguenti strutture risonanti:

Tale separazione delle cariche è confermata da metodi fisici di ricerca e determina in gran parte la reattività delle aldeidi come elettrofili pronunciati. In generale, le proprietà chimiche delle aldeidi sono simili ai chetoni, ma le aldeidi sono più attive, il che è associato a una maggiore polarizzazione del legame. Inoltre, le aldeidi sono caratterizzate da reazioni non tipiche dei chetoni, ad esempio l'idratazione in una soluzione acquosa: per il metanale, a causa di una polarizzazione del legame ancora maggiore, è completa e per altre aldeidi è parziale:

RC(O)H → RC(OH)2H, dove R è H, qualsiasi radicale alchilico o arilico.

Le aldeidi più semplici hanno un forte odore caratteristico (ad esempio, la benzaldeide ha l'odore delle mandorle).

Sotto l'azione dell'idrossilammina, vengono convertiti in ossime: CH3CHO + NH2OH = CH3C (=NOH)H + H2O

Formaldeide (dal latino formica - formica), aldeide formica, CH2O, il primo membro della serie omologa delle aldeidi alifatiche; gas incolore con odore pungente, altamente solubile in acqua e alcool, bp - 19 °C. Nell'industria, F. è prodotto dall'ossidazione di alcool metilico o metano con ossigeno atmosferico. F. polimerizza facilmente (soprattutto a temperature fino a 100 ° C), quindi viene immagazzinato, trasportato e utilizzato principalmente sotto forma di formalina e polimeri solidi a basso peso molecolare: triossano (vedi Triossimetilene) e paraform (vedi Paraformaldeide).

F. è molto reattivo; molte delle sue reazioni costituiscono la base di metodi industriali per ottenere una serie di prodotti importanti. Quindi, interagendo con l'ammoniaca, F. forma urotropina (vedi esametilentetrammina), con resine urea - urea-formaldeide, con resine melamina - melamina-formaldeide, con fenoli - resine fenolo-formaldeide (vedi resine fenolo-aldeide), con fenolo - e acidi naftalensulfonici - agenti abbronzanti, con chetene - b-propiolattone. F. è utilizzato anche per ottenere polivinilformale (vedi Polivinilacetali), isoprene, pentaeritritolo, farmaci, coloranti, per la concia delle pelli, come disinfettante e deodorante. La polimerizzazione di F. riceve la poliformaldeide. F. è tossico; la concentrazione massima consentita nell'aria è di 0,001 mg/l.

Acetaldeide, acetaldeide, CH3CHO, composto organico, liquido incolore con odore pungente; punto di ebollizione 20,8°C. Punto di fusione - 124 ° C, densità 783 kg / m3 ", miscibile a tutti gli effetti con acqua, alcool, etere. A. ha tutte le proprietà tipiche delle aldeidi. In presenza di acidi minerali, polimerizza in paraldeide trimerica liquida (CH3CHO ) 3 e metaldeide tetramerica cristallina (CH3CHO) 4. Quando entrambi i polimeri vengono riscaldati in presenza di acido solforico, viene rilasciato A.

Uno dei principali noti modi per ottenere A. consiste nell'aggiunta di acqua all'acetilene in presenza di sali di mercurio ad una temperatura di circa 95°C

16. Chetoni- Queste sono sostanze organiche nelle molecole di cui il gruppo carbonilico è legato a due radicali idrocarburici.

Formula generale dei chetoni: R1-CO-R2. Tra gli altri composti carbonilici, la presenza nei chetoni di esattamente due atomi di carbonio legati direttamente al gruppo carbonilico li distingue dagli acidi carbossilici e dai loro derivati, nonché dalle aldeidi.

Proprietà fisiche. I chetoni sono liquidi volatili o solidi a basso punto di fusione che si mescolano bene con l'acqua. L'impossibilità della formazione di legami idrogeno intermolecolari provoca la loro volatilità un po' maggiore di quella di alcoli e acidi carbossilici con lo stesso peso molecolare.

Metodi di sintesi. Ossidazione di alcoli secondari.

Da perossoesteri terziari per riarrangiamento di Krige.

I ciclochetoni possono essere ottenuti mediante ciclizzazione di Ruzicka.

I chetoni aromatici possono essere preparati mediante la reazione di Friedel-Crafts

Proprietà chimiche. Esistono tre tipi principali di reazioni chetoniche.

Il primo è associato ad un attacco nucleofilo all'atomo di carbonio del gruppo carbonilico. Ad esempio, l'interazione di chetoni con anione cianuro o composti organometallici. Lo stesso tipo (addizione nucleofila) include l'interazione del gruppo carbonilico con gli alcoli, portando a acetali ed emiacetali.

Interazione con alcoli:

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

con reattivi di Grignard:

C2H5-C(O)-C2H5 + C2H5MgI → (C2H5)3OMgI → (C2H5)3OH, alcol terziario. Le reazioni con le aldeidi, e specialmente con il metanale, sono notevolmente più attive, con alcoli secondari che si formano con le aldeidi e alcoli primari con il metanale.

Inoltre, i chetoni reagiscono con basi azotate, ad esempio con ammoniaca e ammine primarie, per formare immine:

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

Il secondo tipo di reazione è la deprotonazione dell'atomo di carbonio beta, rispetto al gruppo carbonilico. Il carbanione risultante è stabilizzato dalla coniugazione con il gruppo carbonilico, la facilità di rimozione del protone aumenta, quindi i composti carbonilici sono relativamente forte SH acidi.

Il terzo è il coordinamento degli elettrofili sulla coppia solitaria dell'atomo di ossigeno, ad esempio gli acidi di Lewis come AlCl3

Un tipo separato di reazioni può essere attribuito alla riduzione dei chetoni - riduzione secondo Leuckart con rese vicine al quantitativo.

17. Confronta le domande 15 e 16.

18. Acidi carbossilici monobasici limitanti(acidi carbossilici saturi monobasici) - acidi carbossilici in cui un radicale idrocarburico saturo è collegato a un gruppo carbossilico -COOH. Hanno tutti la formula generale СnH2n+1COOH, dove n = 0, 1, 2, ...

Nomenclatura. I nomi sistematici degli acidi carbossilici saturi monobasici sono dati dal nome dell'alcano corrispondente con l'aggiunta del suffisso -ovaya e della parola acido.

Si manifesta l'isomerismo dello scheletro nel radicale idrocarburico, a partire dall'acido butanoico, che ha due isomeri:

CH3-CH2-CH2-COOH acido n-butanoico; CH3-CH(CH3)-COOH Acido 2-metilpropanoico.

L'isomerismo interclasse si manifesta, a partire dall'acido acetico:

acido acetico CH3-COOH; formiato di metile H-COO-CH3 (estere metilico dell'acido formico); HO-CH2-COH idrossietanale (aldeide idrossiacetica); Ossido di idrossietilene HO-CHO-CH2.

19. Esteri- composti organici, derivati ​​di acidi carbossilici o minerali, in cui il gruppo idrossilico -OH della funzione acida è sostituito da un residuo alcolico. Differiscono dagli eteri, in cui due radicali idrocarburici sono collegati da un atomo di ossigeno (R1-O-R2).

Grassi o trigliceridi- composti organici naturali, esteri pieni del glicerolo e acidi grassi monobasici; appartengono alla classe dei lipidi. Insieme a carboidrati e proteine, i grassi sono uno dei componenti principali delle cellule di animali, piante e microrganismi. I grassi vegetali liquidi sono comunemente indicati come oli, proprio come il burro.

acidi carbossilici- una classe di composti organici le cui molecole contengono uno o più gruppi carbossilici funzionali -COOH. Le proprietà acide sono spiegate dal fatto che questo gruppo può scindere relativamente facilmente un protone. Con rare eccezioni, gli acidi carbossilici sono deboli. Ad esempio, l'acido acetico CH3COOH ha una costante di acidità di 1,75 10−5. Gli acidi di- e tricarbossilici sono più forti degli acidi monocarbossilici.

Il grasso è un buon isolante termico, quindi in molti animali a sangue caldo si deposita nel tessuto adiposo sottocutaneo, riducendo la perdita di calore. Uno strato di grasso sottocutaneo particolarmente spesso è caratteristico dei mammiferi acquatici (balene, trichechi, ecc.). Allo stesso tempo, negli animali che vivono in climi caldi (cammelli, jerboas), si depositano riserve di grasso

funzione strutturale

I fosfolipidi costituiscono la base del doppio strato delle membrane cellulari, il colesterolo - regolatori della fluidità della membrana. Le membrane arcaiche contengono derivati ​​di idrocarburi isoprenoidi. Le cere formano una cuticola sulla superficie degli organi fuori terra (foglie e giovani germogli) delle piante. Sono anche prodotti da molti insetti (ad esempio, le api ne costruiscono favi e vermi e cocciniglie formano coperture protettive).

Normativo

Vitamine - lipidi (A, D, E)

Ormonali (steroidi, eicosanoidi, prostaglandine, ecc.)

Cofattori (dolicolo)

Molecole segnale (digliceridi, acido jasmonico; cascata MP3)

Protettivo (assorbe gli urti)

Uno spesso strato di grasso protegge gli organi interni di molti animali dai danni durante gli impatti (ad esempio, i leoni marini che pesano fino a una tonnellata possono saltare su una costa rocciosa da rocce alte 4-5 m).

20-21-22. Acidi insaturi monobasici- derivati ​​​​di idrocarburi insaturi, in cui un atomo di idrogeno è sostituito da un gruppo carbossilico.

Nomenclatura, isomeria. Nel gruppo degli acidi insaturi, vengono spesso utilizzati nomi empirici: CH2=CH-COOH - acido acrilico (propenoico), CH2=C(CH3)-COOH - acido metacrilico (2-metilpropenoico). L'isomerismo nel gruppo degli acidi monobasici insaturi è associato a:

a) isomeria dello scheletro carbonioso; b) la posizione del doppio legame; c) isomeria cis-trans.

Come ottenere.1. Deidroalogenazione di acidi alogenati:

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

2. Disidratazione degli idrossiacidi: HO-CH2-CH2-COOH -> CH2=CH-COOH

Proprietà fisiche. Acidi insaturi inferiori - liquidi solubili in acqua, con un forte odore pungente; superiore - sostanze solide, insolubili in acqua, inodori.

Proprietà chimiche gli acidi carbossilici insaturi sono dovuti sia alle proprietà del gruppo carbossilico che alle proprietà del doppio legame. Gli acidi con un doppio legame situato vicino al gruppo carbossilico - acidi alfa, beta-insaturi - hanno proprietà specifiche. Per questi acidi, l'aggiunta di alogenuri di idrogeno e l'idratazione vanno contro la regola di Markovnikov: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH

Con un'attenta ossidazione si formano diidrossiacidi: CH2 \u003d CH-COOH + [O] + H20 -> HO-CH2-CH (OH) -COOH

Nell'ossidazione vigorosa, il doppio legame si rompe e si forma una miscela di prodotti diversi, da cui è possibile determinare la posizione del doppio legame. L'acido oleico С17Н33СООН è uno dei più importanti acidi insaturi superiori. È un liquido incolore che si indurisce al freddo. La sua formula di struttura è CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH.

23. Acidi carbossilici limitanti dibasici(acidi carbossilici saturi dibasici) - acidi carbossilici in cui un radicale idrocarburico saturo è collegato a due gruppi carbossilici -COOH. Tutti hanno la formula generale HOOC(CH2)nCOOH, dove n = 0, 1, 2, …

Nomenclatura. I nomi sistematici degli acidi carbossilici dibasici saturi sono dati dal nome del corrispondente alcano con l'aggiunta del suffisso -dioico e della parola acido.

Si manifesta l'isomerismo dello scheletro nel radicale idrocarburico, a partire dall'acido butandioico, che ha due isomeri:

HOOC-CH2-CH2-COOH acido n-butandioico (acido etano-1,2-dicarbossilico);

CH3-CH(COOH)-COOH acido etan-1,1-dicarbossilico.

24-25. OSSIACIDI (acidi idrossicarbossilici), hanno nella molecola, insieme a un gruppo carbossilico - COOH, un gruppo ossidrilico - OH, per esempio. HOCH2COOH (acido glicolico). Contenuto in organismi vegetali e animali (acido lattico, citrico, tartarico e altri).

Distribuzione in natura

Gli idrossiacidi sono molto diffusi; quindi, gli acidi tartarico, citrico, malico, lattico e altri sono idrossiacidi e il loro nome riflette la fonte naturale primaria in cui è stata trovata questa sostanza.

Metodi di sintesi

La reazione di Reformatsky è un metodo per la sintesi di esteri di acidi β-idrossicarbossilici.

"Acidi della frutta". Molti idrossiacidi sono stati usati nei cosmetici come cheratolitici. Il nome, tuttavia, è stato leggermente modificato dai venditori: per una maggiore attrattiva in cosmetologia, vengono spesso chiamati "acidi della frutta".

26-27. OSSIACIDI (acidi alcolici), composti a doppia funzione, sia alcoli che acidi contenenti sia un residuo acquoso che un gruppo carbossilico. A seconda della posizione di OH rispetto a COOH (affiancati, attraverso uno, due, tre posti), si distinguono a-, /?-, y-, b-idrossiacidi. Per ricevere O. ci sono molti metodi, il principale da to-rykh cauta ossidazione di glicoli: CH3.CH(OH).CH2.OH + 02 = CH3. .CH(OH).COOH; saponificazione di ossinitrili CH3.CH(OH).CN —* CH3.CH(OH).COOH; scambio di alogeno in acidi alogenati per OH: CH2C1.COOH + KOH = CH2(OH).COOH + + KC1, azione di HN02 sugli amminoacidi: CH2(NH2). COOH + HN02 = CH2 (OH) + N2 + + H20. Nel corpo animale, gli idrossiacidi si formano durante la deaminazione (vedi) amminoacidi, durante l'ossidazione grasso to-t(vedi Corpi acetonici, Metabolismo - proteine), con glicolisi (vedi), fermentazione (vedi), ecc. processi. Gli idrossiacidi sono liquidi densi o cristallini. sostanze. In chim. La relazione di O. reagisce sia come alcoli che come a - tu: dai ad es. sia semplici che esteri; sotto l'azione dei composti alogenati del fosforo, entrambi gli OH vengono sostituiti da un alogeno; gli acidi idroalogenici reagiscono solo con gli OH alcolici.Reazioni speciali caratterizzano a-, /)-, y- e b-idrossiacidi: gli a-idrossiacidi, perdendo acqua da due molecole, danno esteri ciclici, lattidi: 2CH2 (OH).COOH = 2H20 + CH2.O.CO (glicolide); so.o.sn2 /Z-O., rilasciando acqua, forma acidi insaturi: CH2 (OH) CH2.COOH- H20 \u003d CH2:CH. .COOH; y- e d-idrossiacidi formano anidridi - lattoni: CH3.CH(OH).CH2.CH2.COOH = = H2O + CH3.CH.CH2.CH2.CO. O. sono diffusi negli organismi animali e vegetali. Rappresentanti di alifatico a-O. sono acido glicolico, CH2OH.COOH(ossiacetico), acido lattico; da /?-idrossiacidi - idracrilico, CH2OH.CH2COOH, acido /9-idrossi-butirrico; uo. in forma libera sono sconosciuti, poiché perdendo acqua, passano in lattoni. Tra gli O. dibasici è importante l'acido malico (oxyamber-naya); COOH.CHOH.CH2.COOH, ampiamente distribuito nelle piante; ha rotazione sinistra nelle soluzioni deboli, rotazione destra in quelle forti; sintetico a - che è inattivo. Gli acidi tetraatomici dibasici includono gli acidi tartarici (diossisuccinici). Dell'altro O. - limone, HO.SO.CH2. .(COH)(COOH).CH2.COOH, è molto diffuso nel mondo vegetale (nell'uva, nei limoni) e presente nel corpo animale (nel latte); sotto forma di citrato di ferro ha usi medicinali. Degli aromatici O. (acidi fenolici), l'acido salicilico, l'acido gallico ei loro derivati ​​sono importanti in medicina; fenil estere dell'acido salicilico (salolo), acido solfosalicilico, C6H3.OH.S03H.COOH (reagente proteico), acido acetilsalicilico (aspirina). Nelle piante ci sono molte diverse O. di una serie aromatica, i derivati ​​\u200b\u200bto-rykh sono, tra le altre cose, i tannini, che sono di grande importanza tecnica. A proposito di biol. valore di O. separato e sui metodi della loro definizione quantitativa — vedi. Corpi acetonici, Bro-glicolisi, Deaminazione, Sangue, Acido lattico, Urina, Muscoli, Acido beta(^)-idrossibutirrico.

28-29. nella molecola di ammoniaca per sostituire successivamente atomi di idrogeno con radicali idrocarburici, si otterranno quindi composti appartenenti alla classe delle ammine. Di conseguenza, le ammine sono primarie (RNH2), secondarie (R2NH), terziarie (R3N). Il gruppo -NH2 è chiamato gruppo amminico.

Esistono ammine alifatiche, aromatiche, alicicliche ed eterocicliche a seconda di quali radicali sono attaccati all'atomo di azoto.

La costruzione dei nomi delle ammine viene effettuata aggiungendo il prefisso amino- al nome dell'idrocarburo corrispondente (ammine primarie) o la desinenza -ammina ai nomi elencati dei radicali associati all'atomo di azoto (per eventuali ammine).

Modi per ottenere.1. Reazione di Hoffman. Uno dei primi metodi per ottenere ammine primarie fu l'alchilazione dell'ammoniaca con alogenuri alchilici. . 2. Reazione di Zinin— un modo conveniente per ottenere ammine aromatiche nella riduzione di composti nitro aromatici. Come agenti riducenti vengono utilizzati: H2 (su un catalizzatore). A volte l'idrogeno viene generato direttamente al momento della reazione, per la quale i metalli (zinco, ferro) vengono trattati con acido diluito.

Proprietà fisiche delle ammine. La presenza di una coppia di elettroni non condivisa nell'atomo di azoto provoca punti di ebollizione più elevati rispetto ai corrispondenti alcani. Le ammine hanno uno sgradevole odore pungente. A temperatura ambiente e pressione atmosferica, i primi rappresentanti di un certo numero di ammine primarie sono gas che si dissolvono bene in acqua. All'aumentare del radicale carbonioso, il punto di ebollizione aumenta e la solubilità in acqua diminuisce.

Proprietà chimiche delle ammine. Proprietà fondamentali delle ammine

Le ammine sono basi, poiché l'atomo di azoto può fornire una coppia di elettroni per formare un legame con specie deficienti di elettroni secondo il meccanismo donatore-accettore (corrispondente alla definizione di basicità di Lewis). Pertanto, le ammine, come l'ammoniaca, sono in grado di interagire con acidi e acqua, aggiungendo un protone per formare i corrispondenti sali di ammonio.

I sali di ammonio sono altamente solubili in acqua, ma scarsamente solubili in solventi organici. Le soluzioni acquose di ammine sono alcaline.

Le proprietà di base delle ammine dipendono dalla natura dei sostituenti. In particolare, le ammine aromatiche sono basi più deboli di quelle alifatiche, perché la coppia di elettroni liberi dell'azoto entra in coniugazione con il sistema  del nucleo aromatico, che riduce la densità elettronica sull'atomo di azoto (effetto -M). Al contrario, il gruppo alchilico è un buon donatore di densità elettronica (+effetto I).

Ossidazione delle ammine. La combustione delle ammine è accompagnata dalla formazione di anidride carbonica, azoto e acqua: 4CH3NH2 + 9O2 \u003d 4CO2 + 2N2 + 10H2O

Le ammine aromatiche si ossidano spontaneamente all'aria. Pertanto, l'anilina diventa rapidamente marrone all'aria a causa dell'ossidazione.

Aggiunta di alogenuri alchilici Le ammine aggiungono aloalcani per formare un sale

Interazione delle ammine con l'acido nitroso Di grande importanza è la reazione di diazotizzazione delle ammine aromatiche primarie sotto l'azione dell'acido nitroso, ottenuta in situ dalla reazione del nitrito di sodio con l'acido cloridrico.

Le ammine alifatiche primarie, quando reagite con acido nitroso, formano alcoli e le ammine alifatiche e aromatiche secondarie danno derivati ​​​​N-nitroso: R-NH2 + NaNO2 + HCl \u003d R-OH + N2 + NaCl + H2O; NH+NaNO2+HCl=R2N-N=O+NaCl+H2O

Nelle ammine aromatiche, il gruppo amminico facilita la sostituzione nelle posizioni orto e para dell'anello benzenico. Pertanto, l'alogenazione dell'anilina avviene rapidamente anche in assenza di catalizzatori e tre atomi di idrogeno dell'anello benzenico vengono sostituiti contemporaneamente e precipita un precipitato bianco di 2,4,6-tribromanilina:

Questa reazione con l'acqua di bromo viene utilizzata come reazione qualitativa per l'anilina.

Applicazione

Le ammine sono utilizzate nell'industria farmaceutica e nella sintesi organica (CH3NH2, (CH3)2NH, (C2H5)2NH, ecc.); nella produzione di nylon (NH2-(CH2)6-NH2 - esametilendiammina); come materia prima per la produzione di coloranti e materie plastiche (anilina).

30. Amminoacidi (acidi amminocarbossilici)- composti organici, la cui molecola contiene contemporaneamente gruppi carbossilici e amminici. Gli amminoacidi possono essere considerati come derivati ​​di acidi carbossilici in cui uno o più atomi di idrogeno sono sostituiti da gruppi amminici.

Proprietà chimiche generali. 1. Gli amminoacidi possono presentare sia proprietà acide dovute alla presenza di un gruppo carbossilico -COOH nelle loro molecole, sia proprietà basiche dovute al gruppo amminico -NH2. A causa di ciò, le soluzioni di amminoacidi in acqua hanno le proprietà delle soluzioni tampone.

Uno zwitterion è una molecola di amminoacido in cui il gruppo amminico è rappresentato come -NH3+ e il gruppo carbossilico è rappresentato come -COO-. Una tale molecola ha un momento di dipolo significativo a zero carica netta. È da tali molecole che vengono costruiti i cristalli della maggior parte degli amminoacidi.

Alcuni amminoacidi hanno più gruppi amminici e gruppi carbossilici. Per questi amminoacidi è difficile parlare di uno zwitterione specifico.

2. Una caratteristica importante amminoacidi è la loro capacità di policondensare, portando alla formazione di poliammidi, inclusi peptidi, proteine ​​e nylon-66.

3. Il punto isoelettrico di un amminoacido è il valore di pH al quale la proporzione massima di molecole di amminoacidi ha una carica nulla. A questo pH, l'amminoacido è il meno mobile in un campo elettrico e questa proprietà può essere utilizzata per separare amminoacidi, proteine ​​e peptidi.

4. Gli amminoacidi di solito possono entrare in tutte le reazioni caratteristiche degli acidi carbossilici e delle ammine.

Isomeria ottica. Tutti gli α-amminoacidi che fanno parte degli organismi viventi, ad eccezione della glicina, contengono un atomo di carbonio asimmetrico (treonina e isoleucina contengono due atomi asimmetrici) e hanno attività ottica. Quasi tutti gli α-amminoacidi presenti in natura hanno una forma L e solo gli amminoacidi L sono inclusi nella composizione delle proteine ​​​​sintetizzate sui ribosomi.

Questa caratteristica degli amminoacidi "viventi" è molto difficile da spiegare, poiché nelle reazioni tra sostanze otticamente inattive o racemati (che, a quanto pare, le molecole organiche erano rappresentate sull'antica Terra), le forme L e D si formano in quantità uguali. Forse. la scelta di una delle forme (L o D) è semplicemente il risultato di una combinazione casuale di circostanze: le prime molecole con cui poteva iniziare sintesi matriciale, avevano una certa forma, ed era a loro che gli enzimi corrispondenti "si adattavano".

31. Gli amminoacidi sono composti anfoteri organici. Contengono nella molecola due gruppi funzionali di natura opposta: un gruppo amminico con proprietà basiche e un gruppo carbossilico con proprietà acide. Gli amminoacidi reagiscono sia con gli acidi che con le basi:

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

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

Quando gli amminoacidi vengono sciolti in acqua, il gruppo carbossilico si separa da uno ione idrogeno, che può unirsi al gruppo amminico. In questo caso si forma un sale interno, la cui molecola è uno ione bipolare:

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

Le soluzioni acquose di amminoacidi hanno un ambiente neutro, alcalino o acido, a seconda del numero di gruppi funzionali. Quindi, l'acido glutammico forma una soluzione acida (due gruppi -COOH, uno -NH2), lisina - alcalina (un gruppo -COOH, due -NH2).

Come le ammine primarie, gli amminoacidi reagiscono con l'acido nitroso, con il gruppo amminico che si trasforma in un gruppo idrossi e l'amminoacido in un idrossiacido: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2+ H2O

La misurazione del volume di azoto rilasciato consente di determinare la quantità di amminoacidi (metodo Van Slyke).

Gli amminoacidi possono reagire con alcoli in presenza di acido cloridrico gassoso, trasformandosi in un estere (più precisamente, nel sale cloridrato dell'estere): H2N-CH(R)-COOH + R"OH H2N-CH(R)- COOR" + H2O.

Gli esteri degli amminoacidi non hanno una struttura bipolare e sono composti volatili. La proprietà più importante degli amminoacidi è la loro capacità di condensarsi per formare peptidi.

32. Gruppo carbossilico combina due gruppi funzionali - carbonile =CO e idrossile -OH, che si influenzano a vicenda.

Le proprietà acide degli acidi carbossilici sono dovute allo spostamento della densità elettronica in ossigeno carbonilico e alla risultante polarizzazione aggiuntiva (rispetto agli alcoli) del legame OH.

In una soluzione acquosa, gli acidi carbossilici si dissociano in ioni: R-COOH = R-COO- + H+

La solubilità in acqua e gli alti punti di ebollizione degli acidi sono dovuti alla formazione di legami idrogeno intermolecolari.

Gruppo amminico - gruppo monovalente -NH2, residuo di ammoniaca (NH3). Il gruppo amminico è contenuto in molti composti organici: ammine, amminoacidi, amminoalcoli, ecc. I composti contenenti il ​​\u200b\u200bgruppo -NH2, di regola, hanno un carattere di base dovuto alla presenza di una coppia di elettroni non condivisa sull'atomo di azoto.

Nelle reazioni di sostituzione elettrofila nei composti aromatici, il gruppo amminico è l'orientante del primo tipo, cioè attiva le posizioni orto e para nell'anello benzenico.

33. Policondensazione- il processo di sintesi di polimeri da composti polifunzionali (il più delle volte bifunzionali), solitamente accompagnato dal rilascio di sottoprodotti a basso peso molecolare (acqua, alcoli, ecc.) Durante l'interazione di gruppi funzionali.

Il peso molecolare del polimero formato nel processo di policondensazione dipende dal rapporto tra i componenti iniziali, le condizioni di reazione.

Le reazioni di policondensazione possono coinvolgere un monomero con due diversi gruppi funzionali: ad esempio, la sintesi di poli-ε-caproammide (nylon-6, capron) dall'acido ε-amminocaproico, o due monomeri con diversi gruppi funzionali, ad esempio la sintesi di nylon-66 policondensazione di acido adipico ed esametilendiammina; in questo caso si formano polimeri a struttura lineare (policondensazione lineare, vedi Fig. 1). Se il monomero (o i monomeri) portano più di due gruppi funzionali, si formano polimeri reticolati con una struttura reticolare tridimensionale (policondensazione tridimensionale). Per ottenere tali polimeri, ad una miscela di monomeri vengono spesso aggiunti componenti polifunzionali "reticolanti".

Di particolare rilievo sono le reazioni di sintesi polimerica da monomeri ciclici mediante il meccanismo di apertura dell'anello - aggiunta, ad esempio, la sintesi di nylon-6 da caprolattame (ammide ciclica dell'acido ε-amminocaproico); nonostante il fatto che non si verifichi alcun isolamento di un frammento a basso peso molecolare, tali reazioni sono più spesso indicate come policondensazione.

Legame peptidico- un tipo di legame ammidico che si verifica durante la formazione di proteine ​​​​e peptidi come risultato dell'interazione del gruppo α-ammino (-NH2) di un amminoacido con il gruppo α-carbossilico (-COOH) di un altro amminoacido.

Il C-N ide nel legame peptidico ha parzialmente un doppio carattere, che si manifesta, in particolare, in una diminuzione della sua lunghezza a 1,32 angstrom. Da ciò derivano le seguenti proprietà:

4 atomi di legame (C, N, O e H) e 2 atomi di carbonio α sono sullo stesso piano. I gruppi R di amminoacidi e idrogeni ai carboni α sono al di fuori di questo piano.

H e O nel legame peptidico, così come i carboni α di due amminoacidi, sono transorientati (l'isomero trans è più stabile). Nel caso degli L-amminoacidi, che si trovano in tutte le proteine ​​e peptidi naturali, anche i gruppi R sono transorientati.

La rotazione attorno al legame C-N è impossibile, la rotazione attorno al legame C-C è possibile.

peptidi (greco πεπτος - nutriente) - una famiglia di sostanze le cui molecole sono costruite da residui di α-amminoacidi collegati in una catena da legami peptidici (ammidici) -C (O) NH -.

34. Proteine ​​(proteine, polipeptidi) - sostanze organiche ad alto peso molecolare, costituite da amminoacidi collegati in una catena da un legame peptidico. Negli organismi viventi, la composizione aminoacidica delle proteine ​​è determinata dal codice genetico; nella maggior parte dei casi, nella sintesi vengono utilizzati 20 aminoacidi standard. Molte combinazioni danno grande varietà proprietà delle molecole proteiche. Inoltre, gli amminoacidi nella composizione di una proteina subiscono spesso modifiche post-traduzionali, che possono verificarsi sia prima che la proteina inizi a svolgere la sua funzione sia durante il suo "lavoro" nella cellula. Spesso negli organismi viventi, diverse molecole proteiche formano complessi complessi, ad esempio un complesso fotosintetico.

Per comprendere l'intricato impacchettamento (architettonico) di una macromolecola proteica, se ne dovrebbero considerare diverse livelli organizzativi. La struttura primaria e più semplice è una catena polipeptidica, cioè una stringa di amminoacidi legati da legami peptidici. Nella struttura primaria, tutti i legami tra gli amminoacidi sono covalenti e quindi forti. Il livello di organizzazione successivo e più elevato è la struttura secondaria, quando il filo proteico è attorcigliato a forma di spirale. I legami idrogeno si formano tra i gruppi -COOH situati su un giro dell'elica e i gruppi -NH2 sull'altro giro. Sorgono sulla base dell'idrogeno, il più delle volte situato tra due atomi negativi. I legami idrogeno sono più deboli dei legami covalenti, ma con un gran numero di essi forniscono la formazione di una struttura sufficientemente forte. Il filo di amminoacidi (polipeptide) viene ulteriormente avvolto a spirale, formando una pallina, o fibrilla o globulo, specifica per ogni proteina. Nasce così una configurazione complessa, chiamata struttura terziaria. La sua determinazione viene solitamente effettuata utilizzando il metodo dell'analisi della diffrazione dei raggi X, che consente di stabilire la posizione nello spazio di atomi e gruppi di atomi in cristalli e composti complessi.

Anche i legami che sostengono la struttura terziaria della proteina sono deboli. Sorgono, in particolare, a causa di interazioni idrofobiche. Queste sono forze attrattive tra molecole non polari o tra regioni non polari di molecole in un mezzo acquoso. I residui idrofobici di alcuni amminoacidi in una soluzione acquosa si avvicinano l'uno all'altro, "si uniscono" e stabilizzano così la struttura proteica. Oltre alle forze idrofobiche, i legami elettrostatici tra i radicali elettronegativi ed elettropositivi dei residui amminoacidici svolgono un ruolo importante nel mantenimento della struttura terziaria di una proteina. La struttura terziaria è anche supportata da un piccolo numero di legami covalenti disolfuro -S-S- che sorgono tra gli atomi di zolfo degli amminoacidi contenenti zolfo. Devo dire che il terziario; la struttura della proteina non è definitiva. Macromolecole della stessa proteina o molecole di altre proteine ​​spesso risultano essere attaccate a una macromolecola proteica. Ad esempio, una molecola complessa di emoglobina, una proteina presente nei globuli rossi, è costituita da quattro macromolecole globiniche: due catene alfa e due catene beta, ciascuna delle quali è collegata a un eme contenente ferro. Come risultato della loro combinazione, si forma una molecola di emoglobina funzionante. Solo in un tale pacchetto l'emoglobina funziona completamente, cioè è in grado di trasportare ossigeno. A causa della combinazione di diverse molecole proteiche tra loro, si forma una struttura quaternaria. Se le catene peptidiche sono impilate sotto forma di una bobina, tali proteine ​​​​vengono chiamate globulari. Se le catene polipeptidiche sono impilate in fasci di fili, vengono chiamate proteine ​​fibrillari. Partendo dalla struttura secondaria, la disposizione spaziale (conformazione) delle macromolecole proteiche, come abbiamo scoperto, è supportata principalmente da legami chimici deboli. Sotto l'influenza di fattori esterni (cambiamenti di temperatura, composizione salina del mezzo, pH, sotto l'influenza di radiazioni e altri fattori), i legami deboli che stabilizzano la rottura della macromolecola e la struttura della proteina, e quindi le sue proprietà, cambiano. Questo processo è chiamato denaturazione. La rottura di parte dei legami deboli, i cambiamenti nella conformazione e nelle proprietà della proteina si verificano anche sotto l'influenza di fattori fisiologici (ad esempio, sotto l'azione degli ormoni). Pertanto, le proprietà delle proteine ​​\u200b\u200bsono regolate: enzimi, recettori, trasportatori. Questi cambiamenti nella struttura delle proteine ​​sono solitamente facilmente reversibili. La rottura di un gran numero di legami deboli porta alla denaturazione proteica, che può essere irreversibile (ad esempio, la coagulazione dell'albume durante l'ebollizione delle uova). A volte la denaturazione proteica ha anche un senso biologico. Ad esempio, un ragno assegna una goccia di segreto e lo attacca a una sorta di supporto. Quindi, continuando a rilasciare il segreto, tira leggermente il filo, e questa debole tensione è sufficiente perché la proteina si denatura, da una forma solubile a una insolubile, e il filo si rafforza.

35-36. Monosaccaridi(dal greco monos: l'unico, sacchar: zucchero), - composti organici, uno dei principali gruppi di carboidrati; la forma più semplice di zucchero; sono solitamente solidi incolori, solubili in acqua e trasparenti. Alcuni monosaccaridi hanno un sapore dolce. I monosaccaridi, i mattoni da cui vengono sintetizzati i disaccaridi (come il saccarosio) e i polisaccaridi (come la cellulosa e l'amido), contengono gruppi idrossilici e un gruppo aldeidico (aldosi) o cheto (chetosi). Ogni atomo di carbonio a cui è attaccato un gruppo idrossile (tranne il primo e l'ultimo) è chirale, dando origine a molte forme isomeriche. Ad esempio, il galattosio e il glucosio sono aldoesosi ma hanno proprietà chimiche e fisiche diverse. I monosaccaridi, come tutti i carboidrati, contengono solo 3 elementi (C, O, H).

Suddivisione dei monosaccaridi per triosi, tetrosi, pentosi, esosi, ecc. (3, 4, 5, 6, ecc. atomi di carbonio nella catena); non sono stati trovati monosaccaridi naturali con una catena di carbonio contenente più di 9 atomi di carbonio. I monosaccaridi contenenti un ciclo a 5 membri sono chiamati furanosi, a 6 membri - piranosi.

Isomeria. Per i monosaccaridi contenenti n atomi di carbonio asimmetrici, è possibile l'esistenza di 2n stereoisomeri (vedi Isomeria).

38. Proprietà chimiche. I monosaccaridi entrano in reazioni chimiche caratteristiche dei gruppi carbonile e idrossile. Caratteristica monosaccaridi - la capacità di esistere in forme aperte (acicliche) e cicliche e di dare derivati ​​​​di ciascuna delle forme. La maggior parte dei monosi ciclizza in soluzione acquosa per formare emiacetali o emichetali (a seconda che siano aldosi o chetosi) tra un alcol e un gruppo carbonilico dello stesso zucchero. Il glucosio, ad esempio, forma prontamente emiacetali collegando i suoi C1 e O5 per formare un anello a 6 membri chiamato piranoside. La stessa reazione può avvenire tra C1 e O4 per formare un furanoside a 5 membri.

monosaccaridi in natura. I monosaccaridi fanno parte di carboidrati complessi (glicosidi, oligosaccaridi, polisaccaridi) e biopolimeri contenenti carboidrati misti (glicoproteine, glicolipidi, ecc.). In questo caso i monosaccaridi sono legati tra loro e alla parte non glucidica della molecola mediante legami glicosidici. Dopo l'idrolisi da parte di acidi o enzimi, questi legami possono essere rotti per rilasciare monosaccaridi. In natura i monosaccaridi liberi, ad eccezione del D-glucosio e del D-fruttosio, sono rari. La biosintesi dei monosaccaridi da anidride carbonica e acqua avviene nelle piante (vedi Fotosintesi); con la partecipazione di derivati ​​​​attivati ​​​​di monosaccaridi - zuccheri nucleosidici difosfati - c'è, di regola, la biosintesi dei carboidrati complessi. La scomposizione dei monosaccaridi nel corpo (ad esempio fermentazione alcolica, glicolisi) è accompagnata dal rilascio di energia.

Applicazione. Alcuni monosaccaridi liberi e loro derivati ​​(ad esempio glucosio, fruttosio e suo difosfato, ecc.) Industria alimentare e medicina.

37. Glucosio (C6H12O6)("zucchero d'uva", destrosio) si trova nel succo di molti frutti e bacche, compresa l'uva, da cui il nome di questo tipo di zucchero. È uno zucchero a sei atomi (esoso).

Proprietà fisiche. Sostanza cristallina bianca di sapore dolce, altamente solubile in acqua, insolubile in etere, scarsamente solubile in alcool.

La struttura della molecola

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

Il glucosio può esistere in cicli (glucosio α e β).

α e β glucosio

La transizione del glucosio dalla proiezione di Fisher alla proiezione di Haworth Il glucosio è il prodotto finale dell'idrolisi della maggior parte dei disaccaridi e dei polisaccaridi.

ruolo biologico. Il glucosio è il prodotto principale della fotosintesi e si forma nel ciclo di Calvin.

Nell'uomo e negli animali, il glucosio è la principale e più versatile fonte di energia per i processi metabolici. Tutte le cellule del corpo animale hanno la capacità di assorbire il glucosio. Allo stesso tempo, la capacità di utilizzare altre fonti di energia - ad esempio acidi grassi liberi e glicerolo, fruttosio o acido lattico - non è posseduta da tutte le cellule del corpo, ma solo da alcuni dei loro tipi.

trasporto di glucosio da ambiente esterno dentro cellula animale effettuato mediante trasferimento transmembrana attivo con l'aiuto di una speciale molecola proteica - il vettore (trasportatore) di esosi.

Il glucosio nelle cellule può subire la glicolisi per fornire energia sotto forma di ATP. Il primo enzima nella catena della glicolisi è l'esochinasi. L'attività dell'esochinasi cellulare è sotto l'influenza regolatrice degli ormoni: ad esempio, l'insulina aumenta notevolmente l'attività dell'esochinasi e, di conseguenza, l'utilizzo del glucosio da parte delle cellule e i glucocorticoidi riducono l'attività dell'esochinasi.

Molte fonti di energia diverse dal glucosio possono essere convertite direttamente in glucosio nel fegato, come l'acido lattico, molti acidi grassi liberi e il glicerolo, o aminoacidi liberi, soprattutto quelli più semplici come l'alanina. Il processo di formazione del glucosio nel fegato da altri composti è chiamato gluconeogenesi.

Quelle fonti energetiche per le quali non esiste una conversione biochimica diretta in glucosio possono essere utilizzate dalle cellule epatiche per produrre ATP e successivamente fornire energia per i processi di gluconeogenesi, risintesi del glucosio dall'acido lattico o fornitura di energia per il processo di sintesi del glicogeno polisaccaride riserve di monomeri di glucosio. Il glucosio è di nuovo facilmente prodotto dal glicogeno per semplice scomposizione.

A causa dell'eccezionale importanza di mantenere un livello stabile di glucosio nel sangue, gli esseri umani e molti altri animali hanno un complesso sistema di regolazione ormonale dei parametri del metabolismo dei carboidrati. Quando 1 grammo di glucosio viene ossidato in anidride carbonica e acqua, vengono rilasciati 17,6 kJ di energia. La massima "energia potenziale" immagazzinata nella molecola di glucosio sotto forma di stato di ossidazione -4 atomi di carbonio (C-4) può diminuire durante i processi metabolici a C + 4 (nella molecola di CO2). Il suo ripristino al livello precedente può essere effettuato da autotrofi.

Fruttosio o zucchero della frutta C6H12O6- monosaccaride, presente in forma libera in quasi tutte le bacche e i frutti dolci. Molte persone preferiscono sostituire lo zucchero non con droghe sintetiche, ma con fruttosio naturale.

A differenza del glucosio, che funge da fonte universale di energia, il fruttosio non viene assorbito dai tessuti insulino-dipendenti. È quasi completamente assorbito e metabolizzato dalle cellule del fegato. Praticamente nessun'altra cellula del corpo umano (tranne gli spermatozoi) può utilizzare il fruttosio. Nelle cellule epatiche, il fruttosio viene fosforilato e quindi scomposto in triosi, che vengono utilizzati per la sintesi degli acidi grassi, che può portare all'obesità, nonché livelli elevati di trigliceridi (che a loro volta aumentano il rischio di aterosclerosi) o utilizzati per il glicogeno sintesi (anche parzialmente convertita in glucosio durante la gluconeogenesi). Tuttavia, la conversione del fruttosio in glucosio è un complesso processo in più fasi e la capacità del fegato di elaborare il fruttosio è limitata. La questione se includere il fruttosio nella dieta dei diabetici, poiché l'insulina non è necessaria per il suo assorbimento, è stata studiata intensamente negli ultimi anni.

Sebbene persona sana il fruttosio non aumenta (o aumenta leggermente) i livelli di glucosio nel sangue; nei pazienti diabetici, il fruttosio spesso porta ad un aumento dei livelli di glucosio. D'altra parte, a causa della mancanza di glucosio nelle cellule, i diabetici possono bruciare i grassi nel loro corpo, portando all'esaurimento delle riserve di grasso. In questo caso, per ripristinarli può essere utilizzato il fruttosio, che si trasforma facilmente in grasso e non richiede insulina. Il vantaggio del fruttosio è che si può conferire un sapore dolce a un piatto con quantità relativamente piccole di fruttosio, poiché è 1,2-1,8 volte più dolce a parità di contenuto calorico (380 kcal/100 g) dello zucchero. Tuttavia, gli studi dimostrano che i consumatori di fruttosio non riducono il contenuto calorico dei loro pasti, ma mangiano pasti più dolci.

39. Oligosaccaridi- si tratta di oligomeri, costituiti da diversi (non più di 20) monomeri - monosaccaridi, a differenza dei polisaccaridi, costituiti da decine, centinaia o migliaia di monosaccaridi; - composti costituiti da più residui monosaccaridici (da 2 a 10) legati da un legame glicosidico.

Un caso speciale molto importante e diffuso di oligosaccaridi sono i disaccaridi - dimeri costituiti da due molecole di monosaccaridi.

Puoi anche parlare di tri-, tetra-, ecc. saccaridi.

40. Disaccaridi- il nome generale di una sottoclasse di oligosaccaridi, in cui la molecola è costituita da due monomeri - monosaccaridi. I disaccaridi sono formati da una reazione di condensazione tra due monosaccaridi, solitamente esosi. La reazione di condensazione comporta la rimozione dell'acqua. Il legame tra i monosaccaridi risultante da una reazione di condensazione è chiamato legame glicosidico e solitamente questo legame si forma tra il 1° e il 4° atomo di carbonio di unità monosaccaridiche adiacenti (legame 1,4-glicosidico).

Il processo di condensazione può essere ripetuto innumerevoli volte, dando origine a enormi molecole di polisaccaridi. Una volta combinate le unità monosaccaridiche, vengono chiamate residui. I disaccaridi più comuni sono il lattosio e il saccarosio.

Mutarotazione(dal lat. muto-cambiamento e rotatio - rotazione), cambiamento nella dimensione dell'ottica. rotazione di soluzioni di composti otticamente attivi a causa della loro epimerizzazione. È tipico per monosaccaridi, oligosaccaridi riducenti, lattoni, ecc. La mutarotazione può essere catalizzata da acidi e basi. Nel caso del glucosio, la mutarotazione è spiegata dall'instaurazione dell'equilibrio: nello stato di equilibrio, ci sono il 38% della forma alfa e il 62% della forma beta. Intermedio la forma aldeidica è contenuta in una concentrazione trascurabile. Vantaggi, la formazione della forma b è dovuta al fatto che è termodinamicamente più stabile.

Le reazioni "specchio d'argento" e "specchio di rame" sono caratteristiche delle aldeidi

1) La reazione dello "specchio d'argento", la formazione di sedimenti di Ag sulle pareti della provetta

2) Reazione a specchio del rame, precipitazione del precipitato Cu2O rosso

40. A loro volta, i disaccaridi, che si verificano in alcuni casi durante idrolisi dei polisaccaridi(maltosio nell'idrolisi dell'amido, cellobiosio nell'idrolisi della cellulosa) o esistenti nell'organismo in forma libera (lattosio, saccarosio, trealosio, ecc.), vengono idrolizzati sotto l'azione catalitica delle os- e p-glicosidasi a singoli monosaccaridi. Tutte le glicosidasi, ad eccezione della trealasi (ot, omregalose-glucoidrazina), hanno un'ampia gamma di specificità, accelerando l'idrolisi di quasi tutti i glicosidi che sono derivati ​​​​dall'uno o dall'altro a- o (3-monosaccaride. Pertanto, a-glucosidasi accelera la reazione di idrolisi di a-glucosidi, incluso maltosio, p-glucosidasi - p-glucosidi, incluso cellobiosio, B-galattosidasi - B-galattosidi e tra questi lattosio, ecc. Esempi dell'azione di a e P-glucosidasi sono stati forniti in precedenza

41. Secondo il fallimento struttura chimica dei disaccaridi tipo trealosio (glicosido-glicosidi) e tipo maltosio (glicoside-glucosio) hanno proprietà chimiche significativamente diverse: i primi non danno alcuna reazione caratteristica del gruppo aldeidico o chetonico, cioè non sono ossidati, non ridotti, non formano ozoni, non entrano in una reazione di policoidificazione (non resinificano), non mutano, ecc. Per i disaccaridi come il maltosio, tutte le reazioni di cui sopra, al contrario, sono molto caratteristiche. Il motivo di questa differenza è abbastanza chiaro da quanto detto in precedenza circa i due tipi di struttura disaccaridica e le proprietà dei residui monosaccaridici inclusi nella loro composizione. Sta nel fatto che solo nei disaccaridi come il maltosio è possibile il tautomerismo della catena ad anello, con conseguente formazione di un gruppo aldeidico o chetonico libero, che mostra le sue proprietà caratteristiche.

Per gli idrossili alcolici, entrambi i tipi di disaccaridi danno le stesse reazioni: formano eteri ed esteri, interagiscono con idrati di ossidi metallici.

Ci sono un gran numero di disaccaridi in natura; Il trealosio e il maltosio sopra menzionati, così come il saccarosio, il cellobiosio e il lattosio, sono tra i più significativi.

42. Maltosio(dall'inglese malt - malt) - zucchero di malto, un disaccaride naturale costituito da due residui di glucosio; si trova in grandi quantità nei chicchi germogliati (malto) di orzo, segale e altri cereali; si trova anche nei pomodori, nel polline e nel nettare di numerose piante. M. è facilmente solubile in acqua, ha un sapore dolce; È uno zucchero riducente perché ha un gruppo idrossile emiacetale non sostituito. La biosintesi di M. da b-D-glucopiranosilfosfato e D-glucosio è nota solo in alcuni tipi di batteri. Negli organismi animali e vegetali, M. si forma durante la scomposizione enzimatica dell'amido e del glicogeno (vedi Amilasi). La scomposizione di M. in due residui di glucosio avviene a seguito dell'azione dell'enzima a-glucosidasi, o maltasi, che è contenuto nei succhi digestivi di animali e umani, nei chicchi germogliati, nelle muffe e nei lieviti. L'assenza geneticamente determinata di questo enzima nella mucosa intestinale umana porta all'intolleranza congenita a M., una grave malattia che richiede l'esclusione di amido e glicogeno dalla dieta di M. o l'aggiunta dell'enzima maltasi al cibo.

Quando il maltosio viene bollito con acido diluito e sotto l'azione di un enzima, la maltasi viene idrolizzata (si formano due molecole di glucosio C6H12O6). Il maltosio è facilmente assorbito dal corpo umano. Peso molecolare - 342,32 Punto di fusione - 108 (anidro)

43. Lattosio(dal lat. lactis - latte) С12Н22О11 - un carboidrato del gruppo disaccaride, presente nel latte e nei latticini. La molecola di lattosio è costituita da residui di molecole di glucosio e galattosio. Il lattosio è talvolta chiamato zucchero del latte.

Proprietà chimiche. Quando viene bollito con acido diluito, il lattosio viene idrolizzato.

Il lattosio si ottiene dal siero di latte.

Applicazione. Utilizzato per la preparazione di terreni nutritivi, ad esempio nella produzione di penicillina. Utilizzato come eccipiente (riempitivo) nell'industria farmaceutica.

Dal lattosio si ottiene il lattulosio, un prezioso farmaco per il trattamento dei disturbi intestinali, come la stitichezza.

44. Saccarosio C12H22O11, o zucchero di barbabietola, zucchero di canna, nella vita di tutti i giorni solo zucchero - un disaccaride costituito da due monosaccaridi - α-glucosio e β-fruttosio.

Il saccarosio è un disaccaride molto comune in natura, si trova in molti frutti, frutti e bacche. Il contenuto di saccarosio è particolarmente elevato nella barbabietola da zucchero e nella canna da zucchero, che vengono utilizzate per produzione industriale zucchero alimentare.

Il saccarosio ha un'elevata solubilità. Chimicamente, il fruttosio è piuttosto inerte; quando ci si sposta da un luogo all'altro, non è quasi coinvolto nel metabolismo. A volte il saccarosio viene depositato come nutriente di riserva.

Il saccarosio, entrando nell'intestino, viene rapidamente idrolizzato dall'alfa-glucosidasi dell'intestino tenue in glucosio e fruttosio, che vengono poi assorbiti nel sangue. Gli inibitori dell'alfa-glucosidasi, come l'acarbosio, inibiscono la scomposizione e l'assorbimento del saccarosio, così come altri carboidrati idrolizzati dall'alfa-glucosidasi, in particolare l'amido. È usato nel trattamento del diabete di tipo 2. Sinonimi: alfa-D-glucopiranosil-beta-D-fruttofuranoside, zucchero di barbabietola, zucchero di canna.

Proprietà chimiche e fisiche. Peso molecolare 342,3 u.m. Formula lorda (sistema Hill): C12H22O11. Il sapore è dolciastro. Solubilità (grammi per 100 grammi): in acqua 179 (0°C) e 487 (100°C), in etanolo 0,9 (20°C). Poco solubile in metanolo. Insolubile in etere dietilico. Densità 1,5879 g/cm3 (15°C). Rotazione specifica per la linea D del sodio: 66,53 (acqua; 35 g/100 g; 20°C). Quando vengono raffreddati con aria liquida, dopo essere stati illuminati con luce intensa, i cristalli di saccarosio diventano fosforescenti. Non mostra proprietà riducenti - non reagisce con il reagente di Tollens e il reagente di Fehling. La presenza di gruppi idrossilici nella molecola del saccarosio è facilmente confermata dalla reazione con idrossidi metallici. Se una soluzione di saccarosio viene aggiunta all'idrossido di rame (II), si forma una soluzione blu brillante di saccarosio di rame. Non esiste un gruppo aldeidico nel saccarosio: se riscaldato con una soluzione di ammoniaca di ossido di argento (I), non dà uno "specchio d'argento", se riscaldato con idrossido di rame (II), non forma ossido di rame rosso (I) . Tra gli isomeri del saccarosio aventi formula molecolare C12H22O11 si possono distinguere maltosio e lattosio.

Reazione del saccarosio con l'acqua. Se fai bollire una soluzione di saccarosio con alcune gocce di acido cloridrico o solforico e neutralizzi l'acido con alcali, quindi riscaldi la soluzione, compaiono molecole con gruppi aldeidici, che riducono l'idrossido di rame (II) in ossido di rame (I). Questa reazione mostra che il saccarosio subisce idrolisi sotto l'azione catalitica dell'acido, con conseguente formazione di glucosio e fruttosio: С12Н22О11 + Н2О → С6Н12O6 + С6Н12O6

Fonti naturali e antropiche. Contenuto nella canna da zucchero, nella barbabietola da zucchero (fino al 28% di materia secca), nei succhi vegetali e nella frutta (es. betulla, acero, melone e carota). La fonte di saccarosio - da barbabietola o canna - è determinata dal rapporto tra il contenuto di isotopi di carbonio stabili 12C e 13C. La barbabietola da zucchero ha un meccanismo di assorbimento dell'anidride carbonica C3 (tramite acido fosfoglicerico) e assorbe preferenzialmente l'isotopo 12C; La canna da zucchero ha un meccanismo C4 per assorbire l'anidride carbonica (attraverso l'acido ossalacetico) e assorbe preferenzialmente l'isotopo 13C.

45. Cellobiosio- un carboidrato del gruppo dei disaccaridi, costituito da due residui di glucosio collegati (da un legame β-glucosidico; la principale unità strutturale della cellulosa.

Sostanza cristallina bianca, altamente solubile in acqua. Il cellobiosio è caratterizzato da reazioni che coinvolgono un gruppo aldeidico (emacetale) e gruppi idrossilici. Durante l'idrolisi acida o sotto l'azione dell'enzima β-glucosidasi, il cellobiosio viene scisso per formare 2 molecole di glucosio.

Il cellobiosio si ottiene per idrolisi parziale della cellulosa. Il cellobiosio si trova in forma libera nella linfa di alcuni alberi.

46. ​​​​Polisaccaridi- il nome generale di una classe di carboidrati complessi ad alto peso molecolare, le cui molecole sono costituite da decine, centinaia o migliaia di monomeri - monosaccaridi.

I polisaccaridi sono essenziali per la vita di animali e piante. Sono una delle principali fonti di energia derivanti dal metabolismo del corpo. Prendono parte ai processi immunitari, forniscono l'adesione delle cellule nei tessuti e costituiscono la maggior parte della materia organica nella biosfera.

È stata stabilita una diversa attività biologica dei polisaccaridi vegetali: antibiotico, antivirale, antitumorale, antidoto [fonte non specificata 236 giorni]. I polisaccaridi vegetali svolgono un ruolo importante nella riduzione della lipemia e dell'ateromatosi vascolare grazie alla loro capacità di formare complessi con le proteine ​​plasmatiche e le lipoproteine.

I polisaccaridi includono, in particolare:

la destrina è un polisaccaride, un prodotto di idrolisi dell'amido;

l'amido è il principale polisaccaride depositato come riserva energetica negli organismi vegetali;

il glicogeno è un polisaccaride depositato come riserva energetica nelle cellule degli organismi animali, ma si trova anche in piccole quantità nei tessuti vegetali;

la cellulosa è il principale polisaccaride strutturale delle pareti delle cellule vegetali;

galattomannani - polisaccaridi di riserva di alcune piante della famiglia delle leguminose, come il guaranà e la farina di semi di carrube;

glucomannano - un polisaccaride ottenuto dai tuberi di konjac, costituito da unità alternate di glucosio e mannosio, una fibra alimentare solubile che riduce l'appetito;

amiloide - utilizzato nella produzione di carta pergamena.

cellulosa ( dal lat. cellula - cellula, uguale alla fibra) - [С6Н7О2 (OH) 3] n, polisaccaride; il componente principale delle membrane cellulari di tutte le piante superiori.

La cellulosa è costituita da residui di molecole di glucosio, che si formano durante l'idrolisi acida della cellulosa:

(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6

La cellulosa è un lungo filo contenente 300-2500 residui di glucosio, senza ramificazioni laterali. Questi fili sono interconnessi da molti legami idrogeno, che conferiscono alla cellulosa una maggiore resistenza meccanica. I mammiferi (come la maggior parte degli altri animali) non hanno enzimi che possono abbattere la cellulosa. Tuttavia, molti erbivori (come i ruminanti) hanno batteri simbionti nel loro tratto digestivo che si scompongono e aiutano i loro ospiti ad assorbire questo polisaccaride.

La polpa si ottiene con il metodo industriale mediante il metodo di cottura nelle cartiere che fanno parte di complessi industriali (mietitrebbie). In base al tipo di reagenti utilizzati, si distinguono i seguenti metodi di spappolamento:

Solfito. Il liquore di cottura contiene acido solforoso e il suo sale, come l'idrosolfito di sodio. Questo metodo viene utilizzato per ottenere cellulosa da specie legnose poco resinose: abete rosso, abete.

Alcalino:

Bibita. Viene utilizzata una soluzione di idrossido di sodio. Il metodo della soda può essere utilizzato per ottenere cellulosa da legni duri e piante annuali.

solfato. Il metodo più comune oggi. Il reagente utilizzato è una soluzione contenente idrossido di sodio e solfuro di sodio, e si chiama liquore bianco. Il metodo prende il nome dal solfato di sodio, da cui si ottiene il solfuro per il liquore bianco nelle cartiere. Il metodo è adatto per ottenere cellulosa da qualsiasi tipo di materiale vegetale. Il suo svantaggio è il rilascio di una grande quantità di composti di zolfo maleodoranti: metilmercaptano, dimetilsolfuro, ecc. a seguito di reazioni collaterali.

La cellulosa tecnica ricevuta dopo cottura contiene la varia impurità: lignin, hemicelluloses. Se la cellulosa è destinata alla lavorazione chimica (ad esempio per ottenere fibre artificiali), viene sottoposta a raffinazione - trattamento con una soluzione alcalina fredda o calda per rimuovere le emicellulose.

Per rimuovere la lignina residua e rendere la polpa più bianca, viene sbiancata. Lo sbiancamento al cloro tradizionale comprende due fasi:

trattamento con cloro - per distruggere le macromolecole di lignina;

trattamento alcalino - per l'estrazione dei prodotti formati dalla distruzione della lignina.

47. Amido- polisaccaridi di amilosio e amilopectina, il cui monomero è l'alfa-glucosio. L'amido, sintetizzato da diverse piante sotto l'azione della luce (fotosintesi), ha diverse composizioni e strutture granulari.

proprietà biologiche. L'amido, essendo uno dei prodotti della fotosintesi, è ampiamente distribuito in natura. Per le piante è una riserva di nutrienti e si trova principalmente nei frutti, nei semi e nei tuberi. Il chicco delle piante di cereali è il più ricco di amido: riso (fino all'86%), grano (fino al 75%), mais (fino al 72%), nonché tuberi di patata (fino al 24%).

Per il corpo umano, l'amido, insieme al saccarosio, è il principale fornitore di carboidrati, uno dei componenti più importanti del cibo. Sotto l'azione degli enzimi, l'amido viene idrolizzato in glucosio, che viene ossidato nelle cellule in anidride carbonica e acqua con il rilascio di energia necessaria per il funzionamento di un organismo vivente.

Biosintesi. Parte del glucosio formatosi nelle piante verdi durante la fotosintesi viene convertito in amido:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6(glucosio) → (C6H10O5)n + nH2O

In termini generali, questo può essere scritto come 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n 6nO2.

L'amido come alimento di riserva si accumula nei tuberi, nei frutti, nei semi delle piante. Quindi, i tuberi di patata contengono fino al 24% di amido, chicchi di grano - fino al 64%, riso - 75%, mais - 70%.

Il glicogeno è un polisaccaride formato da residui di glucosio; il principale carboidrato di riserva dell'uomo e degli animali. Il glicogeno (a volte chiamato anche amido animale, nonostante l'imprecisione del termine) è la principale forma di immagazzinamento del glucosio nelle cellule animali. Si deposita come granuli nel citoplasma in molti tipi di cellule (principalmente fegato e muscoli). Il glicogeno costituisce una riserva di energia che può essere rapidamente mobilitata se necessario per compensare un'improvvisa mancanza di glucosio. L'immagazzinamento di glicogeno, tuttavia, non è così alto in calorie per grammo come l'immagazzinamento di trigliceridi (grassi). Solo il glicogeno immagazzinato nelle cellule del fegato (epatociti) può essere convertito in glucosio per nutrire l'intero corpo, mentre gli epatociti sono in grado di immagazzinare fino all'8% del loro peso sotto forma di glicogeno, che è la concentrazione più alta di qualsiasi tipo di cellula. La massa totale di glicogeno nel fegato può raggiungere i 100-120 grammi negli adulti. Nei muscoli, il glicogeno viene trasformato in glucosio esclusivamente per il consumo locale e si accumula in concentrazioni molto inferiori (non più dell'1% della massa muscolare totale), mentre la sua riserva muscolare totale può superare la riserva accumulata negli epatociti. Una piccola quantità di glicogeno si trova nei reni e ancor meno in alcuni tipi di cellule cerebrali (cellule gliali) e globuli bianchi.

48. Chitina (C8H13O5N) (chitina francese, dal chitone greco: chitone - vestiti, pelle, conchiglia) - un composto naturale del gruppo dei polisaccaridi contenenti azoto. Nome chimico: poli-N-acetil-D-glucosio-2-ammina, polimero di residui di N-acetilglucosamina legati da legami b-(1,4)-glicosidici. Il componente principale dell'esoscheletro (cuticola) degli artropodi e di un certo numero di altri invertebrati fa parte della parete cellulare di funghi e batteri.

distribuzione in natura. La chitina è uno dei polisaccaridi più comuni in natura: ogni anno circa 10 gigatonnellate di chitina si formano e si decompongono negli organismi viventi sulla Terra.

Svolge funzioni protettive e di supporto, fornendo rigidità cellulare - è contenuto nelle pareti cellulari dei funghi.

Il componente principale dell'esoscheletro di artropodi.

Inoltre, la chitina si forma negli organismi di molti altri animali: una varietà di vermi, celenterati, ecc.

In tutti gli organismi che producono e utilizzano la chitina, essa non è nella sua forma pura, ma in un complesso con altri polisaccaridi, ed è molto spesso associata a proteine. Nonostante il fatto che la chitina sia una sostanza molto simile per struttura, proprietà fisico-chimiche e ruolo biologico alla cellulosa, negli organismi che formano la cellulosa (piante, alcuni batteri), la chitina non è stata trovata.

Chimica della chitina. Nella loro forma naturale, le chitine di diversi organismi differiscono in qualche modo l'una dall'altra per composizione e proprietà. Il peso molecolare della chitina raggiunge i 260.000.

La chitina è insolubile in acqua, resistente agli acidi diluiti, alcali, alcol e altri solventi organici. Solubile in soluzioni concentrate di alcuni sali (cloruro di zinco, tiocianato di litio, sali di calcio).

Se riscaldato con soluzioni concentrate di acidi minerali, viene distrutto (idrolizzato), separando i gruppi acetilici.

Uso pratico. Uno dei derivati ​​della chitina che se ne ricava industrialmente è il chitosano. Le materie prime per la sua produzione sono gusci di crostacei (krill, granchio reale), nonché prodotti di sintesi microbiologica.

49. Idrocarburi aromatici, composti organici costituiti da carbonio e idrogeno e contenenti nuclei di benzene. I rappresentanti più semplici e importanti di A. a. - benzene (I) e suoi omologhi: metilbenzene, o toluene (II), dimetilbenzene, o xilene, ecc. includono anche derivati ​​del benzene con catene laterali insature, come lo stirene (III). È noto molto A. a. con diversi nuclei di benzene nella molecola, ad esempio difenilmetano (IV), difenil C6H5-C6H5, in cui entrambi i nuclei di benzene sono direttamente collegati tra loro; nel naftalene (V), entrambi gli anelli condividono 2 atomi di carbonio; tali idrocarburi sono chiamati A. at. con nuclei condensati.

Benzene C6H6, PhH) è un composto chimico organico, un liquido incolore con un gradevole odore dolciastro. idrocarburo aromatico. Il benzene è un componente della benzina, è ampiamente utilizzato nell'industria ed è una materia prima per la produzione di medicinali, varie materie plastiche, gomma sintetica e coloranti. Sebbene il benzene si trovi nel petrolio greggio, viene sintetizzato commercialmente da altri componenti. Tossico, cancerogeno.

omologhi- Composti appartenenti alla stessa classe, ma diversi tra loro nella composizione per un numero intero di gruppi CH2. L'insieme di tutti gli omologhi forma una serie omologa.

Proprietà fisiche. Liquido incolore con un particolare odore pungente. Punto di fusione = 5,5 °C, Punto di ebollizione = 80,1 °C, Densità = 0,879 g/cm³, Peso molecolare = 78,11 g/mol. Come tutti gli idrocarburi, il benzene brucia e forma molta fuliggine. Forma miscele esplosive con l'aria, si miscela bene con eteri, benzina e altri solventi organici e forma una miscela azeotropica con acqua con punto di ebollizione di 69,25 °C. Solubilità in acqua 1,79 g/l (a 25 °C).

Struttura. Per composizione, il benzene appartiene agli idrocarburi insaturi (serie omologa CnH2n-6), ma, a differenza degli idrocarburi della serie dell'etilene, C2H4 presenta proprietà inerenti agli idrocarburi saturi in condizioni difficili, ma il benzene è più soggetto a reazioni di sostituzione. Questo "comportamento" del benzene è spiegato dalla sua struttura speciale: la presenza di una nuvola di elettroni coniugati 6π nella struttura. L'idea moderna della natura elettronica dei legami nel benzene si basa sull'ipotesi di Linus Pauling, che propose di rappresentare la molecola del benzene come un esagono con un cerchio inscritto, sottolineando così l'assenza di doppi legami fissi e la presenza di un nuvola di un singolo elettrone che copre tutti e sei gli atomi di carbonio del ciclo.

50. Composti aromatici (arene)- composti organici ciclici che hanno un sistema di legami aromatici nella loro composizione. Possono avere catene laterali sature o insature.

Gli idrocarburi aromatici più importanti comprendono il benzene C6H6 ei suoi omologhi: toluene C6H5CH3, xilene C6H4(CH3)2, ecc.; naftalene C10H8, antracene C14H10 e loro derivati. Proprietà chimiche distintive- aumento della stabilità del nucleo aromatico e tendenza alle reazioni di sostituzione. Le principali fonti di idrocarburi aromatici sono catrame di carbone, petrolio e prodotti petroliferi. I metodi sintetici per ottenere sono di grande importanza. Gli idrocarburi aromatici sono i prodotti di partenza per la produzione di chetoni, aldeidi e acidi aromatici, oltre a molte altre sostanze. Esistono anche areni eterociclici, tra i quali si trovano più spesso in forma pura e sotto forma di composti: piridina, pirrolo, furano e tiofene, indolo, purina, chinolina.

Anche il borazol ("benzene inorganico") ha aromaticità, ma le sue proprietà differiscono notevolmente da quelle degli areni organici.

Reazioni di sostituzione elettrofila"(reazione elettrofila di sostituzione inglese) - reazioni di sostituzione in cui l'attacco viene effettuato da un elettrofilo - una particella che è caricata positivamente o ha un deficit di elettroni. Quando si forma un nuovo legame, la particella in uscita - l'elettrofago viene scissa senza la sua coppia di elettroni. Il gruppo uscente più popolare è il protone H+.

51-52. Reazioni di sostituzione elettrofila aromatica

Per i sistemi aromatici, esiste in realtà un meccanismo di sostituzione elettrofila, SEAr. Il meccanismo SE1 (per analogia con il meccanismo SN1) è estremamente raro e SE2 (corrispondente al meccanismo SN2) non si trova affatto.

Meccanismo di reazione SEAr o reazione di sostituzione elettrofila aromatica (inglese substitution electrophilic aromatic) è la più comune e la più importante tra le reazioni di sostituzione dei composti aromatici e si compone di due stadi. Nella prima fase, l'elettrofilo è attaccato, nella seconda fase, l'elettrofuga viene scissa.

Durante la reazione si forma un intermedio caricato positivamente (nella figura - 2b). È chiamato l'intermedio di Weland, lo ione aronio o il complesso σ. Questo complesso è solitamente molto reattivo e si stabilizza facilmente eliminando rapidamente il catione. Il passo limitante nella stragrande maggioranza delle reazioni SEAr è il primo passo.

Tasso di reazione = k**

Gli elettrofili relativamente deboli di solito agiscono come una particella attaccante; pertanto, nella maggior parte dei casi, la reazione SEAr procede sotto l'azione di un catalizzatore acido di Lewis. AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2 sono usati più spesso di altri.

In questo caso, il meccanismo di reazione è il seguente (utilizzando l'esempio della clorurazione del benzene, catalizzatore FeCl3):

1. Nella prima fase, il catalizzatore interagisce con la particella attaccante per formare un agente elettrofilo attivo

Nella seconda fase, infatti, viene implementato il meccanismo SEAr.

53. Composti eterociclici(eterocicli) - composti organici contenenti cicli che, insieme al carbonio, includono anche atomi di altri elementi. Possono essere considerati come composti carbociclici con eterosostituenti (eteroatomi) nell'anello. I composti eterociclici contenenti azoto aromatico sono i più diversi e ben studiati. Casi limite di composti eterociclici sono composti che non contengono atomi di carbonio nel ciclo, ad esempio pentazolo.

pirrolo- eterociclo azotato aromatico a cinque membri, ha proprietà di base deboli. Contenuto nell'olio di ossa (che si ottiene per distillazione a secco delle ossa), così come nel catrame di carbone. Gli anelli pirrolici fanno parte delle porfirine: clorofilla vegetale, eme di emoglobine e citocromi e una serie di altri composti biologicamente importanti.

Struttura e proprietà. Il pirrolo è un liquido incolore, che ricorda il cloroformio nell'odore, che si scurisce lentamente se esposto all'aria. È leggermente igroscopico, leggermente solubile in acqua e altamente solubile nella maggior parte dei solventi organici. La struttura del pirrolo fu proposta nel 1870 da Bayer, basata sulla sua ossidazione con acido cromico a maleimmide e sulla sua formazione durante la distillazione della succinimide con polvere di zinco.

Acidità e metallazione. Il pirrolo è un acido NH debole (pKa 17,5 in acqua) e reagisce con i metalli alcalini e le loro ammidi in ammoniaca liquida o solventi inerti per deprotonare in posizione 1 e formare i sali corrispondenti. Analogamente procede la reazione con i reagenti di Grignard, in cui si formano sali di N-magnesio. I pirroli N-sostituiti reagiscono con butil- e fenillitio, metallizzando nella posizione α.

54. INDOL (benzo[b]pirrolo), Dire. m.117,18; incolore cristalli con un debole odore di naftalene; p.f. 52,5 °C, bp 254 °С; d456 1,0718; sublima se riscaldato. fino a 150°С; m 7.03.10-30 C.m (benzene, 25 °C); distillato con vapore acqueo, etere dietilico e NH3; bene sol. nell'org. soluzioni, acqua calda, liquido NH3. La molecola ha una configurazione planare.

L'indolo è una base debole (pKa -2,4). Quando protonato, forma un catione 3H-indolio (f-la I), to-ry quando interagisce. con una molecola neutra, l'indolo dà un dimero (II). Come acido debole (pKa 17), l'indolo con Na in NH3 liquido forma N-sodio indolo, con KOH a 130 ° C - N-potassio indolo. Possiede aromatico. San tu. Elettrof. sostituzione va Ch. arr. alla posizione 3. La nitrazione viene solitamente effettuata con nitrato di benzoile, solfonazione con piridina sulfotriossido, bromurazione con diossano dibromuro, clorurazione con SO2Cl2, alchilazione con alogenuri alchilici attivi. Anche l'acetilazione in acido acetico va in posizione 3, in presenza. CH3COONa - alla posizione 1; nell'anidride acetica si forma 1,3-diacetilindolo. L'indolo si aggiunge facilmente al doppio legame di chetoni e nitrili a, b-insaturi.

L'aminometilazione (distretto di Mannich) in condizioni lievi procede alla posizione 1, in condizioni difficili - alla posizione 3. La sostituzione nell'anello benzenico (prevalentemente nelle posizioni 4 e 6) avviene solo in ambienti acidi con una posizione 3 bloccata. In presenza. H2O2, peracidi o alla luce l'indolo viene ossidato in indossile, che poi si trasforma in. in trimero o indaco. L'ossidazione più grave sotto l'azione di O3, MnO2 porta alla rottura dell'anello pirrolico con la formazione di 2-formamidobenzaldeide. Quando l'indolo viene idrogenato con idrogeno in condizioni blande, l'anello pirrolico si riduce e, in condizioni più severe, si riduce anche l'anello benzenico.

L'indolo è contenuto negli oli essenziali di gelsomino e agrumi, fa parte del kam.-ug. resine. L'anello indolico è un frammento di molecole di natura importante. composti (p. es., triptofano, serotonina, melatonina, bufotenina). Tipicamente, l'indolo viene isolato dalla frazione naftalenica di kam.-ug. resina o ottenuta per deidrogenazione della o-etilanilina con quest'ultima. ciclizzazione del prodotto risultante. L'indolo ei suoi derivati ​​sono anche sintetizzati mediante ciclizzazione di arilidrazoni di composti carbonilici. (R-tion Fisher), reciproco. arilammine con a-alogeno o a-idrossicarbonile Comm. (R-tion Bischler), ecc. Il nucleo dell'indolo fa parte degli alcaloidi dell'indolo. L'indolo stesso è un fissativo degli odori in profumeria; i suoi derivati ​​sono utilizzati nella produzione di composti biologicamente attivi. (ormoni, allucinogeni) e lek. Wed-in (ad esempio, indopan, indometacina).

55. Imidazolo- un composto organico della classe degli eterocicli, un ciclo a cinque membri con due atomi di azoto e tre atomi di carbonio nel ciclo, isomerico al pirazolo.

Proprietà. Nell'imidazolo non sostituito, le posizioni 4 e 5 (atomi di carbonio) sono equivalenti a causa del tautomerismo. Aromatico, reagisce con i sali di diazonio (combinazione). È nitrato e solfonato solo in ambiente acido in posizione 4, gli alogeni in ambiente alcalino entrano in posizione 2, in ambiente acido in posizione 4. Facilmente alchilato e acilato all'immina N, apre il ciclo quando interagisce con soluzioni di acidi forti e perossidi. Catalizza l'idrolisi di esteri e ammidi difficilmente saponificabili di acidi carbossilici.

A base di imidazolo, viene prodotto un gran numero di diversi liquidi ionici.

Metodi di ricezione. Da orto-fenilendiammina via benzimidazolo e acido bicarbossilico 4,5-imidazolo.

Interazione del gliossale (ossalaldeide) con ammoniaca e formaldeide.

ruolo biologico. L'anello imidazolico fa parte dell'amminoacido essenziale istidina. Frammento strutturale di istamina, basi puriniche, dibazolo.

56. Piridina- un eterociclo aromatico a sei membri con un atomo di azoto, un liquido incolore con un forte odore sgradevole; miscibile con acqua e solventi organici. La piridina è una base debole, dà sali con acidi minerali forti, forma facilmente sali doppi e composti complessi.

Ricevuta. La fonte principale per ottenere la piridina è il catrame di carbone.

Proprietà chimiche. La piridina mostra proprietà caratteristiche delle ammine terziarie: forma N-ossidi, sali di N-alchilpiridinio ed è in grado di agire come ligando donatore di sigma.

Allo stesso tempo, la piridina ha chiare proprietà aromatiche. Tuttavia, la presenza di un atomo di azoto nell'anello di coniugazione porta a una grave ridistribuzione della densità elettronica, che porta a una forte diminuzione dell'attività della piridina nelle reazioni di sostituzione aromatica elettrofila. In tali reazioni, vengono fatte reagire prevalentemente le meta posizioni dell'anello.

La piridina è caratterizzata da reazioni di sostituzione nucleofila aromatica che si verificano prevalentemente nelle posizioni orto-para dell'anello. Questa reattività è indicativa della natura deficiente di elettroni dell'anello piridinico, che può essere riassunta nella seguente regola empirica: la reattività della piridina come composto aromatico corrisponde approssimativamente alla reattività del nitrobenzene.

Applicazione. Viene utilizzato nella sintesi di coloranti, farmaci, insetticidi, in chimica analitica, come solvente per molte sostanze organiche e alcune inorganiche, per la denaturazione dell'alcool.

Sicurezza. La piridina è tossica, colpisce il sistema nervoso, la pelle.

57. Ruolo biologico. L'acido nicotinico è un derivato della piridina. Viene assorbito nello stomaco e nel duodeno, quindi subisce l'aminazione, con conseguente nicotinoamide, che nel corpo, in combinazione con le proteine, forma più di 80 enzimi. Questo è il principale ruolo fisiologico della vitamina B5. Pertanto, l'acido nicotinico fa parte di importanti enzimi redox come la deidrogenesi, che catalizzano la rimozione dell'idrogeno dalle sostanze organiche che vengono ossidate. L'idrogeno così portato via da questi enzimi viene passato agli enzimi redox, che includono la riboflavina. Inoltre, nel corpo dei mammiferi, i nucleotidi di piridina sono formati da nicotinammide (niacina) e acido nicotinico, che fungono da coenzimi per NAD e NADP. La mancanza di questi precursori negli animali provoca la pellagra, una malattia che si manifesta con sintomi a carico della pelle, del tratto gastrointestinale e del sistema nervoso (dermatiti, diarrea, demenza). Come coenzimi di NAD e NADP, i precursori dell'acido nicotinico sono coinvolti in molte reazioni redox catalizzate dalle deidrogenasi. L'effetto biologico dell'acido nicotinico si manifesta sotto forma di stimolazione della funzione secretoria dello stomaco e delle ghiandole digestive (in sua presenza nello stomaco aumenta la concentrazione di acido cloridrico libero). Sotto l'influenza della vitamina B5, c'è un aumento della biosintesi del glicogeno e una diminuzione dell'iperglicemia, un aumento della funzione disintossicante del fegato, un'espansione dei vasi sanguigni e un miglioramento della microcircolazione sanguigna.

Esiste una connessione tra l'acido nicotinico e gli amminoacidi contenenti zolfo. L'aumento dell'escrezione urinaria di metilnicotinammide con carenza proteica è normalizzato dall'inclusione di aminoacidi contenenti zolfo nella dieta. Allo stesso tempo, anche il contenuto di fosfopirinucleotidi nel fegato viene normalizzato.

58. Pirimidina (C4N2H4, Pirimidina, 1,3- o m-diazina, miazina) è un composto eterociclico avente una molecola piatta, il rappresentante più semplice delle 1,3-diazine.

Proprietà fisiche. pirimidina - cristalli incolori con un odore caratteristico.

Proprietà chimiche. Il peso molecolare della pirimidina è 80,09 g/mol. La pirimidina mostra le proprietà di una base diacida debole, poiché gli atomi di azoto possono attaccare i protoni a causa del legame donatore-accettore, mentre acquisiscono una carica positiva. La reattività nelle reazioni di sostituzione elettrofila della pirimidina è ridotta a causa di una diminuzione della densità elettronica nelle posizioni 2,4,6, causata dalla presenza di due atomi di azoto nel ciclo. La sostituzione diventa possibile solo in presenza di sostituenti donatori di elettroni ed è diretta alla posizione meno disattivata 5. Tuttavia, al contrario, la pirimidina è attiva rispetto ai reagenti nucleofili che attaccano gli atomi di carbonio 2, 4 e 6 nel ciclo .

Ricevuta. La pirimidina si ottiene per riduzione di derivati ​​pirimidinici alogenati. Oppure dalla 2,4,6-tricloropirimidina ottenuta trattando l'acido barbiturico con il cloro fosforico.

Derivati ​​pirimidinici ampiamente distribuiti nella fauna selvatica, dove sono coinvolti in molti importanti processi biologici. In particolare, tali derivati ​​\u200b\u200bcome citosina, timina, uracile fanno parte dei nucleotidi, che sono le unità strutturali degli acidi nucleici, il nucleo pirimidinico fa parte di alcune vitamine del gruppo B, in particolare B1, coenzimi e antibiotici.

59. Purina (C5N4H4, purina)- un composto eterociclico, il più semplice rappresentante delle imidazopirimidine.

I derivati ​​purinici svolgono un ruolo importante nella chimica dei composti naturali (basi puriniche di DNA e RNA; coenzima NAD; alcaloidi, caffeina, teofillina e teobromina; tossine, saxitossina e composti correlati; acido urico) e, quindi, in campo farmaceutico.

adenina- base azotata, derivato amminico della purina (6-amminopurina). Forma due legami idrogeno con uracile e timina (complementarità).

Proprietà fisiche. L'adenina è cristalli incolori che fondono ad una temperatura di 360-365 C. Ha un massimo di assorbimento caratteristico (λmax) a 266 mc (pH 7) con un coefficiente di estinzione molare (εmax) di 13500.

Formula chimica С5H5N5, peso molecolare 135,14 g/mol. L'adenina mostra proprietà di base (pKa1=4.15; pKa2=9.8). Quando interagisce con l'acido nitrico, l'adenina perde il suo gruppo amminico, trasformandosi in ipoxantina (6-idrossipurina). In soluzioni acquose, cristallizza in un idrato cristallino con tre molecole d'acqua.

Solubilità. Bene dissolviamo in acqua, particolarmente calda, con diminuzione di temperatura d'acqua, la solubilità di adenina in esso cade. Scarsamente solubile in alcool, cloroformio, etere, nonché in acidi e alcali - insolubile.

Distribuzione e importanza in natura. L'adenina fa parte di molti composti vitali per gli organismi viventi, come: adenosina, adenosina fosfatasi, acidi adenosina fosforici, acidi nucleici, nucleotidi di adenina, ecc. Sotto forma di questi composti, l'adenina è ampiamente distribuita nella fauna selvatica.

Guanina- una base azotata, un derivato amminico della purina (6-idrossi-2-amminopurina), è parte integrale acidi nucleici. Nel DNA, durante la replicazione e la trascrizione, forma tre legami idrogeno con la citosina (complementarità). Prima isolato dal guano.

Proprietà fisiche. Polvere cristallina incolore, amorfa. Punto di fusione 365 °C. Una soluzione di guanina in HCl emette fluorescenza. In ambienti alcalini e acidi, ha due massimi di assorbimento (λmax) nello spettro ultravioletto: a 275 e 248 mk (pH 2) e 246 e 273 mk (pH 11).

Proprietà chimiche. La formula chimica è C5H5N5O, il peso molecolare è 151,15 g/mol. Mostra le proprietà di base, pKa1= 3,3; pKa2= 9,2; pKa3=12,3. Reagisce con acidi e alcali formando sali.

Solubilità. Altamente solubile in acidi e alcali, scarsamente solubile in etere, alcool, ammoniaca e soluzioni neutre, insolubile in acqua .

reazioni di qualità. Per la determinazione della guanina si precipita con acido metafosforico e picrico; con acido diazosolfonico in soluzione di Na2CO3 dà una colorazione rossa.

Distribuzione in natura e significato. Incluso negli acidi nucleici.

60. Nucleosidi sono glicosilamine contenenti una base azotata associata ad uno zucchero (ribosio o desossiribosio).

I nucleosidi possono essere fosforilati dalle chinasi cellulari nel gruppo alcolico primario dello zucchero e si formano i nucleotidi corrispondenti.

Nucleotidi- Esteri fosforici di nucleosidi, fosfati nucleosidici. I nucleotidi liberi, in particolare ATP, cAMP, ADP, svolgono un ruolo importante nei processi energetici e informativi intracellulari e sono anche costituenti degli acidi nucleici e di molti coenzimi.

I nucleotidi sono esteri di nucleosidi e acidi fosforici. I nucleosidi, a loro volta, sono N-glicosidi contenenti un frammento eterociclico legato attraverso un atomo di azoto all'atomo C-1 di un residuo zuccherino.

La struttura dei nucleotidi. In natura, i nucleotidi più comuni sono β-N-glicosidi di purine o pirimidine e pentosi - D-ribosio o D-2-ribosio. A seconda della struttura del pentoso, si distinguono ribonucleotidi e desossiribonucleotidi, che sono monomeri di molecole di polimeri biologici complessi (polinucleotidi) - rispettivamente, RNA o DNA.

Il residuo fosfato nei nucleotidi di solito forma un legame estere con i gruppi 2'-, 3'- o 5'-idrossilici dei ribonucleosidi; nel caso dei 2'-deossinucleosidi, i gruppi 3'- o 5'-ossidrilici sono esterificati.

I composti costituiti da due molecole nucleotidiche sono chiamati dinucleotidi, tre - trinucleotidi, un piccolo numero - oligonucleotidi e molti - polinucleotidi o acidi nucleici.

I nomi dei nucleotidi sono abbreviazioni sotto forma di codici standard di tre o quattro lettere.

Se l'abbreviazione inizia con una lettera minuscola "d" (inglese d), si intende deossiribonucleotide; l'assenza della lettera "d" significa ribonucleotide. Se l'abbreviazione inizia con una lettera minuscola "c" (inglese c), allora stiamo parlando della forma ciclica del nucleotide (ad esempio, cAMP).

La prima lettera maiuscola dell'abbreviazione indica una specifica base azotata o un gruppo di possibili basi nucleiche, la seconda lettera indica il numero di residui di acido fosforico nella struttura (M - mono-, D - di-, T - tri-), e la terza lettera maiuscola è sempre la lettera F ("-fosfato"; inglese P).

Codici latini e russi per le basi nucleiche:

A - A: Adenina; SOL - SOL: guanina; C - C: Citosina; T - T: La timina (5-metiluracile), non presente nell'RNA, prende il posto dell'uracile nel DNA; U - U: L'uracile, non presente nel DNA, prende il posto della timina nell'RNA.

Tutte le sostanze che contengono un atomo di carbonio, oltre a carbonati, carburi, cianuri, tiocianati e acido carbonico, sono composti organici. Ciò significa che possono essere creati da organismi viventi a partire da atomi di carbonio attraverso reazioni enzimatiche o di altro tipo. Oggi molte sostanze organiche possono essere sintetizzate artificialmente, il che consente lo sviluppo della medicina e della farmacologia, nonché la creazione di polimeri e materiali compositi ad alta resistenza.

Classificazione dei composti organici

I composti organici sono la classe di sostanze più numerosa. Ci sono circa 20 tipi di sostanze qui. Sono diversi nelle proprietà chimiche, differiscono nelle qualità fisiche. Anche il loro punto di fusione, massa, volatilità e solubilità, così come il loro stato di aggregazione in condizioni normali, sono diversi. Tra loro:

• idrocarburi (alcani, alchini, alcheni, alcadieni, cicloalcani, idrocarburi aromatici);
• aldeidi;
• chetoni;
• alcoli (diidrico, monoidrico, poliidrico);
• eteri;
• esteri;
• acidi carbossilici;
• ammine;
• aminoacidi;
• carboidrati;
• grassi;
• proteine;
• biopolimeri e polimeri sintetici.

Questa classificazione riflette le caratteristiche della struttura chimica e la presenza di gruppi atomici specifici che determinano la differenza nelle proprietà di una sostanza. In termini generali, la classificazione, che si basa sulla configurazione dello scheletro di carbonio, che non tiene conto delle caratteristiche delle interazioni chimiche, sembra diversa. Secondo le sue disposizioni, i composti organici sono suddivisi in:

• composti alifatici;
• sostanze aromatiche;
• composti eterociclici.

Queste classi di composti organici possono contenere isomeri diversi gruppi oh sostanze. Le proprietà degli isomeri sono diverse, sebbene la loro composizione atomica possa essere la stessa. Ciò deriva dalle disposizioni stabilite da A. M. Butlerov. Inoltre, la teoria della struttura dei composti organici è la base guida per tutte le ricerche in chimica organica. È messo sullo stesso piano della legge periodica di Mendeleev.

Il concetto stesso di struttura chimica è stato introdotto da A. M. Butlerov. Nella storia della chimica, è apparso il 19 settembre 1861. In precedenza, c'erano opinioni diverse nella scienza e alcuni scienziati negavano completamente l'esistenza di molecole e atomi. Pertanto, non c'era ordine nella chimica organica e inorganica. Inoltre, non c'erano regolarità in base alle quali fosse possibile giudicare le proprietà di sostanze specifiche. Allo stesso tempo, c'erano anche composti che, a parità di composizione, esibivano proprietà diverse.

Le dichiarazioni di A. M. Butlerov in molti modi hanno diretto lo sviluppo della chimica nella giusta direzione e ne hanno creato una solida base. Attraverso di esso, è stato possibile sistematizzare i fatti accumulati, vale a dire le proprietà chimiche o fisiche di determinate sostanze, i modelli del loro ingresso nelle reazioni e così via. Anche la previsione di modi per ottenere composti e la presenza di alcune proprietà comuni è diventata possibile grazie a questa teoria. E, cosa più importante, A. M. Butlerov ha dimostrato che la struttura di una molecola di sostanza può essere spiegata in termini di interazioni elettriche.

La logica della teoria della struttura delle sostanze organiche

Poiché, prima del 1861, molti in chimica rifiutavano l'esistenza di un atomo o di una molecola, la teoria dei composti organici divenne una proposta rivoluzionaria per il mondo scientifico. E poiché lo stesso A. M. Butlerov procede solo da conclusioni materialistiche, è riuscito a confutare le idee filosofiche sulla materia organica.

Riuscì a dimostrare che la struttura molecolare può essere riconosciuta empiricamente attraverso reazioni chimiche. Ad esempio, la composizione di qualsiasi carboidrato può essere determinata bruciandone una certa quantità e contando l'acqua e l'anidride carbonica risultanti. La quantità di azoto nella molecola dell'ammina viene calcolata anche durante la combustione misurando il volume dei gas e rilasciando la quantità chimica di azoto molecolare.

Se consideriamo i giudizi di Butlerov sulla struttura chimica, che dipende dalla struttura, nella direzione opposta, allora si suggerisce una nuova conclusione. Vale a dire: conoscendo la struttura chimica e la composizione di una sostanza, se ne possono assumere empiricamente le proprietà. Ma soprattutto, Butlerov ha spiegato che nella materia organica esiste un numero enorme di sostanze che presentano proprietà diverse, ma hanno la stessa composizione.

Disposizioni generali della teoria

Considerando e studiando i composti organici, A. M. Butlerov ha dedotto alcuni dei modelli più importanti. Li ha combinati nelle disposizioni della teoria che spiega la struttura delle sostanze chimiche di origine organica. Le disposizioni della teoria sono le seguenti:

• nelle molecole delle sostanze organiche, gli atomi sono interconnessi in una sequenza strettamente definita, che dipende dalla valenza;
• la struttura chimica è l'ordine diretto secondo il quale gli atomi sono collegati nelle molecole organiche;
• la struttura chimica determina la presenza delle proprietà di un composto organico;
• a seconda della struttura delle molecole con la stessa composizione quantitativa, possono apparire diverse proprietà della sostanza;
• tutti i gruppi atomici coinvolti nella formazione di un composto chimico hanno un'influenza reciproca l'uno sull'altro.

Tutte le classi di composti organici sono costruite secondo i principi di questa teoria. Dopo aver gettato le basi, A. M. Butlerov è stato in grado di espandere la chimica come campo della scienza. Ha spiegato che a causa del fatto che il carbonio mostra una valenza di quattro nelle sostanze organiche, la varietà di questi composti è determinata. La presenza di molti gruppi atomici attivi determina se una sostanza appartiene a una certa classe. Ed è proprio per la presenza di specifici gruppi atomici (radicali) che si manifestano proprietà fisiche e chimiche.

Idrocarburi e loro derivati

Questi composti organici di carbonio e idrogeno sono i più semplici nella composizione tra tutte le sostanze del gruppo. Sono rappresentati da una sottoclasse di alcani e cicloalcani (idrocarburi saturi), alcheni, alcadieni e alkatrieni, alchini (idrocarburi insaturi), nonché una sottoclasse di sostanze aromatiche. Negli alcani, tutti gli atomi di carbonio sono collegati solo da un singolo legame C-C, motivo per cui non un singolo atomo di H può essere incorporato nella composizione dell'idrocarburo.

Negli idrocarburi insaturi, l'idrogeno può essere incorporato nel sito del doppio legame C=C. Inoltre, il legame C-C può essere triplo (alchini). Ciò consente a queste sostanze di entrare in molte reazioni associate alla riduzione o all'aggiunta di radicali. Tutte le altre sostanze, per comodità di studiare la loro capacità di entrare in reazioni, sono considerate derivati ​​di una delle classi di idrocarburi.

Alcoli

Gli alcoli sono chiamati composti chimici organici più complessi degli idrocarburi. Sono sintetizzati come risultato di reazioni enzimatiche nelle cellule viventi. L'esempio più tipico è la sintesi di etanolo dal glucosio come risultato della fermentazione.

Nell'industria, gli alcoli sono ottenuti da derivati ​​alogenati di idrocarburi. Come risultato della sostituzione di un atomo di alogeno con un gruppo ossidrilico, si formano alcoli. Gli alcoli monoidrici contengono solo un gruppo idrossilico, poliidrico - due o più. Un esempio di alcol diidrico è il glicole etilenico. L'alcool polivalente è il glicerolo. La formula generale degli alcoli è R-OH (R è una catena di carbonio).

Aldeidi e chetoni

Dopo che gli alcoli entrano nelle reazioni dei composti organici associati all'eliminazione dell'idrogeno dal gruppo alcolico (ossidrile), si chiude un doppio legame tra ossigeno e carbonio. Se questa reazione avviene nel gruppo alcolico situato nell'atomo di carbonio terminale, come risultato si forma un'aldeide. Se l'atomo di carbonio con l'alcol non si trova all'estremità della catena di carbonio, il risultato della reazione di disidratazione è la produzione di un chetone. La formula generale dei chetoni è R-CO-R, aldeidi R-COH (R è il radicale idrocarburico della catena).

Esteri (semplici e complessi)

La struttura chimica dei composti organici di questa classe è complicata. Gli eteri sono considerati come prodotti di reazione tra due molecole di alcol. Quando l'acqua viene scissa da loro, si forma un composto del campione R-O-R. Meccanismo di reazione: eliminazione di un protone idrogeno da un alcol e di un gruppo ossidrilico da un altro alcol.

Gli esteri sono prodotti di reazione tra un alcol e un acido carbossilico organico. Meccanismo di reazione: eliminazione dell'acqua dai gruppi alcol e carbonio di entrambe le molecole. L'idrogeno viene separato dall'acido (lungo il gruppo ossidrile) e il gruppo OH stesso viene separato dall'alcol. Il composto risultante è raffigurato come R-CO-O-R, dove il faggio R denota i radicali - il resto della catena di carbonio.

Acidi carbossilici e ammine

Gli acidi carbossilici sono chiamati sostanze speciali che svolgono un ruolo importante nel funzionamento della cellula. La struttura chimica dei composti organici è la seguente: un radicale idrocarburico (R) con un gruppo carbossilico (-COOH) attaccato ad esso. Il gruppo carbossilico può essere localizzato solo all'estremo atomo di carbonio, perché la valenza C nel gruppo (-COOH) è 4.

Le ammine sono composti più semplici che sono derivati ​​​​di idrocarburi. Qui, ogni atomo di carbonio ha un radicale amminico (-NH2). Ci sono ammine primarie in cui il gruppo (-NH2) è attaccato a un carbonio (formula generale R-NH2). Nelle ammine secondarie, l'azoto si combina con due atomi di carbonio (formula R-NH-R). Le ammine terziarie hanno azoto attaccato a tre atomi di carbonio (R3N), dove p è un radicale, una catena di carbonio.

Aminoacidi

Gli amminoacidi sono composti complessi che presentano le proprietà sia delle ammine che degli acidi di origine organica. Ne esistono di diversi tipi, a seconda della posizione del gruppo amminico rispetto al gruppo carbossilico. Gli amminoacidi alfa sono i più importanti. Qui il gruppo amminico si trova nell'atomo di carbonio a cui è attaccato il gruppo carbossilico. Ciò consente di creare un legame peptidico e sintetizzare le proteine.

Carboidrati e grassi

I carboidrati sono alcoli aldeidici o alcoli cheto. Si tratta di composti a struttura lineare o ciclica, nonché di polimeri (amido, cellulosa e altri). Il loro ruolo più importante nella cellula è strutturale ed energetico. I grassi, o meglio i lipidi, svolgono le stesse funzioni, solo che partecipano ad altri processi biochimici. Chimicamente, il grasso è un estere di acidi organici e glicerolo.