Pamoka-paskaita „A.M.Butlerovo cheminės sandaros teorija“
15 paskaita
Struktūros teorija organinės medžiagos. Pagrindinės organinių junginių klasės.
Organinė chemija - mokslas, tiriantis organines medžiagas. Priešingu atveju jis gali būti apibrėžtas kaip anglies junginių chemija. Pastarasis periodinėje D.I.Mendelejevo sistemoje užima ypatingą vietą pagal junginių įvairovę, iš kurių žinoma apie 15 milijonų, o neorganinių junginių – penki šimtai tūkstančių. Organinės medžiagos žmonijai nuo seno žinomos kaip cukrus, augaliniai ir gyvuliniai riebalai, dažikliai, kvapiosios ir gydomosios medžiagos. Pamažu žmonės išmoko apdoroti šias medžiagas, kad gautų įvairius vertingus ekologiškus produktus: vyną, actą, muilą ir kt. Organinės chemijos pažanga grindžiama pasiekimais baltymų, nukleorūgščių, vitaminų ir kt. chemijos srityje. Organinė chemija turi didelę reikšmę medicinos raidai, nes didžioji dauguma vaistai yra ne tik natūralios kilmės organiniai junginiai, bet ir gaunami daugiausia sintezės būdu. Išskirtinė vertė klajojo stambiamolekulinė organiniai junginiai (sintetinės dervos, plastikai, pluoštai, sintetiniai kaučiukai, dažikliai, herbicidai, insekticidai, fungicidai, defoliantai ir kt.). Organinės chemijos svarba maisto ir pramonės prekių gamyboje yra didžiulė.
Šiuolaikinė organinė chemija giliai įsiskverbė į cheminius procesus, vykstančius maisto produktų laikymo ir perdirbimo metu: aliejų džiovinimo, apkartimo ir muilinimo, fermentacijos, kepimo, marinavimo, gėrimų gavimo, pieno produktų gamybos ir kt. Svarbų vaidmenį atliko ir fermentų, kvepalų bei kosmetikos atradimas ir tyrimas.
Viena iš didelės organinių junginių įvairovės priežasčių yra jų sandaros ypatumai, pasireiškiantys kovalentinių ryšių ir grandinių susidarymu anglies atomais, skirtingo tipo ir ilgio. Juose susijungusių anglies atomų skaičius gali siekti dešimtis tūkstančių, o anglies grandinių konfigūracija gali būti linijinė arba ciklinė. Be anglies atomų, grandinėje gali būti deguonies, azoto, sieros, fosforo, arseno, silicio, alavo, švino, titano, geležies ir kt.
Šių savybių pasireiškimas anglimi siejamas su keliomis priežastimis. Patvirtinta, kad C – C ir C – O ryšių energijos yra panašios. Anglis turi galimybę sudaryti trijų tipų orbitalių hibridizaciją: keturias sp 3 – hibridines orbitales, jų orientacija erdvėje yra tetraedrinė ir atitinka paprastas kovalentiniai ryšiai; trys hibridiniai sp 2 - orbitos, esančios toje pačioje plokštumoje, kartu su nehibridine orbitos forma dvigubi kartotiniai jungtys (─С = С─); taip pat su sp pagalba atsiranda linijinės orientacijos hibridinės orbitalės ir nehibridinės orbitalės tarp anglies atomų trigubai kartotiniai ryšiai (─ C ≡ C ─).Tuo pačiu metu tokio tipo ryšiai sudaro anglies atomus ne tik tarpusavyje, bet ir su kitais elementais. Taigi, šiuolaikinė teorija Medžiagos struktūra paaiškina ne tik nemažą organinių junginių skaičių, bet ir jų cheminės struktūros įtaką savybėms.
Tai taip pat visiškai patvirtina pagrindus cheminės struktūros teorijos, kurį sukūrė didysis rusų mokslininkas A.M. Butlerovas. Pagrindinės JTS nuostatos:
1) organinėse molekulėse atomai yra sujungti vienas su kitu tam tikra tvarka pagal jų valentingumą, kuris lemia molekulių struktūrą;
2) organinių junginių savybės priklauso nuo juos sudarančių atomų prigimties ir skaičiaus, taip pat nuo molekulių cheminės sandaros;
3) kiekvienas cheminė formulė atitinka tam tikrą skaičių galimų izomerų struktūrų;
4) kiekvienas organinis junginys turi vieną formulę ir turi tam tikrų savybių;
5) molekulėse vyksta abipusė atomų įtaka vienas kitam.
Organinių junginių klasės
Pagal teoriją organiniai junginiai skirstomi į dvi eiles – aciklinius ir ciklinius junginius.
1. Acikliniai junginiai.(alkanai, alkenai) turi atvirą, atvirą anglies grandinę – tiesią arba šakotą:
N N N N N N
│ │ │ │ │ │ │
N─ S─S─S─S─ N N─S─S─S─N
│ │ │ │ │ │ │
N N N N N │ N
Įprastas butano izobutanas (metilpropanas)
2. a) Alicikliniai junginiai- junginiai, kurių molekulėse yra uždaros (ciklinės) anglies grandinės:
ciklobutanas cikloheksanas
b) Aromatiniai junginiai, Molekulėse, kurių molekulėse yra benzeno skeletas - šešių narių ciklas su kintamomis viengubomis ir dvigubomis jungtimis (arenais):
c) Heterocikliniai junginiai- cikliniai junginiai, kuriuose, be anglies atomų, yra azoto, sieros, deguonies, fosforo ir kai kurių mikroelementų, kurie vadinami heteroatomais.
furano pirolio piridinas
Kiekvienoje eilutėje organinės medžiagos skirstomos į klases - angliavandenilius, alkoholius, aldehidus, ketonus, rūgštis, esterius, atsižvelgiant į jų molekulių funkcinių grupių pobūdį.
Taip pat yra klasifikacija pagal prisotinimo laipsnį ir funkcines grupes. Pagal prisotinimo laipsnį jie išskiria:
1. Riba prisotinta Anglies skelete yra tik pavienės jungtys.
─С─С─С─
2. Nesočiųjų nesočiųjų– anglies skelete yra daugybinių (=, ≡) ryšių.
─С=С─ ─С≡С─
3. aromatingas– neriboti ciklai su (4n + 2) π-elektronų žiedo konjugacija.
Pagal funkcines grupes
1. Alkoholiai R-CH 2 OH
2. Fenoliai 
3. Aldehidai R─COH Ketonai R─C─R
4. Karboksirūgštys R─COOH О
5. Esteriai R─COOR 1
Pagrindinės A.M. cheminės struktūros teorijos nuostatos. Butlerovas
1. Atomai molekulėse yra susijungę vienas su kitu tam tikra seka pagal savo valentingumą. Tarpatominių ryšių seka molekulėje vadinama jos chemine struktūra ir atsispindi viena struktūrine formule (struktūros formule).
2. Cheminę struktūrą galima nustatyti cheminiais metodais. (Šiuo metu taikomi ir šiuolaikiniai fiziniai metodai).
3. Medžiagų savybės priklauso nuo jų cheminės struktūros.
4. Pagal tam tikros medžiagos savybes galite nustatyti jos molekulės struktūrą, o pagal molekulės struktūrą galite numatyti savybes.
5. Atomai ir atomų grupės molekulėje tarpusavyje veikia vienas kitą.
Butlerovo teorija buvo mokslinis organinės chemijos pagrindas ir prisidėjo prie spartaus jos vystymosi. Remdamasis teorijos nuostatomis, A.M. Butlerovas paaiškino izomerijos reiškinį, numatė įvairių izomerų egzistavimą ir kai kuriuos iš jų gavo pirmą kartą.
Struktūros teorijos vystymąsi palengvino Kekule, Kolbe, Cooper ir van't Hoff darbai. Tačiau jų teoriniai teiginiai nebuvo bendro pobūdžio ir daugiausia buvo skirti eksperimentinei medžiagai paaiškinti.
2. Struktūrinės formulės
Struktūros formulė (struktūrinė formulė) nusako atomų jungimosi tvarką molekulėje, t.y. jo cheminė struktūra. Cheminiai ryšiai struktūrinėje formulėje vaizduojami brūkšneliais. Ryšys tarp vandenilio ir kitų atomų dažniausiai nenurodomas (tokios formulės vadinamos sutrumpintomis struktūrinėmis formulėmis).
Pavyzdžiui, visos (išplėstinė) ir sutrumpintos n-butano C4H10 struktūrinės formulės yra:
Kitas pavyzdys yra izobutano formulės.
Dažnai naudojamas dar trumpesnis formulės žymėjimas, kai vaizduojami ne tik ryšiai su vandenilio atomu, bet ir anglies bei vandenilio atomų simboliai. Pavyzdžiui, benzeno C6H6 struktūrą atspindi formulės:
Struktūrinės formulės skiriasi nuo molekulinių (bendrųjų) formulių, kurios tik parodo, kurie elementai ir kokiu santykiu yra įtraukti į medžiagos sudėtį (t. y. kokybinę ir kiekybinę elementų sudėtį), tačiau neatspindi atomų surišimo tvarkos.
Pavyzdžiui, n-butanas ir izobutanas turi tą pačią molekulinę formulę C4H10, bet skirtingą ryšių seką.
Taigi medžiagų skirtumą lemia ne tik skirtinga kokybinė ir kiekybinė elementų sudėtis, bet ir skirtingos cheminės struktūros, kurios gali atsispindėti tik struktūrinėse formulėse.
3. Izomerizmo samprata
Dar iki struktūros teorijos sukūrimo buvo žinomos tos pačios elementinės sudėties, bet skirtingų savybių turinčios medžiagos. Tokios medžiagos buvo vadinamos izomerais, o pats šis reiškinys – izomerija.
Izomerizmo esmė, kaip parodė A.M. Butlerovas, slypi molekulių, sudarytų iš to paties atomų rinkinio, struktūros skirtumas. Taigi,
izomerizmas yra junginių, turinčių vienodą kokybinę ir kiekybinę sudėtį, bet skirtingą struktūrą ir, atitinkamai, skirtingas savybes, egzistavimo reiškinys.
Pavyzdžiui, kai molekulėje yra 4 anglies atomai ir 10 vandenilio atomų, gali būti 2 izomeriniai junginiai:
Atsižvelgiant į izomerų struktūros skirtumų pobūdį, išskiriama struktūrinė ir erdvinė izomerija.
4. Struktūriniai izomerai
Struktūriniai izomerai - tos pačios kokybinės ir kiekybinės sudėties junginiai, besiskiriantys atomų surišimo tvarka, tai yra chemine struktūra.
Pavyzdžiui, C5H12 sudėtis atitinka 3 struktūrinius izomerus:
Kitas pavyzdys:
5. Stereoizomerai
Erdviniai izomerai (stereoizomerai), turintys tą pačią sudėtį ir tą pačią cheminę struktūrą, skiriasi erdviniu atomų išsidėstymu molekulėje.
Erdviniai izomerai yra optiniai ir cis-trans izomerai (skirtingų spalvų rutuliukai žymi skirtingus atomus arba atomines grupes):
Tokių izomerų molekulės yra erdvėje nesuderinamos.
Stereoizomerija vaidina svarbų vaidmenį organinėje chemijoje. Šie klausimai bus išsamiau nagrinėjami tiriant atskirų klasių junginius.
6. Elektroniniai vaizdiniai organinėje chemijoje
Elektroninės atomo sandaros ir cheminio ryšio teorijos taikymas organinėje chemijoje buvo vienas svarbiausių organinių junginių sandaros teorijos kūrimo etapų. Cheminės struktūros kaip ryšių tarp atomų sekos sampratą (A.M. Butlerovas) elektroninė teorija papildė idėjomis apie elektroninę ir erdvinę struktūrą bei jų įtaką organinių junginių savybėms. Būtent šios reprezentacijos leidžia suprasti atomų tarpusavio įtakos molekulėse perdavimo būdus (elektroninius ir erdvinius efektus) bei molekulių elgseną cheminėse reakcijose.
Remiantis šiuolaikinėmis idėjomis, organinių junginių savybes lemia:
atomų prigimtis ir elektroninė sandara;
atominių orbitų tipas ir jų sąveikos pobūdis;
cheminių jungčių tipas;
molekulių cheminė, elektroninė ir erdvinė struktūra.
7. Elektronų savybės
Elektronas turi dvejopą prigimtį. Įvairiuose eksperimentuose jis gali parodyti tiek dalelių, tiek bangų savybes. Elektrono judėjimas paklūsta kvantinės mechanikos dėsniams. Ryšys tarp bangos ir elektrono korpuskulinių savybių atspindi de Broglie ryšį.
Elektrono, kaip ir kitų elementariųjų dalelių, energija ir koordinatės negali būti tuo pačiu metu išmatuotos tokiu pačiu tikslumu (Heizenbergo neapibrėžtumo principas). Todėl elektrono judėjimo atome ar molekulėje negalima aprašyti naudojant trajektoriją. Elektronas gali būti bet kuriame erdvės taške, bet su skirtingomis tikimybėmis.
Erdvės dalis, kurioje tikimybė rasti elektroną yra didelė, vadinama orbita arba elektronų debesimi.
Pavyzdžiui:
8. Atominės orbitalės
Atominė orbita (AO) – labiausiai tikėtino elektrono (elektronų debesies) buvimo atomo branduolio elektriniame lauke sritis.
Elemento padėtis Periodinėje sistemoje lemia jo atomų orbitalių tipą (s-, p-, d-, f-AO ir kt.), kurie skiriasi energija, forma, dydžiu ir erdvine orientacija.
1-ojo periodo elementai (H, He) pasižymi vienu AO-1s.
2 periodo elementuose elektronai užima penkis AO dviejuose energijos lygiuose: pirmasis lygis yra 1s; antras lygis - 2s, 2px, 2py, 2pz. (skaičiai nurodo energijos lygio skaičių, raidės – orbitos formą).
Elektrono būsena atome visiškai nusakoma kvantiniais skaičiais.
Cheminė molekulės struktūra atstovauja jam būdingiausią ir unikaliausią pusę, nes lemia bendrąsias jo savybes (mechanines, fizines, chemines ir biochemines). Bet koks molekulės cheminės struktūros pasikeitimas lemia jos savybių pasikeitimą. Esant nedideliems vienos molekulės struktūriniams pakitimams, atsiranda nedideli jos savybių pasikeitimai (dažniausiai paveikiantys fizines savybes), tačiau jei molekulė patyrė didelių struktūrinių pokyčių, tai jos savybės (ypač cheminės) bus iš esmės pasikeitusios.
Pavyzdžiui, alfa-aminopropiono rūgštis (alfa-alaninas) turi tokią struktūrą:
Alfa alaninas Ką matome:
- Tam tikrų atomų buvimas (C, H, O, N),
- tam tikras kiekvienai klasei priklausantis atomų skaičius, susijungęs tam tikra tvarka;
Visos šios konstrukcijos ypatybės lemia daugybę alfa-alanino savybių, tokių kaip: kieta agregacijos būsena, virimo temperatūra 295 °C, tirpumas vandenyje, optinis aktyvumas, aminorūgščių cheminės savybės ir kt.
Esant ryšiui tarp amino grupės ir kito anglies atomo (t. y. įvyko nedidelis struktūrinis pokytis), kuris atitinka beta-alaniną:
beta alaninas Bendrosios cheminės savybės vis dar būdingos aminorūgštims, tačiau virimo temperatūra jau yra 200°C, o optinio aktyvumo nėra.
Jei, pavyzdžiui, du šios molekulės atomai yra sujungti N atomu tokia tvarka (gilus struktūrinis pokytis):
tada susidariusi medžiaga yra 1-nitropropanas pagal savo fizikinę ir cheminės savybės visiškai skiriasi nuo aminorūgščių: 1-nitro-propanas yra geltonas skystis, kurio virimo temperatūra yra 131 ° C, netirpus vandenyje.
Taigi, struktūros ir nuosavybės santykis leidžia apibūdinti bendras žinomos struktūros medžiagos savybes ir, atvirkščiai, leidžia rasti cheminę medžiagos struktūrą, žinant jos bendrąsias savybes.
Bendrieji organinių junginių sandaros teorijos principai
Iš esmės nustatant organinio junginio struktūrą slypi šie principai, kurie išplaukia iš jų struktūros ir savybių santykio:
a) analitiškai grynos organinės medžiagos turi tokią pačią sudėtį, neatsižvelgiant į jų paruošimo būdą;
b) analitiškai grynos organinės medžiagos turi pastovių fizinių ir cheminių savybių;
c) pastovios sudėties ir savybių organinės medžiagos turi tik vieną unikalią struktūrą.
Didysis rusų mokslininkas 1861 m A. M. Butlerovas savo straipsnyje „Apie cheminę medžiagos struktūrą“ jis atskleidė pagrindinę cheminės struktūros teorijos idėją, kurią sudaro atomų surišimo organinėje medžiagoje metodo įtaka jos savybėms. Visas iki tol turėtas žinias ir idėjas apie cheminių junginių sandarą jis apibendrino organinių junginių sandaros teorijoje.
Pagrindinės A. M. Butlerovo teorijos nuostatos
galima apibendrinti taip:
- Organinio junginio molekulėje atomai susijungia tam tikra seka, kuri lemia jo struktūrą.
- Organinių junginių anglies atomo valentingumas yra keturi.
- Su ta pačia molekulės sudėtimi galimi keli šios molekulės atomų sujungimo vienas su kitu variantai. Tokie junginiai, turintys tą pačią sudėtį, bet skirtingas struktūras, buvo vadinami izomerai, o panašus reiškinys buvo vadinamas izomerija.
- Žinant organinio junginio struktūrą, galima numatyti jo savybes; Žinant organinio junginio savybes, galima numatyti jo struktūrą.
- Molekulę sudarantys atomai yra veikiami abipusės įtakos, o tai lemia jų reaktyvumą. Tiesiogiai sujungti atomai turi didesnę įtaką vienas kitam, netiesiogiai sujungtų atomų įtaka daug silpnesnė.
Mokinys A.M. Butlerovas - V. V. Markovnikovas toliau nagrinėjo atomų tarpusavio įtakos klausimą, kuris atsispindėjo 1869 m. disertaciniame darbe „Medžiagos apie atomų tarpusavio įtaką cheminiuose junginiuose“.
Nuopelnas A. M. Butlerovas ir cheminės struktūros teorijos svarba yra išskirtinai didelė cheminei sintezei. Atsirado galimybė numatyti pagrindines organinių junginių savybes, numatyti jų sintezės būdus. Dėl cheminės struktūros teorijos chemikai pirmiausia įvertino molekulę kaip tvarkingą sistemą su griežta ryšių tvarka tarp atomų. Ir šiuo metu pagrindinės Butlerovo teorijos nuostatos, nepaisant pakeitimų ir patikslinimų, yra šiuolaikinių teorinių organinės chemijos sampratų pagrindas.
Kategorijos,1.Pagrindinės A.M. cheminės sandaros teorijos nuostatos. Butlerovas
1. Atomai molekulėse yra susijungę vienas su kitu tam tikra seka pagal savo valentingumą. Tarpatominių ryšių seka molekulėje vadinama jos chemine struktūra ir atsispindi viena struktūrine formule (struktūros formule).
2. Cheminę struktūrą galima nustatyti cheminiais metodais. (Šiuo metu taikomi ir šiuolaikiniai fiziniai metodai).
3. Medžiagų savybės priklauso nuo jų cheminės struktūros.
4. Pagal tam tikros medžiagos savybes galite nustatyti jos molekulės struktūrą, o pagal molekulės struktūrą galite numatyti savybes.
5. Atomai ir atomų grupės molekulėje tarpusavyje veikia vienas kitą.
Organinio junginio molekulė yra atomų, susietų tam tikra tvarka, dažniausiai kovalentiniais ryšiais, rinkinys. Šiuo atveju surišti atomai gali skirtis elektronegatyvumo reikšme. Elektronegatyvumo reikšmės iš esmės lemia tokias svarbias jungties charakteristikas kaip poliškumas ir stiprumas (formavimosi energija). Savo ruožtu jungčių poliškumas ir stiprumas molekulėje didžiąja dalimi lemia molekulės gebėjimą dalyvauti tam tikrose cheminėse reakcijose.
Anglies atomo elektronegatyvumas priklauso nuo jo hibridizacijos būsenos. Taip yra dėl s orbitos dalies hibridinėje orbitoje: ji mažesnė sp3 ir didesnė sp2 ir sp hibridinių atomų.
Visi atomai, sudarantys molekulę, yra tarpusavyje susiję ir patiria abipusę įtaką. Ši įtaka daugiausia perduodama per kovalentinių ryšių sistemą, pasitelkiant vadinamuosius elektroninius efektus.
Elektroniniai efektai yra elektronų tankio poslinkis molekulėje, veikiant pakaitams.
Atomai, sujungti poliniu ryšiu, turi dalinius krūvius, žymimus graikiška raide „delta“ (d). Atomas, kuris „traukia“ s-jungties elektronų tankį savo kryptimi, įgyja neigiamą krūvį d-. Nagrinėjant atomų porą, susietą kovalentiniu ryšiu, labiau elektronegatyvus atomas vadinamas elektronų akceptoriumi. Jos s-jungties partneris atitinkamai turės vienodo dydžio elektronų tankio deficitą, t.y. dalinis teigiamas krūvis d+, bus vadinamas elektronų donoru.
Elektronų tankio poslinkis išilgai s-jungčių grandinės vadinamas indukciniu efektu ir žymimas I.
2. Izomerizmas- junginių (daugiausia organinių), kurių elementinė sudėtis ir molekulinė masė yra identiški, tačiau skiriasi fizinės ir cheminės savybės, buvimas. Tokie junginiai vadinami izomerai.
Struktūrinė izomerija- cheminės struktūros skirtumų rezultatas. Šis tipas apima:
Anglies skeleto izomerija dėl skirtingos anglies atomų surišimo tvarkos. Paprasčiausias pavyzdys yra butanas CH3-CH2-CH2-CH3 ir izobutanas (CH3)3CH. Kiti pavyzdžiai: antracenas ir fenantrenas (atitinkamai I ir II formulės), ciklobutanas ir metilciklopropanas (III ir IV).
Valentinė izomerija yra ypatinga struktūrinės izomerijos rūšis, kai izomerai gali virsti vienas kitu tik perskirstant ryšius. Pavyzdžiui, benzeno (V) valentiniai izomerai yra bicikloheksa-2,5-dienas (VI, „Diuaro benzenas“), prizmanas (VII, „Ladenburgo benzenas“), benzvalenas (VIII).
Funkcinės grupės izomerija – skiriasi funkcinės grupės pobūdžiu; pavyzdžiui, etanolis (CH3-CH2-OH) ir dimetilo eteris (CH3-O-CH3).
padėties izomerija- Struktūrinės izomerijos tipas, kuriam būdingas tų pačių funkcinių grupių arba dvigubų jungčių su tuo pačiu anglies skeletu padėties skirtumai. Pavyzdys: 2-chlorbutano rūgštis ir 4-chlorbutano rūgštis.
Enantiomerai (optiniai izomerai, veidrodiniai izomerai) yra optinių antipodų poros – medžiagos, kurioms būdingi priešingi ženklai ir vienodo dydžio šviesos poliarizacijos plokštumos sukimai, o visos kitos fizinės ir cheminės savybės (išskyrus reakcijas su kitos optiškai aktyvios medžiagos ir fizinės savybės chiralinėje aplinkoje). Būtina ir pakankama optinių antipodų atsiradimo priežastis yra ta, kad molekulė priklauso vienai iš šių taškų simetrijos grupių: Cn, Dn, T, O arba I (chiralumas). Dažniausiai mes kalbame apie asimetrinį anglies atomą, tai yra atomą, susijusį su keturiais skirtingais pakaitais.
3. sp³ hibridizacija - Atsiranda maišant vieną s- ir tris p-orbitales. Iškyla keturios identiškos orbitos, išsidėsčiusios viena kitos atžvilgiu tetraedriniais kampais 109° 28’ (109.47°), ilgis 0.154 nm.
Anglies atomui ir kitiems 2-ojo periodo elementams šis procesas vyksta pagal schemą:
2s + 2px + 2py + 2pz = 4 (2sp3)
Alkanai(sotieji angliavandeniliai, parafinai, alifatiniai junginiai) - linijinės arba šakotos struktūros acikliniai angliavandeniliai, turintys tik paprastas jungtis ir sudarantys homologinę seriją, kurios bendra formulė CnH2n + 2 .Alkino cheminė struktūra(atomų jungimosi molekulėse tvarka) iš paprasčiausių alkanų – metano, etano ir propano – parodytos jų struktūrinės formulės, pateiktos 2 skyriuje. Iš šių formulių matyti, kad alkanuose yra dviejų tipų cheminiai ryšiai:
S-S ir S-N. C-C ryšys yra kovalentinis nepolinis. CH jungtis yra kovalentinė silpnai polinė, nes anglis ir vandenilis yra artimi elektronegatyvumu
hibridizacijoje nedalyvaujanti p-orbitalė, esanti statmenai plokštumai σ-obligacijos, naudojamas π ryšiui su kitais atomais sudaryti. Tokia anglies geometrija būdinga grafitui, fenoliui ir kt.
Valencijos kampas- kampas, sudarytas iš vieno atomo kylančių cheminių ryšių krypčių. Norint nustatyti molekulių geometriją, būtina žinoti ryšių kampus. Valentiniai kampai priklauso tiek nuo atskirų prisijungusių atomų savybių, tiek nuo centrinio atomo atominių orbitų hibridizacijos. Paprastoms molekulėms ryšio kampą, kaip ir kitus geometrinius molekulės parametrus, galima apskaičiuoti kvantinės chemijos metodais. Eksperimentiškai jie nustatomi pagal molekulių inercijos momentų vertes, gautas analizuojant jų sukimosi spektrus (žr. Infraraudonųjų spindulių spektroskopija, Molekuliniai spektrai, Mikrobangų spektroskopija). Sudėtinių molekulių ryšio kampas nustatomas difrakcinės struktūrinės analizės metodais.
4. sp2 hibridizacija (plokštuma-trigonalis) Viena s- ir dvi p-orbitalės susimaišo ir susidaro trys ekvivalentinės sp2-hibridinės orbitalės, išsidėsčiusios toje pačioje plokštumoje 120° kampu (paryškinta mėlyna spalva). Jie gali sudaryti tris σ ryšius. Trečioji p-orbitalė lieka nehibridizuota ir yra orientuota statmenai hibridinių orbitalių plokštumai. Šis p-AO dalyvauja formuojant π-jungtį . 2-ojo laikotarpio elementams sp2 hibridizacijos procesas vyksta pagal schemą:
2s + 2px + 2py = 3 (2sp2)
Antroji anglies atomo valentinė būsena. Yra organinių medžiagų, kuriose anglies atomas yra prijungtas ne prie keturių, o su trimis gretimais atomais, o lieka keturvalentis
5. sp hibridizacija (tiesinė) Vienas s- ir vienas p-orbitalių mišinys, sudarantis dvi lygiavertes sp-orbitales, išsidėsčiusias 180 kampu, t.y. vienoje ašyje. Hibridinės sp orbitalės dalyvauja formuojant dvi σ jungtis. Dvi p-orbitalės nėra hibridizuotos ir yra viena kitai statmenose plokštumose. -Orbitalės junginiuose sudaro dvi π-jungtis.
2-ojo laikotarpio elementams sp-hibridizacija vyksta pagal schemą:
2s + 2px = 2 (2sp)
2py- ir 2pz-AO nesikeičia.
Acetilenas- nesočiųjų angliavandenilių C2H2. Turi trigubą ryšį tarp anglies atomų, priklauso alkinų klasei
Acetileno anglies atomai yra sp-hibridizuoti. Jie yra sujungti viena ir dviem jungtimis, maks. tankiai to-rykh išsidėstę dviejose viena kitai statmenose srityse, sudarydamos cilindrinę formą. elektronų tankio debesis; už jos ribų yra H atomai.
METILACETILENAS(propinas, alilenas) CH3C=CH. Pagal chem. Saint-you M. yra tipiškas acetileno angliavandenilių atstovas. Lengvai patenka į elektrofizikos rajoną, branduolį. ir, pavyzdžiui, radikalus trigubos jungties papildymas. su sąveika su metanoliu sudaro metilizopropenilo eterį.
6. Bendravimo tipai - Metalo jungtis, kovalentinė jungtis, joninė jungtis, vandenilio jungtis
Joninis ryšys- stiprus cheminis ryšys, susidaręs tarp atomų, turinčių didelį elektronegatyvumo skirtumą, kuriame bendra elektronų pora visiškai pereina prie didesnio elektronegatyvumo atomo. Pavyzdys yra junginys CsF, kurio "joniškumo laipsnis" yra 97%.
ekstremalus kovalentinio polinio ryšio poliarizacijos atvejis. Susidaro tarp tipiško metalo ir nemetalų. Šiuo atveju elektronai iš metalo visiškai pereina į nemetalą. Susidaro jonai.
Jei cheminis ryšys susidaro tarp atomų, kurių elektronegatyvumo skirtumas yra labai didelis (EO > 1,7 pagal Paulingą), tada bendra elektronų pora visiškai perkeliama į atomą su didesniu EO. Dėl to susidaro priešingai įkrautų jonų junginys.
kovalentinis ryšys(atominis ryšys, homeopolinis ryšys) – cheminis ryšys, susidarantis persidengus (socializuojant) valentinių elektronų debesų porai. Elektronų debesys (elektronai), kurie užtikrina ryšį, vadinami bendrąja elektronų pora.
Paprasta kovalentinė jungtis susidaro iš dviejų nesuporuotų valentinių elektronų, po vieną iš kiekvieno atomo:
Dėl socializacijos elektronai sudaro užpildytą energijos lygį. Ryšys susidaro, jei jų bendra energija šiame lygyje yra mažesnė nei pradinėje būsenoje (ir energijos skirtumas bus ne kas kita, kaip ryšio energija).
Atominių (kraštuose) ir molekulinių (centre) orbitalių užpildymas elektronais H2 molekulėje. Vertikali ašis atitinka energijos lygį, elektronai pažymėti rodyklėmis, atspindinčiomis jų sukinius.
Remiantis molekulinių orbitalių teorija, dviejų atominių orbitalių sutapimas paprasčiausiu atveju lemia dviejų molekulinių orbitalių (MO) susidarymą: jungiamąją MO ir antijungimo (atsipalaidavimo) MO. Bendri elektronai yra ant mažesnės energijos surišimo MO.
7. Alkanai- linijinės arba šakotos struktūros acikliniai angliavandeniliai, turintys tik paprastas jungtis ir sudarantys homologinę seriją, kurios bendra formulė CnH2n + 2.
Alkanai yra sotieji angliavandeniliai ir juose yra didžiausias įmanomas vandenilio atomų skaičius. Kiekvienas alkano molekulėse esantis anglies atomas yra sp³-hibridizacijos būsenoje – visos 4 hibridinės C atomo orbitalės yra vienodos formos ir energijos, 4 elektronų debesys yra nukreipti į tetraedro viršūnes 109° 28 “ kampu. į pavienius ryšius tarp C atomų, laisva sukimasis aplink anglies jungtį.Anglies jungties tipas yra σ-ryšiai, ryšiai yra mažo poliškumo ir blogai poliarizuojami.Anglies jungties ilgis yra 0,154 nm.
Sočiųjų angliavandenilių izomeriją lemia paprasčiausias struktūrinės izomerijos tipas – anglies karkaso izomerija. homologiškas skirtumas yra -CH2-. Alkanai, turintys daugiau nei tris anglies atomus, turi izomerus. Šių izomerų skaičius didėja didžiuliu greičiu, kai didėja anglies atomų skaičius. Alkanų, kurių n = 1…12, izomerų skaičius yra 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.
Nomenklatūra - Racionalus. Pasirinktas vienas iš anglies grandinės atomų, jis laikomas pakeistu metanu ir jo atžvilgiu sukuriamas pavadinimas alkil1alkil2alkil3alkil4metanas
Kvitas. Alkanų halogeno darinių atgavimas. Alkoholių atkūrimas. Karbonilo junginių atgavimas. Nesočiųjų angliavandenilių hidrinimas. Kolbės sintezė. Kietojo kuro dujinimas. Wurtz reakcija. Fišerio-Tropšo sintezė.
8. Alkanai turi mažą cheminį aktyvumą. Taip yra todėl, kad pavieniai C-H ir C-C ryšiai yra gana stiprūs ir sunkiai nutrūksta.
Radikalaus pakeitimo reakcijos.
Alkanų halogeninimas vyksta radikaliu mechanizmu. Norint pradėti reakciją, alkano ir halogeno mišinys turi būti apšvitintas UV šviesa arba kaitinamas. Metano chlorinimas nesibaigia metilo chlorido gavimo stadijoje (jei imamas ekvimolinis chloro ir metano kiekis), bet susidaro visi galimi pakaitos produktai – nuo metilo chlorido iki anglies tetrachlorido.
Nitravimas (Konovalovo reakcija)
Alkanai reaguoja su 10% azoto rūgšties arba azoto oksido N2O4 tirpalu dujų fazėje, sudarydami nitro darinius:
RH + HNO3 = RNO2 + H2O
Visi turimi duomenys rodo laisvųjų radikalų mechanizmą. Dėl reakcijos susidaro produktų mišiniai.
Oksidacijos reakcijos. Degimas
Pagrindinė sočiųjų angliavandenilių cheminė savybė, lemianti jų naudojimą kaip kurą, yra degimo reakcija. Pavyzdys: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q
Trūkstant deguonies, vietoj anglies dioksido gaunamas anglies monoksidas arba anglis (priklausomai nuo deguonies koncentracijos).
Paprastai bet kurio angliavandenilio CxHy degimo reakcijos lygtį galima parašyti taip: CxHy + (x + 0,5y)O2 → xCO2 + 0,5yH2O
katalizinė oksidacija
Gali susidaryti alkoholiai, aldehidai, karboksirūgštys.
Alkanų šiluminės transformacijos. Skilimas
Skilimo reakcijos vyksta tik veikiant aukštai temperatūrai. Padidėjus temperatūrai, nutrūksta anglies jungtis ir susidaro laisvieji radikalai.
Pavyzdžiai: CH4 → C + 2H2 (t > 1000 °C); C2H6 → 2C + 3H2
Įtrūkimai
Kaitinant aukštesnėje nei 500 °C temperatūroje, alkanai pirolitiškai skaidosi ir susidaro sudėtingas produktų mišinys, kurio sudėtis ir santykis priklauso nuo temperatūros ir reakcijos trukmės.
Dehidrogenavimas
Alkenų susidarymas ir vandenilio evoliucija
Srauto sąlygos: 400 - 600 °C, katalizatoriai - Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3; C2H6 → C2H4 + H2
Izomerizacija - Veikiant katalizatoriui (pvz., AlCl3), vyksta alkano izomerizacija, pvz.:
butanas (C4H10), sąveikaujantis su aliuminio chloridu (AlCl3), iš n-butano virsta 2-metilpropanu.
Metano konversija
CH4 + H2O → CO + H2 – Ni katalizatorius ("CO + H2" "sintezės dujos")
Alkanai nesąveikauja su kalio permanganatu (KMnO4) ir bromo vandeniu (Br2).
9.Alkenai(kitaip olefinai arba etileno angliavandeniliai) - acikliniai nesotieji angliavandeniliai, turintys vieną dvigubą jungtį tarp anglies atomų, sudarantys homologinę seriją, kurios bendra formulė CnH2n. Anglies atomai dviguboje jungtyje yra sp² hibridizacijos būsenoje ir jų ryšio kampas yra 120°. Paprasčiausias alkenas yra etenas (C2H4). Pagal IUPAC nomenklatūrą alkenų pavadinimai formuojami iš atitinkamų alkanų pavadinimų, priesagą „-an“ pakeičiant „-en“; dvigubo ryšio padėtis žymima arabišku skaitmeniu.
Alkenai, turintys daugiau nei tris anglies atomus, turi izomerus. Alkenams būdinga anglies skeleto izomerija, dvigubų jungčių padėtys, tarpklasinis ir erdvinis. etenas (etilenas) C2H4, propenas C3H6, butenas C4H8, pentenas C5H10, heksenas C6H12,
Alkenų gavimo būdai - Pagrindinis pramoninis alkenų gavimo būdas yra katalizinis ir aukštos temperatūros naftos ir gamtinių dujų angliavandenilių krekingas. Žemesniųjų alkenų gamybai taip pat naudojama atitinkamų alkoholių dehidratacijos reakcija.
Laboratorinėje praktikoje dažniausiai naudojamas alkoholių dehidratacijos, esant stiprioms mineralinėms rūgštims, dehidrohalogeninimo ir atitinkamų halogeno darinių dehalogeninimo būdas; Hoffmanno, Chugajevo, Wittigo ir Cope sintezės.
10. Cheminės alkenų savybės Alkenai yra chemiškai aktyvūs. Jų chemines savybes daugiausia lemia dvigubos jungties buvimas. Alkenams būdingiausios elektrofilinės ir radikalų prisijungimo reakcijos. Nukleofilinėms prisijungimo reakcijoms paprastai reikalingas stiprus nukleofilas ir jos nėra būdingos alkenams.
Alkenams taip pat būdingos cikloadidijos ir metatezės reakcijos.
Alkenai lengvai patenka į oksidacijos reakcijas, yra hidrinami stipriais reduktoriais arba vandeniliu, veikiant katalizatoriams į alkanus, taip pat gali pakeisti alilo radikalą.
Elektrofilinio prisijungimo reakcijos.Šiose reakcijose puolanti dalelė yra elektrofilas.Pagrindinis straipsnis: Elektrofilinės prisijungimo reakcijos
Alkenų halogeninimas, kuris vyksta nesant radikalių reakcijų iniciatorių – tipiška elektrofilinio prisijungimo reakcija. Jis atliekamas nepolinių inertiškų tirpiklių (pvz.: CCl4) aplinkoje:
Halogeninimo reakcija yra stereospecifinė - pridėjimas vyksta iš priešingų pusių, palyginti su alkeno molekulės plokštuma
Hidrohalogeninimas. Elektrofilinis vandenilio halogenidų pridėjimas prie alkenų vyksta pagal Markovnikovo taisyklę:
Hidroboravimas. Pridėjimas vyksta daugeliu etapų, kai susidaro tarpinis ciklinis aktyvuotas kompleksas, o boro pridėjimas vyksta prieš Markovnikovo taisyklę - prie labiausiai hidrinto anglies atomo.
Hidratacija. Vandens pridėjimo reakcija į alkenus vyksta dalyvaujant sieros rūgščiai
Alkilinimas. Alkanų pridėjimas prie alkenų esant rūgštiniam katalizatoriui (HF arba H2SO4) žemoje temperatūroje sukelia didesnės molekulinės masės angliavandenilių susidarymą ir dažnai naudojamas pramonėje.
11. Alkinai(kitaip acetileno angliavandeniliai) – angliavandeniliai, turintys trigubą ryšį tarp anglies atomų, kurių bendra formulė CnH2n-2. Triguboje jungtyje esantys anglies atomai yra sp hibridizacijos būsenoje.
Alkinams būdingos prisijungimo reakcijos. Skirtingai nuo alkenų, kuriems būdingos elektrofilinės sudėjimo reakcijos, alkinai taip pat gali patekti į nukleofilines sudėjimo reakcijas. Taip yra dėl reikšmingo jungties s charakterio ir dėl to padidėjusio anglies atomo elektronegatyvumo. Be to, didelis vandenilio atomo mobilumas triguboje jungtyje lemia rūgštines alkinų savybes pakeitimo reakcijose.
Pagrindinė pramoninė būdas gauti acetilenas yra elektro- arba terminis metano krekingas, gamtinių dujų pirolizė ir karbido metodas
12. DIENE ANGLIANDENILIAI(dienai), nesotieji angliavandeniliai su dviem dvigubomis jungtimis. Alifatinis dienes СnН2n_2 vadinamas. alkadienai, alicikliniai CnH2n_4 – cikloalkadienai. Straipsnyje nagrinėjami dienų angliavandeniliai su konjuguotomis dvigubomis jungtimis [konjuguoti dienai; žr. lentelę]. Dienos su izoliuotomis dvigubomis jungtimis chem. Šv. tu pagrindinėje. nesiskiria nuo olefinų. Apie conn. su kumuliuotomis dvigubomis jungtimis, žr. Allens. Dienų angliavandeniliuose visi keturi konjuguotos sistemos anglies atomai turi sp2 hibridizaciją ir yra toje pačioje plokštumoje. Keturi p-elektronai (po vieną iš kiekvieno anglies atomo) susijungia ir sudaro keturias p-molekulines orbitales (dvi jungiasi – užimtos ir dvi atsipalaiduojančios – laisvos), iš kurių tik žemiausias yra delokalizuotas virš visų anglies atomų. Dalinė p-elektronų delokalizacija sukelia konjugacijos efektą, kuris pasireiškia sistemos energijos sumažėjimu (13-17 kJ/mol, lyginant su izoliuotų dvigubų jungčių sistema), tarpatominių atstumų išsilyginimu: dvigubos jungtys yra šiek tiek. ilgesnės (0,135 nm), o paprastos yra trumpesnės (0,146 nm) nei molekulėse be konjugacijos (atitinkamai 0,133 ir 0,154 nm), poliarizavimo padidėjimo, molekulinės lūžio išaukštinimo ir kitų fizinių. efektai. Dienos angliavandeniliai egzistuoja dviejų konformacijų, kurios pereina viena į kitą, pavidalu, o s-trans forma yra stabilesnė.
13. alkoholiai vadinami junginiai, turintys vieną ar daugiau hidroksilo grupių. Pagal jų skaičių alkoholiai skirstomi į vienanadrius, dvinarius, trihidrius ir kt. Ryšio ilgiai ir jungties kampai metilo alkoholyje.
Alkoholiams yra keli būdai juos pavadinti. Šiuolaikinėje IUPAC alkoholio pavadinimo nomenklatūroje prie angliavandenilio pavadinimo pridedama galūnė „ol“. Ilgiausia grandinė, kurioje yra OH funkcinė grupė, numeruojama nuo galo, kuris yra arčiausiai hidroksilo grupės, o pakaitai nurodomi priešdėlyje.
Kvitas. Alkenų hidratacija. Kai alkenai reaguoja su praskiestais vandeniniais rūgščių tirpalais, pagrindinis produktas yra alkoholis.
Hidroksimerkuracija-alkenų demerkuracija. Ši reakcija nėra lydima pertvarkymų ir sukelia atskirų alkoholių susidarymą. Reakcijos kryptis atitinka Markovnikovo taisyklę, reakcija vykdoma švelniomis sąlygomis, išeiga artima kiekybinei.
Alkenų hidroboravimas ir vėlesnė oksidacija boranai su vandenilio peroksido tirpalu šarminėje terpėje galiausiai sukelia anti-Markovnikovo produktą, pridedant vandens prie dvigubos jungties.
Aldehidų ir ketonų redukcija ličio aliuminio hidridu arba natrio borohidridu
LiAlH4 ir NaBH4 redukuoja aldehidus į pirminius alkoholius, o ketonus į antrinius, o natrio borohidridas yra pageidautinas dėl didesnio tvarkymo saugumo: jis gali būti naudojamas net vandeniniuose ir alkoholiniuose tirpaluose. Ličio aliuminio hidridas sprogstamai reaguoja su vandeniu ir alkoholiu ir sprogstamai suyra kaitinant virš 120° sausoje būsenoje.
Esterių ir karboksirūgščių atgavimas į pirminius alkoholius. Pirminiai alkoholiai susidaro redukuojant esterius ir karboksirūgštis ličio aliuminio hidridu eteryje arba THF. Esterių redukavimo ličio aliuminio hidridu metodas yra ypač patogus preparato požiūriu. Reikėtų pažymėti, kad natrio borohidridas neredukuoja esterio ir karboksilo grupių. Tai leidžia selektyviai redukuoti karbonilo grupę su NaBH4, esant esterio ir karboksilo grupėms. Atkūrimo produktų išeiga retai būna mažesnė nei 80%. Ličio borohidridas, skirtingai nei NaBH4, redukuoja esterius į pirminius alkoholius.
14. polihidroksiliai alkoholiai. Glicerolis- cheminis junginys, kurio formulė HOCH2CH(OH)-CH2OH arba C3H5(OH)3. Paprasčiausias trihidrolių alkoholių atstovas. Tai klampus skaidrus skystis. Lengvai susidarantis natūralių (augalinių ar gyvulinių) riebalų ir aliejų (trigliceridų) hidrolizės būdu, pirmą kartą buvo gautas Karlo Scheele 1779 m., muilinant riebalus.
fizines savybes. Glicerolis- bespalvis, klampus, higroskopinis skystis, be galo tirpus vandenyje. Saldus skonis, todėl ir gavo savo pavadinimą (glikos – saldus). Jis gerai tirpdo daugelį medžiagų.
Cheminės savybės glicerolis yra būdingas daugiahidročiams alkoholiams.Gliceroliui sąveikaujant su vandenilio halogenidais arba fosforo halogenidais susidaro mono- ir dihalogenidinai.Glicerolis esterinamas karboksilo ir mineralinėmis rūgštimis ir susidaro atitinkami esteriai. Taigi su azoto rūgštimi glicerinas sudaro trinitratą – nitrogliceriną (gautas 1847 m. Ascanio Sobrero (anglų k.)), kuris šiuo metu naudojamas bedūmių miltelių gamyboje.
Kai dehidratuojama, susidaro akroleinas:
HOCH2CH(OH)-CH2OH H2C=CH-CHO + 2 H2O,
Etilenglikolis, HO-CH2-CH2-OH yra paprasčiausias daugiabriaunių alkoholių atstovas. Išgrynintas yra skaidrus, bespalvis skystis, šiek tiek riebios konsistencijos. Jis yra bekvapis ir saldaus skonio. Toksiška. Etilenglikolio ar jo tirpalų patekimas į vidų gali sukelti negrįžtamus pokyčius organizme ir mirtį.
Pramonėje etilenglikolis gaunamas hidratacijos būdu etileno oksidas esant 10 atm ir 190-200°C arba esant 1 atm ir 50-100°C esant 0,1-0,5 % sieros (arba fosforo) rūgšties, pasiekiant 90 % išeigą. Šiuo atveju šalutiniai produktai yra dietilenglikolis, trietilenglikolis ir nedidelis kiekis aukštesniųjų etilenglikolio polimerų homologų.
15. Aldehidai- alkoholis, kuriame nėra vandenilio; organiniai junginiai, turintys karbonilo grupę (C=O) su vienu pakaitu.
Aldehidai ir ketonai yra labai panašūs, skirtumas slypi tame, kad pastarieji turi du pakaitus karbonilo grupėje. „Anglies-deguonies“ dvigubos jungties poliarizacija pagal mezomerinės konjugacijos principą leidžia užrašyti šias rezonansines struktūras:
Toks krūvių atskyrimas patvirtintas fizikiniais tyrimo metodais ir daugiausia lemia aldehidų, kaip ryškių elektrofilų, reaktyvumą. Apskritai aldehidų cheminės savybės yra panašios į ketonus, tačiau aldehidai yra aktyvesni, o tai susiję su didesne ryšių poliarizacija. Be to, aldehidams būdingos ketonams nebūdingos reakcijos, pavyzdžiui, hidratacija vandeniniame tirpale: metanaliui dėl dar didesnės jungties poliarizacijos jis yra pilnas, o kitiems aldehidams – dalinis:
RC(O)H → RC(OH)2H, kur R yra H, bet koks alkilo arba arilo radikalas.
Paprasčiausi aldehidai turi aštrų būdingą kvapą (pavyzdžiui, benzaldehidas turi migdolų kvapą).
Veikiant hidroksilaminui, jie virsta oksimais: CH3CHO + NH2OH = CH3C (=NOH)H + H2O
Formaldehidas (iš lot. formica – skruzdėlynas), skruzdžių aldehidas, CH2O, pirmasis homologinės alifatinių aldehidų serijos narys; bespalvės aštraus kvapo dujos, gerai tirpios vandenyje ir alkoholyje, bp - 19 °C. Pramonėje F. gaunamas oksiduojant metilo alkoholį arba metaną atmosferos deguonimi. F. lengvai polimerizuojasi (ypač esant temperatūrai iki 100 °C), todėl yra sandėliuojamas, transportuojamas ir naudojamas daugiausia formalino ir kietų mažamolekulių polimerų – trioksano (žr. Trioksimetilenas) ir paraformo (žr. Paraformaldehidas) pavidalu.
F. yra labai reaktyvus; daugelis jo reakcijų yra pramoninių metodų, skirtų daugeliui svarbių produktų gauti, pagrindas. Taigi, sąveikaudamas su amoniaku, F. sudaro urotropiną (žr. Heksametilentetraminą), su karbamidu - karbamido-formaldehido dervas, su melaminu - melamino-formaldehido dervas, su fenoliais - fenolio-formaldehido dervas (žr. Fenol-aldehido dervas -), ir naftalensulfonrūgštys – rauginimo medžiagos, su ketenu – b-propiolaktonu. F. taip pat naudojamas polivinilformalui (žr. Polivinilo acetaliai), izoprenui, pentaeritritoliui, vaistams, dažams, odos rauginimui gauti, kaip dezinfekavimo ir dezodorantas. F. polimerizacija gauna poliformaldehidą. F. yra toksiškas; didžiausia leistina koncentracija ore – 0,001 mg/l.
Acetaldehidas, acetaldehidas, CH3CHO, organinis junginys, bespalvis aštraus kvapo skystis; virimo temperatūra 20,8°C. Lydymosi temperatūra – 124°C, tankis 783 kg/m3 ", visais atžvilgiais maišosi su vandeniu, alkoholiu, eteriu. A. turi visas tipines aldehidų savybes. Esant mineralinėms rūgštims polimerizuojasi į skystą trimerinį paraldehidą (CH3CHO). ) 3 ir kristalinis tetramerinis metaldehidas (CH3CHO) 4. Kaitinant abu polimerus esant sieros rūgščiai, išsiskiria A.
Vienas iš pagrindinių gerai žinomų būdai gauti A. susideda iš vandens pridėjimo į acetileną esant gyvsidabrio druskoms maždaug 95 ° C temperatūroje
16. Ketonai- Tai organinės medžiagos, kurių molekulėse karbonilo grupė yra prijungta prie dviejų angliavandenilių radikalų.
Bendroji ketonų formulė: R1-CO-R2. Be kitų karbonilo junginių, ketonuose esantys tiksliai du anglies atomai, tiesiogiai prijungti prie karbonilo grupės, išskiria juos nuo karboksirūgščių ir jų darinių, taip pat nuo aldehidų.
fizines savybes. Ketonai yra lakūs skysčiai arba mažai tirpstančios kietosios medžiagos, kurios gerai maišosi su vandeniu. Dėl to, kad tarpmolekulinių vandenilio jungčių susidaryti neįmanoma, jų nepastovumas yra šiek tiek didesnis nei tos pačios molekulinės masės alkoholių ir karboksirūgščių.
Sintezės metodai. Antrinių alkoholių oksidacija.
Iš tretinių peroksoesterių pagal Krige pertvarkymą.
Cikloketonus galima gauti Ruzicka ciklizuojant.
Aromatinius ketonus galima paruošti Friedel-Crafts reakcija
Cheminės savybės. Yra trys pagrindiniai ketoninių reakcijų tipai.
Pirmasis yra susijęs su nukleofiliniu išpuoliu prieš karbonilo grupės anglies atomą. Pavyzdžiui, ketonų sąveika su cianido anijonu arba organiniais metaliniais junginiais. Tas pats tipas (nukleofilinis priedas) apima karbonilo grupės sąveiką su alkoholiais, dėl kurių susidaro acetaliai ir pusacetaliai.
Sąveika su alkoholiu:
CH3COCH3 + 2C2H5OH → C2H5—O—C(CH3)2—O—C2H5
su Grignardo reagentais:
C2H5-C(O)-C2H5 + C2H5MgI → (C2H5)3OMgI → (C2H5)3OH, tretinis alkoholis. Reakcijos su aldehidais, o ypač su metanaliu, pastebimai aktyvesnės, su aldehidais susidaro antriniai alkoholiai, o su metanaliu – pirminiai alkoholiai.
Be to, ketonai reaguoja su azotinėmis bazėmis, pavyzdžiui, su amoniaku ir pirminiais aminais, sudarydami iminus:
CH3-C(O)-CH3 + CH3NH2 → CH3-C(N-CH3)-CH3 + H2O
Antrasis reakcijos tipas yra beta anglies atomo deprotonavimas karbonilo grupės atžvilgiu. Susidaręs karbanionas stabilizuojamas konjuguojant su karbonilo grupe, padidėja protonų pašalinimo lengvumas, todėl karbonilo junginiai yra santykinai stiprus S-H rūgštys.
Trečiasis yra elektrofilų koordinavimas per vieną deguonies atomo porą, pavyzdžiui, Lewis rūgštys, tokios kaip AlCl3
Atskiras reakcijų tipas gali būti priskirtas ketonų redukcijai – redukcijai pagal Leuckartą su išeiga, artima kiekybinei.
17. Palyginkite 15 ir 16 klausimus.
18. Vienbazinės ribojančios karboksirūgštys(vienbazinės sočiosios karboksirūgštys) – karboksirūgštys, kuriose sočiųjų angliavandenilių radikalas yra prijungtas prie vienos karboksilo grupės -COOH. Visi jie turi bendrą formulę СnH2n+1COOH, kur n = 0, 1, 2, ...
Nomenklatūra. Sisteminiai vienbazių sočiųjų karboksirūgščių pavadinimai pateikiami atitinkamo alkano pavadinimu, pridedant priesagą -ovaya ir žodį rūgštis.
Angliavandenilio radikalo skeleto izomerizmas pasireiškia, pradedant butano rūgštimi, kuri turi du izomerus:
CH3-CH2-CH2-COOH n-butano rūgštis; CH3-CH(CH3)-COOH 2-metilpropano rūgštis.
Tarpklasinis izomerizmas pasireiškia, pradedant acto rūgštimi:
CH3-COOH acto rūgštis; H-COO-CH3 metilformiatas (skruzdžių rūgšties metilo esteris); HO-CH2-COH hidroksietanolis (hidroksiacto aldehidas); HO-CHO-CH2 hidroksietileno oksidas.
19. Esteriai- organiniai junginiai, karboksi arba mineralinių rūgščių dariniai, kuriuose rūgšties funkcijos hidroksilo grupė -OH pakeista alkoholio liekana. Jie skiriasi nuo eterių, kuriuose du angliavandenilių radikalai yra sujungti deguonies atomu (R1-O-R2).
Riebalai arba trigliceridai- natūralūs organiniai junginiai, pilnieji glicerolio ir vienbazių riebalų rūgščių esteriai; priklauso lipidų klasei. Kartu su angliavandeniais ir baltymais riebalai yra vienas iš pagrindinių gyvūnų, augalų ir mikroorganizmų ląstelių komponentų. Skysti augaliniai riebalai, kaip ir sviestas, paprastai vadinami aliejais.
karboksirūgštys- organinių junginių klasė, kurios molekulėse yra viena ar daugiau funkcinių karboksilo grupių -COOH. Rūgštinės savybės paaiškinamos tuo, kad šią grupę gali palyginti lengvai atskirti protoną. Išskyrus retas išimtis, karboksirūgštys yra silpnos. Pavyzdžiui, acto rūgšties CH3COOH rūgštingumo konstanta yra 1,75 10–5. Di- ir trikarboksirūgštys yra stipresnės nei monokarboksirūgštys.
Riebalai yra geras šilumos izoliatorius, todėl daugelyje šiltakraujų gyvūnų jie nusėda poodiniame riebaliniame audinyje, todėl sumažėja šilumos nuostoliai. Ypač storas poodinis riebalų sluoksnis būdingas vandens žinduoliams (banginiams, vėpiniams ir kt.). Tuo pačiu metu gyvūnams, gyvenantiems karštame klimate (kupranugariuose, jerboose), riebalų atsargos kaupiasi ant
struktūrinė funkcija
Fosfolipidai sudaro ląstelių membranų dvisluoksnio pagrindą, cholesterolis - membranų sklandumo reguliatorius. Archealinėse membranose yra izoprenoidinių angliavandenilių darinių. Vaškai suformuoja odelę ant antžeminių augalų organų (lapų ir jaunų ūglių) paviršiaus. Juos gamina ir daugelis vabzdžių (pavyzdžiui, bitės iš jų kuria korius, o kirminai ir žvyneliai – apsauginius gaubtus).
Reguliavimo
Vitaminai - lipidai (A, D, E)
Hormoniniai (steroidai, eikozanoidai, prostaglandinai ir kt.)
Kofaktoriai (dolicholis)
Signalinės molekulės (digliceridai, jazmono rūgštis; MP3 kaskada)
Apsauginė (smūgį sugerianti)
Storas riebalų sluoksnis apsaugo daugelio gyvūnų vidaus organus nuo pažeidimų smūgių metu (pavyzdžiui, jūrų liūtai, sveriantys iki tonos, gali iššokti ant uolėto kranto nuo 4-5 m aukščio uolų).
20-21-22. Vienbazinės nesočiosios rūgštys- nesočiųjų angliavandenilių dariniai, kuriuose vienas vandenilio atomas pakeistas karboksilo grupe.
Nomenklatūra, izomerizmas. Nesočiųjų rūgščių grupėje dažniausiai vartojami empiriniai pavadinimai: CH2=CH-COOH - akrilo (propeno) rūgštis, CH2=C(CH3)-COOH - metakrilo (2-metilpropeno) rūgštis. Izomerizmas nesočiųjų vienbazių rūgščių grupėje yra susijęs su:
a) anglies skeleto izomerija; b) dvigubo ryšio padėtis; c) cis-trans izomerija.
Kaip gauti.1. Halogenintų rūgščių dehidrohalogeninimas:
CH3-CH2-CHCl-COOH ---KOH(konc)--> CH3-CH=CH-COOH
2. Hidroksi rūgščių dehidratacija: HO-CH2-CH2-COOH -> CH2=CH-COOH
Fizinės savybės. Žemesnės nesočiosios rūgštys – vandenyje tirpūs skysčiai, turintys stiprų aštrų kvapą; aukštesnės – kietos, vandenyje netirpios medžiagos, bekvapės.
Cheminės savybės nesočiosios karboksirūgštys atsiranda ir dėl karboksilo grupės savybių, ir dėl dvigubos jungties savybių. Rūgštys su dviguba jungtimi, esančia arti karboksilo grupės – alfa, beta nesočiosios rūgštys – turi specifinių savybių. Šioms rūgštims vandenilio halogenidų pridėjimas ir hidratacija prieštarauja Markovnikovo taisyklei: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH
Kruopščiai oksiduojant susidaro dihidroksirūgštys: CH2 \u003d CH-COOH + [O] + H20 -> HO-CH2-CH (OH) -COOH
Intensyviai oksiduojantis nutrūksta dviguba jungtis ir susidaro įvairių produktų mišinys, iš kurio galima nustatyti dvigubos jungties padėtį. Oleino rūgštis С17Н33СООН yra viena iš svarbiausių aukštesniųjų nesočiųjų rūgščių. Tai bespalvis skystis, kietėjantis šaltyje. Jo struktūrinė formulė yra CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH.
23. Dvibazinės ribojančios karboksirūgštys(dvibazinės sočiosios karboksirūgštys) – karboksirūgštys, kuriose sočiųjų angliavandenilių radikalas yra prijungtas prie dviejų karboksilo grupių -COOH. Visi jie turi bendrą formulę HOOC(CH2)nCOOH, kur n = 0, 1, 2, …
Nomenklatūra. Sisteminiai dvibazių sočiųjų karboksirūgščių pavadinimai pateikiami atitinkamo alkano pavadinimu, pridedant priesagą -dioic ir žodį rūgštis.
Angliavandenilio radikalo skeleto izomerizmas pasireiškia, pradedant butandio rūgštimi, kuri turi du izomerus:
HOOC-CH2-CH2-COOH n-butandio rūgštis (etan-1,2-dikarboksirūgštis);
CH3-CH(COOH)-COOH etan-1,1-dikarboksirūgštis.
24-25. OKSIACIDAS (hidroksikarboksirūgštys), molekulėje kartu su karboksilo grupe - COOH, pavyzdžiui, yra hidroksilo grupė - OH. HOCH2COOH (glikolio rūgštis). Esama augalų ir gyvūnų organizmuose (pieno, citrinos, vyno ir kitose rūgštyse).
Paplitimas gamtoje
Hidroksi rūgštys yra labai plačiai paplitusios; taigi vyno, citrinų, obuolių, pieno ir kitos rūgštys yra hidroksi rūgštys, o jų pavadinimas atspindi pirminį natūralų šaltinį, kuriame ši medžiaga buvo rasta.
Sintezės metodai
Reformatsky reakcija yra β-hidroksikarboksirūgščių esterių sintezės metodas.
"Vaisių rūgštys". Daugelis hidroksi rūgščių buvo naudojamos kosmetikoje kaip keratolitikai. Tačiau pavadinimą rinkodaros specialistai šiek tiek pakeitė – dėl didesnio patrauklumo kosmetologijoje jos dažnai vadinamos „vaisių rūgštimis“.
26-27. OKSIACIDAS (alkoholio rūgštys), dvigubos funkcijos junginiai, tiek alkoholiai, tiek rūgštys, turintys ir vandeninę liekaną, ir karboksilo grupę. Priklausomai nuo OH padėties COOH atžvilgiu (greta, per vieną, dvi, tris vietas), skiriamos a-, /?-, y-, b-hidroksirūgštys. O. gavimui yra daug metodų, pagrindiniai nuo iki rykh atsargi glikolių oksidacija: CH3.CH(OH).CH2.OH + 02 = CH3. .CH(OH).COOH; oksinitrilų muilinimas CH3.CH(OH).CN —* CH3.CH(OH).COOH; halogeno keitimas halogeninėmis rūgštimis į OH: CH2C1.COOH + KOH = CH2(OH).COOH + + KC1, HN02 poveikis aminorūgštims: CH2(NH2). COOH + HN02 = CH2 (OH) + N2 + + H20. Gyvūnų organizme hidroksirūgštys susidaro deaminuojant (žr.) aminorūgštis, oksiduojant riebus to-t(žr. Acetoniniai kūnai, Metabolizmas – baltymas), su glikolize (žr.), fermentacija (žr.) ir kt. chem. procesus. Hidroksi rūgštys yra tiršti skysčiai arba kristaliniai. medžiagų. Chem. O. santykiai reaguoja ir kaip alkoholiai, ir kaip į - tu: duok pvz. tiek paprasti, tiek esteriai; veikiant halogeniniams fosforo junginiams, abu OH pakeičiami halogenu; vandenilio halogeninės rūgštys reaguoja tik su alkoholio OH.Ypatingos reakcijos apibūdina a-, /)-, y- ir b-hidroksirūgštis: a-hidroksirūgštys, netekdamos vandens iš dviejų molekulių, duoda ciklinius esterius, laktidus: 2CH2 (OH).COOH = 2H20 + CH2.O.CO (glikolidas); so.o.sn2 /Z-O., išskirdami vandenį, susidaro nesočiosios rūgštys: CH2 (OH). CH2.COOH- H20 \u003d CH2:CH. .COOH; y- ir d-hidroksirūgštys sudaro anhidridus - laktonus: CH3.CH(OH).CH2.CH2.COOH = = H2O + CH3.CH.CH2.CH2.CO. O. yra plačiai paplitę gyvūnų ir augalų organizmuose. Alifatinio a-O atstovai. yra glikolio rūgštis, CH2OH.COOH(oksiacto), pieno rūgštis; iš /-hidroksi rūgščių - hidrakrilo, CH2OH.CH2COOH, /9-hidroksi-sviesto rūgšties; u-o. laisvos formos nežinomi, nes praradę vandenį, jie pereina į laktonus. Tarp dvibazių O. svarbi yra obuolių rūgštis (oxyamber-naya); COOH.CHOH.CH2.COOH, plačiai paplitęs augaluose; silpnuose sprendimuose turi sukimąsi į kairę, stipriuose – dešinę; sintetinis - tai neaktyvus. Dvibazinėms tetraatominėms rūgštims priskiriamos vyno rūgštys (dioksidintarinė). Iš kitų O. - citrina, HO.SO.CH2. .(COH)(COOH).CH2.COOH, labai paplitęs augalų pasaulyje (vynuogėse, citrinose) ir randamas gyvūnų organizme (piene); geležies citrato pavidalu naudojamas medicinoje. Iš aromatinių O. (fenolio rūgščių) medicinoje svarbios salicilo rūgštis, galo rūgštis ir jų dariniai; salicilo rūgšties fenilo esteris (salolis), sulfosalicilo rūgštis, C6H3.OH.S03H.COOH (baltymų reagentas), acetilsalicilo rūgštis (aspirinas). Augaluose yra daug įvairių aromatinės serijos O., dariniai to-rykh, be kita ko, yra taninai, kurie turi didelę techninę reikšmę. Apie biol. reikšmė atskirų O. ir apie jų kiekybinio apibrėžimo metodus – žr. Acetoniniai kūnai, bro-glikolizė, deaminacija, kraujas, pieno rūgštis, šlapimas, raumenys, beta(^)-hidroksisviesto rūgštis.
28-29. amoniako molekulėje vandenilio atomus paeiliui pakeisti angliavandenilių radikalais, tada bus gauti junginiai, priklausantys aminų klasei. Atitinkamai aminai yra pirminiai (RNH2), antriniai (R2NH), tretiniai (R3N). -NH2 grupė vadinama aminogrupe.
Priklausomai nuo to, kurie radikalai yra prijungti prie azoto atomo, yra alifatinių, aromatinių, aliciklinių ir heterociklinių aminų.
Aminų pavadinimai sudaromi pridedant priešdėlį amino- prie atitinkamo angliavandenilio pavadinimo (pirminiai aminai) arba galūnę -aminas prie išvardytų radikalų, susijusių su azoto atomu, pavadinimų (bet kokiems aminams).
Būdai gauti.1. Hoffmanno reakcija. Vienas iš pirmųjų pirminių aminų gavimo būdų buvo amoniako alkilinimas alkilhalogenidais. . 2. Zinino reakcija— patogus būdas gauti aromatinius aminus redukuojant aromatinius nitro junginius. Kaip reduktoriai naudojami: H2 (ant katalizatoriaus). Kartais reakcijos momentu tiesiogiai susidaro vandenilis, kuriam metalai (cinkas, geležis) apdorojami praskiesta rūgštimi.
Aminų fizinės savybės. Nesusidalintos elektronų poros buvimas prie azoto atomo sukelia aukštesnes virimo temperatūras nei atitinkami alkanai. Aminai turi nemalonų aštrų kvapą. Kambario temperatūroje ir atmosferos slėgyje pirmieji daugelio pirminių aminų atstovai yra dujos, kurios gerai ištirpsta vandenyje. Didėjant anglies radikalui, pakyla virimo temperatūra ir mažėja tirpumas vandenyje.
Aminų cheminės savybės. Pagrindinės aminų savybės
Aminai yra bazės, nes azoto atomas gali sudaryti elektronų porą, kad sudarytų ryšį su elektronų trūkumo rūšimis pagal donoro-akceptoriaus mechanizmą (atitinka Lewiso baziškumo apibrėžimą). Todėl aminai, kaip ir amoniakas, gali sąveikauti su rūgštimis ir vandeniu, pridedant protoną, kad susidarytų atitinkamos amonio druskos.
Amonio druskos gerai tirpsta vandenyje, bet blogai tirpsta organiniuose tirpikliuose. Vandeniniai aminų tirpalai yra šarminiai.
Pagrindinės aminų savybės priklauso nuo pakaitų pobūdžio. Visų pirma aromatiniai aminai yra silpnesnės bazės nei alifatiniai, nes laisvoji azoto elektronų pora įeina į konjugaciją su aromatinio branduolio sistema, o tai sumažina elektronų tankį ant azoto atomo (-M efektas). Atvirkščiai, alkilo grupė yra geras elektronų tankio donoras (+I efektas).
Aminų oksidacija. Aminų degimą lydi anglies dioksido, azoto ir vandens susidarymas: 4CH3NH2 + 9O2 \u003d 4CO2 + 2N2 + 10H2O
Aromatiniai aminai spontaniškai oksiduojasi ore. Taigi anilinas greitai paruduoja ore dėl oksidacijos.
Alkilhalogenidų pridėjimas Aminai prideda halogenalkanų, kad susidarytų druska
Aminų sąveika su azoto rūgštimi Didelę reikšmę turi pirminių aromatinių aminų diazotinimo reakcija, veikiant azoto rūgštimi, gaunama in situ reaguojant natrio nitritui su druskos rūgštimi.
Pirminiai alifatiniai aminai, reaguodami su azoto rūgštimi, sudaro alkoholius, o antriniai alifatiniai ir aromatiniai aminai – N-nitrozo darinius: R-NH2 + NaNO2 + HCl \u003d R-OH + N2 + NaCl + H2O; NH+NaNO2+HCl=R2N-N=O+NaCl+H2O
Aromatiniuose aminuose amino grupė palengvina pakeitimą benzeno žiedo orto ir para padėtyse. Todėl anilino halogeninimas vyksta greitai net ir nesant katalizatorių, o benzeno žiede vienu metu pakeičiami trys vandenilio atomai, o baltos 2,4,6-tribromanilino nuosėdos nusėda:
Ši reakcija su bromo vandeniu naudojama kaip kokybinė anilino reakcija.
Taikymas
Aminai naudojami farmacijos pramonėje ir organinėje sintezėje (CH3NH2, (CH3)2NH, (C2H5)2NH ir kt.); gaminant nailoną (NH2-(CH2)6-NH2 - heksametilendiaminas); kaip žaliava dažų ir plastikų (anilino) gamybai.
30. Aminorūgštys (aminokarboksirūgštys)- organiniai junginiai, kurių molekulėje vienu metu yra karboksilo ir amino grupių. Aminorūgštys gali būti laikomos karboksirūgščių dariniais, kuriuose vienas ar daugiau vandenilio atomų yra pakeisti amino grupėmis.
Bendrosios cheminės savybės. 1. Aminorūgštys gali pasižymėti ir rūgštinėmis savybėmis dėl jų molekulėse esančios karboksilo grupės -COOH, ir bazinėmis savybėmis dėl amino grupės -NH2. Dėl šios priežasties aminorūgščių tirpalai vandenyje turi buferinių tirpalų savybes.
Cviterijonas yra aminorūgšties molekulė, kurioje amino grupė vaizduojama kaip -NH3+, o karboksi grupė vaizduojama kaip -COO-. Tokia molekulė turi didelį dipolio momentą esant nuliui grynojo krūvio. Būtent iš tokių molekulių susidaro daugumos aminorūgščių kristalai.
Kai kurios aminorūgštys turi keletą amino grupių ir karboksilo grupių. Dėl šių aminorūgščių sunku kalbėti apie kokį nors konkretų cviterioną.
2. Svarbi savybė aminorūgštys yra jų gebėjimas polikondensuotis, todėl susidaro poliamidai, įskaitant peptidus, baltymus ir nailoną-66.
3. Aminorūgščių izoelektrinis taškas yra pH vertė, kuriai esant didžiausia aminorūgščių molekulių dalis turi nulinį krūvį. Esant tokiam pH, aminorūgštis yra mažiausiai judri elektriniame lauke, ir ši savybė gali būti panaudota atskiriant aminorūgštis, taip pat baltymus ir peptidus.
4. Aminorūgštys paprastai gali dalyvauti visose karboksirūgštims ir aminams būdingose reakcijose.
Optinė izomerija. Visos α-aminorūgštys, kurios yra gyvų organizmų dalis, išskyrus gliciną, turi asimetrinį anglies atomą (treoninas ir izoleucinas turi du asimetrinius atomus) ir turi optinį aktyvumą. Beveik visos natūraliai esančios α-aminorūgštys turi L-formą, ir tik L-aminorūgštys yra įtrauktos į ribosomose sintezuojamų baltymų sudėtį.
Šią „gyvų“ aminorūgščių savybę paaiškinti labai sunku, nes reakcijose tarp optiškai neaktyvių medžiagų ar racematų (kurie, matyt, organinės molekulės buvo atstovaujamos senovės Žemėje), L ir D formos susidaro vienodai. Gal būt. vienos iš formų (L arba D) pasirinkimas yra tiesiog atsitiktinio aplinkybių derinio rezultatas: pirmosios molekulės, su kuriomis jis galėtų pradėti matricos sintezė, turėjo tam tikrą formą, ir būtent prie jų „pritapo“ atitinkami fermentai.
31. Aminorūgštys yra organiniai amfoteriniai junginiai. Juose molekulėje yra dvi priešingos prigimties funkcinės grupės: amino grupė su bazinėmis savybėmis ir karboksilo grupė su rūgštinėmis savybėmis. Aminorūgštys reaguoja tiek su rūgštimis, tiek su bazėmis:
H2N-CH2-COOH + HCl → Сl[H3N-CH2-COOH],
H2N-CH2-COOH + NaOH → H2N-CH2-COONa + H2O.
Kai aminorūgštys ištirpsta vandenyje, karboksilo grupė atskiria vandenilio joną, kuris gali prisijungti prie amino grupės. Tokiu atveju susidaro vidinė druska, kurios molekulė yra bipolinis jonas:
H2N-CH2-COOH + H3N-CH2-COO-.
Vandeniniai aminorūgščių tirpalai turi neutralią, šarminę arba rūgštinę aplinką, priklausomai nuo funkcinių grupių skaičiaus. Taigi, glutamo rūgštis sudaro rūgštinį tirpalą (dvi grupės -COOH, viena -NH2), lizinas - šarminį (viena grupė -COOH, dvi -NH2).
Kaip ir pirminiai aminai, aminorūgštys reaguoja su azoto rūgštimi, kai amino grupė virsta hidrokso grupe, o aminorūgštis - hidroksi rūgštimi: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2+ H2O
Išsiskiriančio azoto tūrio matavimas leidžia nustatyti aminorūgščių kiekį (Van Slyke metodas).
Aminorūgštys gali reaguoti su alkoholiais esant dujiniam vandenilio chloridui, virsdamos esteriu (tiksliau į esterio hidrochlorido druską): H2N-CH(R)-COOH + R"OH H2N-CH(R)- COOR" + H2O.
Aminorūgščių esteriai neturi bipolinės struktūros ir yra lakūs junginiai. Svarbiausia aminorūgščių savybė yra jų gebėjimas kondensuotis, kad susidarytų peptidai.
32. Karboksilo grupė jungia dvi funkcines grupes – karbonilą =CO ir hidroksilą -OH, veikdamos viena kitą.
Karboksilo rūgščių rūgštinės savybės atsiranda dėl elektronų tankio poslinkio į karbonilo deguonį ir dėl to atsirandančios papildomos (lyginant su alkoholiais) O-H jungties poliarizacija.
Vandeniniame tirpale karboksirūgštys disocijuoja į jonus: R-COOH = R-COO- + H+
Tirpumas vandenyje ir aukšta rūgščių virimo temperatūra atsiranda dėl tarpmolekulinių vandenilio jungčių susidarymo.
Amino grupė - vienavalentė grupė -NH2, amoniako likutis (NH3). Amino grupė yra daugelyje organinių junginių - aminų, amino rūgščių, aminoalkoholių ir kt. Junginiai, turintys -NH2 grupę, kaip taisyklė, turi bazinį pobūdį dėl to, kad azoto atome yra nepasidalijusi elektronų pora.
Elektrofilinio pakeitimo reakcijose aromatiniuose junginiuose amino grupė yra pirmosios rūšies orientantas, t.y. suaktyvina orto ir para padėtis benzeno žiede.
33. Polikondensatas- polimerų sintezės iš polifunkcinių (dažniausiai bifunkcinių) junginių procesas, dažniausiai lydimas mažos molekulinės masės šalutinių produktų (vandens, alkoholių ir kt.) išsiskyrimo funkcinių grupių sąveikos metu.
Polikondensacijos procese susidariusio polimero molekulinė masė priklauso nuo pradinių komponentų santykio, reakcijos sąlygų.
Polikondensacijos reakcijos gali apimti arba vieną monomerą su dviem skirtingomis funkcinėmis grupėmis: pavyzdžiui, poli-ε-kaproamido (nailono-6, kaprono) sintezę iš ε-aminokaprono rūgšties, arba du monomerus, turinčius skirtingas funkcines grupes, pavyzdžiui, sintezę. adipo rūgšties ir heksametilendiamino nailono-66 polikondensacija; šiuo atveju susidaro linijinės struktūros polimerai (linijinė polikondensacija, žr. 1 pav.). Jei monomeras (ar monomerai) turi daugiau nei dvi funkcines grupes, susidaro kryžminiai polimerai, turintys trimatę tinklo struktūrą (trimatė polikondensacija). Norint gauti tokius polimerus, į monomerų mišinį dažnai pridedami „kryžminiai“ polifunkciniai komponentai.
Ypatingai atkreiptinas dėmesys į polimerų sintezės iš ciklinių monomerų reakcijos žiedo atidarymo mechanizmu – pridėjimas, pavyzdžiui, nailono-6 sintezė iš kaprolaktamo (ciklinio ε-aminokaprono rūgšties amido); nepaisant to, kad nevyksta mažos molekulinės masės fragmento išskyrimas, tokios reakcijos dažniau vadinamos polikondensacija.
Peptidinė jungtis- amido jungties tipas, atsirandantis formuojantis baltymams ir peptidams dėl vienos aminorūgšties α-amino grupės (-NH2) sąveikos su kitos aminorūgšties α-karboksilo grupe (-COOH).
C-Nide peptidinėje jungtyje iš dalies turi dvigubą pobūdį, kuris ypač pasireiškia jo ilgio sumažėjimu iki 1,32 angstremo. Dėl to atsiranda šios savybės:
4 ryšio atomai (C, N, O ir H) ir 2 α-anglies yra toje pačioje plokštumoje. Aminorūgščių ir vandenilio R grupės α-angliose yra už šios plokštumos.
H ir O peptidiniame ryšyje, taip pat dviejų aminorūgščių α-anglies yra transorientuoti (trans-izomeras yra stabilesnis). L-amino rūgščių atveju, kurios yra visuose natūraliuose baltymuose ir peptiduose, R grupės taip pat yra perorientuotos.
Pasukimas aplink C-N jungtį neįmanomas, sukimasis aplink C-C jungtį galimas.
peptidai (gr. πεπτος – maistingas) – medžiagų šeima, kurios molekulės sudarytos iš α-aminorūgščių liekanų, sujungtų į grandinę peptidiniais (amidiniais) ryšiais -C (O) NH –.
34. Baltymai (baltymai, polipeptidai) – didelės molekulinės organinės medžiagos, susidedančios iš aminorūgščių, grandinėje sujungtų peptidine jungtimi. Gyvuose organizmuose baltymų aminorūgščių sudėtį lemia genetinis kodas, dažniausiai sintezei naudojama 20 standartinių aminorūgščių. Daug derinių suteikia didelė įvairovė baltymų molekulių savybės. Be to, baltymo sudėtyje esančios aminorūgštys dažnai patiria potransliacinių modifikacijų, kurios gali atsirasti tiek prieš baltymui pradedant atlikti savo funkciją, tiek „dirbant“ ląstelėje. Dažnai gyvuose organizmuose kelios baltymų molekulės sudaro sudėtingus kompleksus, pavyzdžiui, fotosintezės kompleksą.
Norint suprasti sudėtingą baltymo makromolekulės įpakavimą (architektoniką), reikėtų apsvarstyti keletą organizacijos lygiai. Pirminė, paprasčiausia struktūra yra polipeptidinė grandinė, t.y. aminorūgščių, sujungtų peptidiniais ryšiais, eilutė. Pirminėje struktūroje visi ryšiai tarp aminorūgščių yra kovalentiniai, todėl stiprūs. Kitas, aukštesnis organizavimo lygis yra antrinė struktūra, kai baltymų siūlas yra susuktas spiralės pavidalu. Vandeniliniai ryšiai susidaro tarp -COOH grupių, esančių viename spiralės posūkyje, ir -NH2 grupių kitame posūkyje. Jie atsiranda vandenilio pagrindu, dažniausiai tarp dviejų neigiamų atomų. Vandeniliniai ryšiai yra silpnesni už kovalentinius ryšius, tačiau esant dideliam jų skaičiui, jie sudaro pakankamai tvirtą struktūrą. Aminorūgščių siūlas (polipeptidas) toliau susukamas, suformuojant kiekvienam baltymui būdingą rutulį, fibrilę ar rutuliuką. Taigi susidaro sudėtinga konfigūracija, vadinama tretine struktūra. Paprastai jo nustatymas atliekamas naudojant rentgeno spindulių difrakcijos analizės metodą, leidžiantį nustatyti kristalų ir kompleksinių junginių atomų ir atomų grupių padėtį erdvėje.
Ryšiai, palaikantys tretinę baltymo struktūrą, taip pat yra silpni. Visų pirma, jie atsiranda dėl hidrofobinės sąveikos. Tai yra patrauklios jėgos tarp nepolinių molekulių arba tarp nepolinių molekulių sričių vandeninėje terpėje. Kai kurių aminorūgščių hidrofobinės liekanos vandeniniame tirpale artėja viena prie kitos, „sulimpa“ ir taip stabilizuoja baltymų struktūrą. Be hidrofobinių jėgų, svarbų vaidmenį palaikant tretinę baltymo struktūrą atlieka elektrostatiniai ryšiai tarp elektroneigiamų ir elektroteigiamų aminorūgščių liekanų radikalų. Tretinę struktūrą taip pat palaiko nedidelis skaičius kovalentinių disulfidinių -S-S-jungčių, atsirandančių tarp sieros turinčių aminorūgščių sieros atomų. Turiu pasakyti, kad tretinis; baltymo struktūra nėra galutinė. To paties baltymo makromolekulės arba kitų baltymų molekulės dažnai pasirodo prisirišusios prie baltymo makromolekulės. Pavyzdžiui, sudėtinga hemoglobino molekulė, baltymas, randamas raudonuosiuose kraujo kūneliuose, susideda iš keturių globino makromolekulių: dviejų alfa grandinių ir dviejų beta grandinių, kurių kiekviena yra sujungta su geležies turinčiu hemu. Dėl jų derinio susidaro funkcionuojanti hemoglobino molekulė. Tik tokioje pakuotėje hemoglobinas pilnai veikia, tai yra, gali pernešti deguonį. Dėl kelių baltymų molekulių susijungimo tarpusavyje susidaro ketvirtinė struktūra. Jei peptidinės grandinės yra sukrautos spiralės pavidalu, tai tokie baltymai vadinami rutuliniais. Jei polipeptidinės grandinės yra sukrautos į gijų ryšulius, jos vadinamos fibriliniais baltymais. Pradedant nuo antrinės struktūros, baltymų makromolekulių erdvinį išsidėstymą (konformaciją), kaip išsiaiškinome, daugiausia palaiko silpni cheminiai ryšiai. Veikiant išoriniams veiksniams (temperatūros pokyčiams, terpės druskų sudėčiai, pH, veikiant radiacijai ir kitiems veiksniams) nutrūksta silpni makromolekulę stabilizuojantys ryšiai, keičiasi baltymo struktūra, taigi ir savybės. Šis procesas vadinamas denatūravimu. Dalies silpnųjų ryšių plyšimas, baltymo konformacijos ir savybių pokyčiai taip pat vyksta veikiant fiziologiniams veiksniams (pavyzdžiui, veikiant hormonams). Taigi reguliuojamos baltymų savybės: fermentai, receptoriai, transporteriai. Šie baltymų struktūros pokyčiai paprastai yra lengvai grįžtami. Daugelio silpnų jungčių plyšimas sukelia baltymų denatūraciją, kuri gali būti negrįžtama (pavyzdžiui, kiaušinio baltymas koaguliuoja verdant kiaušinius). Kartais baltymų denatūracija taip pat turi biologinę prasmę. Pavyzdžiui, voras paskiria lašelį paslapties ir priklijuoja jį prie kokios nors atramos. Tada, toliau išleisdamas paslaptį, jis šiek tiek patraukia siūlą, ir šio silpno įtempimo pakanka, kad baltymas denatūruotų, iš tirpios formos virstų netirpiu, o siūlas įgautų tvirtumo.
35-36. Monosacharidai(iš graikų monos: vienintelis, sacchar: cukrus), - organiniai junginiai, viena iš pagrindinių angliavandenių grupių; paprasčiausia cukraus forma; dažniausiai yra bespalvės, vandenyje tirpios, skaidrios kietos medžiagos. Kai kurie monosacharidai turi saldų skonį. Monosacharidai – statybiniai blokai, iš kurių sintetinami disacharidai (pvz., sacharozė) ir polisacharidai (pvz., celiuliozė ir krakmolas), juose yra hidroksilo grupių ir aldehido (aldozės) arba keto grupės (ketozės). Kiekvienas anglies atomas, prie kurio prijungta hidroksilo grupė (išskyrus pirmąją ir paskutinę), yra chiralinis, todėl susidaro daug izomerinių formų. Pavyzdžiui, galaktozė ir gliukozė yra aldoheksozės, tačiau turi skirtingas chemines ir fizines savybes. Monosacharidai, kaip ir visi angliavandeniai, turi tik 3 elementus (C, O, H).
Monosacharidai skirstomi triozėms, tetrozėms, pentozėms, heksozėms ir kt. (3, 4, 5, 6 ir kt. anglies atomai grandinėje); natūralių monosacharidų, kurių anglies grandinėje būtų daugiau nei 9 anglies atomai, nerasta. Monosacharidai, turintys 5 narių ciklą, vadinami furanozėmis, 6 narių – piranozėmis.
Izomerizmas. Monosachariduose, kuriuose yra n asimetrinių anglies atomų, gali būti 2n stereoizomerų (žr. Izomeriją).
38. Cheminės savybės. Monosacharidai dalyvauja cheminėse reakcijose, būdingose karbonilo ir hidroksilo grupėms. Funkcija monosacharidai – gebėjimas egzistuoti atviromis (aciklinėmis) ir ciklinėmis formomis ir duoti kiekvienos iš formų darinius. Dauguma monozių ciklizuojasi vandeniniame tirpale, sudarydami pusacetalius arba hemiketalius (priklausomai nuo to, ar tai aldozės, ar ketozės) tarp alkoholio ir to paties cukraus karbonilo grupės. Pavyzdžiui, gliukozė lengvai sudaro pusacetalius, sujungdama savo C1 ir O5, kad sudarytų 6 narių žiedą, vadinamą piranozidu. Ta pati reakcija gali vykti tarp C1 ir O4, kad susidarytų 5 narių furanosidas.
monosacharidai gamtoje. Monosacharidai yra sudėtinių angliavandenių (glikozidų, oligosacharidų, polisacharidų) ir mišrių angliavandenių turinčių biopolimerų (glikoproteinų, glikolipidų ir kt.) dalis. Šiuo atveju monosacharidai yra sujungti vienas su kitu ir su ne angliavandenine molekulės dalimi glikozidiniais ryšiais. Hidrolizuojant rūgštimis arba fermentais, šie ryšiai gali nutrūkti, kad išsiskirtų monosacharidus. Gamtoje laisvieji monosacharidai, išskyrus D-gliukozę ir D-fruktozę, yra reti. Augaluose vyksta monosacharidų biosintezė iš anglies dioksido ir vandens (žr. Fotosintezė); dalyvaujant aktyvuotiems monosacharidų dariniams - nukleozidų difosfatiniams cukrams - paprastai vyksta sudėtingų angliavandenių biosintezė. Monosacharidų skaidymas organizme (pavyzdžiui, alkoholinė fermentacija, glikolizė) vyksta kartu su energijos išsiskyrimu.
Taikymas. Kai kurie laisvieji monosacharidai ir jų dariniai (pavyzdžiui, gliukozė, fruktozė ir jos difosfatas ir kt.) naudojami Maisto pramone ir medicina.
37. Gliukozė (C6H12O6)(„vynuogių cukrus“, dekstrozė) yra daugelio vaisių ir uogų, įskaitant vynuoges, sultyse, todėl šios rūšies cukraus pavadinimas. Tai šešių atomų cukrus (heksozė).
Fizinės savybės. Balta kristalinė saldaus skonio medžiaga, gerai tirpi vandenyje, netirpi eteryje, blogai tirpi alkoholyje.
Molekulės sandara
CH2(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-C=O
Gliukozė gali egzistuoti ciklais (α ir β gliukozė).
α ir β gliukozė
Gliukozės perėjimas iš Fišerio projekcijos į Hawortho projekciją Gliukozė yra galutinis daugumos disacharidų ir polisacharidų hidrolizės produktas.
biologinis vaidmuo. Gliukozė yra pagrindinis fotosintezės produktas ir susidaro Kalvino cikle.
Žmonėms ir gyvūnams gliukozė yra pagrindinis ir universaliausias medžiagų apykaitos procesų energijos šaltinis. Visos gyvūno kūno ląstelės turi galimybę įsisavinti gliukozę. Tuo pačiu metu galimybę naudoti kitus energijos šaltinius – pavyzdžiui, laisvąsias riebalų rūgštis ir glicerolį, fruktozę ar pieno rūgštį – turi ne visos organizmo ląstelės, o tik kai kurios jų rūšys.
gliukozės transportavimas iš išorinė aplinka viduje gyvūnų ląstelė atliekama aktyviu transmembraniniu pernešimu specialios baltymo molekulės – heksozių nešiklio (transporterio) pagalba.
Gliukozė ląstelėse gali būti glikolize, kad būtų suteikta energija ATP pavidalu. Pirmasis fermentas glikolizės grandinėje yra heksokinazė. Ląstelių heksokinazės aktyvumą reguliuoja hormonai – pavyzdžiui, insulinas smarkiai padidina heksokinazės aktyvumą ir, atitinkamai, ląstelių gliukozės panaudojimą, o gliukokortikoidai mažina heksokinazės aktyvumą.
Daugelis energijos šaltinių, išskyrus gliukozę, kepenyse gali būti tiesiogiai paverčiami gliukoze, pavyzdžiui, pieno rūgštimi, daugybe laisvųjų riebalų rūgščių ir gliceroliu arba laisvosiomis aminorūgštimis, ypač paprastesnėmis, tokiomis kaip alaninas. Gliukozės susidarymo kepenyse iš kitų junginių procesas vadinamas gliukoneogeneze.
Tuos energijos šaltinius, kuriems nėra tiesioginio biocheminio pavertimo gliukoze, kepenų ląstelės gali panaudoti ATP gamybai ir vėliau aprūpinti energija gliukoneogenezės procesams, gliukozės resintezei iš pieno rūgšties arba energijos tiekimui glikogeno polisacharido sintezės procesui. atsargos iš gliukozės monomerų. Gliukozė vėl lengvai pasigamina iš glikogeno paprasto skaidymo būdu.
Dėl išskirtinės svarbos palaikyti stabilų gliukozės kiekį kraujyje, žmonės ir daugelis kitų gyvūnų turi sudėtingą angliavandenių apykaitos parametrų hormoninio reguliavimo sistemą. Kai 1 gramas gliukozės oksiduojasi iki anglies dioksido ir vandens, išsiskiria 17,6 kJ energijos. Sukaupta maksimali „potenciali energija“ gliukozės molekulėje oksidacijos būsenoje -4 anglies atomai (C-4) medžiagų apykaitos procesų metu gali sumažėti iki C + 4 (CO2 molekulėje). Jo atkūrimą iki ankstesnio lygio gali atlikti autotrofai.
Fruktozė arba vaisių cukrus C6H12O6- monosacharidas, kurio laisva forma yra beveik visose saldžiose uogose ir vaisiuose. Daugelis žmonių mėgsta cukrų keisti ne sintetiniais narkotikais, o natūralia fruktoze.
Skirtingai nuo gliukozės, kuri yra universalus energijos šaltinis, fruktozė nėra absorbuojama nuo insulino priklausomų audinių. Jis beveik visiškai absorbuojamas ir metabolizuojamas kepenų ląstelėse. Praktiškai jokios kitos žmogaus kūno ląstelės (išskyrus spermatozoidus) negali naudoti fruktozės. Kepenų ląstelėse fruktozė fosforilinama ir suskaidoma į triozes, kurios yra naudojamos riebalų rūgščių sintezei, kuri gali sukelti nutukimą, taip pat padidina trigliceridų kiekį (o tai savo ruožtu padidina aterosklerozės riziką) arba glikogenui gaminti. sintezė (taip pat iš dalies paverčiama gliukoze gliukoneogenezės metu). Tačiau fruktozės pavertimas gliukoze yra sudėtingas kelių etapų procesas, o kepenų gebėjimas apdoroti fruktozę yra ribotas. Klausimas, ar įtraukti fruktozę į diabetu sergančių žmonių racioną, kadangi insulinas jai pasisavinti nereikalingas, pastaraisiais metais buvo intensyviai tiriamas.
Nors sveikas žmogus fruktozė nedidina (arba šiek tiek padidina) gliukozės koncentracijos kraujyje; diabetu sergantiems pacientams fruktozė dažnai padidina gliukozės kiekį. Kita vertus, dėl to, kad ląstelėse trūksta gliukozės, diabetikai gali deginti savo organizmo riebalus, o tai lemia riebalų atsargų išeikvojimą. Tokiu atveju joms atstatyti galima panaudoti fruktozę, kuri lengvai virsta riebalais ir kuriai nereikia insulino. Fruktozės pranašumas yra tas, kad patiekalas, kuriame yra palyginti nedidelis fruktozės kiekis, gali suteikti saldų skonį, nes jis yra 1,2–1,8 karto saldesnis ir turi tokį patį kalorijų kiekį (380 kcal / 100 g) kaip cukrus. Tačiau tyrimai rodo, kad fruktozės vartotojai nesumažina savo patiekalų kalorijų kiekio, o valgo saldesnius patiekalus.
39. Oligosacharidai- tai oligomerai, susidedantys iš kelių (ne daugiau kaip 20) monomerų - monosacharidai, priešingai nei polisacharidai, susidedantys iš dešimčių, šimtų ar tūkstančių monosacharidų; - junginiai, sudaryti iš kelių monosacharidų liekanų (nuo 2 iki 10), susietų glikozidine jungtimi.
Labai svarbus ir plačiai paplitęs ypatingas oligosacharidų atvejis yra disacharidai – dimerai, susidedantys iš dviejų monosacharidų molekulių.
Taip pat galite kalbėti apie tri-, tetra- ir kt. sacharidai.
40. Disacharidai- bendras oligosacharidų poklasio pavadinimas, kuriame molekulė susideda iš dviejų monomerų - monosacharidų. Disacharidai susidaro vykstant kondensacijos reakcijai tarp dviejų monosacharidų, dažniausiai heksozių. Kondensacijos reakcija apima vandens pašalinimą. Kondensacijos reakcijos metu susidarantis ryšys tarp monosacharidų vadinamas glikozidine jungtimi.Paprastai ši jungtis susidaro tarp gretimų monosacharidų vienetų 1-ojo ir 4-ojo anglies atomų (1,4-glikozidinė jungtis).
Kondensacijos procesas gali būti kartojamas daugybę kartų, todėl susidaro didžiulės polisacharidų molekulės. Sujungus monosacharidų vienetus, jie vadinami likučiais. Dažniausi disacharidai yra laktozė ir sacharozė.
Mutarotacija(iš lot. muto-change ir rotatio - rotacija), optinio dydžio pasikeitimas. optiškai aktyvių junginių tirpalų sukimasis dėl jų epimerizacijos. Tai būdinga monosacharidams, redukuojantiems oligosacharidams, laktonams ir kt. Mutarotaciją gali katalizuoti rūgštys ir bazės. Gliukozės atveju mutarotacija paaiškinama pusiausvyros nusistatymu: Pusiausvyros būsenoje yra 38% alfa formos ir 62% beta formos. Tarpinis aldehido formos koncentracija yra nedidelė. Privalumai, b formos formavimas yra dėl to, kad ji yra termodinamiškai stabilesnė.
„Sidabrinio veidrodžio“ ir „vario veidrodžio“ reakcijos būdingos aldehidams
1) „Sidabrinio veidrodžio“ reakcija, Ag nuosėdų susidarymas ant mėgintuvėlio sienelių
2) Vario veidrodinė reakcija, raudonų Cu2O nuosėdų nusodinimas
40. Savo ruožtu disacharidai, kurie kai kuriais atvejais atsiranda per polisacharidų hidrolizė(maltozė krakmolo hidrolizėje, celobiozė celiuliozės hidrolizėje) arba organizme esanti laisvoje formoje (laktozė, sacharozė, trehalozė ir kt.), yra hidrolizuojama kataliziškai veikiant os- ir p-glikozidazėms. monosacharidai. Visos glikozidazės, išskyrus trehalazę (ot, omregalozė-gliukohidrazinas), pasižymi plačiu specifiškumu, pagreitina beveik visų glikozidų, kurie yra vieno ar kito a- arba (3-monosacharido) dariniai, hidrolizę. Taigi, a-gliukozidazė. pagreitina a-gliukozidų, įskaitant maltozę, p-gliukozidazę - p-gliukozidus, įskaitant celobiozę, B-galaktozidazės - B-galaktozidų ir tarp jų laktozės ir kt., hidrolizės reakciją. A ir P-gliukozidazių veikimo pavyzdžiai buvo pateikti anksčiau
41. Pagal gedimą cheminė disacharidų struktūra trehalozės tipo (glikozido-glikozidai) ir maltozės tipo (glikozidų-gliukozės) cheminės savybės labai skiriasi: pirmieji nesukelia jokių reakcijų, būdingų aldehidų ar ketonų grupei, t. y. yra neoksiduojami, neredukuojami, nesudaro ozonų, ar jie neįeina į polikodifikacijos reakciją (nerezinuoja), nemutuoja ir pan. Disacharidams, tokiems kaip maltozė, visos aukščiau nurodytos reakcijos, atvirkščiai, yra labai būdingos. Šio skirtumo priežastis yra gana aiški iš to, kas buvo pasakyta aukščiau apie dviejų tipų disacharidų struktūrą ir jų sudėtyje esančių monosacharidų likučių savybes. Taip yra dėl to, kad tik disachariduose, tokiuose kaip maltozė, galima žiedinės grandinės tautomerija, dėl kurios susidaro laisvoji aldehido arba ketonų grupė, kuri pasižymi būdingomis savybėmis.
Alkoholio hidroksilams abiejų tipų disacharidai vykdo tokias pačias reakcijas: jie sudaro eterius ir esterius, sąveikauja su metalų oksidų hidratais.
Gamtoje yra daug disacharidų; Pirmiau minėtos trehalozė ir maltozė, taip pat sacharozė, celiobiozė ir laktozė yra vienos iš svarbiausių.
42. Maltozė(iš anglų kalbos salyklas – salyklas) – salyklo cukrus, natūralus disacharidas, susidedantis iš dviejų gliukozės likučių; dideli kiekiai randami daigintuose miežių, rugių ir kitų javų grūduose (salyklose); taip pat randama pomidoruose, daugelio augalų žiedadulkėse ir nektare. M. lengvai tirpsta vandenyje, saldaus skonio; Tai redukuojantis cukrus, nes turi nepakeistą pusacetalio hidroksilo grupę. M. biosintezė iš b-D-gliukopiranozilfosfato ir D-gliukozės žinoma tik kai kurių tipų bakterijose. Gyvūnų ir augalų organizmuose M. susidaro fermentiškai skaidant krakmolą ir glikogeną (žr. Amilazės). M. suskaidomas iki dviejų gliukozės likučių, veikiant fermentui a-gliukozidazei arba maltazei, kuri yra gyvūnų ir žmonių virškinimo sultyse, daigintuose grūduose, pelėsiuose ir mielėse. Dėl genetiškai nulemto šio fermento nebuvimo žmogaus žarnyno gleivinėje atsiranda įgimtas M. netoleravimas – rimta liga, dėl kurios iš M. raciono reikia pašalinti krakmolą ir glikogeną arba į maistą pridėti fermento maltazės.
Verdant maltozę praskiesta rūgštimi ir veikiant fermentui, maltazė hidrolizuojama (susidaro dvi gliukozės C6H12O6 molekulės). Maltozę žmogaus organizmas lengvai pasisavina. Molekulinė masė – 342,32 Lydymosi temperatūra – 108 (bevandenis)
43. Laktozė(iš lot. lactis – pienas) С12Н22О11 – disacharidų grupės angliavandenis, randamas piene ir pieno produktuose. Laktozės molekulė susideda iš gliukozės ir galaktozės molekulių likučių. Laktozė kartais vadinama pieno cukrumi.
Cheminės savybės. Verdant praskiesta rūgštimi, laktozė hidrolizuojasi.
Laktozė gaunama iš pieno išrūgų.
Taikymas. Naudojamas maistinėms terpėms ruošti, pavyzdžiui, gaminant peniciliną. Naudojamas kaip pagalbinė medžiaga (užpildas) farmacijos pramonėje.
Iš laktozės gaunama laktuliozė – vertingas vaistas žarnyno sutrikimams, pavyzdžiui, vidurių užkietėjimui, gydyti.
44. Sacharozė C12H22O11, arba runkelių cukrus, cukranendrių cukrus, kasdieniame gyvenime tiesiog cukrus – disacharidas, susidedantis iš dviejų monosacharidų – α-gliukozės ir β-fruktozės.
Sacharozė yra gamtoje labai paplitęs disacharidas, jos yra daugelyje vaisių, vaisių ir uogų. Ypač daug sacharozės yra cukriniuose runkeliuose ir cukranendrėse, kurie naudojami pramoninės gamybos maisto cukraus.
Sacharozė turi didelį tirpumą. Chemiškai fruktozė yra gana inertiška; judant iš vienos vietos į kitą beveik nedalyvauja medžiagų apykaitoje. Kartais sacharozė nusėda kaip atsarginė maistinė medžiaga.
Į žarnyną patekusi sacharozė, veikiant plonosios žarnos alfa-gliukozidazei, greitai hidrolizuojama į gliukozę ir fruktozę, kurios vėliau absorbuojamos į kraują. Alfa-gliukozidazės inhibitoriai, tokie kaip akarbozė, slopina sacharozės, taip pat kitų alfa-gliukozidazės hidrolizuotų angliavandenių, ypač krakmolo, skilimą ir absorbciją. Jis vartojamas 2 tipo diabetui gydyti. Sinonimai: alfa-D-gliukopiranozil-beta-D-fruktofuranozidas, runkelių cukrus, cukranendrių cukrus.
Cheminės ir fizinės savybės. Molekulinė masė 342,3 a.m.u. Bendroji formulė (Hill sistema): C12H22O11. Skonis saldus. Tirpumas (gramų 100 gramų): vandenyje 179 (0°C) ir 487 (100°C), etanolyje 0,9 (20°C). Šiek tiek tirpsta metanolyje. Netirpsta dietilo eteryje. Tankis 1,5879 g/cm3 (15°C). Natrio D linijos savitasis sukimasis: 66,53 (vanduo; 35 g/100 g; 20°C). Atvėsus skystu oru, po apšvietimo ryškia šviesa, sacharozės kristalai fosforizuojasi. Nerodo redukuojančių savybių – nereaguoja su Tollenso reagentu ir Felingo reagentu. Hidroksilo grupių buvimą sacharozės molekulėje nesunku patvirtinti reakcija su metalų hidroksidais. Jei į vario (II) hidroksidą pridedamas sacharozės tirpalas, susidaro ryškiai mėlynas vario sacharozės tirpalas. Sacharozėje nėra aldehido grupės: kaitinant su amoniako sidabro (I) oksido tirpalu, ji nesudaro „sidabro veidrodžio“, kaitinant vario (II) hidroksidu, nesudaro raudonojo vario (I) oksido. . Tarp sacharozės izomerų, kurių molekulinė formulė C12H22O11, galima išskirti maltozę ir laktozę.
Sacharozės reakcija su vandeniu. Užvirinus sacharozės tirpalą su keliais lašais druskos arba sieros rūgšties ir rūgštį neutralizavus šarmu, o po to tirpalą pakaitinus, atsiranda molekulės su aldehidinėmis grupėmis, kurios vario (II) hidroksidą redukuoja į vario (I) oksidą. Ši reakcija rodo, kad kataliziškai veikiant rūgščiai, sacharozė hidrolizuojama, todėl susidaro gliukozė ir fruktozė: С12Н22О11 + Н2О → С6Н12O6 + С6Н12O6
Natūralūs ir antropogeniniai šaltiniai. Sudėtyje yra cukranendrių, cukrinių runkelių (iki 28 % sausųjų medžiagų), augalų sultyse ir vaisiuose (pvz., beržo, klevo, meliono ir morkų). Sacharozės šaltinis – iš burokėlių ar cukranendrių – nustatomas pagal stabilių anglies izotopų 12C ir 13C kiekio santykį. Cukriniai runkeliai turi C3 anglies dioksido įsisavinimo mechanizmą (per fosfoglicerino rūgštį) ir pirmiausia sugeria 12C izotopą; Cukranendrės turi C4 mechanizmą, skirtą sugerti anglies dioksidą (per oksaloacto rūgštį) ir pirmiausia sugeria 13C izotopą.
45. Celiobiozė- angliavandenis iš disacharidų grupės, susidedantis iš dviejų gliukozės liekanų, sujungtų (β-gliukozidine jungtimi; pagrindinis celiuliozės struktūrinis vienetas).
Balta kristalinė medžiaga, gerai tirpi vandenyje. Celiobiozei būdingos reakcijos, kuriose dalyvauja aldehido (hemacetalio) grupė ir hidroksilo grupės. Rūgštinės hidrolizės metu arba veikiant fermentui β-gliukozidazei, celobiozė suskaidoma ir susidaro 2 gliukozės molekulės.
Celiobiozė gaunama dalinės celiuliozės hidrolizės būdu. Laisva celiobiozė randama kai kurių medžių sulose.
46. Polisacharidai- bendras sudėtingų didelės molekulinės masės angliavandenių, kurių molekulės susideda iš dešimčių, šimtų ar tūkstančių monomerų - monosacharidų, klasės pavadinimas.
Polisacharidai yra būtini gyvūnų ir augalų gyvenimui. Jie yra vienas iš pagrindinių energijos šaltinių, atsirandančių dėl medžiagų apykaitos organizme. Jie dalyvauja imuniniuose procesuose, užtikrina ląstelių sukibimą audiniuose ir yra didžioji dalis organinių medžiagų biosferoje.
Nustatytas įvairus augalų polisacharidų biologinis aktyvumas: antibiotikas, antivirusinis, priešnavikinis, priešnuodis [šaltinis nenurodytas 236 dienos]. Augaliniai polisacharidai atlieka svarbų vaidmenį mažinant lipemiją ir kraujagyslių ateromatozę, nes jie gali sudaryti kompleksus su plazmos baltymais ir lipoproteinais.
Polisacharidai visų pirma apima:
dekstrinas yra polisacharidas, krakmolo hidrolizės produktas;
krakmolas yra pagrindinis polisacharidas, nusėdęs kaip energijos rezervas augalų organizmuose;
glikogenas yra polisacharidas, nusėdęs kaip energijos rezervas gyvūnų organizmų ląstelėse, tačiau nedideliais kiekiais randamas ir augalų audiniuose;
celiuliozė yra pagrindinis augalų ląstelių sienelių struktūrinis polisacharidas;
galaktomananai – kai kurių ankštinių augalų šeimos polisacharidai, tokie kaip guaranos ir saldžiavaisio pupmedžio derva;
gliukomananas – polisacharidas, gaunamas iš konjako gumbų, susideda iš kintančių gliukozės ir manozės vienetų, tirpios maistinės skaidulos, mažinančios apetitą;
amiloidas – naudojamas pergamentinio popieriaus gamyboje.
Celiuliozė ( nuo lat. ląstelė - ląstelė, tokia pati kaip pluoštas) - [С6Н7О2 (OH) 3] n, polisacharidas; pagrindinis visų aukštesnių augalų ląstelių membranų komponentas.
Celiuliozė susideda iš gliukozės molekulių likučių, susidarančių celiuliozės rūgšties hidrolizės metu:
(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6
Celiuliozė yra ilgas siūlas, kuriame yra 300-2500 gliukozės likučių, be šoninių šakų. Šie siūlai yra tarpusavyje sujungti daugybe vandenilinių jungčių, todėl celiuliozei suteikiamas didesnis mechaninis stiprumas. Žinduoliai (kaip ir dauguma kitų gyvūnų) neturi fermentų, galinčių skaidyti celiuliozę. Tačiau daugelio žolėdžių (pavyzdžiui, atrajotojų) virškinamajame trakte yra simbiontų bakterijų, kurios suyra ir padeda jų šeimininkams įsisavinti šį polisacharidą.
Plaušiena gaunama pramoniniu būdu virimo būdu celiuliozės gamyklose, kurios yra pramoninių kompleksų (kombainų) dalis. Atsižvelgiant į naudojamų reagentų tipą, išskiriami šie celiuliozės būdai:
Sulfitas. Virimo tirpale yra sieros rūgšties ir jos druskos, pvz., natrio hidrosulfito. Šiuo būdu gaunama celiuliozė iš mažai dervų medienos rūšių: eglės, eglės.
Šarminis:
Soda. Naudojamas natrio hidroksido tirpalas. Sodos metodas gali būti naudojamas celiuliozei gauti iš kietmedžių ir vienmečių augalų.
sulfatas. Šiandien labiausiai paplitęs metodas. Naudojamas reagentas yra tirpalas, kuriame yra natrio hidroksido ir natrio sulfido, ir vadinamas baltuoju tirpalu. Metodas gavo savo pavadinimą iš natrio sulfato, iš kurio celiuliozės gamyklose gaunamas baltojo tirpalo sulfidas. Šis metodas tinka celiuliozei gauti iš bet kokios rūšies augalinės medžiagos. Jo trūkumas – dėl šalutinių reakcijų išsiskiria didelis kiekis nemalonaus kvapo sieros junginių: metilmerkaptano, dimetilsulfido ir kt.
Techninėje celiuliozėje, gautoje po virimo, yra įvairių priemaišų: lignino, hemiceliuliozių. Jei celiuliozė skirta cheminiam apdorojimui (pavyzdžiui, dirbtiniams pluoštams gauti), tada ji yra rafinuojama - apdorojama šaltu arba karštu šarmo tirpalu, kad būtų pašalintos hemiceliuliozės.
Kad pašalintų lignino likučius ir minkštimas būtų baltesnis, jis balinamas. Tradicinis balinimas chloru apima du etapus:
apdorojimas chloru – sunaikinti lignino makromolekules;
šarmų apdorojimas - susidariusiems lignino naikinimo produktams išgauti.
47. Krakmolas- amilozės ir amilopektino polisacharidai, kurių monomeras yra alfa gliukozė. Krakmolas, kurį sintetina skirtingi augalai veikiant šviesai (fotosintezė), turi keletą skirtingų sudėties ir grūdelių struktūrų.
biologines savybes. Krakmolas, kaip vienas iš fotosintezės produktų, yra plačiai paplitęs gamtoje. Augalams tai yra maistinių medžiagų rezervas, daugiausia randamas vaisiuose, sėklose ir gumbuose. Daugiausiai krakmolo yra javų augalų grūduose: ryžiuose (iki 86%), kviečiuose (iki 75%), kukurūzuose (iki 72%), taip pat bulvių gumbuose (iki 24%).
Žmogaus organizmui krakmolas kartu su sacharoze yra pagrindinis angliavandenių tiekėjas – vienas svarbiausių maisto komponentų. Veikiant fermentams krakmolas hidrolizuojasi į gliukozę, kuri ląstelėse oksiduojasi į anglies dioksidą ir vandenį, išskiriant gyvo organizmo funkcionavimui būtiną energiją.
Biosintezė. Dalis žaliuose augaluose fotosintezės metu susidariusios gliukozės paverčiama krakmolu:
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
nC6H12O6(gliukozė) → (C6H10O5)n + nH2O
Paprastai tai galima parašyti kaip 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n 6nO2.
Krakmolas kaip atsarginis maistas kaupiasi augalų gumbuose, vaisiuose, sėklose. Taigi bulvių gumbuose yra iki 24% krakmolo, kviečių grūduose - iki 64%, ryžių - 75%, kukurūzų - 70%.
Glikogenas yra polisacharidas susidaro iš gliukozės likučių; pagrindinis atsarginis žmonių ir gyvūnų angliavandenis. Glikogenas (dar kartais vadinamas gyvuliniu krakmolu, nepaisant termino netikslumo) yra pagrindinė gliukozės saugojimo forma gyvūnų ląstelėse. Jis nusėda granulių pavidalu daugelio ląstelių tipų (daugiausia kepenų ir raumenų) citoplazmoje. Glikogenas sudaro energijos rezervą, kurį prireikus galima greitai mobilizuoti, kad kompensuotų staiga atsiradusį gliukozės trūkumą. Tačiau glikogeno saugykla nėra tokia kalorijų viename grame kaip trigliceridų (riebalų) saugykla. Tik kepenų ląstelėse (hepatocituose) sukauptas glikogenas gali būti paverstas gliukoze, kad maitintų visą organizmą, o hepatocitai gali sukaupti iki 8 procentų savo svorio glikogeno pavidalu, o tai yra didžiausia bet kurio tipo ląstelių koncentracija. Bendra glikogeno masė suaugusiųjų kepenyse gali siekti 100-120 gramų. Raumenyse glikogenas yra perdirbamas į gliukozę tik vietiniam vartojimui ir kaupiasi daug mažesnėmis koncentracijomis (ne daugiau kaip 1% visos raumenų masės), o jo bendras raumenų rezervas gali viršyti hepatocituose sukauptą rezervą. Nedidelis glikogeno kiekis randamas inkstuose, o dar mažiau – tam tikro tipo smegenų ląstelėse (glialinėse ląstelėse) ir baltuosiuose kraujo kūneliuose.
48. Chitinas (C8H13O5N) (prancūzų chitinas, iš graikų chiton: chiton – drabužiai, oda, apvalkalas) – natūralus junginys iš azoto turinčių polisacharidų grupės. Cheminis pavadinimas: poli-N-acetil-D-gliukozės-2-aminas, N-acetilgliukozamino likučių, sujungtų b-(1,4)-glikozidiniais ryšiais, polimeras. Pagrindinis nariuotakojų ir daugelio kitų bestuburių egzoskeleto (odelės) komponentas yra grybų ir bakterijų ląstelės sienelės dalis.
pasiskirstymas gamtoje. Chitinas yra vienas iš labiausiai paplitusių polisacharidų gamtoje – kasmet Žemėje gyvuose organizmuose susidaro ir suyra apie 10 gigatonų chitino.
Jis atlieka apsaugines ir palaikomąsias funkcijas, užtikrindamas ląstelių standumą – yra grybų ląstelių sienelėse.
Pagrindinis nariuotakojų egzoskeleto komponentas.
Taip pat chitinas susidaro daugelio kitų gyvūnų organizmuose – įvairių kirmėlių, koelenteratų ir kt.
Visuose organizmuose, kurie gamina ir naudoja chitiną, jis yra ne gryna forma, o komplekse su kitais polisacharidais ir labai dažnai siejamas su baltymais. Nepaisant to, kad chitinas yra medžiaga, labai panaši savo struktūra, fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis ir biologinis vaidmuoį celiuliozę, organizmuose, kurie sudaro celiuliozę (augaluose, kai kuriose bakterijose), chitino nepavyko rasti.
Chitino chemija. Natūralioje formoje skirtingų organizmų chitinai šiek tiek skiriasi vienas nuo kito sudėtimi ir savybėmis. Chitino molekulinė masė siekia 260 000.
Chitinas netirpsta vandenyje, atsparus atskiestoms rūgštims, šarmams, alkoholiui ir kitiems organiniams tirpikliams. Tirpsta kai kurių druskų (cinko chlorido, ličio tiocianato, kalcio druskų) koncentruotuose tirpaluose.
Kaitinamas koncentruotais mineralinių rūgščių tirpalais, jis sunaikinamas (hidrolizuojasi), atskiriant acetilo grupes.
Praktinis naudojimas. Vienas iš chitino darinių, gaunamas iš jo pramoniniu būdu, yra chitozanas. Žaliava jo gamybai yra vėžiagyvių (krilių, karališkųjų krabų) kiautai, taip pat mikrobiologinės sintezės produktai.
49. Aromatiniai angliavandeniliai, organiniai junginiai, susidedantys iš anglies ir vandenilio ir turintys benzeno branduolių. Paprasčiausi ir svarbiausi A. atstovai at. - benzenas (I) ir jo homologai: metilbenzenas arba toluenas (II), dimetilbenzenas arba ksilenas ir kt. taip pat apima benzeno darinius su nesočiosiomis šoninėmis grandinėmis, tokius kaip stirenas (III). Yra žinoma daug A. at. kurių molekulėje yra keli benzeno branduoliai, pavyzdžiui, difenilmetanas (IV), difenilas C6H5-C6H5, kuriuose abu benzeno branduoliai yra tiesiogiai sujungti vienas su kitu; naftalene (V) abu žiedai turi 2 anglies atomus; tokie angliavandeniliai vadinami A. at. su kondensuotais branduoliais.
Benzenas C6H6, PhH) yra organinis cheminis junginys, bespalvis malonaus saldaus kvapo skystis. aromatinis angliavandenis. Benzenas yra benzino komponentas, plačiai naudojamas pramonėje, žaliava vaistams, įvairiems plastikams, sintetiniam kaučiukui, dažams gaminti. Nors benzeno yra žalioje naftoje, jis komerciškai sintetinamas iš kitų komponentų. Toksiška, kancerogeninė.
homologai- Junginiai, priklausantys tai pačiai klasei, tačiau vienas nuo kito savo sudėtimi skiriasi sveikuoju CH2 grupių skaičiumi. Visų homologų rinkinys sudaro homologinę seriją.
fizines savybes. Bespalvis skystis, turintis savitą aštrų kvapą. Lydymosi temperatūra = 5,5 °C, virimo temperatūra = 80,1 °C, tankis = 0,879 g/cm³, molekulinė masė = 78,11 g/mol. Kaip ir visi angliavandeniliai, benzenas dega ir sudaro daug suodžių. Su oru sudaro sprogius mišinius, gerai maišosi su eteriais, benzinu ir kitais organiniais tirpikliais, o su vandeniu, kurio virimo temperatūra 69,25 °C, sudaro azeotropinį mišinį. Tirpumas vandenyje 1,79 g/l (esant 25 °C).
Struktūra. Pagal sudėtį benzenas priklauso nesočiųjų angliavandenilių grupei (homologinė serija CnH2n-6), tačiau, skirtingai nei etileno serijos angliavandeniliai, C2H4 pasižymi savybėmis, būdingomis sočiųjų angliavandenilių atšiauriomis sąlygomis, tačiau benzenas yra labiau linkęs į pakeitimo reakcijas. Toks benzeno „elgesys“ paaiškinamas ypatinga jo struktūra: konjuguoto 6π-elektronų debesies buvimu struktūroje. Šiuolaikinė benzeno ryšių elektroninio pobūdžio idėja grindžiama Linuso Paulingo hipoteze, kuris pasiūlė pavaizduoti benzeno molekulę kaip šešiakampį su įbrėžtu apskritimu, taip pabrėždamas fiksuotų dvigubų ryšių nebuvimą ir buvimą. vienas elektronų debesis, apimantis visus šešis ciklo anglies atomus.
50. Aromatiniai junginiai (arenos)- cikliniai organiniai junginiai, kurių sudėtyje yra aromatinių ryšių sistema. Jie gali turėti sočiųjų arba nesočiųjų šoninių grandinių.
Prie svarbiausių aromatinių angliavandenilių priskiriamas C6H6 benzenas ir jo homologai: C6H5CH3 toluenas, C6H4(CH3)2 ksilenas ir kt.; naftalenas C10H8, antracenas C14H10 ir jų dariniai. Išskirtinės cheminės savybės- padidėjęs aromatinio branduolio stabilumas ir polinkis į pakeitimo reakcijas. Pagrindiniai aromatinių angliavandenilių šaltiniai yra akmens anglių degutas, nafta ir naftos produktai. Sintetiniai gavimo būdai yra labai svarbūs. Aromatiniai angliavandeniliai yra pradiniai ketonų, aldehidų ir aromatinių rūgščių bei daugelio kitų medžiagų gamybos produktai. Taip pat yra heterociklinių arenų, tarp kurių dažniausiai randama gryna forma ir junginių pavidalu - piridinas, pirolis, furanas ir tiofenas, indolas, purinas, chinolinas.
Borazolas („neorganinis benzenas“) taip pat pasižymi aromatingumu, tačiau jo savybės labai skiriasi nuo organinių arenų savybių.
Elektrofilinės pakeitimo reakcijos"(anglų k. pakeitimo elektrofilinė reakcija) – pakeitimo reakcijos, kurių metu ataką vykdo elektrofilas – dalelė, kuri yra teigiamai įkrauta arba turi elektronų deficitą. Susidarius naujam ryšiui, išeinanti dalelė – elektrofagas atsiskiria be jo elektronų poros. Populiariausia paliekanti grupė yra H+ protonas.
51-52. Aromatinės elektrofilinės pakeitimo reakcijos
Aromatinėms sistemoms iš tikrųjų yra vienas elektrofilinis pakeitimo mechanizmas SEAr. SE1 mechanizmas (analogiškai su SN1 mechanizmu) yra itin retas, o SE2 (atitinkantis SN2 mechanizmą) iš viso nerasta.
SEAr reakcijos mechanizmas arba aromatinės elektrofilinės pakeitimo reakcijos (angl. substitution electrophilic aromatic) yra labiausiai paplitusi ir svarbiausia tarp aromatinių junginių pakeitimo reakcijų ir susideda iš dviejų etapų. Pirmajame etape pritvirtinamas elektrofilas, antrajame etape elektrofugas yra atskiriamas.
Reakcijos metu susidaro tarpinis teigiamai įkrautas tarpinis produktas (paveiksle - 2b). Jis vadinamas Welando tarpiniu junginiu, aronio jonu arba σ kompleksu. Šis kompleksas, kaip taisyklė, yra labai reaktyvus ir lengvai stabilizuojamas greitai pašalinant katijoną. Daugumoje SEAr reakcijų greičio ribojimo žingsnis yra pirmasis žingsnis.
Reakcijos greitis = k**
Santykinai silpni elektrofilai paprastai veikia kaip atakuojanti dalelė, todėl daugeliu atvejų SEAr reakcija vyksta veikiant Lewis rūgšties katalizatoriui. Dažniau nei kiti naudojami AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2.
Šiuo atveju reakcijos mechanizmas yra toks (naudojant benzeno chlorinimo pavyzdį, FeCl3 katalizatorių):
1. Pirmajame etape katalizatorius sąveikauja su atakuojančia dalele, sudarydamas aktyvų elektrofilinį agentą
Antrajame etape iš tikrųjų įgyvendinamas SEAr mechanizmas.
53. Heterocikliniai junginiai(heterociklai) - organiniai junginiai, turintys ciklus, kurie kartu su anglimi taip pat apima kitų elementų atomus. Jie gali būti laikomi karbocikliniais junginiais, kurių žiede yra heteropakaitų (heteroatomų). Aromatiniai azoto turintys heterocikliniai junginiai yra patys įvairiausi ir gerai ištirti. Ribiniai heterociklinių junginių atvejai yra junginiai, kurių cikle nėra anglies atomų, pavyzdžiui, pentazolas.
pirolis- aromatingas penkių narių azoto heterociklas, turi silpnų bazinių savybių. Sudėtyje yra kaulų aliejuje (kuris gaunamas sausai distiliuojant kaulus), taip pat akmens anglių dervoje. Pirolio žiedai yra porfirinų dalis – augalų chlorofilas, hemoglobinų ir citochromų hemas bei daugybė kitų biologiškai svarbių junginių.
Struktūra ir savybės. Pirolis yra bespalvis skystis, savo kvapu primenantis chloroformą, veikiamas oro lėtai tamsėja. Jis yra šiek tiek higroskopiškas, šiek tiek tirpsta vandenyje ir gerai tirpsta daugumoje organinių tirpiklių. Pirolio struktūrą 1870 m. pasiūlė Bayer, remdamasi jo oksidavimu chromo rūgštimi iki maleimido ir jo susidarymo sukcinimidą distiliuojant cinko dulkėmis.
Rūgštingumas ir metališkumas. Pirolis yra silpna NH rūgštis (pKa 17,5 vandenyje) ir reaguoja su šarminiais metalais ir jų amidais skystame amoniake arba inertiniuose tirpikliuose, kad deprotonuotų 1 padėtyje ir susidarytų atitinkamos druskos. Reakcija su Grignardo reagentais vyksta panašiai, kurios metu susidaro N-magnio druskos. N-pakeisti piroliai reaguoja su butil- ir fenillitiu, metalizuodami į α padėtį.
54. INDOL (benzo[b]pirolis), sakyk. m 117,18; bespalvis kristalai su silpnu naftaleno kvapu; lyd.p. 52,5 °C, vir 254 °С; d456 1,0718; kaitinant sublimuojasi. iki 150°С; m 7,03,10-30 C.m (benzenas, 25 °C); distiliuotas vandens garais, dietilo eteriu ir NH3; gerai sol. org. tirpalai, karštas vanduo, skystas NH3. Molekulė turi plokštuminę konfigūraciją.
Indolas yra silpna bazė (pKa -2,4). Kai protonuojasi, jis sudaro 3H-indolio katijoną (f-la I), kuris sąveikauja su kitais. su neutralia molekule indolas suteikia dimerą (II). Kaip silpna rūgštis (pKa 17), indolas su Na skystame NH3 sudaro N-natrio indolą, su KOH 130 ° C temperatūroje - N-kalio indolą. Pasižymi aromatingumu. Šv. tu. Elektros. pakeitimas eina Ch. arr. į 3 padėtį. Nitruojama dažniausiai benzoilo nitratu, sulfonuojama piridino sulfotrioksidu, brominama dioksano dibromidu, chloruojama SO2Cl2, alkilinama aktyviais alkilo halogenidais. Acetilinimas acto rūgštyje taip pat pereina į 3 padėtį, dalyvaujant. CH3COONa – į 1 padėtį; acto rūgšties anhidride susidaro 1,3-diacetilindolis. Indolas lengvai papildo a,b-nesočiųjų ketonų ir nitrilų dvigubą ryšį.
Aminometilinimas (Mannich rajonas) švelniomis sąlygomis pereina į 1 padėtį, sunkiomis sąlygomis - į 3 padėtį. Pakeitimas benzeno žiede (daugiausia 4 ir 6 padėtyse) vyksta tik rūgščioje aplinkoje su blokuota 3 padėtimi. Esant. H2O2, perrūgštys arba šviesoje indolas oksiduojasi iki indoksilo, kuris vėliau virsta. trimeriu arba indigo. Sunkesnė oksidacija veikiant O3, MnO2 sukelia pirolio žiedo plyšimą ir susidaro 2-formamidobenzaldehidas. Kai indolas švelniomis sąlygomis hidrinamas vandeniliu, redukuojamas pirolio žiedas, o sunkesnėmis sąlygomis redukuojamas ir benzeno žiedas.
Indolas yra jazminų ir citrusinių vaisių eteriniuose aliejuose, yra kam.-ug dalis. dervos. Indolo žiedas yra svarbios prigimties molekulių fragmentas. junginiai (pvz., triptofanas, serotoninas, melatoninas, bufoteninas). Paprastai indolas išskiriamas iš kam.-ug. naftaleno frakcijos. derva arba gaunamas pastaruoju dehidrogenuojant o-etilaniliną. gauto produkto ciklizavimas. Indolas ir jo dariniai taip pat sintetinami ciklizuojant karbonilo junginių arilhidrazonus. (R-tion Fisher), abipusis. arilaminai su a-halogenu arba a-hidroksikarbonilu Comm. (R-tion Bischler) ir tt Indolo šerdis yra indolo alkaloidų dalis. Pats indolas yra kvapų fiksatorius parfumerijoje; jo dariniai naudojami biologiškai aktyvių junginių gamyboje. (hormonai, haliucinogenai) ir lek. Trečiadienis (pvz., indopanas, indometacinas).
55. Imidazolas- heterociklų klasės organinis junginys, penkių narių ciklas su dviem azoto atomais ir trimis anglies atomais cikle, izomerinis pirazolui.
Savybės. Nepakeistame imidazole 4 ir 5 padėtys (anglies atomai) yra lygiavertės dėl tautomerijos. Aromatingas, reaguoja su diazonio druskomis (derinys). Jis nitrinamas ir sulfonuojamas tik rūgščioje terpėje 4 padėtyje, halogenai šarminėje terpėje patenka į 2 padėtį, rūgščioje terpėje – 4. Lengvai alkilinamas ir acilinamas prie imino N, atidaro ciklą sąveikaujant su stiprių rūgščių tirpalais. ir peroksidai. Katalizuoja sunkiai muiluojamų karboksirūgščių esterių ir amidų hidrolizę.
Imidazolo pagrindu gaminama daug įvairių joninių skysčių.
Priėmimo būdai. Iš orto-fenilendiamino per benzimidazolą ir 4,5-imidazolo dikarboksirūgštį.
Glikoksalio (oksalaldehido) sąveika su amoniaku ir formaldehidu.
biologinis vaidmuo. Imidazolo žiedas yra nepakeičiamos aminorūgšties histidino dalis. Struktūrinis histamino, purino bazių, dibazolo fragmentas.
56. Piridinas- šešių narių aromatinis heterociklas su vienu azoto atomu, bespalvis skystis, turintis aštrų nemalonų kvapą; maišosi su vandeniu ir organiniais tirpikliais. Piridinas yra silpna bazė, suteikia druskų su stipriomis mineralinėmis rūgštimis, lengvai sudaro dvigubas druskas ir kompleksinius junginius.
Kvitas. Pagrindinis piridino šaltinis yra akmens anglių derva.
Cheminės savybės. Piridinas pasižymi tretiniams aminams būdingomis savybėmis: sudaro N-oksidus, N-alkilpiridinio druskas ir gali veikti kaip sigma donoro ligandas.
Tuo pačiu metu piridinas turi aiškių aromatinių savybių. Tačiau azoto atomo buvimas konjugacijos žiede sukelia rimtą elektronų tankio perskirstymą, dėl kurio smarkiai sumažėja piridino aktyvumas elektrofilinio aromatinio pakeitimo reakcijose. Tokiose reakcijose daugiausia reaguojama į žiedo meta pozicijas.
Piridinui būdingos aromatinės nukleofilinės pakeitimo reakcijos, vykstančios daugiausia žiedo orto-para padėtyse. Šis reaktyvumas rodo piridino žiedo elektronų trūkumą, kurį galima apibendrinti šioje nykščio taisyklėje: piridino, kaip aromatinio junginio, reaktyvumas apytiksliai atitinka nitrobenzeno reaktyvumą.
Taikymas. Jis naudojamas dažų, vaistų, insekticidų sintezei, analitinėje chemijoje, kaip daugelio organinių ir kai kurių neorganinių medžiagų tirpiklis, alkoholio denatūravimui.
Saugumas. Piridinas yra toksiškas, veikia nervų sistemą, odą.
57. Biologinis vaidmuo. Nikotino rūgštis yra piridino darinys. Jis absorbuojamas skrandyje ir dvylikapirštėje žarnoje, o po to yra aminuojamas, todėl susidaro nikotinoamidas, kuris organizme kartu su baltymais sudaro daugiau nei 80 fermentų. Tai yra pagrindinis fiziologinis vitamino B5 vaidmuo. Taigi, nikotino rūgštis yra dalis tokių svarbių redokso fermentų kaip dehidrogenezė, kurie katalizuoja vandenilio pašalinimą iš oksiduojamų organinių medžiagų. Vandenilis, kurį paima šie fermentai, perduodamas redokso fermentams, įskaitant riboflaviną. Be to, žinduolių organizme iš nikotinamido (niacino) ir nikotino rūgšties susidaro piridino nukleotidai, kurie tarnauja kaip NAD ir NADP kofermentai. Šių pirmtakų trūkumas gyvūnams sukelia pellagrą – ligą, kuri pasireiškia odos, virškinimo trakto ir nervų sistemos simptomais (dermatitu, viduriavimu, demencija). Kaip NAD ir NADP kofermentai, nikotino rūgšties pirmtakai dalyvauja daugelyje redokso reakcijų, kurias katalizuoja dehidrogenazės. Biologinis nikotino rūgšties poveikis pasireiškia skrandžio ir virškinimo liaukų sekrecinės funkcijos stimuliavimu (esant skrandyje, padidėja laisvos druskos rūgšties koncentracija). Veikiant vitaminui B5, padidėja glikogeno biosintezė ir sumažėja hiperglikemija, sustiprėja kepenų detoksikacinė funkcija, plečiasi kraujagyslės, pagerėja kraujo mikrocirkuliacija.
Yra ryšys tarp nikotino rūgšties ir sieros turinčių aminorūgščių. Padidėjęs metilnikotinamido išsiskyrimas su šlapimu, kai trūksta baltymų, normalizuojamas įtraukiant į dietą sieros turinčias aminorūgštis. Tuo pačiu metu fosfopirinukleotidų kiekis kepenyse taip pat normalizuojamas.
58. Pirimidinas (C4N2H4, pirimidinas, 1,3- arba m-diazinas, miazinas) yra heterociklinis junginys, turintis plokščią molekulę, paprasčiausias 1,3-diazinų atstovas.
fizines savybes. Pirimidinas – bespalviai kristalai, turintys būdingą kvapą.
Cheminės savybės. Pirimidino molekulinė masė yra 80,09 g/mol. Pirimidinas pasižymi silpnos dvirūgšties bazės savybėmis, nes azoto atomai gali prijungti protonus dėl donoro-akceptoriaus jungties, tuo pačiu įgydami teigiamą krūvį. Pirimidino reaktyvumas elektrofilinėse pakeitimo reakcijose sumažėja dėl elektronų tankio sumažėjimo 2, 4, 6 padėtyse, kurį sukelia du azoto atomai. Pakeitimas įmanomas tik esant elektronus dovanojantiems pakaitams ir nukreipiamas į mažiausiai deaktyvuotą 5 padėtį. Tačiau, priešingai, pirimidinas yra aktyvus nukleofilinių reagentų, kurie cikle atakuoja 2, 4 ir 6 anglies atomus, atžvilgiu. .
Kvitas. Pirimidinas gaunamas redukuojant halogenintus pirimidino darinius. Arba iš 2,4,6-trichlorpirimidino, gauto apdorojant barbitūro rūgštį fosforo chloru.
Pirimidino dariniai plačiai paplitę laukinėje gamtoje, kur dalyvauja daugelyje svarbių biologinių procesų. Visų pirma, tokie dariniai kaip citozinas, timinas, uracilas yra dalis nukleotidų, kurie yra nukleorūgščių struktūriniai vienetai, pirimidino šerdis yra kai kurių B grupės vitaminų, ypač B1, kofermentų ir antibiotikų, dalis.
59. Purinas (C5N4H4, purinas)- heterociklinis junginys, paprasčiausias imidazopirimidinų atstovas.
Purino dariniai vaidina svarbų vaidmenį natūralių junginių chemijoje (DNR ir RNR purino bazės; kofermentas NAD; alkaloidai, kofeinas, teofilinas ir teobrominas; toksinai, saksitoksinas ir panašūs junginiai; šlapimo rūgštis), taigi ir farmacijoje.
adeninas- azoto bazė, purino amino darinys (6-aminopurinas). Sudaro dvi vandenilio jungtis su uracilu ir timinu (komplementarumas).
fizines savybes. Adeninas yra bespalviai kristalai, kurie lydosi 360-365 C temperatūroje. Būdingas absorbcijos maksimumas (λmax) yra 266 mc (pH 7), kurio molinis ekstinkcijos koeficientas (εmax) yra 13500.
Cheminė formulė С5H5N5, molekulinė masė 135,14 g/mol. Adeninas pasižymi pagrindinėmis savybėmis (pKa1=4,15; pKa2=9,8). Sąveikaujant su azoto rūgštimi, adeninas praranda amino grupę, virsdamas hipoksantinu (6-hidroksipurinu). Vandeniniuose tirpaluose jis kristalizuojasi į kristalinį hidratą su trimis vandens molekulėmis.
Tirpumas. Gerai ištirpinkime vandenyje, ypač karštame, mažėjant vandens temperatūrai, krenta adenino tirpumas jame. Blogai tirpsta alkoholyje, chloroforme, eteryje, taip pat rūgštyse ir šarmuose – netirpi.
Paplitimas ir svarba gamtoje. Adeninas yra daugelio gyviems organizmams gyvybiškai svarbių junginių dalis, tokių kaip: adenozinas, adenozino fosfatazė, adenozino fosforo rūgštys, nukleino rūgštys, adenino nukleotidai ir kt. Šių junginių pavidalu adeninas yra plačiai paplitęs laukinėje gamtoje.
Guaninas- azoto bazė, purino amino darinys (6-hidroksi-2-aminopurinas), yra neatskiriama dalis nukleino rūgštys. DNR replikacijos ir transkripcijos metu sudaro tris vandenilio ryšius su citozinu (komplementarumas). Pirmą kartą išskirtas iš guano.
fizines savybes. Bespalviai, amorfiniai kristaliniai milteliai. Lydymosi temperatūra 365 °C. Guanino tirpalas HCl fluorescuoja. Šarminėje ir rūgštinėje aplinkoje jis turi du absorbcijos maksimumus (λmax) ultravioletiniame spektre: ties 275 ir 248 mk (pH 2) ir 246 ir 273 mk (pH 11).
Cheminės savybės. Cheminė formulė yra C5H5N5O, molekulinė masė yra 151,15 g/mol. Rodo pagrindines savybes, pKa1= 3,3; pKa2= 9,2; pKa3=12,3. Reaguoja su rūgštimis ir šarmais, sudarydamas druskas.
Tirpumas. Labai gerai tirpsta rūgštyse ir šarmuose, blogai tirpsta eteryje, alkoholyje, amoniake ir neutraliuose tirpaluose, netirpsta vandenyje .
kokybiškos reakcijos. Guaninui nustatyti jis nusodinamas metafosforo ir pikrino rūgštimis, su diazosulfonrūgštimi Na2CO3 tirpale suteikia raudoną spalvą.
Paplitimas gamtoje ir reikšmė.Įeina į nukleino rūgštis.
60. Nukleozidai yra glikozilaminai, turintys azoto bazę, susietą su cukrumi (riboze arba dezoksiriboze).
Nukleozidus gali fosforilinti ląstelių kinazės, esančios pirminėje cukraus alkoholio grupėje, ir susidaro atitinkami nukleotidai.
Nukleotidai- Nukleozidų fosforo esteriai, nukleozidų fosfatai. Laisvieji nukleotidai, ypač ATP, cAMP, ADP, atlieka svarbų vaidmenį energetiniuose ir informaciniuose tarpląsteliniuose procesuose, taip pat yra nukleorūgščių ir daugelio kofermentų sudedamosios dalys.
Nukleotidai yra nukleozidų ir fosforo rūgščių esteriai. Nukleozidai, savo ruožtu, yra N-glikozidai, turintys heterociklinį fragmentą, susietą per azoto atomą su cukraus liekanos C-1 atomu.
Nukleotidų struktūra. Gamtoje dažniausiai pasitaikantys nukleotidai yra purinų arba pirimidinų β-N-glikozidai ir pentozės – D-ribozė arba D-2-ribozė. Atsižvelgiant į pentozės struktūrą, išskiriami ribonukleotidai ir dezoksiribonukleotidai, kurie yra sudėtingų biologinių polimerų (polinukleotidų) molekulių monomerai - atitinkamai RNR arba DNR.
Fosfato liekana nukleotiduose paprastai sudaro esterio ryšį su ribonukleozidų 2'-, 3'- arba 5'-hidroksilo grupėmis; 2'-deoksinukleozidų atveju 3'- arba 5'-hidroksilo grupės yra esterifikuotos.
Junginiai, susidedantys iš dviejų nukleotidų molekulių, vadinami dinukleotidais, trys – trinukleotidais, nedidelis skaičius – oligonukleotidais, o daugelis – polinukleotidais arba nukleorūgštimis.
Nukleotidų pavadinimai yra standartinių trijų ar keturių raidžių kodų santrumpos.
Jei santrumpa prasideda mažąja raide "d" (angl. d), tai reiškia dezoksiribonukleotidą; raidės „d“ nebuvimas reiškia ribonukleotidą. Jei santrumpa prasideda mažąja raide „c“ (angl. c), tada kalbame apie ciklinę nukleotido formą (pavyzdžiui, cAMP).
Pirmoji didžioji santrumpos raidė nurodo konkrečią azoto bazę arba galimų nukleino bazių grupę, antroji raidė – fosforo rūgšties likučių skaičių struktūroje (M – mono-, D – di-, T – tri-), o trečioji didžioji raidė visada yra raidė F ("-phosphate"; angl. P).
Nukleino bazių lotyniški ir rusiški kodai:
A - A: Adeninas; G - G: guaninas; C - C: citozinas; T – T: timinas (5-metiluracilas), kurio nėra RNR, DNR užima uracilo vietą; U - U: Uracilas, nerastas DNR, užima timino vietą RNR.
Visos medžiagos, kuriose yra anglies atomas, be karbonatų, karbidų, cianidų, tiocianatų ir anglies rūgšties, yra organiniai junginiai. Tai reiškia, kad juos gali sukurti gyvi organizmai iš anglies atomų, vykstant fermentinėms ar kitoms reakcijoms. Šiandien daug organinių medžiagų gali būti sintetinama dirbtinai, o tai leidžia plėtoti mediciną ir farmakologiją, taip pat sukurti didelio stiprumo polimerines ir kompozitines medžiagas.
Organinių junginių klasifikacija
Organiniai junginiai yra pati gausiausia medžiagų klasė. Čia yra apie 20 rūšių medžiagų. Jie skiriasi cheminėmis savybėmis, skiriasi fizinėmis savybėmis. Taip pat skiriasi jų lydymosi temperatūra, masė, lakumas ir tirpumas, taip pat jų agregacijos būsena normaliomis sąlygomis. Tarp jų:
- angliavandeniliai (alkanai, alkinai, alkenai, alkadienai, cikloalkanai, aromatiniai angliavandeniliai);
- aldehidai;
- ketonai;
- alkoholiai (dvihidročiai, vienanadriai, daugiahidročiai);
- eteriai;
- esteriai;
- karboksirūgštys;
- aminai;
- amino rūgštys;
- angliavandeniai;
- riebalai;
- baltymai;
- biopolimerai ir sintetiniai polimerai.
Ši klasifikacija atspindi cheminės struktūros ypatybes ir konkrečių atominių grupių, kurios lemia medžiagos savybių skirtumą, buvimą. Apskritai klasifikacija, pagrįsta anglies skeleto konfigūracija, kurioje neatsižvelgiama į cheminės sąveikos ypatybes, atrodo kitaip. Pagal jo nuostatas organiniai junginiai skirstomi į:
- alifatiniai junginiai;
- aromatinės medžiagos;
- heterocikliniai junginiai.
Šiose organinių junginių klasėse gali būti izomerų skirtingos grupės ah medžiagos. Izomerų savybės yra skirtingos, nors jų atominė sudėtis gali būti tokia pati. Tai išplaukia iš A. M. Butlerovo išdėstytų nuostatų. Be to, organinių junginių struktūros teorija yra visų organinės chemijos tyrimų pagrindas. Jis prilyginamas Mendelejevo periodiniam įstatymui.
Pačią cheminės struktūros sampratą pristatė A. M. Butlerovas. Chemijos istorijoje ji pasirodė 1861 metų rugsėjo 19 d. Anksčiau moksle buvo įvairių nuomonių, o kai kurie mokslininkai visiškai neigė molekulių ir atomų egzistavimą. Todėl organinėje ir neorganinėje chemijoje tvarkos nebuvo. Be to, nebuvo dėsningumų, pagal kuriuos būtų galima spręsti apie konkrečių medžiagų savybes. Tuo pačiu metu buvo ir junginių, kurie su ta pačia sudėtimi pasižymėjo skirtingomis savybėmis.
A. M. Butlerovo teiginiai daugeliu atžvilgių nukreipė chemijos raidą tinkama linkme ir sukūrė jai tvirtą pagrindą. Per jį buvo galima susisteminti sukauptus faktus, būtent tam tikrų medžiagų chemines ar fizines savybes, jų patekimo į reakcijas dėsningumus ir pan. Šios teorijos dėka tapo įmanoma net nuspėti junginių gavimo būdus ir kai kurias bendras savybes. O svarbiausia – A. M. Butlerovas parodė, kad medžiagos molekulės sandarą galima paaiškinti elektrine sąveika.
Organinių medžiagų sandaros teorijos logika
Kadangi iki 1861 m. daugelis chemijos specialistų atmetė atomo ar molekulės egzistavimą, organinių junginių teorija tapo revoliuciniu pasiūlymu mokslo pasauliui. Ir kadangi pats A. M. Butlerovas remiasi tik materialistinėmis išvadomis, jam pavyko paneigti filosofines idėjas apie organinę medžiagą.
Jam pavyko parodyti, kad molekulinę struktūrą galima atpažinti empiriškai per chemines reakcijas. Pavyzdžiui, bet kurio angliavandenio sudėtį galima nustatyti sudeginus tam tikrą jo kiekį ir skaičiuojant susidariusį vandenį bei anglies dioksidą. Azoto kiekis amino molekulėje taip pat apskaičiuojamas degimo metu, matuojant dujų tūrį ir išskiriant cheminį molekulinio azoto kiekį.
Jei Butlerovo sprendimus apie cheminę struktūrą, kuri priklauso nuo struktūros, svarstysime priešinga kryptimi, tada išplaukia nauja išvada. Būtent: žinant cheminę medžiagos struktūrą ir sudėtį, galima empiriškai daryti prielaidą apie jos savybes. Bet svarbiausia, Butlerovas paaiškino, kad organinėse medžiagose yra daugybė medžiagų, kurios pasižymi skirtingomis savybėmis, bet turi tą pačią sudėtį.
Bendrosios teorijos nuostatos
Nagrinėdamas ir tyrinėdamas organinius junginius, A. M. Butlerovas išvedė kai kuriuos svarbiausius modelius. Jis jas sujungė į teorijos nuostatas, paaiškinančias organinės kilmės cheminių medžiagų struktūrą. Teorijos nuostatos yra tokios:
- organinių medžiagų molekulėse atomai yra tarpusavyje susiję griežtai apibrėžta seka, kuri priklauso nuo valentingumo;
- cheminė struktūra – tiesioginė tvarka, pagal kurią atomai jungiasi organinėse molekulėse;
- cheminė struktūra lemia organinio junginio savybių buvimą;
- priklausomai nuo tos pačios kiekybinės sudėties molekulių struktūros, gali pasireikšti skirtingos medžiagos savybės;
- visos cheminio junginio susidaryme dalyvaujančios atominės grupės turi abipusę įtaką viena kitai.
Visos organinių junginių klasės yra sukurtos pagal šios teorijos principus. Padėjęs pamatus, A. M. Butlerovas sugebėjo išplėsti chemiją kaip mokslo sritį. Jis paaiškino, kad dėl to, kad anglis organinėse medžiagose pasižymi ketvertu, nustatoma šių junginių įvairovė. Daugelio aktyvių atominių grupių buvimas lemia, ar medžiaga priklauso tam tikrai klasei. Ir būtent dėl specifinių atominių grupių (radikalų) buvimo atsiranda fizinės ir cheminės savybės.
Angliavandeniliai ir jų dariniai
Šie organiniai anglies ir vandenilio junginiai yra paprasčiausios sudėties tarp visų grupės medžiagų. Juos atstovauja alkanų ir cikloalkanų (sočiųjų angliavandenilių), alkenų, alkadienų ir alkatrienų, alkinų (nesočiųjų angliavandenilių) poklasis, taip pat aromatinių medžiagų poklasis. Alkanuose visi anglies atomai yra sujungti tik viena C-C jungtimi, todėl į angliavandenilio sudėtį negali būti įtrauktas nė vienas H atomas.
Nesočiuosiuose angliavandeniliuose vandenilis gali būti įtrauktas dvigubos C=C jungties vietoje. Be to, C-C ryšys gali būti trigubas (alkinai). Tai leidžia šioms medžiagoms dalyvauti daugelyje reakcijų, susijusių su radikalų mažinimu arba pridėjimu. Visos kitos medžiagos, kad būtų patogiau tirti jų gebėjimą dalyvauti reakcijose, laikomos vienos iš angliavandenilių klasių dariniais.
Alkoholiai
Alkoholiai vadinami organiniais cheminiais junginiais, sudėtingesniais nei angliavandeniliai. Jie sintetinami vykstant fermentinėms reakcijoms gyvose ląstelėse. Tipiškiausias pavyzdys yra etanolio sintezė iš gliukozės fermentacijos metu.
Pramonėje alkoholiai gaunami iš angliavandenilių halogenų darinių. Dėl hidroksilo grupės pakeitimo halogeno atomu susidaro alkoholiai. Vienhidroksiliuose alkoholiuose yra tik viena hidroksilo grupė, daugiahidroksiliuose – dvi ar daugiau. Dvihidrolio alkoholio pavyzdys yra etilenglikolis. Polihidroksilis yra glicerolis. Bendra alkoholių formulė yra R-OH (R yra anglies grandinė).
Aldehidai ir ketonai
Alkoholiams pradėjus organinių junginių reakcijas, susijusias su vandenilio pašalinimu iš alkoholio (hidroksilo) grupės, užsidaro dviguba jungtis tarp deguonies ir anglies. Jei ši reakcija vyksta alkoholio grupėje, esančioje galiniame anglies atome, tada susidaro aldehidas. Jei anglies atomas su alkoholiu nėra anglies grandinės gale, tada dehidratacijos reakcijos rezultatas yra ketono gamyba. Bendra ketonų formulė yra R-CO-R, aldehidai R-COH (R yra grandinės angliavandenilio radikalas).
Esteriai (paprasti ir sudėtingi)
Šios klasės organinių junginių cheminė struktūra yra sudėtinga. Eteriai laikomi reakcijos tarp dviejų alkoholio molekulių produktais. Iš jų atskilus vandeniui, susidaro R-O-R mėginio junginys. Reakcijos mechanizmas: vandenilio protono pašalinimas iš vieno alkoholio ir hidroksilo grupės iš kito alkoholio.
Esteriai yra reakcijos tarp alkoholio ir organinės karboksirūgšties produktai. Reakcijos mechanizmas: vandens pašalinimas iš abiejų molekulių alkoholio ir anglies grupių. Vandenilis atskiriamas nuo rūgšties (palei hidroksilo grupę), o pati OH grupė atskiriama nuo alkoholio. Gautas junginys pavaizduotas kaip R-CO-O-R, kur bukas R žymi radikalus – likusią anglies grandinės dalį.
Karboksirūgštys ir aminai
Karboksirūgštys vadinamos specialiomis medžiagomis, kurios atlieka svarbų vaidmenį ląstelės funkcionavime. Organinių junginių cheminė struktūra yra tokia: angliavandenilio radikalas (R) su prie jo prijungta karboksilo grupe (-COOH). Karboksilo grupė gali būti tik kraštutiniame anglies atome, nes (-COOH) grupės valentingumas C yra 4.
Aminai yra paprastesni junginiai, kurie yra angliavandenilių dariniai. Čia bet kuris anglies atomas turi amino radikalą (-NH2). Yra pirminių aminų, kuriuose (-NH2) grupė yra prijungta prie vienos anglies (bendra formulė R-NH2). Antriniuose aminuose azotas jungiasi su dviem anglies atomais (formulė R-NH-R). Tretiniai aminai turi azotą, prijungtą prie trijų anglies atomų (R3N), kur p yra radikalas, anglies grandinė.
Amino rūgštys
Aminorūgštys yra sudėtingi junginiai, pasižymintys tiek aminų, tiek organinės kilmės rūgščių savybėmis. Jų yra keletas tipų, priklausomai nuo amino grupės vietos karboksilo grupės atžvilgiu. Alfa aminorūgštys yra svarbiausios. Čia aminų grupė yra prie anglies atomo, prie kurio yra prijungta karboksilo grupė. Tai leidžia sukurti peptidinę jungtį ir sintetinti baltymus.
Angliavandeniai ir riebalai
Angliavandeniai yra aldehido alkoholiai arba keto alkoholiai. Tai linijinės arba ciklinės struktūros junginiai, taip pat polimerai (krakmolas, celiuliozė ir kt.). Svarbiausias jų vaidmuo ląstelėje yra struktūrinis ir energetinis. Riebalai, tiksliau lipidai, atlieka tas pačias funkcijas, tik dalyvauja kituose biocheminiuose procesuose. Chemiškai riebalai yra organinių rūgščių ir glicerolio esteris.
