Lektion-föreläsning "Teori om den kemiska strukturen hos A.M. Butlerov"

Föreläsning 15

Teori om struktur organiskt material. Huvudklasser av organiska föreningar.

Organisk kemi - vetenskapen som studerar organiskt material. Annars kan det definieras som kemi av kolföreningar. Den senare intar en speciell plats i D.I. Mendeleevs periodiska system när det gäller mängden föreningar, av vilka cirka 15 miljoner är kända, medan antalet oorganiska föreningar är femhundratusen. Organiska ämnen har varit kända för mänskligheten under lång tid som socker, vegetabiliska och animaliska fetter, färgämnen, doftämnen och medicinska ämnen. Gradvis lärde sig människor att bearbeta dessa ämnen för att erhålla en mängd värdefulla organiska produkter: vin, vinäger, tvål, etc. Framsteg inom organisk kemi är baserade på prestationer inom området kemi av proteiner, nukleinsyror, vitaminer, etc. Organisk kemi är av stor betydelse för medicinens utveckling, eftersom de allra flesta medicinerär organiska föreningar inte bara av naturligt ursprung, utan också erhållna huvudsakligen genom syntes. Exceptionellt värde vandrade makromolekylär organiska föreningar (syntetharts, plaster, fibrer, syntetiska gummin, färgämnen, herbicider, insekticider, fungicider, avlövande medel...). Den organiska kemins betydelse för produktion av livsmedel och industrivaror är enorm.

Modern organisk kemi har trängt djupt in i de kemiska processer som sker under lagring och bearbetning av livsmedelsprodukter: processerna för torkning, härskning och förtvålning av oljor, jäsning, bakning, betning, framställning av drycker, vid produktion av mejeriprodukter, etc. Upptäckten och studien av enzymer, parfymer och kosmetika spelade också en viktig roll.

En av anledningarna till den stora variationen av organiska föreningar är det speciella med deras struktur, vilket manifesteras i bildandet av kovalenta bindningar och kedjor av kolatomer, olika i typ och längd. Antalet bundna kolatomer i dem kan nå tiotusentals, och konfigurationen av kolkedjor kan vara linjär eller cyklisk. Förutom kolatomer kan kedjan innehålla syre, kväve, svavel, fosfor, arsenik, kisel, tenn, bly, titan, järn, etc.

Manifestationen av dessa egenskaper av kol är förknippad med flera skäl. Det har bekräftats att energierna för C–C- och C–O-bindningarna är jämförbara. Kol har förmågan att bilda tre typer av hybridisering av orbitaler: fyra sp 3 - hybridorbitaler, deras orientering i rymden är tetraedrisk och motsvarar enkel kovalenta bindningar; tre hybrid sp 2 - orbitaler belägna i samma plan, i kombination med en icke-hybrid orbital form dubbla multiplar anslutningar (─С = С─); även med hjälp av sp - hybridorbitaler med linjär orientering och icke-hybridorbitaler mellan kolatomer uppstår trippelmultiplar bindningar (─ C ≡ C ─) Samtidigt bildar dessa typer av bindningar kolatomer inte bara med varandra, utan även med andra grundämnen. Således, modern teori Materiens struktur förklarar inte bara ett betydande antal organiska föreningar, utan också deras kemiska strukturs inverkan på egenskaperna.

Det bekräftar också till fullo grunderna teorier om kemisk struktur, utvecklad av den store ryska vetenskapsmannen A.M. Butlerov. ITS huvudbestämmelser:

1) i organiska molekyler är atomer kopplade till varandra i viss ordning enligt deras valens, som bestämmer strukturen av molekyler;

2) egenskaperna hos organiska föreningar beror på arten och antalet av deras ingående atomer, såväl som på den kemiska strukturen hos molekyler;

3) vardera kemisk formel motsvarar ett visst antal möjliga isomerstrukturer;

4) varje organisk förening har en formel och har vissa egenskaper;

5) i molekyler finns en ömsesidig påverkan av atomer på varandra.

Klasser av organiska föreningar

Enligt teorin är organiska föreningar uppdelade i två serier - acykliska och cykliska föreningar.

1. Acykliska föreningar.(alkaner, alkener) innehåller en öppen, öppen kolkedja - rak eller grenad:

N N N N N N

│ │ │ │ │ │ │

N─ S─S─S─S─ N N─S─S─S─N

│ │ │ │ │ │ │

N N N N N │ N

Normal butanisobutan (metylpropan)

2. a) Alicykliska föreningar- föreningar som har slutna (cykliska) kolkedjor i molekyler:

cyklobutan cyklohexan

b) Aromatiska föreningar, i vars molekyler det finns ett bensenskelett - en sexledad cykel med alternerande enkel- och dubbelbindningar (arener):

c) Heterocykliska föreningar- cykliska föreningar innehållande, förutom kolatomer, kväve, svavel, syre, fosfor och några spårämnen, som kallas heteroatomer.

furan pyrrol pyridin

I varje rad är organiska ämnen indelade i klasser - kolväten, alkoholer, aldehyder, ketoner, syror, estrar, i enlighet med arten av de funktionella grupperna i deras molekyler.

Det finns också en klassificering efter mättnadsgrad och funktionella grupper. Beroende på graden av mättnad skiljer de:

1. Begränsa mättad Det finns bara enkelbindningar i kolskelettet.

─С─С─С─

2. Omättad omättad– det finns flera (=, ≡) bindningar i kolskelettet.

─С=С─ ─С≡С─

3. aromatisk– obegränsade cykler med ringkonjugering av (4n + 2) π-elektroner.

Efter funktionella grupper

1. Alkoholer R-CH2OH

2. Fenoler

3. Aldehyder R─COH Ketoner R─C─R

4. Karboxylsyror R─COOH O

5. Estrar R─COOR 1

Huvudbestämmelserna i teorin om kemisk struktur hos A.M. Butlerov

1. Atomer i molekyler är kopplade till varandra i en viss sekvens enligt deras valens. Sekvensen av interatomära bindningar i en molekyl kallas dess kemiska struktur och återspeglas av en strukturformel (strukturformel).

2. Den kemiska strukturen kan fastställas med kemiska metoder. (För närvarande används också moderna fysiska metoder).

3. Ämnes egenskaper beror på deras kemiska struktur.

4. Genom egenskaperna hos ett givet ämne kan du bestämma strukturen på dess molekyl, och genom molekylens struktur kan du förutsäga egenskaperna.

5. Atomer och grupper av atomer i en molekyl påverkar varandra ömsesidigt.

Butlerovs teori var den vetenskapliga grunden för organisk kemi och bidrog till dess snabba utveckling. Utifrån teorins bestämmelser har A.M. Butlerov gav en förklaring till fenomenet isomerism, förutspådde förekomsten av olika isomerer och fick några av dem för första gången.

Utvecklingen av strukturteorin underlättades av Kekule, Kolbe, Cooper och van't Hoffs arbete. Deras teoretiska påståenden var dock inte av allmän karaktär och tjänade främst till att förklara det experimentella materialet.

2. Strukturformler

Strukturformeln (strukturformeln) beskriver ordningen för anslutning av atomer i en molekyl, d.v.s. dess kemiska struktur. Kemiska bindningar i strukturformeln representeras av streck. Bindningen mellan väte och andra atomer anges vanligtvis inte (sådana formler kallas förkortade strukturformler).

Till exempel är de fullständiga (expanderade) och förkortade strukturformlerna för n-butan C4H10:

Ett annat exempel är isobutanformlerna.

En ännu kortare notation av formeln används ofta, när inte bara bindningarna med väteatomen avbildas, utan också symbolerna för kol- och väteatomer. Till exempel återspeglas strukturen av bensen C6H6 av formlerna:

Strukturformler skiljer sig från molekylära (brutto) formler, som endast visar vilka grundämnen och i vilket förhållande som ingår i ämnets sammansättning (d.v.s. den kvalitativa och kvantitativa grundämnessammansättningen), men återspeglar inte ordningen för bindande atomer.

Till exempel har n-butan och isobutan samma molekylformel C4H10 men en annan bindningssekvens.

Skillnaden i ämnen beror alltså inte bara på olika kvalitativa och kvantitativa grundämnessammansättning, utan också på olika kemiska strukturer, vilket endast kan återspeglas i strukturformler.

3. Begreppet isomerism

Redan innan strukturteorin skapades var ämnen av samma elementära sammansättning, men med olika egenskaper, kända. Sådana ämnen kallades isomerer, och detta fenomen i sig kallades isomerism.

I hjärtat av isomerism, som visas av A.M. Butlerov, ligger skillnaden i strukturen hos molekyler som består av samma uppsättning atomer. Således,

isomerism är fenomenet med förekomsten av föreningar som har samma kvalitativa och kvantitativa sammansättning, men en annan struktur och följaktligen olika egenskaper.

Till exempel, när en molekyl innehåller 4 kolatomer och 10 väteatomer, är förekomsten av 2 isomera föreningar möjlig:

Beroende på arten av skillnaderna i strukturen av isomerer, särskiljs strukturell och rumslig isomerism.

4. Strukturella isomerer

Strukturella isomerer - föreningar med samma kvalitativa och kvantitativa sammansättning, som skiljer sig i ordningen av bindande atomer, det vill säga i kemisk struktur.

Till exempel motsvarar sammansättningen av C5H12 3 strukturella isomerer:

Ett annat exempel:

5. Stereoisomerer

Rumsliga isomerer (stereoisomerer) med samma sammansättning och samma kemiska struktur skiljer sig åt i det rumsliga arrangemanget av atomer i molekylen.

Rumsliga isomerer är optiska och cis-trans-isomerer (kulor av olika färger representerar olika atomer eller atomgrupper):

Molekylerna av sådana isomerer är rumsligt inkompatibla.

Stereoisomerism spelar en viktig roll i organisk kemi. Dessa frågor kommer att övervägas mer i detalj när man studerar föreningar av enskilda klasser.

6. Elektroniska representationer i organisk kemi

Tillämpningen av den elektroniska teorin om atomens struktur och kemisk bindning i organisk kemi var ett av de viktigaste stegen i utvecklingen av teorin om strukturen hos organiska föreningar. Begreppet kemisk struktur som en sekvens av bindningar mellan atomer (A.M. Butlerov) kompletterades av elektronisk teori med idéer om den elektroniska och rumsliga strukturen och deras inverkan på egenskaperna hos organiska föreningar. Det är dessa representationer som gör det möjligt att förstå sätten att överföra den ömsesidiga påverkan av atomer i molekyler (elektroniska och rumsliga effekter) och molekylers beteende i kemiska reaktioner.

Enligt moderna idéer bestäms egenskaperna hos organiska föreningar av:

atomernas natur och elektroniska struktur;

typen av atomära orbitaler och arten av deras interaktion;

typ av kemiska bindningar;

kemisk, elektronisk och rumslig struktur hos molekyler.

7. Elektronegenskaper

Elektronen har en dubbel natur. I olika experiment kan den uppvisa egenskaperna hos både partiklar och vågor. En elektrons rörelse lyder kvantmekanikens lagar. Sambandet mellan våg- och korpuskulära egenskaper hos en elektron speglar de Broglie-relationen.

Energin och koordinaterna för en elektron, liksom andra elementarpartiklar, kan inte mätas samtidigt med samma noggrannhet (Heisenbergs osäkerhetsprincip). Därför kan en elektrons rörelse i en atom eller molekyl inte beskrivas med hjälp av en bana. En elektron kan vara var som helst i rymden, men med olika sannolikheter.

Den del av rymden där det är stor sannolikhet att hitta en elektron kallas en orbital eller ett elektronmoln.

Till exempel:

8. Atomorbitaler

Atomorbital (AO) - området för den mest sannolika vistelsen av en elektron (elektronmoln) i det elektriska fältet i atomkärnan.

Placeringen av ett element i det periodiska systemet bestämmer typen av orbitaler för dess atomer (s-, p-, d-, f-AO, etc.), som skiljer sig åt i energi, form, storlek och rumslig orientering.

Elementen i den första perioden (H, He) kännetecknas av en AO - 1s.

I elementen i den andra perioden upptar elektroner fem AO på två energinivåer: den första nivån är 1s; andra nivån - 2s, 2px, 2py, 2pz. (siffrorna anger numret på energinivån, bokstäverna anger orbitalens form).

Tillståndet för en elektron i en atom beskrivs fullständigt av kvanttal.

En molekyls kemiska struktur representerar dess mest karakteristiska och unika sida, eftersom den bestämmer dess allmänna egenskaper (mekaniska, fysikaliska, kemiska och biokemiska). Varje förändring i en molekyls kemiska struktur innebär en förändring av dess egenskaper. I fallet med mindre strukturella förändringar som görs på en molekyl, följer små förändringar i dess egenskaper (som vanligtvis påverkar fysikaliska egenskaper), men om molekylen har upplevt djupgående strukturella förändringar kommer dess egenskaper (särskilt kemiska) att förändras djupt.

Till exempel har alfa-aminopropionsyra (alfa-alanin) följande struktur:

Alfa alanin

Vad vi ser:

1. Närvaron av vissa atomer (C, H, O, N),
2. ett visst antal atomer tillhörande varje klass, som är förbundna i en viss ordning;

Alla dessa designfunktioner bestämmer ett antal egenskaper hos Alpha-alanin, såsom: fast aggregationstillstånd, kokpunkt 295 ° C, löslighet i vatten, optisk aktivitet, kemiska egenskaper hos aminosyror, etc.

I närvaro av en bindning mellan aminogruppen och en annan kolatom (dvs det har skett en liten strukturell förändring), vilket motsvarar beta-alanin:

beta alanin

De allmänna kemiska egenskaperna är fortfarande karakteristiska för aminosyror, men kokpunkten är redan 200°C och det finns ingen optisk aktivitet.

Om till exempel två atomer i denna molekyl är förbundna med en N-atom i följande ordning (djup strukturell förändring):

då är den bildade substansen 1-nitropropan vad gäller dess fysikaliska och kemiska egenskaper helt annorlunda än aminosyror: 1-nitropropan är en gul vätska, med en kokpunkt på 131 ° C, olöslig i vatten.

Således, struktur-egendomsförhållande låter dig beskriva de allmänna egenskaperna hos ett ämne med en känd struktur och, omvänt, låter dig hitta den kemiska strukturen hos ett ämne, känna till dess allmänna egenskaper.

Allmänna principer för teorin om strukturen hos organiska föreningar

I huvudsaken för att bestämma strukturen för en organisk förening ligger följande principer, som följer av förhållandet mellan deras struktur och egenskaper:

a) organiska ämnen, i analytiskt rent tillstånd, har samma sammansättning, oavsett framställningsmetod;

b) organiska ämnen, i analytiskt rent tillstånd, har konstanta fysikaliska och kemiska egenskaper;

c) organiska ämnen med konstant sammansättning och egenskaper, har bara en unik struktur.

1861 den store ryska vetenskapsmannen A. M. Butlerov i sin artikel "Om materiens kemiska struktur" avslöjade han huvudidén i teorin om kemisk struktur, som består i påverkan av metoden för att binda atomer i organiskt material på dess egenskaper. Han sammanfattade all kunskap och idéer om strukturen hos kemiska föreningar som fanns tillgängliga vid den tiden i teorin om strukturen hos organiska föreningar.

De viktigaste bestämmelserna i teorin om A. M. Butlerov

kan sammanfattas enligt följande:

1. I molekylen av en organisk förening är atomerna sammankopplade i en viss sekvens, som bestämmer dess struktur.
2. Kolatomen i organiska föreningar har en valens på fyra.
3. Med samma sammansättning av en molekyl är flera alternativ för att koppla atomerna i denna molekyl till varandra möjliga. Sådana föreningar med samma sammansättning men olika strukturer kallades isomerer, och ett liknande fenomen kallades isomerism.
4. Genom att känna till strukturen hos en organisk förening kan man förutsäga dess egenskaper; Genom att känna till egenskaperna hos en organisk förening kan man förutsäga dess struktur.
5. Atomerna som bildar en molekyl är föremål för ömsesidig påverkan, vilket bestämmer deras reaktivitet. Direktbundna atomer har ett större inflytande på varandra, inverkan av icke direkt bundna atomer är mycket svagare.

Elev A.M. Butlerov - V. V. Markovnikov fortsatte att studera frågan om atomernas ömsesidiga inflytande, vilket återspeglades 1869 i hans avhandlingsarbete "Materials on the mutual influence of atoms in chemical compounds".

Förtjänsten av A.M. Butlerov och betydelsen av teorin om kemisk struktur är exceptionellt stor för kemisk syntes. Möjligheten uppstod att förutsäga de grundläggande egenskaperna hos organiska föreningar, att förutse sätten för deras syntes. Tack vare teorin om kemisk struktur uppskattade kemister först molekylen som ett ordnat system med en strikt bindningsordning mellan atomer. Och för närvarande ligger huvudbestämmelserna i Butlerovs teori, trots förändringar och förtydliganden, till grund för moderna teoretiska begrepp om organisk kemi.

Kategorier ,

1.Grundläggande bestämmelser i teorin om kemisk struktur för A.M. Butlerov

1. Atomer i molekyler är kopplade till varandra i en viss sekvens enligt deras valens. Sekvensen av interatomära bindningar i en molekyl kallas dess kemiska struktur och återspeglas av en strukturformel (strukturformel).

2. Den kemiska strukturen kan fastställas med kemiska metoder. (För närvarande används också moderna fysiska metoder).

3. Ämnes egenskaper beror på deras kemiska struktur.

4. Genom egenskaperna hos ett givet ämne kan du bestämma strukturen på dess molekyl, och genom molekylens struktur kan du förutsäga egenskaperna.

5. Atomer och grupper av atomer i en molekyl påverkar varandra ömsesidigt.

En organisk föreningsmolekyl är en samling atomer kopplade i en viss ordning, vanligtvis genom kovalenta bindningar. I det här fallet kan de bundna atomerna skilja sig åt i värdet av elektronegativitet. Värdena för elektronegativitet bestämmer till stor del sådana viktiga bindningsegenskaper som polaritet och styrka (bildningsenergi). I sin tur bestämmer polariteten och styrkan hos bindningar i en molekyl i stor utsträckning molekylens förmåga att ingå i vissa kemiska reaktioner.

Elektronegativiteten hos en kolatom beror på tillståndet för dess hybridisering. Detta beror på andelen av s-orbitalen i hybridorbitalen: den är mindre för sp3 och större för sp2- och sp-hybridatomer.

Alla atomer som utgör en molekyl är sammankopplade och upplever ömsesidig påverkan. Denna påverkan överförs huvudsakligen genom ett system av kovalenta bindningar, med hjälp av de så kallade elektroniska effekterna.

Elektroniska effekter är förskjutningen av elektrontätheten i en molekyl under påverkan av substituenter.

Atomer bundna av en polär bindning bär partiella laddningar, betecknade med den grekiska bokstaven "delta" (d). En atom som "drar" elektrontätheten för s-bindningen i sin riktning får en negativ laddning d-. När man överväger ett par atomer kopplade med en kovalent bindning, kallas den mer elektronegativa atomen en elektronacceptor. Dess s-bindningspartner kommer följaktligen att ha ett elektrondensitetsunderskott av samma storlek, dvs. partiell positiv laddning d+, kommer att kallas en elektrondonator.

Förskjutningen av elektrontätheten längs kedjan av s-bindningar kallas den induktiva effekten och betecknas med I.

2. Isomeri- Förekomsten av föreningar (huvudsakligen organiska), identiska i grundämnessammansättning och molekylvikt, men olika i fysikaliska och kemiska egenskaper. Sådana föreningar kallas isomerer.

Strukturell isomerism- resultatet av skillnader i kemisk struktur. Denna typ inkluderar:

Isomerism av kolskelettet, på grund av kolatomernas olika bindningsordning. Det enklaste exemplet är butan CH3-CH2-CH2-CH3 och isobutan (CH3)3CH. Andra exempel: antracen och fenantren (formlerna I respektive II), cyklobutan och metylcyklopropan (III och IV).

Valensisomerism är en speciell typ av strukturell isomerism, där isomerer kan omvandlas till varandra endast genom att omfördela bindningar. Till exempel är valensisomererna av bensen (V) bicyklohexa-2,5-dien (VI, "Dewars bensen"), prisman (VII, "Ladenburgs bensen"), bensvalen (VIII).

Funktionell gruppisomerism - Skiljer sig åt i den funktionella gruppens karaktär; till exempel etanol (CH3-CH2-OH) och dimetyleter (CH3-O-CH3).

position isomerism- En typ av strukturell isomerism, kännetecknad av en skillnad i positionen för samma funktionella grupper eller dubbelbindningar med samma kolskelett. Exempel: 2-klorsmörsyra och 4-klorsmörsyra.

Enantiomerer (optiska isomerer, spegelisomerer) är par av optiska antipoder - ämnen som kännetecknas av motsatta i tecken och lika stora rotationer av ljusets polariseringsplan, med identiteten av alla andra fysikaliska och kemiska egenskaper (med undantag för reaktioner med andra optiskt aktiva substanser och fysikaliska egenskaper i den kirala miljön). En nödvändig och tillräcklig anledning till uppkomsten av optiska antipoder är att molekylen tillhör en av följande punktsymmetrigrupper: Cn, Dn, T, O eller I (kiralitet). Oftast talar vi om en asymmetrisk kolatom, det vill säga en atom associerad med fyra olika substituenter.

3. sp³ hybridisering - Uppstår vid blandning av en s- och tre p-orbitaler. Fyra identiska orbitaler uppstår, belägna i förhållande till varandra vid tetraedriska vinklar på 109° 28' (109,47°), längd 0,154 nm.

För kolatomen och andra element i den andra perioden sker denna process enligt schemat:

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

Alkaner(mättade kolväten, paraffiner, alifatiska föreningar) - acykliska kolväten med linjär eller grenad struktur, som endast innehåller enkla bindningar och bildar en homolog serie med den allmänna formeln CnH2n + 2 .Kemisk struktur av alkyn(ordningen för anslutning av atomer i molekyler) av de enklaste alkanerna - metan, etan och propan - visar deras strukturformler som ges i avsnitt 2. Av dessa formler kan man se att det finns två typer av kemiska bindningar i alkaner:

S-S och S-N. C-C-bindningen är kovalent icke-polär. CH-bindningen är kovalent svagt polär, eftersom kol och väte är nära i elektronegativitet

p-orbital som inte deltar i hybridisering, belägen vinkelrätt mot planet σ-bindningar, används för att bilda en π-bindning med andra atomer. Denna geometri av kol är typisk för grafit, fenol, etc.

Valensvinkel- vinkeln som bildas av riktningarna för kemiska bindningar som utgår från en atom. Kunskap om bindningsvinklar är nödvändig för att bestämma molekylernas geometri. Valensvinklar beror både på de individuella egenskaperna hos de fästa atomerna och på hybridiseringen av den centrala atomens atomära orbitaler. För enkla molekyler kan bindningsvinkeln, såväl som andra geometriska parametrar för molekylen, beräknas med kvantkemimetoder. Experimentellt bestäms de från värdena för tröghetsmomenten för molekyler som erhålls genom att analysera deras rotationsspektra (se Infrarödspektroskopi, Molekylspektra, Mikrovågsspektroskopi). Bindningsvinkeln för komplexa molekyler bestäms av metoderna för diffraktionsstrukturanalys.

4. sp2 hybridisering (plan-trigonal) En s- och två p-orbitaler blandas, och tre ekvivalenta sp2-hybridorbitaler bildas, belägna i samma plan i en vinkel på 120° (markerad i blått). De kan bilda tre σ-bindningar. Den tredje p-orbitalen förblir ohybridiserad och är orienterad vinkelrätt mot hybridorbitalens plan. Denna p-AO är involverad i bildandet av en π-bindning . För delar av den andra perioden sker sp2-hybridiseringsprocessen enligt schemat:

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

Det andra valenstillståndet för kolatomen. Det finns organiska ämnen där kolatomen inte är bunden till fyra, utan till tre närliggande atomer, samtidigt som den förblir fyrvärdig

5. sp-hybridisering (linjär) En s- och en p-orbital blandning, som bildar två ekvivalenta sp-orbitaler belägna i en vinkel på 180, d.v.s. på en axel. Hybrida sp-orbitaler är involverade i bildandet av två σ-bindningar. Två p-orbitaler är inte hybridiserade och är belägna i ömsesidigt vinkelräta plan. -Orbitaler bildar två π-bindningar i föreningar.

För element i den andra perioden sker sp-hybridisering enligt schemat:

2s + 2px= 2 (2sp)

2py- och 2pz-AO ändras inte.

Acetylen- omättat kolväte C2H2. Har en trippelbindning mellan kolatomer, tillhör klassen alkyner

Kolatomerna i acetylen är sp-hybridiserade. De är förbundna med en och två bindningar, max. densiteter to-rykh är belägna i två ömsesidigt vinkelräta områden, som bildar en cylindrisk. moln av elektrondensitet; utanför det finns H-atomer.

METYLACETYLEN(propyn, allylen) CH3C=CH. Enligt chem. Saint-you M. är en typisk representant för acetyleniska kolväten. Går lätt in i distriktet elektrofys., nucleof. och radikal addition till trippelbindningen, till exempel. med interaktion med metanol bildar metylisopropenyleter.

6. Kommunikationstyper - Metallbindning, kovalent bindning, jonbindning, vätebindning

Jonbindning- en stark kemisk bindning som bildas mellan atomer med stor skillnad i elektronegativitet, där det gemensamma elektronparet helt övergår till en atom med större elektronegativitet. Ett exempel är föreningen CsF, i vilken "jonicitetsgraden" är 97%.

extremfall av polarisering av en kovalent polär bindning. Formad mellan typisk metall och icke-metall. I detta fall passerar elektronerna från metallen helt till icke-metallen. Joner bildas.

Om en kemisk bindning bildas mellan atomer som har en mycket stor elektronegativitetsskillnad (EO > 1,7 enligt Pauling) så överförs det delade elektronparet helt till atomen med större EO. Resultatet av detta är bildandet av en förening av motsatt laddade joner.

kovalent bindning(atombindning, homeopolär bindning) - en kemisk bindning som bildas genom överlappning (socialisering) av ett par valenselektronmoln. Elektronmolnen (elektronerna) som tillhandahåller kommunikation kallas ett gemensamt elektronpar.

En enkel kovalent bindning bildas av två oparade valenselektroner, en från varje atom:

Som ett resultat av socialisering bildar elektroner en fylld energinivå. En bindning bildas om deras totala energi på denna nivå är mindre än i det initiala tillståndet (och skillnaden i energi blir inget mer än bindningsenergin).

Elektronfyllning av atomära (vid kanterna) och molekylära (i mitten) orbitaler i H2-molekylen. Den vertikala axeln motsvarar energinivån, elektronerna indikeras med pilar som reflekterar deras snurr.

Enligt teorin om molekylära orbitaler leder överlappningen av två atomära orbitaler i det enklaste fallet till bildandet av två molekylära orbitaler (MO): en bindande MO och en antibindande (lossande) MO. Delade elektroner är belägna på en lägre energibindande MO.

7. Alkaner- acykliska kolväten med linjär eller grenad struktur, som endast innehåller enkla bindningar och bildar en homolog serie med den allmänna formeln CnH2n + 2.

Alkaner är mättade kolväten och innehåller så många väteatomer som möjligt. Varje kolatom i alkanmolekyler är i ett tillstånd av sp³-hybridisering - alla 4 hybridorbitaler av C-atomen är lika i form och energi, 4 elektronmoln är riktade mot tetraederns hörn i vinklar på 109 ° 28 ". till enkelbindningar mellan C-atomer, fri rotation runt kolbindning. Typen av kolbindning är σ-bindningar, bindningarna är av låg polaritet och dåligt polariserbara. Längden på kolbindningen är 0,154 nm.

Isomerismen av mättade kolväten beror på den enklaste typen av strukturell isomerism - kolskelettets isomerism. homolog skillnaden är -CH2-. Alkaner med mer än tre kolatomer har isomerer. Antalet av dessa isomerer ökar i en enorm hastighet när antalet kolatomer ökar. För alkaner med n = 1...12 är antalet isomerer 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.

Nomenklatur - Rationell. En av atomerna i kolkedjan väljs, den anses vara substituerad metan och namnet alkyl1alkyl2alkyl3alkyl4metan är byggt i förhållande till det

Mottagande. Återvinning av halogenderivat av alkaner. Återvinning av alkoholer. Återvinning av karbonylföreningar. Hydrering av omättade kolväten. Kolbes syntes. Förgasning av fast bränsle. Wurtz reaktion. Fischer-Tropsch-syntes.

8. Alkaner har låg kemisk aktivitet. Detta beror på att enkla CH- och C-C-bindningar är relativt starka och svåra att bryta.

Reaktioner av radikal substitution.

Halogenering av alkaner sker genom en radikal mekanism. För att initiera reaktionen måste en blandning av alkan och halogen bestrålas med UV-ljus eller värmas upp. Klorering av metan slutar inte vid erhållandet av metylklorid (om ekvimolära mängder klor och metan tas), utan leder till bildandet av alla möjliga substitutionsprodukter, från metylklorid till koltetraklorid.

Nitrering (Konovalovs reaktion)

Alkaner reagerar med en 10% lösning av salpetersyra eller kväveoxid N2O4 i gasfasen för att bilda nitroderivat:

RH + HNO3 = RNO2 + H2O

Alla tillgängliga data pekar på en mekanism för fria radikaler. Som ett resultat av reaktionen bildas blandningar av produkter.

Oxidationsreaktioner. Förbränning

Den huvudsakliga kemiska egenskapen hos mättade kolväten, som bestämmer deras användning som bränsle, är förbränningsreaktionen. Exempel: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

Vid syrebrist får man istället för koldioxid kolmonoxid eller kol (beroende på syrekoncentrationen).

I allmänhet kan förbränningsreaktionsekvationen för vilket kolväte CxHy som helst skrivas på följande sätt: CxHy + (x + 0,5y)O2 → xCO2 + 0,5yH2O

katalytisk oxidation

Alkoholer, aldehyder, karboxylsyror kan bildas.

Termiska omvandlingar av alkaner. Sönderfall

Nedbrytningsreaktioner sker endast under inverkan av höga temperaturer. En ökning av temperaturen leder till att kolbindningen bryts och att fria radikaler bildas.

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

Krackning

Vid upphettning över 500 °C genomgår alkaner pyrolytisk sönderdelning med bildning av en komplex blandning av produkter, vars sammansättning och förhållande beror på temperaturen och reaktionstiden.

Dehydrering

Alkenbildning och väteutveckling

Flödesförhållanden: 400 - 600 °C, katalysatorer - Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3; C2H6 → C2H4 + H2

Isomerisering - Under inverkan av en katalysator (t.ex. AlCl3) sker alkanisomerisering, till exempel:

butan (C4H10) som interagerar med aluminiumklorid (AlCl3) förvandlas från n-butan till 2-metylpropan.

Metanomvandling

CH4 + H2O → CO + H2 - Ni-katalysator ("CO + H2" "syntesgas")

Alkaner interagerar inte med kaliumpermanganat (KMnO4) och bromvatten (Br2).

9. Alkenes(annars olefiner eller etylenkolväten) - acykliska omättade kolväten som innehåller en dubbelbindning mellan kolatomer och bildar en homolog serie med den allmänna formeln CnH2n. Kolatomerna i dubbelbindningen är i ett tillstånd av sp²-hybridisering och har en bindningsvinkel på 120°. Den enklaste alkenen är eten (C2H4). Enligt IUPAC-nomenklaturen bildas namnen på alkener av namnen på motsvarande alkaner genom att ersätta suffixet "-an" med "-en"; dubbelbindningens position anges med en arabisk siffra.

Alkener med mer än tre kolatomer har isomerer. Alkener kännetecknas av isomerism av kolskelettet, dubbelbindningspositioner, interklass och rumslig. eten (eten) C2H4, propen C3H6, buten C4H8, penten C5H10, hexen C6H12,

Metoder för att erhålla alkener - Den huvudsakliga industriella metoden för att erhålla alkener är katalytisk och högtemperaturkrackning av olja och naturgaskolväten. För framställning av lägre alkener används också dehydreringsreaktionen av motsvarande alkoholer.

I laboratoriepraxis används vanligtvis metoden för dehydrering av alkoholer i närvaro av starka mineralsyror, dehydrohalogenering och dehalogenering av motsvarande halogenderivat; synteser av Hoffmann, Chugaev, Wittig och Cope.

10. Kemiska egenskaper hos alkener Alkener är kemiskt aktiva. Deras kemiska egenskaper bestäms till stor del av närvaron av en dubbelbindning. För alkener är elektrofila additionsreaktioner och radikaladditionsreaktioner mest karakteristiska. Nukleofila additionsreaktioner kräver vanligtvis en stark nukleofil och är inte typiska för alkener.

Alkener har också cykloaddition och metatesreaktioner.

Alkener går lätt in i oxidationsreaktioner, hydreras av starka reduktionsmedel eller väte under inverkan av katalysatorer till alkaner, och har även förmåga till allylradikalsubstitution.

Reaktioner av elektrofil addition. I dessa reaktioner är den angripande partikeln elektrofilen Huvudartikel: Elektrofila additionsreaktioner

Alkenhalogenering, som äger rum i frånvaro av initiatorer av radikala reaktioner - en typisk reaktion av elektrofil addition. Det utförs i en miljö av opolära inerta lösningsmedel (till exempel: CCl4):

Halogeneringsreaktionen är stereospecifik - additionen sker från motsatta sidor i förhållande till alkenmolekylens plan

Hydrohalogenering. Elektrofil tillsats av vätehalogenider till alkener sker enligt Markovnikovs regel:

Hydroborering. Tillsatsen sker i många steg med bildandet av ett mellanliggande cykliskt aktiverat komplex, och tillsatsen av bor sker mot Markovnikov-regeln - till den mest hydrerade kolatomen

Hydrering. Tillsatsreaktionen av vatten till alkener fortskrider i närvaro av svavelsyra

Alkylering. Tillsats av alkaner till alkener i närvaro av en sur katalysator (HF eller H2SO4) vid låga temperaturer leder till bildning av ett kolväte med högre molekylvikt och används ofta inom industrin

11. Alkyner(annars acetyleniska kolväten) - kolväten som innehåller en trippelbindning mellan kolatomer, med den allmänna formeln CnH2n-2. Kolatomerna i trippelbindningen är i ett tillstånd av sp-hybridisering.

Alkyner kännetecknas av additionsreaktioner. Till skillnad från alkener, som kännetecknas av elektrofila additionsreaktioner, kan alkyner också ingå i nukleofila additionsreaktioner. Detta beror på bindningens betydande s-karaktär och, som en konsekvens, den ökade elektronegativiteten hos kolatomen. Dessutom bestämmer den höga rörligheten hos väteatomen i trippelbindningen de sura egenskaperna hos alkyner i substitutionsreaktioner.

Den huvudsakliga industriella sätt att få acetylen är elektro- eller termisk krackning av metan, pyrolys av naturgas och karbidmetoden

12. DIENE-KOL(diener), omättade kolväten med två dubbelbindningar. Alifatisk dienes СnН2n_2 anropad. alkadiener, alicykliska CnH2n_4 - cykloalkadiener. Artikeln behandlar dienkolväten med konjugerade dubbelbindningar [konjugerade diener; se bordet]. Diener med isolerade dubbelbindningar i chem. St. du i huvudsak. är omöjliga att skilja från olefiner. Om anslutning. med kumulerade dubbelbindningar, se Allens. I dienkolväten har alla fyra kolatomerna i det konjugerade systemet sp2-hybridisering och ligger i samma plan. Fyra p-elektroner (en från varje kolatom) kombineras för att bilda fyra p-molekylära orbitaler (två bindningar - upptagna och två lossnar - fria), av vilka endast den lägsta är delokaliserad över alla kolatomer. Partiell delokalisering av p-elektroner orsakar konjugationseffekten, som visar sig i en minskning av systemets energi (med 13-17 kJ / mol jämfört med systemet med isolerade dubbelbindningar), inriktning av interatomära avstånd: dubbelbindningar är något längre (0,135 nm), och enkla är kortare (0,146 nm) än i molekyler utan konjugation (0,133 respektive 0,154 nm), en ökning av polariserbarhet, förhöjning av molekylär refraktion och annan fysikalisk. effekter. Dienkolväten finns i form av två konformationer som passerar in i varandra, där s-trans-formen är mer stabil.

13. alkoholer föreningar som innehåller en eller flera hydroxylgrupper kallas. Enligt deras antal delas alkoholer in i envärda, tvåvärda, trevärda, etc. Bindningslängder och bindningsvinklar i metylalkohol.

För alkoholer finns det flera sätt att namnge dem. I den moderna IUPAC-nomenklaturen för namnet på alkohol läggs ändelsen "ol" till namnet på kolvätet. Den längsta kedjan som innehåller den funktionella OH-gruppen är numrerad från den ände som är närmast hydroxylgruppen, och substituenterna anges i prefixet.

Mottagande. Hydrering av alkener. När alkener reagerar med utspädda vattenlösningar av syror är huvudprodukten alkohol.

Hydroxymercuration-demercuration av alkener. Denna reaktion åtföljs inte av omarrangemang och leder till bildandet av individuella alkoholer. Reaktionsriktningen motsvarar Markovnikov-regeln, reaktionen utförs under milda förhållanden med utbyten nära kvantitativa.

Hydroborering av alkener och efterföljande oxidation boraner med en lösning av väteperoxid i ett alkaliskt medium leder slutligen till anti-Markovnikov-produkten av tillsats av vatten till dubbelbindningen.

Reduktion av aldehyder och ketoner med litiumaluminiumhydrid eller natriumborhydrid

LiAlH4 och NaBH4 reducerar aldehyder till primära alkoholer och ketoner till sekundära alkoholer, där natriumborhydrid föredras på grund av dess större hanteringssäkerhet: den kan användas även i vattenhaltiga och alkoholhaltiga lösningar. Litiumaluminiumhydrid reagerar explosivt med vatten och alkohol och sönderdelas explosivt vid upphettning till över 120° i torrt tillstånd.

Återvinning av estrar och karboxylsyror till primära alkoholer. Primära alkoholer bildas genom reduktion av estrar och karboxylsyror med litiumaluminiumhydrid i eter eller THF. Metoden för reduktion av estrar med litiumaluminiumhydrid är särskilt lämplig i det preparativa avseendet. Det bör noteras att natriumborhydrid inte reducerar ester- och karboxylgrupperna. Detta möjliggör selektiv reduktion av karbonylgruppen med NaBH4 i närvaro av ester- och karboxylgrupper. Utbytet av återvinningsprodukter är sällan under 80 %. Litiumborhydrid reducerar, till skillnad från NaBH4, estrar till primära alkoholer.

14. flervärda alkoholer. Glycerol- en kemisk förening med formeln HOCH2CH(OH)-CH2OH eller C3H5(OH)3. Den enklaste representanten för trevärda alkoholer. Det är en trögflytande transparent vätska. Lätt bildad genom hydrolys av naturliga (vegetabiliska eller animaliska) fetter och oljor (triglycerider), erhölls först av Karl Scheele 1779 under förtvålningen av fetter.

fysikaliska egenskaper. Glycerol- färglös, trögflytande, hygroskopisk vätska, oändligt löslig i vatten. Söt i smaken, därför fick den sitt namn (glykos - sött). Det löser många ämnen bra.

Kemiska egenskaper glycerol är typiska för flervärda alkoholer. Interaktionen mellan glycerol och vätehalogenider eller fosforhalogenider leder till bildning av mono- och dihalohydriner. Glycerol förestras med karboxyl- och mineralsyror för att bilda motsvarande estrar. Så med salpetersyra bildar glycerin trinitrat - nitroglycerin (erhållen 1847 av Ascanio Sobrero (engelska)), som för närvarande används vid tillverkning av rökfria pulver.

När den är uttorkad bildar den akrolein:

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

Etylenglykol HO-CH2-CH2-OH är den enklaste representanten för flervärda alkoholer. När det är renat är det en klar, färglös vätska med en lätt oljig konsistens. Den är luktfri och har en sötaktig smak. Toxisk. Intag av etylenglykol eller dess lösningar inuti kan leda till irreversibla förändringar i kroppen och till döden.

Inom industrin, etylenglykol erhålls genom hydrering etylenoxid vid 10 atm och 190–200°C eller vid 1 atm och 50–100°C i närvaro av 0,1–0,5 % svavelsyra (eller fosforsyra), vilket uppnår 90 % utbyte. Biprodukter i detta fall är dietylenglykol, trietylenglykol och en liten mängd högre polymerhomologer av etylenglykol.

15. Aldehyder- alkohol utan väte; organiska föreningar innehållande en karbonylgrupp (C=O) med en substituent.

Aldehyder och ketoner är väldigt lika, skillnaden ligger i att de senare har två substituenter vid karbonylgruppen. Polariseringen av dubbelbindningen "kol-syre" enligt principen om mesomerisk konjugation gör det möjligt att skriva ned följande resonansstrukturer:

Sådan separation av laddningar bekräftas av fysikaliska metoder för forskning och bestämmer till stor del reaktiviteten hos aldehyder som uttalade elektrofiler. I allmänhet liknar aldehydernas kemiska egenskaper som ketoner, men aldehyder är mer aktiva, vilket är förknippat med större bindningspolarisering. Dessutom kännetecknas aldehyder av reaktioner som inte är typiska för ketoner, till exempel hydratisering i en vattenlösning: för metanal, på grund av ännu större bindningspolarisering, är den fullständig, och för andra aldehyder är den partiell:

RC(O)H → RC(OH)2H, där R är H, vilken som helst alkyl- eller arylradikal.

De enklaste aldehyderna har en skarp karakteristisk lukt (till exempel har bensaldehyd lukten av mandel).

Under inverkan av hydroxylamin omvandlas de till oximer: CH3CHO + NH2OH = CH3C (=NOH)H + H2O

Formaldehyd (från latin formica - myra), myraldehyd, CH2O, den första medlemmen av den homologa serien av alifatiska aldehyder; färglös gas med skarp lukt, mycket löslig i vatten och alkohol, kp - 19 °C. Inom industrin framställs F. genom oxidation av metylalkohol eller metan med atmosfäriskt syre. F. polymeriserar lätt (särskilt vid temperaturer upp till 100 °C), så det lagras, transporteras och används huvudsakligen i form av formalin och fasta lågmolekylära polymerer – trioxan (se Trioximetylen) och paraform (se Paraformaldehyd).

F. är mycket reaktiv; många av dess reaktioner ligger till grund för industriella metoder för att få fram ett antal viktiga produkter. Så, när den interagerar med ammoniak, bildar F. urotropin (se Hexametylentetramin), med urea - urea-formaldehydhartser, med melamin - melamin-formaldehydhartser, med fenoler - fenol-formaldehydhartser (se Fenol-aldehydhartser -), med och naftalensulfonsyror - garvmedel, med keten - b-propiolakton. F. används också för att erhålla polyvinylformal (se polyvinylacetaler), isopren, pentaerytritol, läkemedel, färgämnen, för garvning av läder, som desinfektionsmedel och deodorant. F:s polymerisation får polyformaldehyd. F. är giftig; den högsta tillåtna koncentrationen i luften är 0,001 mg/l.

Acetaldehyd, acetaldehyd, CH3CHO, organisk förening, färglös vätska med en stickande lukt; kokpunkt 20,8°C. Smältpunkt - 124 ° C, densitet 783 kg / m3 ", blandbar i alla avseenden med vatten, alkohol, eter. A. har alla de typiska egenskaperna hos aldehyder. I närvaro av mineralsyror polymeriserar den till flytande trimer paraldehyd (CH3CHO) ) 3 och kristallin tetramer metalldehyd (CH3CHO) 4. När båda polymererna upphettas i närvaro av svavelsyra frigörs A.

En av de viktigaste välkända sätt att få A. består i tillsats av vatten till acetylen i närvaro av kvicksilversalter vid en temperatur av ca 95°C

16. Ketoner– Det är organiska ämnen i vars molekyler karbonylgruppen är bunden till två kolväteradikaler.

Allmän formel för ketoner: R1-CO-R2. Bland andra karbonylföreningar skiljer närvaron i ketoner av exakt två kolatomer direkt bundna till karbonylgruppen dem från karboxylsyror och deras derivat, såväl som aldehyder.

fysikaliska egenskaper. Ketoner är flyktiga vätskor eller lågsmältande fasta ämnen som blandas väl med vatten. Omöjligheten att bilda intermolekylära vätebindningar orsakar deras något större flyktighet än alkoholer och karboxylsyror med samma molekylvikt.

Syntesmetoder. Oxidation av sekundära alkoholer.

Från tertiära peroxoestrar genom Krige-omläggningen.

Cykloketoner kan erhållas genom Ruzicka-cyklisering.

Aromatiska ketoner kan framställas genom Friedel-Crafts-reaktionen

Kemiska egenskaper. Det finns tre huvudtyper av ketonreaktioner.

Den första är associerad med en nukleofil attack på kolatomen i karbonylgruppen. Till exempel interaktionen av ketoner med cyanidanjon eller organometalliska föreningar. Samma typ (nukleofil addition) inkluderar interaktionen av karbonylgruppen med alkoholer, vilket leder till acetaler och hemiacetaler.

Interaktion med alkoholer:

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

med Grignard-reagenser:

C2H5-C(O)-C2H5 + C2H5MgI → (C2H5)3OMgI → (C2H5)3OH, tertiär alkohol. Reaktioner med aldehyder, och särskilt med metanal, är märkbart mer aktiva, med sekundära alkoholer som bildas med aldehyder och primära alkoholer med metanal.

Ketoner reagerar också med kvävehaltiga baser, till exempel med ammoniak och primära aminer, för att bilda iminer:

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

Den andra typen av reaktion är deprotonering av beta-kolatomen, med avseende på karbonylgruppen. Den resulterande karbanjonen stabiliseras genom konjugering med karbonylgruppen, lättheten att avlägsna protoner ökar, så karbonylföreningar är relativt stark S-H syror.

Den tredje är koordinationen av elektrofiler över det ensamma paret av syreatomen, till exempel Lewis-syror som AlCl3

En separat typ av reaktioner kan hänföras till reduktionen av ketoner - reduktion enligt Leuckart med utbyten nära kvantitativa.

17. Jämför fråga 15 och 16.

18. Monobasiska begränsande karboxylsyror(enbasiska mättade karboxylsyror) - karboxylsyror i vilka en mättad kolväteradikal är kopplad till en karboxylgrupp -COOH. De har alla den allmänna formeln СnH2n+1COOH, där n = 0, 1, 2, ...

Nomenklatur. De systematiska namnen på enbasiska mättade karboxylsyror ges av namnet på motsvarande alkan med tillägg av suffixet -ovaya och ordet syra.

Skelettets isomerism i kolväteradikalen manifesteras, börjar med butansyra, som har två isomerer:

CH3-CH2-CH2-COOH n-butansyra; CH3-CH(CH3)-COOH 2-metylpropansyra.

Interclass isomerism manifesterar sig, börjar med ättiksyra:

CH3-COOH ättiksyra; H-COO-CH3 metylformiat (metylester av myrsyra); HO-CH2-COH hydroxietanal (hydroxiättiksyraaldehyd); HO-CHO-CH2 hydroxietylenoxid.

19. Estrar- organiska föreningar, derivat av karboxyl- eller mineralsyror, i vilka hydroxylgruppen -OH i syrafunktionen är ersatt av en alkoholrest. De skiljer sig från etrar, i vilka två kolväteradikaler är förbundna med en syreatom (R1-O-R2).

Fetter eller triglycerider- naturliga organiska föreningar, fulla estrar av glycerol och monobasiska fettsyror; tillhör klassen av lipider. Tillsammans med kolhydrater och proteiner är fetter en av huvudkomponenterna i cellerna hos djur, växter och mikroorganismer. Flytande vegetabiliska fetter kallas vanligtvis oljor, precis som smör.

karboxylsyror- en klass av organiska föreningar vars molekyler innehåller en eller flera funktionella karboxylgrupper -COOH. De sura egenskaperna förklaras av det faktum att denna grupp kan relativt lätt dela av en proton. Med sällsynta undantag är karboxylsyror svaga. Till exempel har ättiksyra CH3COOH en surhetskonstant på 1,75 10−5. Di- och trikarboxylsyror är starkare än monokarboxylsyror.

Fett är en bra värmeisolator, så hos många varmblodiga djur avsätts det i den subkutana fettvävnaden, vilket minskar värmeförlusten. Ett särskilt tjockt subkutant fettlager är karakteristiskt för vattenlevande däggdjur (valar, valrossar, etc.). Samtidigt, hos djur som lever i varma klimat (kameler, jerboor), avsätts fettreserver på

strukturell funktion

Fosfolipider utgör grunden för dubbelskiktet av cellmembran, kolesterol - regulatorer av membranfluiditet. Arkeala membran innehåller derivat av isoprenoida kolväten. Vax bildar en nagelband på ytan av ovanjordiska organ (löv och unga skott) av växter. De produceras också av många insekter (till exempel bygger bin bikakor av dem, och maskar och fjällinsekter bildar skyddshöljen).

Reglerande

Vitaminer - lipider (A, D, E)

Hormonell (steroider, eikosanoider, prostaglandiner, etc.)

Kofaktorer (dolichol)

Signalmolekyler (diglycerider, jasmonsyra; MP3-kaskad)

Skyddande (stötdämpande)

Ett tjockt lager av fett skyddar många djurs inre organ från skador vid nedslag (till exempel kan sjölejon som väger upp till ett ton hoppa på en stenig strand från 4-5 m höga stenar).

20-21-22. Monobasiska omättade syror- derivat av omättade kolväten, i vilka en väteatom är ersatt med en karboxylgrupp.

Nomenklatur, isomerism. I gruppen omättade syror används oftast empiriska namn: CH2=CH-COOH - akryl(propen)syra, CH2=C(CH3)-COOH - metakrylsyra (2-metylpropensyra). Isomerism i gruppen av omättade monobasiska syror är förknippad med:

a) isomerism av kolskelettet; b) positionen för dubbelbindningen; c) cis-trans-isomerism.

Hur man får.1. Dehydrohalogenering av halogenerade syror:

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

2. Dehydrering av hydroxisyror: HO-CH2-CH2-COOH -> CH2=CH-COOH

Fysikaliska egenskaper. Lägre omättade syror - vätskor lösliga i vatten, med en stark stickande lukt; högre - fasta, vattenolösliga ämnen, luktfria.

Kemiska egenskaper omättade karboxylsyror beror på både egenskaperna hos karboxylgruppen och egenskaperna hos dubbelbindningen. Syror med en dubbelbindning som ligger nära karboxylgruppen - alfa, beta-omättade syror - har specifika egenskaper. För dessa syror går tillsatsen av vätehalogenider och hydrering emot Markovnikov-regeln: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH

Vid noggrann oxidation bildas dihydroxisyror: CH2 \u003d CH-COOH + [O] + H20 -> HO-CH2-CH (OH) -COOH

Vid kraftig oxidation bryts dubbelbindningen och en blandning av olika produkter bildas, varifrån dubbelbindningens position kan bestämmas. Oljesyra С17Н33СООН är en av de viktigaste högre omättade syrorna. Det är en färglös vätska som stelnar i kyla. Dess strukturformel är CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH.

23. Tvåbasiska begränsande karboxylsyror(dibasiska mättade karboxylsyror) - karboxylsyror i vilka en mättad kolväteradikal är kopplad till två karboxylgrupper -COOH. Alla har den allmänna formeln HOOC(CH2)nCOOH, där n = 0, 1, 2, …

Nomenklatur. De systematiska namnen på dibasiska mättade karboxylsyror ges av namnet på motsvarande alkan med tillägg av suffixet -dioic och ordet syra.

Skelettets isomerism i kolväteradikalen manifesteras, börjar med butandisyra, som har två isomerer:

HOOC-CH2-CH2-COOH n-butandisyra (etan-1,2-dikarboxylsyra);

CH3-CH(COOH)-COOH etan-1,1-dikarboxylsyra.

24-25. OXYSYROR (hydroxikarboxylsyror), har i molekylen, tillsammans med en karboxylgrupp - COOH, en hydroxylgrupp - OH, till exempel. HOCH2COOH (glykolsyra). Ingår i växt- och djurorganismer (mjölksyra, citronsyra, vinsyra och andra syror).

Utbredning i naturen

Hydroxisyror är mycket utbredda; således är vinsyra, citronsyra, äppelsyra, mjölksyra och andra syror hydroxisyror, och deras namn återspeglar den primära naturliga källan i vilken detta ämne hittades.

Syntesmetoder

Reformatsky-reaktionen är en metod för syntes av estrar av β-hydroxikarboxylsyror.

"Fruktsyror". Många hydroxisyror har använts i kosmetika som keratolytika. Namnet har dock ändrats något av marknadsförare - för större attraktionskraft inom kosmetologi kallas de ofta för "fruktsyror".

26-27. OXYSYROR (alkoholsyror), föreningar med dubbel funktion, både alkoholer och syror innehållande både en vattenhaltig rest och en karboxylgrupp. Beroende på positionen för OH i förhållande till COOH (sida vid sida, genom ett, två, tre ställen), särskiljs a-, /?-, y-, b-hydroxisyror. För att ta emot O. finns det många metoder, de viktigaste från till-rykh försiktig oxidation av glykoler: CH3.CH(OH).CH2.OH + 02 = CH3. CH(OH).COOH; förtvålning av oxinitriler CH3.CH(OH).CN —* CH3.CH(OH).COOH; utbyte av halogen i halogensyror mot OH: CH2C1.COOH + KOH = CH2(OH).COOH + + KC1, verkan av HN02 på aminosyror: CH2(NH2). COOH + HN02 = CH2 (OH) + N2 + + H20. I djurkroppen bildas hydroxisyror vid deaminering (se) aminosyror, under oxidation fet till-t(se Acetonkroppar, Metabolism - protein), med glykolys (se), fermentering (se), etc. chem. processer. Hydroxisyror är tjocka vätskor eller kristallina. ämnen. I chem. O:s släkting reagerar både som alkoholer och som till - du: ger t.ex. både enkla och estrar; under inverkan av halogenföreningar av fosfor ersätts båda OH med en halogen; halogenvätesyror reagerar endast med alkoholisk OH. Särskilda reaktioner kännetecknar a-, /)-, y- och b-hydroxisyror: a-hydroxisyror, förlorar vatten från två molekyler, ger cykliska estrar, laktider: 2CH2 (OH) COOH = 2H20 + CH2.O.CO (glykolid); so.o.sn2 /Z-O., släpper ut vatten, bildar omättade syror: CH2 (OH) CH2.COOH- H20 \u003d CH2:CH. COOH; y- och d-hydroxisyror bildar anhydrider - laktoner: CH3.CH(OH).CH2.CH2.COOH = = H2O + CH3.CH.CH2.CH2.CO. O. är utbredda i djur- och växtorganismer. Representanter för alifatisk a-O. är glykolsyra, CH2OH.COOH(oxiättiksyra), mjölksyra; från /a-hydroxisyror - hydroakrylsyra, CH2OH.CH2COOH, /9-hydroxi-smörsyra; u-o. i fri form är okända, eftersom de förlorar vatten, går de över i laktoner. Bland de tvåbasiska O. är äppelsyra (oxyamber-naya) viktig; COOH.CHOH.CH2.COOH, brett spridd i växter; har vänsterrotation i svaga lösningar, högerrotation i starka; syntetisk till - som är inaktiv. Tvåbasiska tetraatomiska syror inkluderar vinsyror (dioxibärnstenssyra). Av de andra O. - citron, HO.SO.CH2. .(COH)(COOH).CH2.COOH, är mycket vanlig i växtvärlden (i vindruvor, citroner) och finns i djurkroppen (i mjölk); i form av järncitrat har medicinska användningsområden. Av de aromatiska O. (fenolsyror) är salicylsyra, gallussyra och deras derivat viktiga inom medicinen; fenylester av salicylsyra (salol), sulfosalicylsyra, C6H3.OH.S03H.COOH (proteinreagens), acetylsalicylsyra (aspirin). I växter finns många olika O. av en aromatisk serie, derivat till-rykh är bland annat tanniner, som är av stor teknisk betydelse. Om biol. värde av separata O. och om metoder för deras kvantitativa definition — se. Acetonkroppar, Bro-Glykolys, Deaminering, Blod, Mjölksyra, Urin, Muskler, Beta(^)-hydroxismörsyra.

28-29. i ammoniakmolekylen för att successivt ersätta väteatomer med kolväteradikaler, då kommer föreningar att erhållas som tillhör klassen aminer. Följaktligen är aminer primära (RNH2), sekundära (R2NH), tertiära (R3N). -NH2-gruppen kallas en aminogrupp.

Det finns alifatiska, aromatiska, alicykliska och heterocykliska aminer beroende på vilka radikaler som är bundna till kväveatomen.

Konstruktionen av namnen på aminer utförs genom att lägga till prefixet amino- till namnet på motsvarande kolväte (primära aminer) eller ändelsen -amin till de listade namnen på radikaler associerade med kväveatomen (för alla aminer).

Sätt att få.1. Hoffmanns reaktion. En av de första metoderna för att erhålla primära aminer var alkylering av ammoniak med alkylhalogenider. . 2. Zininreaktion— Ett bekvämt sätt att erhålla aromatiska aminer vid reduktion av aromatiska nitroföreningar. Följande används som reduktionsmedel: H2 (på en katalysator). Ibland genereras väte direkt i reaktionsögonblicket, för vilken metaller (zink, järn) behandlas med utspädd syra.

Fysikaliska egenskaper hos aminer. Närvaron av ett odelat elektronpar vid kväveatomen orsakar högre kokpunkter än motsvarande alkaner. Aminer har en obehaglig stickande lukt. Vid rumstemperatur och atmosfärstryck är de första representanterna för ett antal primära aminer gaser som löser sig väl i vatten. När kolradikalen ökar stiger kokpunkten och lösligheten i vatten minskar.

Kemiska egenskaper hos aminer. Grundläggande egenskaper hos aminer

Aminer är baser, eftersom kväveatomen kan tillhandahålla ett elektronpar för att bilda en bindning med elektrondefekta arter enligt donator-acceptor-mekanismen (motsvarande definitionen av Lewis basicitet). Därför kan aminer, som ammoniak, interagera med syror och vatten och lägga till en proton för att bilda motsvarande ammoniumsalter.

Ammoniumsalter är mycket lösliga i vatten, men dåligt lösliga i organiska lösningsmedel. Vattenlösningar av aminer är alkaliska.

De grundläggande egenskaperna hos aminer beror på naturen hos substituenterna. I synnerhet aromatiska aminer är svagare baser än alifatiska, eftersom det fria elektronparet av kväve går in i konjugering med -systemet i den aromatiska kärnan, vilket minskar elektrontätheten på kväveatomen (-M-effekt). Tvärtom är alkylgruppen en bra elektrondensitetsgivare (+I-effekt).

Oxidation av aminer. Förbränningen av aminer åtföljs av bildandet av koldioxid, kväve och vatten: 4CH3NH2 + 9O2 \u003d 4CO2 + 2N2 + 10H2O

Aromatiska aminer oxiderar spontant i luft. Således blir anilin snabbt brunt i luften på grund av oxidation.

Tillsats av alkylhalider Aminer tillsätter haloalkaner för att bilda ett salt

Interaktion av aminer med salpetersyrlighet Av stor betydelse är reaktionen av diazotering av primära aromatiska aminer under inverkan av salpetersyrlighet, erhållen in situ genom reaktion av natriumnitrit med saltsyra.

Primära alifatiska aminer, när de reagerar med salpetersyrlighet, bildar alkoholer, och sekundära alifatiska och aromatiska aminer ger N-nitroso-derivat: R-NH2 + NaNO2 + HCl \u003d R-OH + N2 + NaCl + H2O; NH+NaNO2+HCl=R2N-N=O+NaCl+H2O

I aromatiska aminer underlättar aminogruppen substitution i bensenringens orto- och parapositioner. Därför sker anilinhalogenering snabbt även i frånvaro av katalysatorer, och tre väteatomer i bensenringen ersätts på en gång, och en vit fällning av 2,4,6-tribromanilin fälls ut:

Denna reaktion med bromvatten används som en kvalitativ reaktion för anilin.

Ansökan

Aminer används inom läkemedelsindustrin och organisk syntes (CH3NH2, (CH3)2NH, (C2H5)2NH, etc.); vid framställning av nylon (NH2-(CH2)6-NH2-hexametylendiamin); som råvara för tillverkning av färgämnen och plast (anilin).

30. Aminosyror (aminokarboxylsyror)- organiska föreningar, vars molekyl samtidigt innehåller karboxyl- och amingrupper. Aminosyror kan betraktas som derivat av karboxylsyror där en eller flera väteatomer är ersatta med amingrupper.

Allmänna kemiska egenskaper. 1. Aminosyror kan uppvisa både sura egenskaper på grund av närvaron av en karboxylgrupp -COOH i sina molekyler, och basiska egenskaper på grund av aminogruppen -NH2. På grund av detta har lösningar av aminosyror i vatten egenskaperna hos buffertlösningar.

En zwitterjon är en aminosyramolekyl där aminogruppen representeras som -NH3+, och karboxigruppen representeras som -COO-. En sådan molekyl har ett signifikant dipolmoment vid noll nettoladdning. Det är från sådana molekyler som kristallerna av de flesta aminosyror byggs.

Vissa aminosyror har flera aminogrupper och karboxylgrupper. För dessa aminosyror är det svårt att tala om någon specifik zwitterjon.

2. En viktig egenskap aminosyror är deras förmåga att polykondensera, vilket leder till bildandet av polyamider, inklusive peptider, proteiner och nylon-66.

3. Den isoelektriska punkten för en aminosyra är det pH-värde vid vilket den maximala andelen aminosyramolekyler har nollladdning. Vid detta pH är aminosyran den minst rörliga i ett elektriskt fält, och denna egenskap kan användas för att separera såväl aminosyror som proteiner och peptider.

4. Aminosyror kan vanligtvis ingå i alla reaktioner som är karakteristiska för karboxylsyror och aminer.

Optisk isomerism. Alla α-aminosyror som ingår i levande organismer, förutom glycin, innehåller en asymmetrisk kolatom (treonin och isoleucin innehåller två asymmetriska atomer) och har optisk aktivitet. Nästan alla naturligt förekommande α-aminosyror har en L-form, och endast L-aminosyror ingår i sammansättningen av proteiner som syntetiseras på ribosomer.

Denna egenskap hos "levande" aminosyror är mycket svår att förklara, eftersom i reaktioner mellan optiskt inaktiva ämnen eller racemat (som uppenbarligen organiska molekyler var representerade på den antika jorden), bildas L- och D-former i lika stora mängder. Kanske. valet av en av formerna (L eller D) är helt enkelt resultatet av en slumpmässig kombination av omständigheter: de första molekylerna som han kunde börja med matrissyntes, hade en viss form, och det var till dem som motsvarande enzymer "anpassade sig".

31. Aminosyror är organiska amfotera föreningar. De innehåller två funktionella grupper av motsatt natur i molekylen: en aminogrupp med grundläggande egenskaper och en karboxylgrupp med sura egenskaper. Aminosyror reagerar med både syror och baser:

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

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

När aminosyror löses i vatten spjälkar karboxylgruppen av en vätejon, som kan ansluta sig till aminogruppen. I det här fallet bildas ett inre salt, vars molekyl är en bipolär jon:

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

Vattenlösningar av aminosyror har en neutral, alkalisk eller sur miljö, beroende på antalet funktionella grupper. Så, glutaminsyra bildar en sur lösning (två grupper -COOH, en -NH2), lysin - alkalisk (en grupp -COOH, två -NH2).

Liksom primära aminer reagerar aminosyror med salpetersyrlighet, där aminogruppen omvandlas till en hydroxogrupp och aminosyran till en hydroxisyra: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2+ H2O

Genom att mäta volymen frigjort kväve kan du bestämma mängden aminosyror (Van Slyke-metoden).

Aminosyror kan reagera med alkoholer i närvaro av gasformig väteklorid och förvandlas till en ester (mer exakt, till hydrokloridsaltet av estern): H2N-CH(R)-COOH + R"OH H2N-CH(R)- COOR" + H2O.

Estrar av aminosyror har inte en bipolär struktur och är flyktiga föreningar. Den viktigaste egenskapen hos aminosyror är deras förmåga att kondensera för att bilda peptider.

32. Karboxylgrupp kombinerar två funktionella grupper - karbonyl =CO och hydroxyl -OH, som ömsesidigt påverkar varandra.

De sura egenskaperna hos karboxylsyror beror på förskjutningen av elektrondensiteten till karbonylsyre och den resulterande ytterligare (jämfört med alkoholer) polarisering av O-H-bindningen.

I en vattenlösning dissocierar karboxylsyror till joner: R-COOH = R-COO- + H+

Löslighet i vatten och höga kokpunkter för syror beror på bildandet av intermolekylära vätebindningar.

Aminogrupp - envärd grupp -NH2, ammoniakrest (NH3). Aminogruppen finns i många organiska föreningar - aminer, aminosyror, aminoalkoholer etc. Föreningar som innehåller -NH2-gruppen har som regel en grundläggande karaktär på grund av närvaron av ett odelat elektronpar på kväveatomen.

I reaktionerna av elektrofil substitution i aromatiska föreningar är aminogruppen orientanten av det första slaget, dvs. aktiverar orto- och parapositionerna i bensenringen.

33. Polykondensation- processen att syntetisera polymerer från polyfunktionella (oftast bifunktionella) föreningar, vanligtvis åtföljd av frisättning av lågmolekylära biprodukter (vatten, alkoholer, etc.) under interaktionen av funktionella grupper.

Molekylvikten för polymeren som bildas vid polykondensationsprocessen beror på förhållandet mellan de initiala komponenterna, reaktionsbetingelserna.

Polykondensationsreaktioner kan involvera antingen en monomer med två olika funktionella grupper: till exempel syntesen av poly-ε-kaproamid (nylon-6, kapron) från ε-aminokapronsyra, eller två monomerer som bär olika funktionella grupper, till exempel syntesen av nylon- 66 polykondensation av adipinsyra och hexametylendiamin; i detta fall bildas polymerer med linjär struktur (linjär polykondensation, se fig. 1). Om monomeren (eller monomererna) bär mer än två funktionella grupper, bildas tvärbundna polymerer med en tredimensionell nätverksstruktur (tredimensionell polykondensation). För att erhålla sådana polymerer tillsätts ofta "tvärbindande" polyfunktionella komponenter till en blandning av monomerer.

Särskilt anmärkningsvärt är reaktionerna av polymersyntes från cykliska monomerer genom mekanismen för ringöppning - addition, till exempel syntesen av nylon-6 från kaprolaktam (cyklisk amid av e-aminokapronsyra); trots det faktum att ingen isolering av ett fragment med låg molekylvikt sker, benämns sådana reaktioner oftare som polykondensation.

Peptidbindning- en typ av amidbindning som uppstår under bildandet av proteiner och peptider som ett resultat av interaktionen av α-aminogruppen (-NH2) i en aminosyra med α-karboxylgruppen (-COOH) i en annan aminosyra.

C-N-iden i peptidbindningen har delvis dubbelkaraktär, vilket visar sig i synnerhet i en minskning av dess längd till 1,32 ångström. Detta ger upphov till följande egenskaper:

4 bindningsatomer (C, N, O och H) och 2 a-kol är i samma plan. R-grupper av aminosyror och väte vid α-kol är utanför detta plan.

H och O i peptidbindningen, såväl som a-kolen i två aminosyror, är transorienterade (trans-isomeren är mer stabil). När det gäller L-aminosyror, som förekommer i alla naturliga proteiner och peptider, är R-grupperna också transorienterade.

Rotation runt C-N-bindningen är omöjlig, rotation runt C-C-bindningen är möjlig.

peptider (grekiska πεπτος - näringsrika) - en familj av ämnen vars molekyler är uppbyggda av α-aminosyrarester sammankopplade i en kedja med peptid (amid) bindningar -C (O) NH -.

34. Proteiner (proteiner, polypeptider) - högmolekylära organiska ämnen, bestående av aminosyror kopplade i en kedja med en peptidbindning. I levande organismer bestäms aminosyrasammansättningen av proteiner av den genetiska koden, i de flesta fall används 20 standardaminosyror i syntesen. Många kombinationer ger stor variation egenskaper hos proteinmolekyler. Dessutom genomgår aminosyror i ett proteins sammansättning ofta posttranslationella modifieringar, vilket kan ske både innan proteinet börjar utföra sin funktion och under sitt "arbete" i cellen. Ofta i levande organismer bildar flera proteinmolekyler komplexa komplex, till exempel ett fotosyntetiskt komplex.

För att förstå den invecklade packningen (arkitektoniken) hos en proteinmakromolekyl bör man överväga flera organisationsnivåer. Den primära, enklaste strukturen är en polypeptidkedja, d.v.s. en sträng av aminosyror kopplade med peptidbindningar. I den primära strukturen är alla bindningar mellan aminosyror kovalenta och därför starka. Nästa, högre nivå av organisation är den sekundära strukturen, när proteintråden vrids i form av en spiral. Vätebindningar bildas mellan -COOH-grupperna placerade på ett varv av helixen och -NH2-grupperna på det andra varvet. De uppstår på basis av väte, oftast belägna mellan två negativa atomer. Vätebindningar är svagare än kovalenta bindningar, men med ett stort antal av dem ger de bildandet av en tillräckligt stark struktur. Tråden av aminosyror (polypeptid) lindas ytterligare och bildar en kula, eller fibrill eller kula, specifik för varje protein. Således uppstår en komplex konfiguration, kallad den tertiära strukturen. Dess bestämning utförs vanligtvis med metoden för röntgendiffraktionsanalys, som gör att du kan fastställa positionen i rymden av atomer och grupper av atomer i kristaller och komplexa föreningar.

Bindningarna som stöder proteinets tertiära struktur är också svaga. De uppstår i synnerhet på grund av hydrofoba interaktioner. Dessa är attraktionskrafter mellan opolära molekyler eller mellan opolära områden av molekyler i ett vattenhaltigt medium. De hydrofoba resterna av vissa aminosyror i en vattenlösning närmar sig varandra, "håller ihop" och stabiliserar på så sätt proteinstrukturen. Förutom hydrofoba krafter spelar elektrostatiska bindningar mellan elektronegativa och elektropositiva radikaler av aminosyrarester en viktig roll för att upprätthålla den tertiära strukturen hos ett protein. Den tertiära strukturen stöds också av ett litet antal kovalenta disulfid-S-S-bindningar som uppstår mellan svavelatomerna i svavelinnehållande aminosyror. Jag måste säga att den tertiära; proteinets struktur är inte slutgiltig. Makromolekyler av samma protein eller molekyler av andra proteiner visar sig ofta vara bundna till en proteinmakromolekyl. Till exempel består en komplex molekyl av hemoglobin, ett protein som finns i röda blodkroppar, av fyra globinmakromolekyler: två alfa-kedjor och två beta-kedjor, som var och en är kopplad till en järnhaltig hem. Som ett resultat av deras kombination bildas en fungerande hemoglobinmolekyl. Endast i en sådan förpackning fungerar hemoglobin fullt ut, det vill säga det kan bära syre. På grund av kombinationen av flera proteinmolekyler med varandra bildas en kvartär struktur. Om peptidkedjorna är staplade i form av en spole, kallas sådana proteiner globulära. Om polypeptidkedjorna är staplade i buntar av trådar kallas de fibrillära proteiner. Med utgångspunkt från den sekundära strukturen stöds det rumsliga arrangemanget (konformationen) av proteinmakromolekyler, som vi fick reda på, huvudsakligen av svaga kemiska bindningar. Under påverkan av yttre faktorer (förändringar i temperatur, mediets saltsammansättning, pH, under påverkan av strålning och andra faktorer), förändras svaga bindningar som stabiliserar makromolekylen och proteinets struktur, och därmed dess egenskaper. Denna process kallas denaturering. Brusningen av en del av de svaga bindningarna, förändringar i konformationen och egenskaperna hos proteinet sker också under inverkan av fysiologiska faktorer (till exempel under inverkan av hormoner). Således regleras egenskaperna hos proteiner: enzymer, receptorer, transportörer. Dessa förändringar i proteinstruktur är vanligtvis lätt reversibla. Brusningen av ett stort antal svaga bindningar leder till proteindenaturering, vilket kan vara irreversibel (till exempel koagulering av äggvita vid kokning av ägg). Ibland är proteindenaturering också biologiskt meningsfullt. Till exempel tilldelar en spindel en droppe hemlighet och fäster den vid något slags stöd. Sedan, fortsätter han att släppa hemligheten, drar han lätt i tråden, och denna svaga spänning räcker för att proteinet ska denaturera, från en löslig form till en olöslig, och tråden får styrka.

35-36. Monosackarider(från grekiska monos: den enda, sackar: socker), - organiska föreningar, en av huvudgrupperna av kolhydrater; den enklaste formen av socker; är vanligtvis färglösa, vattenlösliga, transparenta fasta ämnen. Vissa monosackarider har en söt smak. Monosackarider, byggstenarna från vilka disackarider (som sackaros) och polysackarider (som cellulosa och stärkelse) syntetiseras, innehåller hydroxylgrupper och en aldehyd (aldoser) eller ketogrupp (ketoser). Varje kolatom till vilken en hydroxylgrupp är fäst (förutom den första och sista) är kiral, vilket ger upphov till många isomera former. Till exempel är galaktos och glukos aldohexoser men har olika kemiska och fysikaliska egenskaper. Monosackarider, som alla kolhydrater, innehåller endast 3 element (C, O, H).

Monosackarider delar upp sig för trioser, tetroser, pentoser, hexoser, etc. (3, 4, 5, 6, etc. kolatomer i kedjan); naturliga monosackarider med en kolkedja som innehåller mer än 9 kolatomer har inte hittats. Monosackarider som innehåller en 5-ledad cykel kallas furanoser, 6-ledade - pyranoser.

Isomeri. För monosackarider som innehåller n asymmetriska kolatomer är förekomsten av 2n stereoisomerer möjlig (se Isomerism).

38. Kemiska egenskaper. Monosackarider deltar i kemiska reaktioner som är karakteristiska för karbonyl- och hydroxylgrupper. Funktion monosackarider - förmågan att existera i öppna (acykliska) och cykliska former och att ge derivat av var och en av formerna. De flesta monoser cykliserar i vattenlösning för att bilda hemiacetaler eller hemiketaler (beroende på om de är aldoser eller ketoser) mellan en alkohol och en karbonylgrupp av samma socker. Glukos, till exempel, bildar lätt hemiacetaler genom att länka dess C1 och O5 för att bilda en 6-ledad ring som kallas en pyranosid. Samma reaktion kan ske mellan C1 och O4 för att bilda en 5-ledad furanosid.

monosackarider i naturen. Monosackarider är en del av komplexa kolhydrater (glykosider, oligosackarider, polysackarider) och blandade kolhydratinnehållande biopolymerer (glykoproteiner, glykolipider, etc.). I detta fall är monosackarider kopplade till varandra och till icke-kolhydratdelen av molekylen genom glykosidbindningar. Vid hydrolys av syror eller enzymer kan dessa bindningar brytas för att frigöra monosackarider. I naturen är fria monosackarider, med undantag för D-glukos och D-fruktos, sällsynta. Biosyntesen av monosackarider från koldioxid och vatten sker i växter (se Fotosyntes); med deltagande av aktiverade derivat av monosackarider - nukleosid-difosfatsocker - finns det som regel biosyntes av komplexa kolhydrater. Nedbrytningen av monosackarider i kroppen (till exempel alkoholjäsning, glykolys) åtföljs av frisättning av energi.

Ansökan. Vissa fria monosackarider och deras derivat (till exempel glukos, fruktos och dess difosfat etc.) används i Livsmedelsindustrin och medicin.

37. Glukos (C6H12O6)("druvasocker", dextros) finns i juicen av många frukter och bär, inklusive vindruvor, därav namnet på denna typ av socker. Det är ett sexatomärt socker (hexos).

Fysikaliska egenskaper. Vitt kristallint ämne med söt smak, mycket lösligt i vatten, olösligt i eter, dåligt lösligt i alkohol.

Molekylens struktur

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

Glukos kan existera i cykler (α och β glukos).

α- och β-glukos

Övergången av glukos från Fisher-projektionen till Haworth-projektionen Glukos är slutprodukten av hydrolysen av de flesta disackarider och polysackarider.

biologisk roll. Glukos är huvudprodukten av fotosyntesen och bildas i Calvincykeln.

Hos människor och djur är glukos den främsta och mest mångsidiga energikällan för metaboliska processer. Alla celler i djurkroppen har förmågan att absorbera glukos. Samtidigt besitter inte alla kroppens celler förmågan att använda andra energikällor – till exempel fria fettsyror och glycerol, fruktos eller mjölksyra – utan bara av vissa av deras typer.

transport av glukos från yttre miljön inuti Djurcell utförs genom aktiv transmembranöverföring med hjälp av en speciell proteinmolekyl - bäraren (transportören) av hexoser.

Glukos i celler kan genomgå glykolys för att ge energi i form av ATP. Det första enzymet i glykolyskedjan är hexokinas. Aktiviteten hos cellhexokinas är under reglerande inverkan av hormoner - till exempel ökar insulin kraftigt hexokinasaktiviteten och följaktligen glukosutnyttjandet av celler, och glukokortikoider minskar hexokinasaktiviteten.

Många andra energikällor än glukos kan omvandlas direkt till glukos i levern, som mjölksyra, många fria fettsyror och glycerol, eller fria aminosyror, särskilt de enklare som alanin. Processen för bildning av glukos i levern från andra föreningar kallas glukoneogenes.

De energikällor för vilka det inte finns någon direkt biokemisk omvandling till glukos kan användas av leverceller för att producera ATP och därefter tillhandahålla energi för processerna av glukoneogenes, återsyntes av glukos från mjölksyra eller energiförsörjning för processen för syntes av glykogenpolysackarid reserver från glukosmonomerer. Glukos produceras återigen lätt från glykogen genom enkel nedbrytning.

På grund av den exceptionella vikten av att upprätthålla en stabil nivå av glukos i blodet, har människor och många andra djur ett komplext system för hormonell reglering av parametrar för kolhydratmetabolism. När 1 gram glukos oxideras till koldioxid och vatten frigörs 17,6 kJ energi. Den lagrade maximala "potentiella energin" i glukosmolekylen i form av oxidationstillstånd -4 kolatomer (C-4) kan minska under metaboliska processer till C + 4 (i CO2-molekylen). Dess återställande till föregående nivå kan utföras av autotrofer.

Fruktos eller fruktsocker C6H12O6- monosackarid, som finns i fri form i nästan alla söta bär och frukter. Många människor föredrar att ersätta socker inte med syntetiska droger, utan med naturlig fruktos.

Till skillnad från glukos, som fungerar som en universell energikälla, absorberas inte fruktos av insulinberoende vävnader. Det absorberas nästan fullständigt och metaboliseras av leverceller. Praktiskt taget inga andra celler i människokroppen (förutom spermier) kan använda fruktos. I leverceller fosforyleras fruktos och bryts sedan ned till trioser, som antingen används för fettsyrasyntes, vilket kan leda till fetma, samt ökade triglyceridnivåer (vilket i sin tur ökar risken för åderförkalkning), eller används för glykogen. syntes (omvandlas också delvis till glukos under glukoneogenesen). Omvandlingen av fruktos till glukos är dock en komplex process i flera steg, och leverns förmåga att bearbeta fruktos är begränsad. Frågan om huruvida fruktos ska inkluderas i kosten för diabetiker, eftersom insulin inte krävs för dess absorption, har studerats intensivt de senaste åren.

Fastän frisk person fruktos ökar inte (eller något ökar) blodsockernivåerna, hos diabetespatienter leder fruktos ofta till en ökning av glukosnivåerna. Å andra sidan, på grund av bristen på glukos i cellerna, kan diabetiker bränna fett i sina kroppar, vilket leder till utarmning av fettreserver. I det här fallet kan fruktos, som lätt omvandlas till fett och inte kräver insulin, användas för att återställa dem. Fördelen med fruktos är att en söt smak kan ge en rätt med relativt små mängder fruktos, eftersom den är 1,2-1,8 gånger sötare med samma kaloriinnehåll (380 kcal / 100 g) som socker. Studier visar dock att fruktoskonsumenter inte minskar kaloriinnehållet i sina måltider, istället äter de sötare måltider.

39. Oligosackarider- dessa är oligomerer, bestående av flera (högst 20) monomerer - monosackarider, i motsats till polysackarider, bestående av tiotals, hundratals eller tusentals monosackarider; - föreningar uppbyggda av flera monosackarider (från 2 till 10) sammanlänkade med en glykosidbindning.

Ett mycket viktigt och utbrett specialfall av oligosackarider är disackarider - dimerer som består av två molekyler av monosackarider.

Man kan också prata om tri-, tetra- osv. sackarider.

40. Disackarider- det allmänna namnet på en underklass av oligosackarider, där molekylen består av två monomerer - monosackarider. Disackarider bildas genom en kondensationsreaktion mellan två monosackarider, vanligtvis hexoser. Kondensationsreaktionen innebär att vatten avlägsnas. Bindningen mellan monosackarider som är ett resultat av en kondensationsreaktion kallas en glykosidbindning. Vanligtvis bildas denna bindning mellan den 1:a och 4:e kolatomen i intilliggande monosackaridenheter (1,4-glykosidbindning).

Kondensationsprocessen kan upprepas otaliga gånger, vilket resulterar i enorma polysackaridmolekyler. När monosackaridenheter väl har kombinerats kallas de för rester. De vanligaste disackariderna är laktos och sackaros.

Mutarotation(från lat. muto-change och rotatio - rotation), förändring i storleken på optiken. rotation av lösningar av optiskt aktiva föreningar på grund av deras epimerisering. Det är typiskt för monosackarider, reducerande oligosackarider, laktoner, etc. Mutarotation kan katalyseras av syror och baser. När det gäller glukos förklaras mutarotation av upprättandet av jämvikt: I jämviktstillståndet finns det 38 % av alfaformen och 62 % av betaformen. Mellanliggande aldehydformen finns i en försumbar koncentration. Fördelar, bildningen av b-formen beror på att den är mer termodynamiskt stabil.

Reaktionerna "silverspegel" och "kopparspegel" är karakteristiska för aldehyder

1) Reaktionen av "silverspegeln", bildandet av Ag-sediment på provrörets väggar

2) Kopparspegelreaktion, utfällning av röd Cu2O-fällning

40. I sin tur disackarider, som uppstår i vissa fall under hydrolys av polysackarider(maltos vid hydrolys av stärkelse, cellobios vid hydrolys av cellulosa) eller som finns i kroppen i fri form (laktos, sackaros, trehalos, etc.), hydrolyseras under den katalytiska verkan av os- och p-glykosidaser till individuella monosackarider. Alla glykosidaser, med undantag av trehalas (ot, omregalos-glukoshydrazin), har ett brett spektrum av specificitet, vilket påskyndar hydrolysen av nästan alla glykosider som är derivat av en eller annan a- eller (3-monosackarid. Således a-glukosidas) accelererar hydrolysreaktionen av a-glukosider, inklusive maltos, p-glukosidas - p-glukosider, inklusive cellobios, B-galaktosidas - B-galaktosider och bland dem laktos, etc. Exempel på verkan av a- och P-glukosidaser gavs tidigare

41. Enligt misslyckandet disackariders kemiska struktur trehalostyp (glykosidoglykosider) och maltostyp (glykosidglukos) har signifikant olika kemiska egenskaper: de förra ger inga reaktioner som är karakteristiska för aldehyd- eller ketongruppen, dvs. de oxideras inte, reduceras inte, bildar inte ozon, går de inte in i en polykoidifieringsreaktion (harsifierar inte), muterar inte etc. För disackarider som maltos är alla ovanstående reaktioner tvärtom mycket karakteristiska. Orsaken till denna skillnad framgår helt klart av vad som har sagts ovan om de två typerna av disackaridstruktur och egenskaperna hos de monosackaridrester som ingår i deras sammansättning. Det ligger i det faktum att endast i disackarider som maltos är ringkedjetautomerism möjlig, vilket resulterar i bildandet av en fri aldehyd- eller ketongrupp, som uppvisar sina karakteristiska egenskaper.

För alkoholhydroxyler ger båda typerna av disackarider samma reaktioner: de bildar etrar och estrar, interagerar med hydrater av metalloxider.

Det finns ett stort antal disackarider i naturen; Trehalos och maltos som nämns ovan, såväl som sackaros, cellobios och laktos, är bland de mest betydande.

42. Maltos(från engelska malt - malt) - maltsocker, en naturlig disackarid som består av två glukosrester; finns i stora mängder i grodda korn (malt) av korn, råg och andra spannmål; finns även i tomater, pollen och nektar från ett antal växter. M. är lättlöslig i vatten, har en söt smak; Det är ett reducerande socker eftersom det har en osubstituerad hemiacetal hydroxylgrupp. Biosyntesen av M. från b-D-glukopyranosylfosfat och D-glukos är känd endast i vissa typer av bakterier. I djur- och växtorganismer bildas M. vid den enzymatiska nedbrytningen av stärkelse och glykogen (se Amylaser). M:s nedbrytning till två glukosrester sker till följd av verkan av enzymet a-glukosidas, eller maltas, som finns i matsmältningssafter hos djur och människor, i grodda korn, i mögel och jästsvampar. Den genetiskt bestämda frånvaron av detta enzym i människans tarmslemhinna leder till medfödd intolerans mot M., en allvarlig sjukdom som kräver uteslutning av stärkelse och glykogen från M.s kost eller tillsats av enzymet maltas till mat.

När maltos kokas med utspädd syra och under inverkan av ett enzym, hydrolyseras maltas (två molekyler av glukos C6H12O6 bildas). Maltos absorberas lätt av människokroppen. Molekylvikt - 342,32 Smältpunkt - 108 (vattenfri)

43. Laktos(från lat. lactis - mjölk) С12Н22О11 - ett kolhydrat av disackaridgruppen, som finns i mjölk och mejeriprodukter. Laktosmolekylen består av rester av glukos- och galaktosmolekyler. Laktos kallas ibland för mjölksocker.

Kemiska egenskaper. När den kokas med utspädd syra hydrolyseras laktos.

Laktos utvinns från mjölkvassle.

Ansökan. Används för framställning av näringsmedia, till exempel vid framställning av penicillin. Används som hjälpämne (fyllmedel) inom läkemedelsindustrin.

Från laktos erhålls laktulos - ett värdefullt läkemedel för behandling av tarmsjukdomar, såsom förstoppning.

44. Sackaros C12H22O11, eller betsocker, rörsocker, i vardagen bara socker - en disackarid som består av två monosackarider - α-glukos och β-fruktos.

Sackaros är en mycket vanlig disackarid i naturen, den finns i många frukter, frukter och bär. Innehållet av sackaros är särskilt högt i sockerbetor och sockerrör, som används till industriell produktion matsocker.

Sackaros har en hög löslighet. Kemiskt är fruktos ganska inert; när man flyttar från en plats till en annan är den nästan inte inblandad i ämnesomsättningen. Ibland deponeras sackaros som reservnäringsämne.

Sackaros, som kommer in i tarmen, hydrolyseras snabbt av alfa-glukosidas i tunntarmen till glukos och fruktos, som sedan absorberas i blodet. Alfa-glukosidashämmare, såsom akarbos, hämmar nedbrytningen och absorptionen av sackaros, såväl som andra kolhydrater som hydrolyseras av alfa-glukosidas, särskilt stärkelse. Det används vid behandling av typ 2-diabetes. Synonymer: alfa-D-glukopyranosyl-beta-D-fruktofuranosid, betsocker, rörsocker.

Kemiska och fysikaliska egenskaper. Molekylvikt 342,3 a.m.u. Bruttoformel (Hill-system): C12H22O11. Smaken är sötaktig. Löslighet (gram per 100 gram): i vatten 179 (0°C) och 487 (100°C), i etanol 0,9 (20°C). Något lösligt i metanol. Olösligt i dietyleter. Densitet 1,5879 g/cm3 (15°C). Specifik rotation för natrium D-line: 66,53 (vatten; 35 g/100 g; 20°C). När de kyls med flytande luft, efter belysning med starkt ljus, fosforescerar sackaroskristaller. Uppvisar inte reducerande egenskaper - reagerar inte med Tollens reagens och Fehlings reagens. Närvaron av hydroxylgrupper i sackarosmolekylen bekräftas lätt genom reaktionen med metallhydroxider. Om en lösning av sackaros tillsätts till koppar(II)hydroxid, bildas en klarblå lösning av kopparsackaros. Det finns ingen aldehydgrupp i sackaros: vid upphettning med en ammoniaklösning av silver(I)oxid ger den ingen "silverspegel", vid uppvärmning med koppar(II)hydroxid bildar den inte röd koppar(I)oxid . Bland isomererna av sackaros med molekylformeln C12H22O11 kan maltos och laktos urskiljas.

Reaktion av sackaros med vatten. Om man kokar en lösning av sackaros med några droppar salt- eller svavelsyra och neutraliserar syran med alkali och sedan värmer lösningen uppstår molekyler med aldehydgrupper som reducerar koppar(II)hydroxid till koppar(I)oxid. Denna reaktion visar att sackaros genomgår hydrolys under syrans katalytiska verkan, vilket resulterar i bildning av glukos och fruktos: С12Н22О11 + Н2О → С6Н12O6 + С6Н12O6

Naturliga och antropogena källor. Ingår i sockerrör, sockerbetor (upp till 28 % torrsubstans), växtjuice och frukt (t.ex. björk, lönn, melon och morot). Källan till sackaros - från betor eller sockerrör - bestäms av förhållandet mellan halten av stabila kolisotoper 12C och 13C. Sockerbetor har en C3-koldioxidupptagningsmekanism (via fosfoglycerinsyra) och absorberar företrädesvis 12C-isotopen; Sockerrör har en C4-mekanism för att absorbera koldioxid (genom oxaloättiksyra) och absorberar företrädesvis 13C-isotopen.

45. Cellobios- en kolhydrat från gruppen av disackarider, bestående av två glukosrester sammankopplade (genom en β-glukosidbindning; cellulosaens huvudsakliga strukturella enhet.

Vitt kristallint ämne, mycket lösligt i vatten. Cellobios kännetecknas av reaktioner som involverar en aldehyd (hemacetal) grupp och hydroxylgrupper. Under sur hydrolys eller under verkan av enzymet β-glukosidas klyvs cellobios för att bilda 2 glukosmolekyler.

Cellobios erhålls genom partiell hydrolys av cellulosa. Cellobios finns i fri form i saften från vissa träd.

46. ​​Polysackarider- det allmänna namnet på en klass av komplexa högmolekylära kolhydrater, vars molekyler består av tiotals, hundratals eller tusentals monomerer - monosackarider.

Polysackarider är viktiga för djurs och växters liv. De är en av de viktigaste energikällorna som härrör från kroppens metabolism. De deltar i immunprocesser, ger vidhäftning av celler i vävnader och är huvuddelen av organiskt material i biosfären.

En mångsidig biologisk aktivitet av växtpolysackarider har fastställts: antibiotika, antiviral, antitumör, motgift [källa ej specificerad 236 dagar]. Växtpolysackarider spelar en viktig roll för att minska lipemi och vaskulär ateromatos på grund av deras förmåga att bilda komplex med plasmaproteiner och lipoproteiner.

Polysackarider inkluderar särskilt:

dextrin är en polysackarid, en stärkelsehydrolysprodukt;

stärkelse är den huvudsakliga polysackariden som deponeras som en energireserv i växtorganismer;

glykogen är en polysackarid som deponeras som en energireserv i cellerna hos djurorganismer, men finns också i små mängder i växtvävnader;

cellulosa är den huvudsakliga strukturella polysackariden i växtcellväggar;

galactomannaner - lagringspolysackarider från vissa växter av baljväxtfamiljen, såsom guarana och johannesbrödmjöl;

glukomannan - en polysackarid erhållen från konjakknölar, består av alternerande enheter av glukos och mannos, en löslig kostfiber som minskar aptiten;

amyloid - används vid tillverkning av pergamentpapper.

Cellulosa ( från lat. cellula - cell, samma som fiber) - [С6Н7О2 (OH) 3] n, polysackarid; huvudkomponenten i cellmembranen hos alla högre växter.

Cellulosa består av rester av glukosmolekyler, som bildas under sur hydrolys av cellulosa:

(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6

Cellulosa är en lång tråd som innehåller 300-2500 glukosrester, utan sidogrenar. Dessa trådar är sammankopplade av många vätebindningar, vilket ger cellulosan större mekanisk styrka. Däggdjur (som de flesta andra djur) har inga enzymer som kan bryta ner cellulosa. Men många växtätare (som idisslare) har symbiontbakterier i mag-tarmkanalen som bryts ner och hjälper deras värdar att absorbera denna polysackarid.

Massa erhålls genom den industriella metoden genom metoden att koka vid massabruk som ingår i industriella komplex (kombinationer). Beroende på vilken typ av reagens som används särskiljs följande massametoder:

Sulfit. Matlagningsvätskan innehåller svavelsyra och dess salt, såsom natriumhydrosulfit. Denna metod används för att erhålla cellulosa från låghartshaltiga träslag: gran, gran.

Alkalisk:

Soda. Natriumhydroxidlösning används. Sodametoden kan användas för att få cellulosa från lövträd och ettåriga växter.

sulfat. Den vanligaste metoden idag. Reagenset som används är en lösning som innehåller natriumhydroxid och natriumsulfid och kallas vitlut. Metoden har fått sitt namn från natriumsulfat, från vilket man får sulfid för vitlut vid massabruk. Metoden är lämplig för att erhålla cellulosa från alla typer av växtmaterial. Dess nackdel är frisättningen av en stor mängd illaluktande svavelföreningar: metylmerkaptan, dimetylsulfid, etc. som ett resultat av sidoreaktioner.

Den tekniska cellulosa som tas emot efter tillagning innehåller olika föroreningar: lignin, hemicellulosa. Om cellulosa är avsedd för kemisk bearbetning (till exempel för att erhålla konstgjorda fibrer), utsätts den för raffinering - behandling med en kall eller varm alkalilösning för att avlägsna hemicellulosa.

För att ta bort resterande lignin och göra massan vitare blekas den. Traditionell klorblekning omfattar två steg:

klorbehandling - för att förstöra ligninmakromolekyler;

alkalibehandling - för extraktion av de bildade produkterna av förstörelsen av lignin.

47. Stärkelse- polysackarider av amylos och amylopektin, vars monomer är alfa-glukos. Stärkelse, syntetiserad av olika växter under inverkan av ljus (fotosyntes), har flera olika sammansättningar och kornstrukturer.

biologiska egenskaper. Stärkelse, som är en av produkterna från fotosyntesen, är allmänt spridd i naturen. För växter är det en reserv av näringsämnen och finns främst i frukter, frön och knölar. Spannmålsväxternas spannmål är mest rik på stärkelse: ris (upp till 86%), vete (upp till 75%), majs (upp till 72%), såväl som potatisknölar (upp till 24%).

För människokroppen är stärkelse, tillsammans med sackaros, huvudleverantören av kolhydrater - en av de viktigaste komponenterna i mat. Under inverkan av enzymer hydrolyseras stärkelse till glukos, som i cellerna oxideras till koldioxid och vatten med frigöring av energi som är nödvändig för en levande organisms funktion.

Biosyntes. En del av glukosen som bildas i gröna växter under fotosyntesen omvandlas till stärkelse:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6(glukos) → (C6H10O5)n + nH2O

Generellt sett kan detta skrivas som 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n 6nO2.

Stärkelse som reservmat ackumuleras i knölar, frukter, frön av växter. Så potatisknölar innehåller upp till 24% stärkelse, vetekorn - upp till 64%, ris - 75%, majs - 70%.

Glykogen är en polysackarid bildad av glukosrester; den huvudsakliga reservkolhydraten hos människor och djur. Glykogen (även ibland kallad animalisk stärkelse, trots att termen är felaktig) är den huvudsakliga lagringsformen av glukos i djurceller. Det deponeras som granulat i cytoplasman i många celltyper (främst lever och muskler). Glykogen bildar en energireserv som snabbt kan mobiliseras vid behov för att kompensera för en plötslig brist på glukos. Glykogenlagring är dock inte lika kaloririk per gram som lagring av triglycerider (fett). Endast glykogen som lagras i leverceller (hepatocyter) kan omvandlas till glukos för att mata hela kroppen, medan hepatocyter kan lagra upp till 8 procent av sin vikt i form av glykogen, vilket är den högsta koncentrationen av någon celltyp. Den totala massan av glykogen i levern kan nå 100-120 gram hos vuxna. I muskler bearbetas glykogen till glukos uteslutande för lokal konsumtion och ackumuleras i mycket lägre koncentrationer (inte mer än 1% av den totala muskelmassan), medan dess totala muskelreserv kan överstiga den reserv som ackumulerats i hepatocyter. En liten mängd glykogen finns i njurarna, och ännu mindre i vissa typer av hjärnceller (gliaceller) och vita blodkroppar.

48. Kitin (C8H13O5N) (franskt kitin, från grekiska chiton: chiton - kläder, hud, skal) - en naturlig förening från gruppen kvävehaltiga polysackarider. Kemiskt namn: poly-N-acetyl-D-glukos-2-amin, en polymer av N-acetylglukosaminrester sammanlänkade med b-(1,4)-glykosidbindningar. Huvudkomponenten i exoskelettet (kutikulan) hos leddjur och ett antal andra ryggradslösa djur, är en del av cellväggen hos svampar och bakterier.

distribution i naturen. Kitin är en av de vanligaste polysackariderna i naturen – varje år bildas cirka 10 gigaton kitin och bryts ner i levande organismer på jorden.

Den utför skyddande och stödjande funktioner, ger cellstyvhet - den finns i svamparnas cellväggar.

Huvudkomponenten i leddjurets exoskelett.

Kitin bildas också i många andra djurs organismer - en mängd olika maskar, coelenterater, etc.

I alla organismer som producerar och använder kitin är det inte i sin rena form, utan i ett komplex med andra polysackarider, och är mycket ofta förknippat med proteiner. Trots det faktum att kitin är ett ämne mycket lika i struktur, fysikalisk-kemiska egenskaper och biologisk roll till cellulosa, i organismer som bildar cellulosa (växter, vissa bakterier), kunde kitin inte hittas.

Kemi av kitin. I sin naturliga form skiljer sig kitiner från olika organismer något från varandra i sammansättning och egenskaper. Molekylvikten för kitin når 260 000.

Kitin är olösligt i vatten, resistent mot utspädda syror, alkalier, alkohol och andra organiska lösningsmedel. Löslig i koncentrerade lösningar av vissa salter (zinkklorid, litiumtiocyanat, kalciumsalter).

När den värms upp med koncentrerade lösningar av mineralsyror, förstörs den (hydrolyseras) och spjälkar av acetylgrupper.

Praktisk användning. Ett av derivaten av kitin som erhålls från det industriellt är kitosan. Råvarorna för dess produktion är skal av kräftdjur (krill, kungskrabba), såväl som produkter från mikrobiologisk syntes.

49. Aromatiska kolväten, organiska föreningar bestående av kol och väte och innehållande bensenkärnor. De enklaste och viktigaste företrädarna för A. kl. - bensen (I) och dess homologer: metylbensen eller toluen (II), dimetylbensen eller xylen, etc. inkluderar även bensenderivat med omättade sidokedjor, såsom styren (III). Det är känt en hel del A. kl. med flera bensenkärnor i molekylen, till exempel difenylmetan (IV), difenyl C6H5-C6H5, i vilka båda bensenkärnorna är direkt kopplade till varandra; i naftalen (V) delar båda ringarna 2 kolatomer; sådana kolväten kallas A. at. med kondenserade kärnor.

Bensen C6H6, PhH) är en organisk kemisk förening, en färglös vätska med en behaglig sötaktig lukt. aromatiskt kolväte. Bensen är en komponent i bensin, används flitigt inom industrin och är ett råmaterial för tillverkning av mediciner, olika plaster, syntetiskt gummi och färgämnen. Även om bensen finns i råolja, syntetiseras det kommersiellt från andra komponenter. Giftigt, cancerframkallande.

homologer- Föreningar som tillhör samma klass, men som skiljer sig från varandra i sammansättning med ett heltal av CH2-grupper. Uppsättningen av alla homologer bildar en homolog serie.

fysikaliska egenskaper. Färglös vätska med en märklig stickande lukt. Smältpunkt = 5,5 °C, Kokpunkt = 80,1 °C, Densitet = 0,879 g/cm³, Molekylvikt = 78,11 g/mol. Som alla kolväten brinner bensen och bildar mycket sot. Det bildar explosiva blandningar med luft, blandas väl med etrar, bensin och andra organiska lösningsmedel och bildar en azeotrop blandning med vatten med en kokpunkt på 69,25 °C. Löslighet i vatten 1,79 g/l (vid 25 °C).

Strukturera. Tillsammans med sin sammansättning tillhör bensen omättade kolväten (homolog serie CnH2n-6), men till skillnad från kolväten i etenserien uppvisar C2H4 egenskaper som är inneboende i mättade kolväten under svåra förhållanden, men bensen är mer benägen till substitutionsreaktioner. Detta "beteende" hos bensen förklaras av dess speciella struktur: närvaron av ett konjugerat 6π-elektronmoln i strukturen. Den moderna idén om den elektroniska naturen hos bindningar i bensen är baserad på hypotesen från Linus Pauling, som föreslog att skildra bensenmolekylen som en hexagon med en inskriven cirkel, och därigenom betona frånvaron av fixerade dubbelbindningar och närvaron av en ett enda elektronmoln som täcker alla sex kolatomer i cykeln.

50. Aromatiska föreningar (arenor)- cykliska organiska föreningar som har ett aromatiskt bindningssystem i sin sammansättning. De kan ha mättade eller omättade sidokedjor.

De viktigaste aromatiska kolvätena inkluderar C6H6-bensen och dess homologer: C6H5CH3-toluen, C6H4(CH3)2-xylen, etc.; naftalen C10H8, antracen C14H10 och deras derivat. Särskiljande kemiska egenskaper- ökad stabilitet hos den aromatiska kärnan och en tendens till substitutionsreaktioner. De huvudsakliga källorna till aromatiska kolväten är stenkolstjära, olja och oljeprodukter. Syntetiska metoder för att erhålla är av stor betydelse. Aromatiska kolväten är startprodukterna för framställning av ketoner, aldehyder och aromatiska syror samt många andra ämnen. Det finns också heterocykliska arener, bland vilka oftast finns i ren form och i form av föreningar - pyridin, pyrrol, furan och tiofen, indol, purin, kinolin.

Borazol ("oorganisk bensen") har också aromaticitet, men dess egenskaper skiljer sig markant från de hos organiska arener.

Elektrofila substitutionsreaktioner"(engelsk substitutionselektrofil reaktion) - substitutionsreaktioner där attacken utförs av en elektrofil - en partikel som är positivt laddad eller har ett underskott av elektroner. När en ny bindning bildas spjälkas den utgående partikeln - elektrofagen av utan sitt elektronpar. Den mest populära lämnande gruppen är H+-protonen.

51-52. Aromatiska elektrofila substitutionsreaktioner

För aromatiska system finns det faktiskt en elektrofil substitutionsmekanism, SEAr. SE1-mekanismen (i analogi med SN1-mekanismen) är extremt sällsynt, och SE2 (motsvarande SN2-mekanismen) hittas inte alls.

SEAr reaktionsmekanism eller aromatiska elektrofila substitutionsreaktioner (engelska substitutionselektrofila aromatiska) är den vanligaste och viktigaste bland substitutionsreaktionerna av aromatiska föreningar och består av två steg. I det första steget fästs elektrofilen, i det andra steget delas elektrofugen av.

Under reaktionen bildas en mellanliggande positivt laddad mellanprodukt (i figuren - 2b). Den kallas Weland-mellanprodukten, aroniumjonen eller σ-komplexet. Detta komplex är som regel mycket reaktivt och stabiliseras lätt genom att snabbt eliminera katjonen. Det hastighetsbegränsande steget i de allra flesta SEAr-reaktioner är det första steget.

Reaktionshastighet = k**

Relativt svaga elektrofiler fungerar vanligtvis som en attackerande partikel; därför fortskrider SEAr-reaktionen i de flesta fall under inverkan av en Lewis-syrakatalysator. AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2 används oftare än andra.

I det här fallet är reaktionsmekanismen följande (med exemplet med bensenklorering, FeCl3-katalysator):

1. I det första steget interagerar katalysatorn med den attackerande partikeln för att bilda ett aktivt elektrofilt medel

I det andra steget implementeras faktiskt SEAr-mekanismen.

53. Heterocykliska föreningar(heterocykler) - organiska föreningar som innehåller cykler, som tillsammans med kol också inkluderar atomer av andra element. De kan betraktas som karbocykliska föreningar med heterosubstituenter (heteroatomer) i ringen. Aromatiska kväveinnehållande heterocykliska föreningar är de mest olika och väl studerade. Begränsande fall av heterocykliska föreningar är föreningar som inte innehåller kolatomer i cykeln, till exempel pentazol.

pyrrol- aromatisk femledad kvävehaltig heterocykel, har svaga basegenskaper. Ingår i benolja (som erhålls genom torrdestillation av ben), samt i stenkolstjära. Pyrrolringar är en del av porfyriner - växtklorofyll, hem av hemoglobiner och cytokromer och ett antal andra biologiskt viktiga föreningar.

Struktur och egenskaper. Pyrrol är en färglös vätska, som påminner om kloroform i lukten, som långsamt mörknar när den utsätts för luft. Det är något hygroskopiskt, något lösligt i vatten och mycket lösligt i de flesta organiska lösningsmedel. Strukturen av pyrrol föreslogs 1870 av Bayer, baserat på dess oxidation med kromsyra till maleimid och dess bildning under destillationen av succinimid med zinkdamm.

Surhet och metallisering. Pyrrol är en svag NH-syra (pKa 17,5 i vatten) och reagerar med alkalimetaller och deras amider i flytande ammoniak eller inerta lösningsmedel för att deprotonera vid position 1 och bilda motsvarande salter. Reaktionen med Grignard-reagens fortskrider på liknande sätt, där N-magnesiumsalter bildas. N-substituerade pyrroler reagerar med butyl- och fenyllitium och metallerar till α-positionen.

54. INDOL (benso[b]pyrrol), säg. m. 117,18; färglös kristaller med en svag lukt av naftalen; smp. 52,5°C, kp 254 °С; d456 1,0718; sublimeras vid upphettning. upp till 150°С; m 7.03.10-30 C.m (bensen, 25°C); destillerad med vattenånga, dietyleter och NH3; väl sol. i org. lösningar, varmvatten, flytande NH3. Molekylen har en plan konfiguration.

Indol är en svag bas (pKa -2,4). När den protoneras bildar den en 3H-indoliumkatjon (f-la I), som är förenad när den interagerar. med en neutral molekyl ger indol en dimer (II). Som en svag syra (pKa 17) bildar indol med Na i flytande NH3 N-natriumindol, med KOH vid 130°C - N-kaliumindol. Har aromatisk. St. du. Electrof. byte går Ch. arr. till position 3. Nitrering utförs vanligtvis med bensoylnitrat, sulfonering med pyridinsulfotrioxid, bromering med dioxandibromid, klorering med SO2Cl2, alkylering med aktiva alkylhalogenider. Acetylering i ättiksyra går också till position 3, i närvaro. CH3COONa - till position 1; i ättiksyraanhydrid bildas 1,3-diacetylindol. Indol bidrar lätt till dubbelbindningen av a,b-omättade ketoner och nitriler.

Aminometylering (Mannich-distriktet) fortsätter under milda förhållanden till position 1, under hårda förhållanden - till position 3. Substitution i bensenringen (övervägande i position 4 och 6) sker endast i sura miljöer med blockerad position 3. I närvaro. H2O2, persyror eller i den lätta indolen oxideras till indoxyl, som sedan övergår i. i trimer eller indigo. Mer allvarlig oxidation under inverkan av O3, MnO2 leder till bristning av pyrrolringen med bildning av 2-formamidobensaldehyd. När indol hydreras med väte under milda förhållanden reduceras pyrrolringen, och under svårare förhållanden reduceras även bensenringen.

Indol finns i de eteriska oljorna av jasmin och citrusfrukter, är en del av kam.-ug. hartser. Indolringen är ett fragment av molekyler av viktig natur. föreningar (t.ex. tryptofan, serotonin, melatonin, bufotenin). Typiskt isoleras indol från naftalenfraktionen av kam.-ug. harts eller erhålls genom dehydrering av o-etylanilin med det senare. cyklisering av den resulterande produkten. Indol och dess derivat syntetiseras också genom cyklisering av arylhydrazoner av karbonylföreningar. (R-tion Fisher), ömsesidigt. arylaminer med a-halogen eller a-hydroxikarbonyl Comm. (R-tion Bischler), etc. Kärnan i indolen är en del av indolalkaloiderna. Indol i sig är ett luktfixeringsmedel i parfymeri; dess derivat används vid framställning av biologiskt aktiva föreningar. (hormoner, hallucinogener) och lek. Onsdag (t.ex. indopan, indometacin).

55. Imidazol- en organisk förening av klassen heterocykler, en femledad cykel med två kväveatomer och tre kolatomer i cykeln, isomer till pyrazol.

Egenskaper. I osubstituerad imidazol är positionerna 4 och 5 (kolatomer) ekvivalenta på grund av tautomerism. Aromatisk, reagerar med diazoniumsalter (kombination). Det nitreras och sulfoneras endast i ett surt medium i position 4, halogener i ett alkaliskt medium kommer in i position 2, i ett surt medium i position 4. Lätt alkyleras och acyleras vid imin N, öppnar cykeln när de interagerar med lösningar av starka syror och peroxider. Katalyserar hydrolysen av knappt förtvålbara estrar och amider av karboxylsyror.

Baserat på imidazol produceras ett stort antal olika joniska vätskor.

Mottagningsmetoder. Från orto-fenylendiamin via bensimidazol och 4,5-imidazol dikarboxylsyra.

Interaktion mellan glyoxal (oxalaldehyd) med ammoniak och formaldehyd.

biologisk roll. Imidazolringen är en del av den essentiella aminosyran histidin. Strukturellt fragment av histamin, purinbaser, dibazol.

56. Pyridin- en sexledad aromatisk heterocykel med en kväveatom, en färglös vätska med en skarp obehaglig lukt; blandbar med vatten och organiska lösningsmedel. Pyridin är en svag bas, ger salter med starka mineralsyror, bildar lätt dubbelsalter och komplexa föreningar.

Mottagande. Den huvudsakliga källan för att få pyridin är stenkolstjära.

Kemiska egenskaper. Pyridin uppvisar egenskaper som är karakteristiska för tertiära aminer: det bildar N-oxider, N-alkylpyridiniumsalter och kan fungera som en sigma-donatorligand.

Samtidigt har pyridin tydliga aromatiska egenskaper. Närvaron av en kväveatom i konjugeringsringen leder emellertid till en allvarlig omfördelning av elektrondensiteten, vilket leder till en kraftig minskning av aktiviteten av pyridin i reaktioner av elektrofil aromatisk substitution. I sådana reaktioner reageras övervägande ringens metapositioner.

Pyridin kännetecknas av aromatiska nukleofila substitutionsreaktioner som förekommer övervägande vid ringens orto-para-positioner. Denna reaktivitet är en indikation på pyridinringens elektrondefekta natur, vilket kan sammanfattas i följande tumregel: reaktiviteten hos pyridin som en aromatisk förening motsvarar ungefär reaktiviteten hos nitrobensen.

Ansökan. Det används vid syntes av färgämnen, droger, insekticider, i analytisk kemi, som lösningsmedel för många organiska och vissa oorganiska ämnen, för denaturering av alkohol.

Säkerhet. Pyridin är giftigt, påverkar nervsystemet, huden.

57. Biologisk roll. Nikotinsyra är ett derivat av pyridin. Det absorberas i magen och tolvfingertarmen och genomgår sedan aminering, vilket resulterar i nikotinoamid, som i kroppen, i kombination med proteiner, bildar mer än 80 enzymer. Detta är den huvudsakliga fysiologiska rollen för vitamin B5. Således är nikotinsyra en del av så viktiga redoxenzymer som dehydrogenes, som katalyserar avlägsnandet av väte från organiska ämnen som oxideras. Vätet som på så sätt tas bort av dessa enzymer förs vidare till redoxenzymer, som inkluderar riboflavin. Dessutom, i däggdjurskroppar, bildas pyridinnukleotider från nikotinamid (niacin) och nikotinsyra, som fungerar som koenzymer för NAD och NADP. Bristen på dessa prekursorer hos djur orsakar pellagra, en sjukdom som visar sig med symtom från huden, mag-tarmkanalen och nervsystemet (dermatit, diarré, demens). Som koenzymer av NAD och NADP är nikotinsyraprekursorer involverade i många redoxreaktioner katalyserade av dehydrogenaser. Den biologiska effekten av nikotinsyra manifesteras i form av stimulering av den sekretoriska funktionen i magen och matsmältningskörtlarna (i dess närvaro i magen ökar koncentrationen av fri saltsyra). Under påverkan av vitamin B5 sker en ökning av glykogenbiosyntesen och en minskning av hyperglykemi, en ökning av den avgiftande funktionen i levern, en expansion av blodkärlen och en förbättring av mikrocirkulationen i blodet.

Det finns ett samband mellan nikotinsyra och svavelhaltiga aminosyror. Ökad urinutsöndring av metylnikotinamid med proteinbrist normaliseras genom inkludering av svavelhaltiga aminosyror i kosten. Samtidigt normaliseras också innehållet av fosfopynukleotider i levern.

58. Pyrimidin (C4N2H4 pyrimidin, 1,3- eller m-diazin, myazin) är en heterocyklisk förening med en platt molekyl, den enklaste representanten för 1,3-diaziner.

fysikaliska egenskaper. Pyrimidin - färglösa kristaller med en karakteristisk lukt.

Kemiska egenskaper. Molekylvikten för pyrimidin är 80,09 g/mol. Pyrimidin uppvisar egenskaperna hos en svag disyrabas, eftersom kväveatomer kan fästa protoner på grund av donator-acceptorbindningen, samtidigt som de får en positiv laddning. Reaktiviteten i elektrofila substitutionsreaktioner av pyrimidin reduceras på grund av en minskning av elektrondensiteten i positionerna 2,4,6, orsakad av närvaron av två kväveatomer i cykeln. Substitution blir möjlig endast i närvaro av elektrondonerande substituenter och är riktad till den minst deaktiverade position 5. Men i motsats till detta är pyrimidin aktivt med avseende på nukleofila reagens som attackerar kolatomerna 2, 4 och 6 i cykeln .

Mottagande. Pyrimidin erhålls genom reduktion av halogenerade pyrimidinderivat. Eller från 2,4,6-triklorpyrimidin erhållen genom att behandla barbitursyra med fosforklor.

Pyrimidinderivat spridda i vilda djur, där de är involverade i många viktiga biologiska processer. I synnerhet är sådana derivat som cytosin, tymin, uracil en del av nukleotiderna, som är de strukturella enheterna av nukleinsyror, pyrimidinkärnan är en del av vissa B-vitaminer, särskilt B1, koenzymer och antibiotika.

59. Purin (C5N4H4, purin)- en heterocyklisk förening, den enklaste representanten för imidazopyrimidiner.

Purinderivat spelar en viktig roll i kemin av naturliga föreningar (purinbaser av DNA och RNA; koenzym NAD; alkaloider, koffein, teofyllin och teobromin; toxiner, saxitoxin och relaterade föreningar; urinsyra) och därför i läkemedel.

adenin- kvävehaltig bas, aminoderivat av purin (6-aminopurin). Bildar två vätebindningar med uracil och tymin (komplementaritet).

fysikaliska egenskaper. Adenin är färglösa kristaller som smälter vid en temperatur på 360-365 C. Det har ett karakteristiskt absorptionsmaximum (λmax) vid 266 mc (pH 7) med en molär extinktionskoefficient (εmax) på 13500.

Kemisk formel С5H5N5 molekylvikt 135,14 g/mol. Adenin uppvisar grundläggande egenskaper (pKa1=4,15; pKa2=9,8). När det interagerar med salpetersyra förlorar adenin sin aminogrupp och förvandlas till hypoxantin (6-hydroxipurin). I vattenlösningar kristalliseras det till ett kristallint hydrat med tre vattenmolekyler.

Löslighet. Låt oss väl lösa upp i vatten, särskilt varmt, med minskning av temperaturen på vattnet, lösligheten av adenin i det faller. Dåligt lösligt i alkohol, i kloroform, eter, samt i syror och alkalier - olösligt.

Utbredning och betydelse i naturen. Adenin är en del av många föreningar som är viktiga för levande organismer, såsom: adenosin, adenosinfosfatas, adenosinfosforsyror, nukleinsyror, adeninnukleotider, etc. I form av dessa föreningar är adenin brett distribuerat i vilda djur.

Guanin- en kvävehaltig bas, ett aminoderivat av purin (6-hydroxi-2-aminopurin), är integrerad del nukleinsyror. I DNA, under replikation och transkription, bildar det tre vätebindningar med cytosin (komplementaritet). Först isolerad från guano.

fysikaliska egenskaper. Färglöst, amorft kristallint pulver. Smältpunkt 365°C. En lösning av guanin i HCl fluorescerar. I alkaliska och sura miljöer har den två absorptionsmaxima (λmax) i det ultravioletta spektrumet: vid 275 och 248 mk (pH 2) och 246 och 273 mk (pH 11).

Kemiska egenskaper. Den kemiska formeln är C5H5N5O, molekylvikten är 151,15 g/mol. Visar grundläggande egenskaper, pKa1= 3,3; pKa2= 9,2; pKa3=12,3. Reagerar med syror och alkalier och bildar salter.

Löslighet. Mycket löslig i syror och alkalier, dåligt löslig i eter, alkohol, ammoniak och neutrala lösningar, olöslig i vatten .

kvalitetsreaktioner. För att bestämma guanin fälls det ut med metafosfor- och pikrinsyror; med diazosulfonsyra i en Na2CO3-lösning ger det en röd färg.

Fördelning i natur och betydelse. Ingår i nukleinsyror.

60. Nukleosiderär glykosylaminer som innehåller en kvävehaltig bas associerad med ett socker (ribos eller deoxiribos).

Nukleosider kan fosforyleras av cellulära kinaser vid den primära alkoholgruppen i sockret, och motsvarande nukleotider bildas.

Nukleotider- Fosforsyraestrar av nukleosider, nukleosidfosfater. Fria nukleotider, i synnerhet ATP, cAMP, ADP, spelar en viktig roll i energi och informativa intracellulära processer, och är också beståndsdelar av nukleinsyror och många koenzymer.

Nukleotider är estrar av nukleosider och fosforsyror. Nukleosider är i sin tur N-glykosider som innehåller ett heterocykliskt fragment kopplat genom en kväveatom till C-1-atomen i en sockerrest.

Strukturen av nukleotider. I naturen är de vanligaste nukleotiderna β-N-glykosider av puriner eller pyrimidiner och pentoser - D-ribos eller D-2-ribos. Beroende på strukturen av pentos särskiljs ribonukleotider och deoxiribonukleotider, som är monomerer av molekyler av komplexa biologiska polymerer (polynukleotider) - respektive RNA eller DNA.

Fosfatresten i nukleotider bildar vanligtvis en esterbindning med 2'-, 3'- eller 5'-hydroxylgrupperna i ribonukleosider, i fallet med 2'-deoxinukleosider förestras 3'- eller 5'-hydroxylgrupper.

Föreningar som består av två nukleotidmolekyler kallas dinukleotider, tre - trinukleotider, ett litet antal - oligonukleotider och många - polynukleotider eller nukleinsyror.

Nukleotidnamn är förkortningar i form av standardkoder på tre eller fyra bokstäver.

Om förkortningen börjar med en liten bokstav "d" (engelska d), så menas deoxiribonukleotid; frånvaron av bokstaven "d" betyder ribonukleotid. Om förkortningen börjar med en liten bokstav "c" (engelska c), så talar vi om nukleotidens cykliska form (till exempel cAMP).

Den första stora bokstaven i förkortningen indikerar en specifik kvävebas eller en grupp av möjliga nukleinbaser, den andra bokstaven indikerar antalet fosforsyrarester i strukturen (M - mono-, D - di-, T - tri-), och den tredje stora bokstaven är alltid bokstaven F ("-fosfat"; engelska P).

Latinska och ryska koder för nukleinbaser:

A - A: Adenin; G - G: Guanin; C-C: Cytosin; T - T: Tymin (5-metyluracil), som inte finns i RNA, ersätter uracil i DNA; U - U: Uracil, som inte finns i DNA, tar tymins plats i RNA.

Alla ämnen som innehåller en kolatom, förutom karbonater, karbider, cyanider, tiocyanater och kolsyra, är organiska föreningar. Det betyder att de kan skapas av levande organismer från kolatomer genom enzymatiska eller andra reaktioner. Idag kan många organiska ämnen syntetiseras på konstgjord väg, vilket möjliggör utveckling av medicin och farmakologi, såväl som skapandet av höghållfasta polymer- och kompositmaterial.

Klassificering av organiska föreningar

Organiska föreningar är den mest talrika klassen av ämnen. Det finns ett 20-tal typer av ämnen här. De är olika i kemiska egenskaper, olika i fysikaliska egenskaper. Deras smältpunkt, massa, flyktighet och löslighet, såväl som deras aggregationstillstånd under normala förhållanden, är också olika. Bland dem:

• kolväten (alkaner, alkyner, alkener, alkadiener, cykloalkaner, aromatiska kolväten);
• aldehyder;
• ketoner;
• alkoholer (tvåvärda, envärda, flervärda);
• etrar;
• estrar;
• karboxylsyror;
• aminer;
• aminosyror;
• kolhydrater;
• fetter;
• proteiner;
• biopolymerer och syntetiska polymerer.

Denna klassificering återspeglar egenskaperna hos den kemiska strukturen och närvaron av specifika atomgrupper som bestämmer skillnaden i egenskaperna hos ett ämne. I allmänna termer ser klassificeringen, som är baserad på konfigurationen av kolskelettet, som inte tar hänsyn till egenskaperna hos kemiska interaktioner, annorlunda ut. Enligt dess bestämmelser är organiska föreningar uppdelade i:

• alifatiska föreningar;
• aromatiska ämnen;
• heterocykliska föreningar.

Dessa klasser av organiska föreningar kan ha isomerer i olika grupper ah ämnen. Isomerernas egenskaper är olika, även om deras atomsammansättning kan vara densamma. Detta följer av de bestämmelser som fastställts av A. M. Butlerov. Dessutom är teorin om organiska föreningars struktur den vägledande grunden för all forskning inom organisk kemi. Den sätts på samma nivå som Mendeleevs periodiska lag.

Själva begreppet kemisk struktur introducerades av A. M. Butlerov. I kemins historia dök det upp den 19 september 1861. Tidigare fanns det olika åsikter inom vetenskapen, och vissa forskare förnekade helt existensen av molekyler och atomer. Därför fanns det ingen ordning i organisk och oorganisk kemi. Dessutom fanns det inga regelbundenheter med vilka det var möjligt att bedöma egenskaperna hos specifika ämnen. Samtidigt fanns det också föreningar som med samma sammansättning uppvisade olika egenskaper.

A. M. Butlerovs uttalanden styrde på många sätt utvecklingen av kemi i rätt riktning och skapade en solid grund för det. Genom det var det möjligt att systematisera de ackumulerade fakta, nämligen de kemiska eller fysikaliska egenskaperna hos vissa ämnen, mönstren för deras inträde i reaktioner, och så vidare. Till och med förutsägelsen av sätt att erhålla föreningar och närvaron av några vanliga egenskaper blev möjlig tack vare denna teori. Och viktigast av allt, A. M. Butlerov visade att strukturen hos en ämnesmolekyl kan förklaras i termer av elektriska interaktioner.

Logiken i teorin om strukturen hos organiska ämnen

Eftersom, före 1861, många inom kemin förkastade existensen av en atom eller en molekyl, blev teorin om organiska föreningar ett revolutionerande förslag för den vetenskapliga världen. Och eftersom A. M. Butlerov själv endast utgår från materialistiska slutsatser, lyckades han motbevisa de filosofiska idéerna om organisk materia.

Han lyckades visa att molekylstrukturen kan kännas igen empiriskt genom kemiska reaktioner. Till exempel kan sammansättningen av alla kolhydrater bestämmas genom att bränna en viss mängd av det och räkna det resulterande vattnet och koldioxiden. Mängden kväve i aminmolekylen beräknas också under förbränning genom att mäta volymen av gaser och frigöra den kemiska mängden molekylärt kväve.

Om vi ​​betraktar Butlerovs bedömningar om den kemiska strukturen, som beror på strukturen, i motsatt riktning, så antyder en ny slutsats sig själv. Nämligen: genom att känna till ett ämnes kemiska struktur och sammansättning kan man empiriskt anta dess egenskaper. Men viktigast av allt, Butlerov förklarade att det i organiskt material finns ett stort antal ämnen som uppvisar olika egenskaper, men har samma sammansättning.

Allmänna bestämmelser i teorin

Med tanke på och undersökte organiska föreningar, härledde A. M. Butlerov några av de viktigaste mönstren. Han kombinerade dem till bestämmelserna i teorin som förklarar strukturen hos kemikalier av organiskt ursprung. Bestämmelserna i teorin är följande:

• i organiska ämnens molekyler är atomer sammankopplade i en strikt definierad sekvens, som beror på valens;
• kemisk struktur är den direkta ordningen enligt vilken atomer är anslutna i organiska molekyler;
• den kemiska strukturen bestämmer närvaron av egenskaperna hos en organisk förening;
• beroende på strukturen hos molekyler med samma kvantitativa sammansättning kan olika egenskaper hos ämnet uppträda;
• alla atomgrupper som är involverade i bildandet av en kemisk förening har ett ömsesidigt inflytande på varandra.

Alla klasser av organiska föreningar är byggda enligt principerna i denna teori. Efter att ha lagt grunden kunde A. M. Butlerov utöka kemi som ett vetenskapsområde. Han förklarade att på grund av det faktum att kol uppvisar en valens på fyra i organiska ämnen, bestäms variationen av dessa föreningar. Närvaron av många aktiva atomgrupper avgör om ett ämne tillhör en viss klass. Och det är just på grund av närvaron av specifika atomgrupper (radikaler) som fysikaliska och kemiska egenskaper uppträder.

Kolväten och deras derivat

Dessa organiska föreningar av kol och väte är de enklaste i sammansättningen bland alla ämnen i gruppen. De representeras av en underklass av alkaner och cykloalkaner (mättade kolväten), alkener, alkadiener och alkatriener, alkyner (omättade kolväten), samt en underklass av aromatiska ämnen. I alkaner är alla kolatomer sammankopplade endast med en enda C-C-bindning, varför inte en enda H-atom kan byggas in i kolvätets sammansättning.

I omättade kolväten kan väte inkorporeras vid platsen för den dubbla C=C-bindningen. C-C-bindningen kan också vara trippel (alkyner). Detta gör att dessa ämnen kan ingå i många reaktioner i samband med reduktion eller tillsats av radikaler. Alla andra ämnen, för att underlätta att studera deras förmåga att ingå reaktioner, betraktas som derivat av en av klasserna av kolväten.

Alkoholer

Alkoholer kallas organiska kemiska föreningar mer komplexa än kolväten. De syntetiseras som ett resultat av enzymatiska reaktioner i levande celler. Det mest typiska exemplet är syntesen av etanol från glukos som ett resultat av jäsning.

Inom industrin erhålls alkoholer från halogenderivat av kolväten. Som ett resultat av att en hydroxylgrupp ersätts av en halogenatom, bildas alkoholer. Envärda alkoholer innehåller bara en hydroxylgrupp, flervärda - två eller fler. Ett exempel på en tvåvärd alkohol är etylenglykol. Den flervärda alkoholen är glycerol. Den allmänna formeln för alkoholer är R-OH (R är en kolkedja).

Aldehyder och ketoner

Efter att alkoholer går in i reaktioner av organiska föreningar associerade med eliminering av väte från alkoholgruppen (hydroxylgruppen), stängs en dubbelbindning mellan syre och kol. Om denna reaktion äger rum vid alkoholgruppen vid den terminala kolatomen, bildas en aldehyd som ett resultat av den. Om kolatomen med alkohol inte är belägen i slutet av kolkedjan, är resultatet av dehydreringsreaktionen produktionen av en keton. Den allmänna formeln för ketoner är R-CO-R, aldehyder R-COH (R är kolväteradikalen i kedjan).

Estrar (enkla och komplexa)

Den kemiska strukturen hos organiska föreningar i denna klass är komplicerad. Etrar betraktas som reaktionsprodukter mellan två alkoholmolekyler. När vatten klyvs från dem bildas en förening av R-O-R-provet. Reaktionsmekanism: eliminering av en väteproton från en alkohol och en hydroxylgrupp från en annan alkohol.

Estrar är reaktionsprodukter mellan en alkohol och en organisk karboxylsyra. Reaktionsmekanism: eliminering av vatten från alkohol- och kolgrupperna i båda molekylerna. Väte spjälkas av från syran (längs hydroxylgruppen), och själva OH-gruppen separeras från alkoholen. Den resulterande föreningen avbildas som R-CO-O-R, där boken R betecknar radikaler - resten av kolkedjan.

Karboxylsyror och aminer

Karboxylsyror kallas speciella ämnen som spelar en viktig roll för cellens funktion. Den kemiska strukturen hos organiska föreningar är som följer: en kolväteradikal (R) med en karboxylgrupp (-COOH) fäst till den. Karboxylgruppen kan bara finnas vid den yttersta kolatomen, eftersom valensen C i (-COOH)-gruppen är 4.

Aminer är enklare föreningar som är derivat av kolväten. Här har vilken kolatom som helst en aminradikal (-NH2). Det finns primära aminer i vilka (-NH2)-gruppen är bunden till ett kol (allmän formel R-NH2). I sekundära aminer kombineras kväve med två kolatomer (formel R-NH-R). Tertiära aminer har kväve bundet till tre kolatomer (R3N), där p är en radikal, en kolkedja.

Aminosyror

Aminosyror är komplexa föreningar som uppvisar egenskaperna hos både aminer och syror av organiskt ursprung. Det finns flera typer av dem, beroende på placeringen av amingruppen i förhållande till karboxylgruppen. Alfa-aminosyror är de viktigaste. Här är amingruppen belägen vid kolatomen till vilken karboxylgruppen är fäst. Detta gör att du kan skapa en peptidbindning och syntetisera proteiner.

Kolhydrater och fetter

Kolhydrater är aldehydalkoholer eller ketoalkoholer. Dessa är föreningar med linjär eller cyklisk struktur, såväl som polymerer (stärkelse, cellulosa och andra). Deras viktigaste roll i cellen är strukturell och energisk. Fetter, eller snarare lipider, utför samma funktioner, bara de deltar i andra biokemiska processer. Kemiskt sett är fett en ester av organiska syror och glycerol.