Teorija prema kojoj je većina supstanci organska. Koncept izomerizma

Slajd 1>

Ciljevi predavanja:

• edukativni:
  • formiraju pojmove o suštini teorije hemijske strukture organska materija, oslanjajući se na znanje studenata o elektronskoj strukturi atoma elemenata, njihovom položaju u periodnom sistemu D.I. Mendeljejev, o stepenu oksidacije, prirodi hemijske veze i drugim glavnim teorijskim principima:
    • redoslijed rasporeda atoma ugljika u lancu,
    • međusobni uticaj atoma u molekuli,
    • ovisnost svojstava organskih tvari o strukturi molekula;
  • formiraju ideju o napretku razvoja teorija u organskoj hemiji;
  • ovladati pojmovima: izomeri i izomerija;
  • objasni značenje strukturnih formula organskih supstanci i njihove prednosti u odnosu na molekularne;
  • pokazati potrebu i preduslove za stvaranje teorije hemijske strukture;
  • Nastavite da razvijate vještine bilježenja.
• Razvojni:
  • razvijati razmišljanje tehnike analize, poređenja, generalizacije;
  • razviti apstraktno mišljenje;
  • trenirati pažnju učenika pri percipiranju veće količine materijala;
  • razviti sposobnost analize informacija i isticanje najvažnijeg materijala.
• edukativni:
  • u svrhu patriotskog i internacionalnog obrazovanja učenicima pružiti istorijske podatke o životu i radu naučnika.

TOKOM NASTAVE

1. Organizacioni dio

- Pozdrav
– Priprema učenika za čas
– Primanje informacija o odsutnim.

2. Učenje novih stvari

Pregled predavanja:<Aneks 1 . Slajd 2>

I. Predstrukturne teorije:
– vitalizam;
– teorija radikala;
– teorija tipova.
II. Kratke informacije o stanju hemijske nauke do 60-ih godina XIX veka. Uslovi za stvaranje teorije hemijske strukture supstanci:
– potreba za stvaranjem teorije;
– preduslovi za teoriju hemijske strukture.
III. Suština teorije hemijske strukture organskih supstanci A.M. Butlerov. Koncept izomerizma i izomera.
IV. Značaj teorije hemijske strukture organskih supstanci A.M. Butlerov i njegov razvoj.

3. Domaći zadatak: sažetak, stav 2.

4. Predavanje

I. Znanja o organskim supstancama su se postepeno gomilala od antičkih vremena, ali se organska hemija kao samostalna nauka pojavila tek početkom 19. veka. Uspostavljanje nezavisnosti organizacione hemije vezuje se za ime švedskog naučnika J. Berzeliusa<Aneks 1 . Slajd 3>. Godine 1808-1812 objavio je svoj veliki priručnik o hemiji, u kojem je prvobitno nameravao da uz minerale razmotri i supstance životinjskog i biljnog porekla. Ali dio udžbenika posvećen organskim tvarima pojavio se tek 1827.
Najznačajniju razliku između anorganskih i organskih supstanci J. Berzelius je vidio u tome što se prve mogu dobiti u laboratorijama sintetički, dok druge navodno nastaju samo u živim organizmima pod utjecajem određene “vitalne sile” – kemijskog sinonima. za “dušu”, “duh”, “božansko porijeklo” živih organizama i njihovih sastavnih organskih supstanci.
Nazvana je teorija koja je objasnila nastanak organskih jedinjenja intervencijom “vitalne sile”. vitalizam. Bila je popularna neko vrijeme. U laboratoriji je bilo moguće sintetizirati samo najjednostavnije tvari koje sadrže ugljik, kao što su ugljični dioksid - CO 2, kalcijum karbid - CaC 2, kalijum cijanid - KCN.
Tek 1828. njemački naučnik Wöhler<Aneks 1 . Slajd 4> uspio je dobiti organsku supstancu ureu iz neorganske soli - amonijum cijanata - NH 4 CNO.
NH 4 CNO –– t –> CO(NH 2) 2
Godine 1854. francuski naučnik Berthelot<Aneks 1 . Slajd 5>primio trigliceride. To je zahtijevalo promjenu definicije organske hemije.
Naučnici su pokušali, na osnovu sastava i svojstava, da razotkriju prirodu molekula organskih supstanci, i nastojali da stvore sistem koji bi omogućio da se međusobno povežu različite činjenice koje su se nakupile početkom 19. veka.
Prvi pokušaj da se stvori teorija koja je nastojala da generalizuje dostupne podatke o organskim supstancama vezuje se za ime francuskog hemičara J. Dumasa<Aneks 1 . Slajd 6>. Ovo je bio pokušaj da se sa jedinstvene tačke gledišta razmotri prilično velika grupa organskih jedinjenja, koje bismo danas nazvali derivatima etilena. Ispostavilo se da su organska jedinjenja derivati ​​nekog radikala C 2 H 4 - eterina:
C 2 H 4 * HCl – etil hlorid (eterin hidrohlorid)
Ideja sadržana u ovoj teoriji - pristup organskoj supstanci koja se sastoji od 2 dijela - kasnije je formirala osnovu za širu teoriju radikala (J. Berzelius, J. Liebig, F. Wöhler). Ova teorija se zasniva na ideji o "dualističkoj strukturi" supstanci. J. Berzelius je napisao: “svaka organska tvar se sastoji od 2 komponente koje nose suprotan električni naboj.” J. Berzelius je kisik smatrao jednom od ovih komponenti, odnosno elektronegativnim dijelom, dok je ostatak, zapravo organski, trebao biti elektropozitivni radikal.

Osnovne odredbe teorije radikala:<Aneks 1 . Slajd 7>

– sastav organskih supstanci uključuje radikale koji nose pozitivan naboj;
– radikali su uvijek konstantni, ne prolaze kroz promjene, prelaze s jednog molekula na drugi bez promjena;
– radikali mogu postojati u slobodnom obliku.

Postepeno, nauka je akumulirala činjenice koje su bile u suprotnosti s teorijom radikala. Tako je J. Dumas zamenio vodonik hlorom u ugljovodoničnim radikalima. Činilo se nevjerovatnim naučnicima koji su bili pristalice radikalne teorije da hlor, nabijen negativno, može igrati ulogu vodonika, nabijenog pozitivno, u jedinjenjima. Godine 1834. J. Dumas je dobio zadatak da istraži neugodan incident tokom bala u palati francuskog kralja: svijeće su ispuštale zagušljiv dim kada su gorele. J. Dumas je utvrdio da je vosak od kojeg su napravljene svijeće proizvođač tretiran hlorom za izbjeljivanje. U ovom slučaju, hlor je ušao u molekulu voska, zamjenjujući dio vodonika koji se nalazi u njemu. Ispostavilo se da je zagušljiva isparenja koja su uplašila kraljevske goste bila hlorovodonik (HCl). Nakon toga, J. Dumas je dobio trihlorosirćetnu kiselinu iz sirćetne kiseline.
Tako je elektropozitivni vodonik zamijenjen ekstremno elektronegativnim elementom klorom, a svojstva spoja su ostala gotovo nepromijenjena. Tada je J. Dumas zaključio da dualistički pristup treba zamijeniti pristupom organizacionoj povezanosti kao jedinstvenoj cjelini.

Radikalna teorija je postepeno odbacivana, ali je ostavila dubok trag u organskoj hemiji:<Aneks 1 . Slajd 8>
– koncept „radikala“ se čvrsto ustalio u hemiji;
– ispostavila se tačnim tvrdnja o mogućnosti postojanja radikala u slobodnom obliku, o prijelazu u ogromnom broju reakcija određenih grupa atoma iz jednog spoja u drugi.

U 40-im godinama XIX vijeka Započeto je proučavanje homologije, što je omogućilo da se razjasne neki od odnosa između sastava i svojstava spojeva. Identifikovani homologne serije, homologna razlika, koja je omogućila klasifikaciju organskih supstanci. Klasifikacija organskih supstanci na osnovu homologije dovela je do pojave teorije tipova (40-50-te godine 19. veka, C. Gerard, A. Kekule, itd.)<Aneks 1 . Slajd 9>

Suština teorije tipova<Aneks 1 . Slajd 10>

– teorija se zasniva na analogiji u reakcijama između organskih i nekih neorganskih supstanci, prihvaćenih kao tipovi (vrste: vodonik, voda, amonijak, hlorovodonik itd.). Zamjenjujući atome vodonika u vrsti tvari drugim grupama atoma, naučnici su predvidjeli različite derivate. Na primjer, zamjena atoma vodika u molekulu vode metil radikalom rezultira formiranjem molekule alkohola. Supstitucija dva atoma vodika rezultira pojavom molekula etra<Aneks 1 . Slajd 11>

C. Gerard je direktno rekao u vezi s tim da je formula supstance samo skraćeni zapis njenih reakcija.

Sve org. supstance su se smatrale derivatima najjednostavnijih anorganskih supstanci - vodonika, hlorovodonika, vode, amonijaka<Aneks 1 . Slajd 12>

<Aneks 1 . Slajd 13>

– molekuli organskih supstanci su sistem koji se sastoji od atoma čiji red povezivanja nije poznat; na svojstva jedinjenja utiče ukupnost svih atoma molekula;
– nemoguće je znati strukturu supstance, jer se molekuli menjaju tokom reakcije. Formula tvari ne odražava strukturu, već reakcije u kojima supstanca prolazi. Za svaku supstancu možete napisati onoliko racionalnih formula razne vrste transformacije koje supstanca može doživjeti. Teorija tipova je dopuštala mnoštvo „racionalnih formula“ za supstance, u zavisnosti od toga koje reakcije žele da izraze ovim formulama.

Teorija tipova igrala je glavnu ulogu u razvoju organske hemije <Aneks 1 . Slajd 14>

– omogućio je predviđanje i otkrivanje brojnih supstanci;
- obezbeđeno pozitivan uticaj o razvoju doktrine valencije;
– obratio pažnju na proučavanje hemijskih transformacija organskih jedinjenja, što je omogućilo dublje proučavanje svojstava supstanci, kao i osobina predviđenih jedinjenja;
- napravila sistematizaciju organskih jedinjenja koja je bila savršena za to vrijeme.

Ne treba zaboraviti da su u stvarnosti teorije nastale i zamjenjivale jedna drugu ne sekvencijalno, već su postojale istovremeno. Hemičari se često nisu dobro razumjeli. F. Wöhler je 1835. rekao da „organska hemija danas može svakoga izluditi. Čini mi se kao gusta šuma puna divnih stvari, ogroman šikar bez izlaza, bez kraja, u koji se ne usuđuješ prodreti...”

Nijedna od ovih teorija nije postala teorija organske hemije u punom smislu te riječi. Glavni razlog neuspjeha ovih ideja bila je njihova idealistička suština: unutrašnja struktura molekula smatrana je fundamentalno nepoznatom, a svaka spekulacija o njoj smatrana je nadriliječništvom.

Bila je potrebna nova teorija koja bi zauzela materijalističku poziciju. Ova teorija je bila teorija hemijske strukture A.M. Butlerov <Aneks 1 . Slajdovi 15, 16>, koji je nastao 1861. Sve racionalno i vrijedno što je bilo u teorijama radikala i tipova kasnije je asimilirano teorijom kemijske strukture.

Potrebu za teorijom diktirali su:<Aneks 1 . Slajd 17>

– povećane industrijske potrebe za organskom hemijom. Tekstilnu industriju bilo je potrebno obezbijediti bojama. Za razvoj prehrambene industrije bilo je potrebno unaprijediti metode prerade poljoprivrednih proizvoda.
U vezi s ovim problemima počele su se razvijati nove metode za sintezu organskih tvari. Međutim, naučnici su imali ozbiljnih poteškoća da naučno potkrepe ove sinteze. Na primjer, bilo je nemoguće objasniti valenciju ugljika u spojevima koristeći staru teoriju.
Ugljik nam je poznat kao 4-valentni element (To je eksperimentalno dokazano). Ali ovdje se čini da zadržava ovu valenciju samo u CH4 metanu. U etanu C 2 H 6, ako slijedimo naše ideje, ugljik bi trebao biti. 3-valentna, au propanu C 3 H 8 - frakciona valentna. (A znamo da valencija mora biti izražena samo cijelim brojevima).
Koja je valencija ugljika u organskim jedinjenjima?

Nije bilo jasno zašto postoje supstance istog sastava, ali različitih svojstava: C 6 H 12 O 6 - molekulska formula glukoze, ali ista formula za fruktozu (šećerna tvar - komponenta meda).

Predstrukturne teorije nisu mogle objasniti raznolikost organskih supstanci. (Zašto ugljenik i vodonik, dva elementa, mogu formirati toliko različitih jedinjenja?).

Bilo je neophodno sistematizovati postojeće znanje sa jedne tačke gledišta i razviti jedinstvenu hemijsku simboliku.

Naučno utemeljen odgovor na ova pitanja dala je teorija hemijske strukture organskih jedinjenja koju je stvorio ruski naučnik A.M. Butlerov.

Osnovni preduvjeti, koji je pripremio teren za nastanak teorije hemijske strukture<Aneks 1 . Slajd 18>

– doktrina valentnosti. Godine 1853. E. Frankland je uveo koncept valencije i ustanovio valentnost za brojne metale proučavajući organometalna jedinjenja. Postepeno je koncept valencije proširen na mnoge elemente.

Važno otkriće za organsku hemiju bila je hipoteza o sposobnosti atoma ugljika da formiraju lance (A. Kekule, A. Cooper).

Jedan od preduslova bio je razvoj pravilnog razumevanja atoma i molekula. Sve do druge polovine 50-ih godina. XIX vijeka Nije bilo opšteprihvaćenih kriterijuma za definisanje pojmova: „atom“, „molekul“, „atomska masa“, „molekularna masa“. Tek na međunarodnom kongresu hemičara u Karlsruheu (1860) ovi pojmovi su jasno definisani, što je predodredilo razvoj teorije valencije i nastanak teorije hemijske strukture.

Osnovni principi teorije hemijske strukture A.M. Butlerov(1861)

A.M. Butlerov je najvažnije ideje teorije strukture organskih spojeva formulirao u obliku osnovnih principa koji se mogu podijeliti u 4 grupe.<Aneks 1 . Slajd 19>

1. Svi atomi koji formiraju molekule organskih supstanci povezani su u određenom nizu prema svojoj valentnosti (tj. molekul ima strukturu).

<Aneks 1 . Slajdovi 19, 20>

U skladu s ovim idejama, valencija elemenata je konvencionalno prikazana crticama, na primjer, u metanu CH 4.<Aneks 1 . Slajd 20> >

Takav šematski prikaz strukture molekula naziva se strukturne formule i formule. Na osnovu odredbi o 4-valenciji ugljika i sposobnosti njegovih atoma da formiraju lance i cikluse, strukturne formule organskih supstanci mogu se prikazati na sljedeći način:<Aneks 1 . Slajd 20>

U ovim jedinjenjima ugljenik je četverovalentan. (Crta simbolizira kovalentnu vezu, par elektrona).

2. Svojstva supstance ne zavise samo od toga koji atomi i koliko ih je uključeno u molekule, već i od redosleda povezivanja atoma u molekulima (tj. svojstva zavise od strukture) <Aneks 1 . Slajd 19>

Ovakav stav teorije strukture organskih supstanci objašnjavao je, posebno, fenomen izomerizma. Postoje spojevi koji sadrže isti broj atoma istih elemenata, ali su povezani različitim redoslijedom. Takva jedinjenja imaju različita svojstva i nazivaju se izomeri.
Fenomen postojanja supstanci istog sastava, ali različite strukture i svojstava naziva se izomerizam.<Aneks 1 . Slajd 21>

Postojanje izomera organskih supstanci objašnjava njihovu raznolikost. Fenomen izomerizma je predvidio i dokazao (eksperimentalno) A.M. Butlerov na primjeru butana

Tako, na primjer, sastav C 4 H 10 odgovara dvije strukturne formule:<Aneks 1 . Slajd 22>

Različiti relativni položaji atoma ugljika u molekulama ugljičnog dioksida pojavljuju se samo kod butana. Broj izomera raste s brojem atoma ugljika odgovarajućeg ugljikovodika, na primjer, pentan ima tri izomera, a dekan sedamdeset pet.

3. Po svojstvima date supstance može se odrediti struktura njenog molekula, a po strukturi molekula mogu se predvideti svojstva. <Aneks 1 . Slajd 19>

Iz kursa neorganske hemije poznato je da svojstva neorganskih supstanci zavise od strukture kristalnih rešetki. Posebna svojstva atoma od jona objašnjavaju se njihovom strukturom. U budućnosti ćemo se pobrinuti da se organske tvari s istim molekularnim formulama, ali različite strukture razlikuju ne samo po fizičkim, već i po kemijskim svojstvima.

4. Atomi i grupe atoma u molekulima supstanci međusobno utiču jedni na druge.

<Aneks 1 . Slajd 19>

Kao što već znamo, svojstva anorganskih spojeva koji sadrže hidrokso grupe zavise od toga s kojim su atomima povezani - atomima metala ili nemetala. Na primjer, i baze i kiseline sadrže hidrokso grupu:<Aneks 1 . Slajd 23>

Međutim, svojstva ovih tvari su potpuno drugačija. Razlog različitog hemijskog karaktera OH grupe (u vodenom rastvoru) je zbog uticaja atoma i grupa atoma povezanih sa njom. Sa povećanjem nemetalnih svojstava centralnog atoma, disocijacija prema tipu baze slabi, a disocijacija prema tipu kiseline raste.

Organska jedinjenja takođe mogu imati različita svojstva, koja zavise od toga za koje su atome ili grupe atoma hidroksilne grupe vezane.

Pitanje međusobne infuzije atoma A.M. Butlerov je o tome detaljno raspravljao 17. aprila 1879. na sastanku Ruskog fizičko-hemijskog društva. Rekao je da ako su dva različita elementa povezana s ugljikom, na primjer, Cl i H, onda „oni ne ovise jedan o drugom u istoj mjeri kao o ugljiku: između njih nema ovisnosti, veza koja postoji u čestici hlorovodonične kiseline ... Ali da li iz ovoga sledi da u jedinjenju CH 2 Cl 2 nema veze između vodonika i hlora? Na ovo odgovaram odlučnim poricanjem.”

Kao konkretan primjer on dalje navodi povećanje pokretljivosti hlora tokom transformacije CH 2 Cl grupe u COCl i ovom prilikom kaže: „Očigledno je da je karakter hlora prisutnog u čestici promenjen pod uticajem uticaj kiseonika, iako se ovaj ne kombinuje direktno sa hlorom.”<Aneks 1 . Slajd 23>

Pitanje međusobnog uticaja direktno nevezanih atoma bilo je glavno teorijsko jezgro radova V.V. Morkovnikova.

U istoriji čovečanstva relativno je malo naučnika čija su otkrića od svetskog značaja. U oblasti organske hemije takve zasluge pripadaju A.M. Butlerov. Prema značaju teorije A.M. Butlerov se poredi sa periodičnim zakonom.

Teorija hemijske strukture A.M. Butlerova:<Aneks 1 . Slajd 24>

– omogućila sistematizaciju organskih materija;
– odgovorio na sva pitanja koja su se do tada pojavila u organskoj hemiji (vidi gore);
– omogućilo je teorijski predvidjeti postojanje nepoznatih supstanci i pronaći načine njihove sinteze.

Prošlo je skoro 140 godina otkako je TCS organskih jedinjenja stvorio A.M. Butlerov, ali i sada ga u svom radu koriste hemičari iz svih zemalja. Najnovija dostignuća nauke dopunjuju ovu teoriju, razjašnjavaju je i nalaze novu potvrdu ispravnosti njenih osnovnih ideja.

Teorija hemijske strukture i danas ostaje temelj organske hemije.

TCS organskih jedinjenja A.M. Butlerova je dala značajan doprinos stvaranju opšte naučne slike sveta, doprinela dijalektičko-materijalističkom razumevanju prirode:<Aneks 1 . Slajd 25>

– zakon prelaska kvantitativnih promena u kvalitativne može se vidjeti na primjeru alkana:<Aneks 1 . Slajd 25>.

Mijenja se samo broj atoma ugljika.

– zakon jedinstva i borbe suprotnosti može se pratiti do fenomena izomerizma<Aneks 1 . Slajd 26>

Jedinstvo – u kompoziciji (identično), lokaciji u prostoru.
Suprotno je u strukturi i svojstvima (različiti redoslijed rasporeda atoma).
Ove dvije supstance koegzistiraju zajedno.

– zakon negacije negacije - o izomerizmu.<Aneks 1 . Slajd 27>

Izomeri koji koegzistiraju jedni druge poriču svojim postojanjem.

Nakon što je razvio teoriju, A.M. Butlerov ga nije smatrao apsolutnim i nepromjenjivim. On je tvrdio da se to mora razviti. TCS organskih jedinjenja nije ostao nepromijenjen. Njegov dalji razvoj tekao je uglavnom u dva međusobno povezana pravca:<Aneks 1 . Slajd 28>

Stereohemija je proučavanje prostorne strukture molekula.

Doktrina o elektronskoj strukturi atoma (omogućila nam je da razumijemo prirodu kemijske veze atoma, suštinu međusobnog utjecaja atoma i objasnimo razlog manifestacije određenih kemijskih svojstava tvari).

Teorija A.M. Butlerov

1. Atomi u molekulima povezani su jedni s drugima u određenom nizu hemijskim vezama u skladu sa svojom valencijom. Redosled kojim se atomi vezuju naziva se njihova hemijska struktura. Ugljik u svim organskim jedinjenjima je četverovalentan.

2. Svojstva supstanci određuju ne samo kvalitativni i kvantitativni sastav molekula, već i njihova struktura.

3. Atomi ili grupe atoma međusobno utiču jedni na druge, što određuje reaktivnost molekula.

4. Struktura molekula se može utvrditi na osnovu proučavanja njihovih hemijskih svojstava.

Organska jedinjenja imaju niz karakterističnih osobina koje ih razlikuju od neorganskih. Gotovo svi (sa rijetkim izuzecima) su zapaljivi; Većina organskih spojeva ne disocira na ione, što je zbog prirode kovalentnih veza u organskim tvarima. Jonski tip veze ostvaruje se samo u solima organskih kiselina, na primjer, CH3COONa.

Homologna serija- ovo je beskonačan niz organskih spojeva koji imaju sličnu strukturu i, prema tome, sličnu Hemijska svojstva i međusobno se razlikuju za bilo koji broj CH2– grupa (homologna razlika).

I prije stvaranja teorije strukture bile su poznate tvari istog elementarnog sastava, ali različitih svojstava. Takve supstance su nazvane izomeri, a sam ovaj fenomen nazvan je izomerizam.

Osnova izomerizma, kako to pokazuje A.M. Butlerov, leži razlika u strukturi molekula koje se sastoje od istog skupa atoma.

Izomerizam- ovo je fenomen postojanja spojeva koji imaju isti kvalitativni i kvantitativni sastav, ali različite strukture i, samim tim, različita svojstva.

Postoje 2 vrste izomerizma: strukturalni izomerizam i prostorni izomerizam.

Strukturni izomerizam

Strukturni izomeri– jedinjenja istog kvalitativnog i kvantitativnog sastava, koji se razlikuju po redosledu vezivanja atoma, odnosno hemijskoj strukturi.

Prostorni izomerizam

Prostorni izomeri(stereoizomeri) istog sastava i iste hemijske strukture razlikuju se po prostornom rasporedu atoma u molekulu.
Prostorni izomeri su optički i cis-trans izomeri (geometrijski).

Cis-trans izomerizam

leži u mogućnosti postavljanja supstituenata na jednu ili suprotnu stranu ravni dvostruke veze ili nearomatskog prstena. cis izomeri supstituenti su na jednoj strani ravni prstena ili dvostruke veze, u trans izomeri- na različite načine.

U molekuli butena-2 CH3–CH=CH–CH3, CH3 grupe mogu se nalaziti ili na jednoj strani dvostruke veze - u cis izomeru, ili na suprotnim stranama - u trans izomeru.

Optički izomerizam

Pojavljuje se kada ugljenik ima četiri različita supstituenta.
Ako zamijenite bilo koja dva od njih, dobićete još jedan prostorni izomer istog sastava. Fizičko-hemijska svojstva takvih izomera značajno se razlikuju. Jedinjenja ove vrste odlikuju se svojom sposobnošću da za određenu količinu rotiraju ravninu polarizirane svjetlosti koja se prenosi kroz otopinu takvih spojeva. U ovom slučaju, jedan izomer rotira ravan polarizirane svjetlosti u jednom smjeru, a njegov izomer rotira u suprotnom smjeru. Zbog takvih optičkih efekata, ova vrsta izomerizma se naziva optička izomerija.

Vrsta vodika:

Takve formule su donekle slične modernim. Ali pristalice teorije tipova nisu smatrali da one odražavaju stvarnu strukturu supstanci i napisali su mnogo različitih formula za jedno jedinjenje u zavisnosti od hemijskih reakcija koje su pokušali da napišu koristeći ove formule. Smatrali su da je struktura molekula fundamentalno nepoznata, što je štetno za razvoj nauke.

3. J. Berzelius je 1830. godine uveo termin “izomerizam” za fenomen postojanja supstanci istog sastava koje imaju različita svojstva.

4. Napredak u sintezi organskih jedinjenja, usled čega je raspršena doktrina vitalizma, odnosno „vitalne sile“, pod uticajem koje se navodno formiraju organske supstance u telu živih bića:

Godine 1828. F. Wöhler je sintetizirao ureu iz neorganske supstance (amonijum cijanat);

Godine 1842. ruski hemičar N.N. Zinin je dobio anilin;

Godine 1845. njemački hemičar A. Kolbe sintetizirao je sirćetnu kiselinu;

Godine 1854. francuski hemičar M. Berthelot sintetizirao je masti i konačno

Godine 1861. sam A.M. Butlerov sintetizirao je supstancu sličnu šećeru.

5. Sredinom 18. vijeka. hemija postaje rigoroznija nauka. Kao rezultat rada E. Franklanda i A. Kekulea, uspostavljen je koncept valencije atoma hemijski elementi. Kekule je razvio ideju o tetravalentnosti ugljika. Zahvaljujući Cannizzarovim radovima, koncepti atomske i molekularne mase postali su jasniji, njihova značenja i metode određivanja su razjašnjeni.

Godine 1860. više od 140 vodećih hemičara iz različitih evropskih zemalja okupilo se na međunarodnom kongresu u Karlsruheu. Kongres je postao veoma važan događaj u istoriji hemije: uspesi nauke su generalizovani i stvoreni uslovi za novu etapu u razvoju organske hemije - pojavu teorije hemijske strukture organskih supstanci A. M. Butlerova (1861), kao i za temeljno otkriće D. I. Mendeljejeva - Periodični zakon i sistemi hemijskih elemenata (1869).

Godine 1861. A. M. Butlerov je govorio na kongresu doktora i prirodnih naučnika u Špajeru sa izveštajem „O hemijskoj strukturi tela“. U njemu je izložio osnove svoje teorije o hemijskoj strukturi organskih jedinjenja. Pod hemijskom strukturom naučnik je shvatio redosled povezivanja atoma u molekulima.

Lične kvalitete A. M. Butlerova

A. M. Butlerov se odlikovao svojim enciklopedizmom hemijsko znanje, sposobnost analiziranja i sumiranja činjenica, predviđanja. Predvidio je postojanje izomera butana, a zatim ga dobio, kao i izomera butilena - izobutilena.

Butlerov Aleksandar Mihajlovič (1828-1886)

Ruski hemičar, akademik Petrogradske akademije nauka (od 1874). Diplomirao na Kazanskom univerzitetu (1849). Tu je radio (od 1857. - profesor, 1860. i 1863. - rektor). Tvorac teorije hemijske strukture organskih jedinjenja koja je u osnovi moderne hemije. On je potkrijepio ideju o međusobnom utjecaju atoma u molekulu. Predvidio i objasnio izomeriju mnogih organskih jedinjenja. Napisao je „Uvod u kompletno proučavanje organske hemije“ (1864), prvi priručnik u istoriji nauke zasnovan na teoriji hemijske strukture. Predsjednik Katedre za hemiju Ruskog fizičko-hemijskog društva (1878-1882).

A. M. Butlerov je stvorio prvu školu organskih hemičara u Rusiji, iz koje su proizašli sjajni naučnici: V. V. Markovnikov, D. P. Konovalov, A. E. Favorsky i drugi.

Nije ni čudo što je D. I. Mendeljejev napisao: „A. M. Butlerov je jedan od najvećih ruskih naučnika, on je Rus i po svom naučnom obrazovanju i po originalnosti svojih radova.”

Osnovni principi teorije strukture hemijskih jedinjenja

Teoriju o hemijskoj strukturi organskih jedinjenja, koju je izneo A. M. Butlerov u drugoj polovini prošlog veka (1861), potvrdili su radovi mnogih naučnika, uključujući Butlerovljeve učenike i njega samog. Pokazalo se da je na njegovoj osnovi moguće objasniti mnoge fenomene koji još nisu bili protumačeni: izomerija, homologija, manifestacija tetravalentnosti atomima ugljika u organskim tvarima. Teorija je također ispunila svoju prediktivnu funkciju: na njenoj osnovi naučnici su predvidjeli postojanje još uvijek nepoznatih spojeva, opisali njihova svojstva i otkrili ih.

Dakle, 1862-1864. A. M. Butlerov je ispitao izomeriju propil, butil i amil alkohola, odredio broj mogućih izomera i izveo formule ovih supstanci. Njihovo postojanje kasnije je eksperimentalno dokazano, a neke od izomera sintetizirao je sam Butlerov.

Tokom 20. vijeka. odredbe teorije hemijske strukture hemijskih jedinjenja razvijene su na osnovu novih pogleda koji su se širili u nauci: teorije strukture atoma, teorije hemijskih veza, ideja o mehanizmima hemijskih reakcija. Trenutno je ova teorija univerzalna, odnosno vrijedi ne samo za organske tvari, već i za neorganske.

Prva pozicija. Atomi u molekulima se kombinuju određenim redosledom prema njihovoj valentnosti. Ugljik u svim organskim i većini neorganskih spojeva je četverovalentan.

Očigledno, posljednji dio prve pozicije teorije može se lako objasniti činjenicom da su atomi ugljika u jedinjenjima u pobuđenom stanju:

a) četverovalentni atomi ugljika mogu se povezati jedni s drugima, formirajući različite lance:

Otvorene razgranate
- otvoren nerazgranati
- zatvoreno

b) redosled povezivanja atoma ugljenika u molekulima može biti različit i zavisi od vrste kovalentne hemijske veze između atoma ugljenika - jednostruke ili višestruke (dvostruke i trostruke).

Druga pozicija. Svojstva supstanci ne zavise samo od njihovog kvalitativnog i kvantitativnog sastava, već i od strukture njihovih molekula.

Ova pozicija objašnjava fenomen izomerizma. Supstance koje imaju isti sastav, ali različite hemijske ili prostorne strukture, a samim tim i različita svojstva, nazivaju se izomeri. Glavne vrste izomerizma:

Strukturni izomerizam, u kojem se tvari razlikuju po redoslijedu vezivanja atoma u molekulama:

1) izomerija ugljeničnog skeleta

3) izomerizam homolognih nizova (međuklasa)

Prostorni izomerizam, u kojem se molekule tvari razlikuju ne po redoslijedu vezivanja atoma, već po položaju u prostoru: cis-trans izomerizam (geometrijski).

Ovaj izomerizam je tipičan za supstance čije molekule imaju ravnu strukturu: alkene, cikloalkane itd.

Prostorna izomerija takođe uključuje optičku (ogledalu) izomeriju.

Četiri jednostruke veze oko atoma ugljika, kao što već znate, raspoređene su tetraedaralno. Ako je atom ugljika vezan za četiri različita atoma ili grupe, tada su mogući različiti rasporedi ovih grupa u prostoru, odnosno dva prostorna izomerna oblika.

Dvije zrcalne slike amino kiseline alanina (2-aminopropanoična kiselina) prikazane su na slici 17.

Zamislite da je molekul alanina postavljen ispred ogledala. -NH2 grupa je bliža ogledalu, tako da će u refleksiji biti ispred, a -COOH grupa će biti u pozadini itd. (vidi sliku desno). Alanya postoji u dva prostorna oblika, koji se, kada se nađu, ne kombinuju jedan s drugim.

Univerzalnost drugog stava teorije strukture hemijskih jedinjenja potvrđuje postojanje neorganskih izomera.

Tako je prva od sinteza organskih tvari - sinteza uree, koju je proveo Wöhler (1828), pokazala da su anorganska tvar - amonijev cijanat i organska tvar - urea izomerne:

Ako zamijenite atom kisika u urei atomom sumpora, dobivate tioureu, koja je izomerna za amonijum tiocijanat, dobro poznati reagens za Fe 3+ ione. Očigledno, tiourea ne daje ovu kvalitativnu reakciju.

Treća pozicija. Svojstva supstanci zavise od međusobnog uticaja atoma u molekulima.

Na primjer, u octenoj kiselini samo jedan od četiri atoma vodika reagira s alkalijom. Na osnovu ovoga, može se pretpostaviti da je samo jedan atom vodika vezan za kisik:

S druge strane, iz strukturne formule sirćetne kiseline možemo zaključiti da ona sadrži jedan mobilni atom vodika, odnosno da je jednobazna.

Da bismo provjerili univerzalnost stava teorije strukture o ovisnosti svojstava tvari o međusobnom utjecaju atoma u molekulama, koji postoji ne samo u organskim, već i u neorganskim jedinjenjima, uporedimo svojstva atoma vodika u vodikovim spojevima nemetala. Imaju molekularnu strukturu i pod normalnim uslovima su gasovi ili isparljive tečnosti. U zavisnosti od položaja nemetala u periodnom sistemu D.I. Mendeljejeva, može se identifikovati obrazac u promeni svojstava takvih jedinjenja:

Metan ne stupa u interakciju sa vodom. Nedostatak osnovnih svojstava metana objašnjava se zasićenošću valentnih mogućnosti atoma ugljika.

Amonijak pokazuje osnovna svojstva. Njegova molekula je sposobna da veže ion vodonika za sebe zbog svoje privlačnosti za usamljeni elektronski par atoma dušika (donorsko-akceptorski mehanizam stvaranja veze).

Fosfin PH3 ima slabo izražena osnovna svojstva, što je povezano sa radijusom atoma fosfora. Mnogo je veći od radijusa atoma dušika, tako da atom fosfora slabije privlači atom vodika.

U periodima s lijeva na desno povećavaju se naboji atomskih jezgara, smanjuju se polumjeri atoma, povećava se sila odbijanja atoma vodonika s djelomičnim pozitivnim nabojem §+, a samim tim povećavaju se kisela svojstva vodoničnih spojeva nemetala.

U glavnim podgrupama, radijusi atoma elemenata se povećavaju od vrha do dna, atomi nemetala sa 5- slabijim privlače atome vodika sa 5+, jačina vodikovih spojeva se smanjuje, lako se disociraju, a samim tim i povećavaju njihova kisela svojstva. .

Različita sposobnost vodikovih spojeva nemetala da eliminiraju ili dodaju katjone vodika u otopine objašnjava se nejednakim utjecajem koji atom nemetala ima na atome vodika.

Različiti utjecaji atoma u molekulama hidroksida formiranih od elemenata istog perioda također objašnjava promjenu njihovih kiselinsko-baznih svojstava.

Osnovna svojstva hidroksilnih oksida se smanjuju, a kisela povećavaju, kako se povećava oksidaciono stanje centralnog atoma, dakle, energija njegovog vezivanja sa atomom kiseonika (8-) i njegovog odbijanja od atoma vodika (8+) povećava.

Natrijum hidroksid NaOH. Budući da je polumjer atoma vodika vrlo mali, jače ga privlači atom kisika i veza između atoma vodika i kisika bit će jača nego između atoma natrija i kisika. Aluminijum hidroksid Al(0H)3 pokazuje amfoterna svojstva.

IN perhlorna kiselina HClO 4 atom hlora sa relativno velikim pozitivnim nabojem čvršće je vezan za atom kiseonika i jače odbija atom vodonika sa 6+. Disocijacija se odvija prema tipu kiseline.

Glavni pravci razvoja teorije strukture hemijskih jedinjenja i njen značaj

U vrijeme A.M. Butlerova, empirijske (molekularne) i strukturne formule bile su široko korištene u organskoj hemiji. Potonji odražavaju redoslijed povezivanja atoma u molekulu prema njihovoj valenciji, što je označeno crticama.

Radi lakšeg snimanja, često se koriste skraćene strukturne formule u kojima crtice označavaju samo veze između atoma ugljika ili ugljika i kisika.

Skraćene strukturne formule

Zatim, kako su se razvila znanja o prirodi kemijskih veza i utjecaju elektronske strukture molekula organskih tvari na njihova svojstva, počeli su koristiti elektronske formule u kojima je kovalentna veza konvencionalno označena s dvije tačke. Takve formule često pokazuju smjer pomicanja elektronskih parova u molekulu.

Elektronska struktura supstanci objašnjava mezomerne i induktivne efekte.

Efekt indukcije je pomicanje elektronskih parova gama veza s jednog atoma na drugi zbog njihove različite elektronegativnosti. Označeno sa (->).

Indukcijski učinak atoma (ili grupe atoma) je negativan (-/), ako ovaj atom ima visoku elektronegativnost (halogeni, kisik, dušik), privlači elektrone gama veze i dobiva djelomični negativni naboj. Atom (ili grupa atoma) ima pozitivan induktivni efekat (+/) ako odbija elektrone gama veze. Neki ograničavajući radikali C2H5) imaju ovo svojstvo. Sjetite se Markovnikovovog pravila o tome kako se vodik i halogen halogen vodika dodaju alkenima (propenu) i shvatit ćete da je ovo pravilo posebne prirode. Uporedite ove dvije primjere jednadžbe reakcije:

[[Teorija_strukture_hemijskih_jedinjenja_A._M._Butlerov| ]]

U molekulima pojedinih supstanci istovremeno se javljaju i induktivni i mezomerni efekti. U tom slučaju ili jačaju jedni druge (u aldehidima, karboksilnim kiselinama) ili međusobno slabe (u vinil kloridu).

Rezultat međusobnog utjecaja atoma u molekulima je preraspodjela elektronske gustine.

Ideju o prostornom pravcu hemijskih veza prvi su izrazili francuski hemičar J. A. Le Bel i holandski hemičar J. X. Van't Hoff 1874. godine. Pretpostavke naučnika su u potpunosti potvrđene kvantnom hemijom. Na svojstva supstanci značajno utiče prostorna struktura njihovih molekula. Na primjer, već smo dali formule cis- i trans-izomera butena-2, koji se razlikuju po svojim svojstvima (vidi sliku 16).

Prosječna energija veze koja se mora prekinuti pri pretvaranju iz jednog oblika u drugi je približno 270 kJ/mol; Ne postoji tako velika količina energije na sobnoj temperaturi. Za međusobni prijelaz oblika butena-2 iz jednog u drugi, potrebno je prekinuti jednu kovalentnu vezu i zauzvrat formirati drugu. Drugim riječima, ovaj proces je primjer kemijske reakcije, a oba oblika butena-2 o kojima se raspravlja su različita kemijska jedinjenja.

Očigledno se sjećate da je najvažniji problem u sintezi gume bio dobivanje gume sa stereoregularnom strukturom. Bilo je potrebno stvoriti polimer u kojem bi strukturne jedinice bile raspoređene po strogom redoslijedu (prirodna guma, na primjer, sastoji se samo od cis jedinica), jer o tome ovisi tako važno svojstvo gume kao što je njena elastičnost.

Moderna organska hemija razlikuje dvije glavne vrste izomerizma: strukturnu (lančana izomerija, izomerizam položaja višestrukih veza, izomerizam homolognih nizova, izomerizam položaja funkcionalnih grupa) i stereoizomerizam (geometrijski ili cis-trans izomerizam, optički ili zrcalni izomerizam ).

Dakle, uspjeli ste provjeriti da je druga pozicija teorije kemijske strukture, koju je jasno formulirao A.M. Butlerov, nepotpuna. Sa moderne tačke gledišta, ova odredba zahtijeva dodavanje:
svojstva tvari ne zavise samo od njihovog kvalitativnog i kvantitativnog sastava, već i od njihovog:

Hemijski,

elektronski,

Prostorna struktura.

Stvaranje teorije strukture supstanci odigralo je presudnu ulogu u razvoju organske hemije. Od pretežno deskriptivne nauke, ona se pretvara u kreativnu, sintetizujuću nauku; postalo je moguće suditi o međusobnom uticaju atoma u molekulima različitih supstanci (vidi tabelu 10). Teorija strukture stvorila je preduslove za objašnjenje i predviđanje različitih tipova izomerizma organskih molekula, kao i pravca i mehanizama hemijskih reakcija.

Na osnovu ove teorije, organski hemičari stvaraju supstance koje ne samo da zamenjuju prirodne, već ih značajno nadmašuju po svojim svojstvima. Dakle, sintetičke boje su mnogo bolje i jeftinije od mnogih prirodnih, na primjer, alizarina i indiga, poznatih u antičko doba. IN velike količine proizvode sintetičke gume sa širokim spektrom svojstava. Plastika i vlakna su u širokoj upotrebi, proizvodi od kojih se koriste u tehnici, svakodnevnom životu, medicini i poljoprivredi.

Značaj teorije hemijske strukture A. M. Butlerova za organsku hemiju može se uporediti sa značajem periodičnog zakona i periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva za neorgansku hemiju. Nije uzalud da obje teorije imaju toliko zajedničkog u načinima svog formiranja, pravcima razvoja i općem naučnom značaju. Međutim, u istoriji bilo koje druge vodeće naučna teorija(teorija Čarlsa Darvina, genetika, kvantna teorija, itd.) mogu se naći takvi opšti stadijumi.

1. Uspostaviti paralele između dvije vodeće teorije hemije - Periodnog zakona i Periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva i teorije hemijske strukture organskih jedinjenja A. M. Butlerova prema sledećim karakteristikama: uobičajeno u prostorijama, zajedničko u pravcima njihovog razvoja, uobičajenim u prognostičkim ulogama.

2. Koju je ulogu imala teorija strukture hemijskih jedinjenja u formiranju periodičnog zakona?

3. Koji primjeri iz neorganske hemije potvrđuju univerzalnost svake od odredbi teorije strukture hemijskih jedinjenja?

4. Fosforna kiselina H3PO3 je dvobazna kiselina. Predložite njenu strukturnu formulu i razmotrite međusobni uticaj atoma u molekulu ove kiseline.

5. Napišite izomere sastava C3H8O. Imenujte ih koristeći sistematsku nomenklaturu. Odredite vrste izomerizma.

6. Poznate su sljedeće formule kristalnih hidrata hrom(III) hlorida: [Cr(H20)6]Cl3; [Cr(H20)5Cl]Cl2 H20; [Cr(H20)4 * C12]Cl 2H2O. Kako biste nazvali opisani fenomen?

1. Osnovni principi teorije hemijske strukture A.M. Butlerov

1. Atomi u molekulima povezani su jedni s drugima u određenom nizu prema svojim valencijama. Redoslijed međuatomskih veza u molekulu naziva se njegova kemijska struktura i odražava se jednom strukturnom formulom (formulom strukture).

2. Hemijska struktura se može odrediti hemijskim metodama. (Trenutno se koriste i moderne fizikalne metode).

3. Svojstva supstanci zavise od njihove hemijske strukture.

4. Na osnovu svojstava date supstance može se odrediti struktura njenog molekula, a na osnovu strukture molekula mogu se predvideti svojstva.

5. Atomi i grupe atoma u molekulu međusobno utiču jedni na druge.

Molekul organskog jedinjenja je skup atoma povezanih određenim redom, obično kovalentnim vezama. U ovom slučaju, vezani atomi mogu se razlikovati po elektronegativnosti. Vrijednosti elektronegativnosti u velikoj mjeri određuju tako važne karakteristike veze kao što su polaritet i snaga (energija formiranja). Zauzvrat, polaritet i snaga veza u molekulu, u velikoj mjeri, određuju sposobnost molekula da uđe u određene hemijske reakcije.

Elektronegativnost atoma ugljika ovisi o njegovom hibridizacijskom stanju. To je zbog udjela s orbitale u hibridnoj orbitali: manji je za sp3 a više za sp2 i sp hibridne atome.

Svi atomi koji čine molekul su međusobno povezani i podložni su međusobnom utjecaju. Ovaj uticaj se prenosi uglavnom kroz sistem kovalentnih veza, koristeći takozvane elektronske efekte.

Elektronski efekti se nazivaju pomaci u gustini elektrona u molekulu pod uticajem supstituenata.

Atomi povezani polarnom vezom nose djelomične naboje, označene grčkim slovom delta (d). Atom koji "vuče" gustinu elektrona s-veze u svom smjeru dobiva negativan naboj d-. Kada se razmatra par atoma povezanih kovalentnom vezom, elektronegativniji atom naziva se akceptor elektrona. Njegov partner na s-vezi će prema tome imati deficit elektronske gustine jednake veličine, tj. parcijalni pozitivni naboj d+ će se zvati donor elektrona.

Pomak elektronske gustine duž lanca s-veza naziva se induktivni efekat i označava se I.

2. Izomerizam- postojanje jedinjenja (uglavnom organskih), identičnih po elementarnom sastavu i molekulskoj težini, ali različitih fizičkih i hemijskih svojstava. Takva jedinjenja nazivaju se izomeri.

Strukturni izomerizam- rezultat razlika u hemijskoj strukturi. Ova vrsta uključuje:

Izomerizam ugljičnog skeleta, zbog različitog reda vezivanja atoma ugljika. Najjednostavniji primjer je butan CH3-CH2-CH2-CH3 i izobutan (CH3)3CH. Drugi primjeri: antracen i fenantren (formule I i II, respektivno), ciklobutan i metilciklopropan (III i IV).

Valentni izomerizam je posebna vrsta strukturne izomerije u kojoj se izomeri mogu pretvoriti jedan u drugi samo preraspodjelom veza. Na primjer, valentni izomeri benzena (V) su bicikloheksa-2,5-dien (VI, “Dewar benzen”), prizman (VII, “Ladenburg benzen”) i benzvalen (VIII).

Izomerizam funkcionalne grupe - Razlikuje se po prirodi funkcionalne grupe; na primjer, etanol (CH3-CH2-OH) i dimetil etar (CH3-O-CH3).

Izomerizam položaja- Vrsta strukturne izomerizma, koju karakteriše razlika u položaju identičnih funkcionalnih grupa ili dvostrukih veza sa istim ugljeničnim skeletom. Primjer: 2-klorobutanska kiselina i 4-klorobutanska kiselina.

Enantiomeri (optički izomeri, zrcalni izomeri) su parovi optičkih antipoda - tvari koje karakteriziraju suprotne po predznaku i jednake po veličini rotacije ravnine polarizacije svjetlosti uz istovjetnost svih ostalih fizičkih i kemijskih svojstava (osim reakcija s drugim optički aktivnim). supstance i fizička svojstva u kiralnom okruženju). Neophodan i dovoljan razlog za pojavu optičkih antipoda je da molekul pripada jednoj od sledećih grupa tačkaste simetrije: Cn, Dn, T, O ili I (kiralnost). Češće mi pričamo o tome o asimetričnom atomu ugljika, odnosno atomu povezanom s četiri različita supstituenta.

3. sp³-hibridizacija - Javlja se kada su jedna s i tri p orbitale pomiješane. Pojavljuju se četiri identične orbitale, locirane jedna u odnosu na drugu pod tetraedarskim uglovima od 109° 28' (109,47°), dužine 0,154 nm.

Za atom ugljika i druge elemente 2. perioda, ovaj proces se odvija prema sljedećoj shemi:

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

Alkanes(zasićeni ugljovodonici, parafini, alifatska jedinjenja) - aciklični ugljovodonici linearne ili razgranate strukture, koji sadrže samo jednostavne veze i formiraju homologni niz sa opštom formulom CnH2n+2 .Hemijska struktura alkina(redoslijed povezivanja atoma u molekulima) najjednostavnijih alkana - metana, etana i propana - prikazan je njihovim strukturnim formulama datim u odjeljku 2. Iz ovih formula je jasno da postoje dvije vrste hemijskih veza u alkanima:

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

P-orbitala koja nije uključena u hibridizaciju, smještena okomito na ravan σ obveznice, koristi se za formiranje π veza s drugim atomima. Ova geometrija ugljenika je karakteristična za grafit, fenol itd.

Vezni ugao- ugao formiran pravcima hemijskih veza koje izlaze iz jednog atoma. Poznavanje veznih uglova je neophodno za određivanje geometrije molekula. Spojni uglovi zavise od oba individualne karakteristike vezanih atoma, i od hibridizacije atomskih orbitala centralnog atoma. Za jednostavne molekule, ugao veze, kao i drugi geometrijski parametri molekula, može se izračunati pomoću metoda kvantne hemije. Oni se određuju eksperimentalno iz vrijednosti momenata inercije molekula dobivenih analizom njihovih rotacijskih spektra (vidi Infracrvena spektroskopija, Molekularni spektri, Mikrovalna spektroskopija). Ugao veze složenih molekula određen je metodama difrakcijske strukturne analize.

4. sp2-Hibridizacija (planarno-trigonalna) Jedna s i dvije p orbitale se miješaju kako bi formirale tri ekvivalentne sp2 hibridne orbitale smještene u istoj ravni pod uglom od 120° (označeno plavom bojom). Mogu formirati tri σ veze. Treća p-orbitala ostaje nehibridizirana i orijentirana je okomito na ravan lokacije hibridnih orbitala. Ovaj p-AO je uključen u formiranje π veze . Za elemente 2. perioda, proces sp2 hibridizacije odvija se prema sljedećoj shemi:

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

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

5. sp-Hibridizacija (linearna) Jedna s i jedna p orbita se miješaju da formiraju dvije jednake sp orbitale smještene pod uglom od 180, tj. na jednoj osi. Hibridne sp orbitale su uključene u formiranje dvije σ veze. Dvije p-orbitale nisu hibridizirane i nalaze se u međusobno okomitim ravninama. -Orbitali formiraju dvije π veze u jedinjenjima.

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

2s + 2px= 2 (2sp)

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

Acetilen— nezasićeni ugljovodonik C2H2. Ima trostruku vezu između atoma ugljika, pripada klasi alkina

Atomi ugljika u acetilenu su sp-hibridizirani. Povezani su jednom ili dvije veze, max. čije se gustine nalaze u dva međusobno okomita područja, tvoreći cilindrično. oblak elektronske gustine; izvan njega postoje H atomi.

METHYLACETYLENE(propin, alilen) CH3C=CH. Prema hemiji Sveti M. je tipičan predstavnik acetilenskih ugljovodonika. Lako ulazi u elektrof., nukleof. i radikalno dodavanje kod trostruke veze, na primjer. prilikom interakcije sa metanolom formira metil izopropenil etar.

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

Jonska veza- jaka hemijska veza nastala između atoma sa velikom razlikom u elektronegativnosti, u kojoj se zajednički elektronski par potpuno prenosi na atom sa višom elektronegativnošću. Primjer je jedinjenje CsF, u kojem je “stepen ionnosti” 97%.

ekstremni slučaj polarizacije polarne kovalentne veze. Formira se između tipičnog metala i nemetala. U ovom slučaju, elektroni iz metala se u potpunosti prenose na nemetal. Nastaju joni.

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

Kovalentna veza(atomska veza, homeopolarna veza) - hemijska veza nastala preklapanjem (dijeljenjem) para oblaka valentnih elektrona. Elektronski oblaci (elektroni) koji pružaju komunikaciju nazivaju se zajedničkim elektronskim parom.

Jednostavna kovalentna veza se formira od dva nesparena valentna elektrona, po jedan iz svakog atoma:

Kao rezultat socijalizacije, elektroni formiraju ispunjen energetski nivo. Veza se formira ako je njihova ukupna energija na ovom nivou manja nego u početnom stanju (a razlika u energiji neće biti ništa više od energije veze).

Ispunjavanje atomskih (na rubovima) i molekularnih (u centru) orbitala u molekuli H2 elektronima. Vertikalna os odgovara energetskom nivou, elektroni su označeni strelicama koje odražavaju njihove spinove.

Prema teoriji molekularnih orbitala, preklapanje dvije atomske orbitale dovodi, u najjednostavnijem slučaju, do formiranja dvije molekularne orbitale (MO): vezujuće MO i antivezujuće (antivezujuće) MO. Zajednički elektroni se nalaze na donjoj energetskoj veznoj MO.

7. Alkanes- aciklični ugljovodonici linearne ili razgranate strukture, koji sadrže samo jednostavne veze i formiraju homologni niz sa opštom formulom CnH2n+2.

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

Izomerizam zasićenih ugljikovodika posljedica je najjednostavnijeg tipa strukturne izomerizma - izomerizma ugljičnog skeleta. Homologno razlika - -CH2-. Alkani sa više od tri atoma ugljenika imaju izomere. Broj ovih izomera raste ogromnom brzinom kako se povećava broj atoma ugljika. Za alkane sa n = 1...12, broj izomera je 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.

nomenklatura - Racionalno. Odabire se jedan od atoma ugljikovog lanca, smatra se supstituiranim metanom, a na njemu se temelji naziv alkil1alkil2alkil3alkil4metan

Potvrda. Redukcija halogeniranih alkana. Smanjenje alkohola. Redukcija karbonilnih jedinjenja. Hidrogenacija nezasićenih ugljovodonika. Kolbeova sinteza. Gasifikacija čvrstog goriva. Wurtz reakcija. Fischer-Tropsch sinteza.

8. Alkanes imaju nisku hemijsku aktivnost. Ovo se objašnjava činjenicom da su pojedinačne veze C-H i C-C relativno jake i teško ih je prekinuti.

Reakcije radikalne supstitucije.

Halogenacija alkana odvija se kroz radikalan mehanizam. Za pokretanje reakcije, mješavina alkana i halogena mora se ozračiti UV svjetlom ili zagrijati. Kloriranje metana ne prestaje u fazi dobijanja metil hlorida (ako se uzmu ekvimolarne količine hlora i metana), već dovodi do stvaranja svih mogućih supstitucijskih produkata, od metil hlorida do ugljen-tetrahlorida.

Nitracija (Konovalov reakcija)

Alkani reagiraju s 10% otopinom dušične kiseline ili dušikovog oksida N2O4 u plinovitoj fazi da nastaju nitro derivati:

RH + HNO3 = RNO2 + H2O

Svi dostupni podaci ukazuju na mehanizam slobodnih radikala. Kao rezultat reakcije nastaju mješavine proizvoda.

Reakcije oksidacije. Sagorijevanje

Glavno hemijsko svojstvo zasićenih ugljovodonika, koje određuje njihovu upotrebu kao goriva, je reakcija sagorevanja. Primjer: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

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

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

Katalitička oksidacija

Mogu se formirati alkoholi, aldehidi i karboksilne kiseline.

Termičke transformacije alkana. Raspadanje

Reakcije raspadanja nastaju samo pod uticajem visokih temperatura. Povećanje temperature dovodi do pucanja ugljikovih veza i stvaranja slobodnih radikala.

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

Pucanje

Kada se zagriju iznad 500 °C, alkani se podvrgavaju pirolitičkoj razgradnji i formiraju složenu smjesu proizvoda čiji sastav i omjer ovise o temperaturi i vremenu reakcije.

Dehidrogenacija

Formiranje alkena i evolucija vodika

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

izomerizacija - Pod utjecajem katalizatora (na primjer, AlCl3), dolazi do izomerizacije alkana, na primjer:

butan (C4H10) u interakciji sa aluminijum hloridom (AlCl3) se pretvara iz n-butana u 2-metilpropan.

Konverzija metana

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

Alkani ne stupaju u interakciju sa kalijum permanganatom (KMnO4) i bromnom vodom (Br2).

9.Alkeni(inače olefini ili etilenski ugljovodonici) su aciklički nezasićeni ugljovodonici koji sadrže jednu dvostruku vezu između atoma ugljika, formirajući homologni niz s općom formulom CnH2n. Atomi ugljenika na dvostrukoj vezi su u stanju sp² hibridizacije i imaju ugao veze od 120°. Najjednostavniji alken je eten (C2H4). Prema IUPAC nomenklaturi, nazivi alkena se formiraju od imena odgovarajućih alkana zamjenom sufiksa “-ane” sa “-ene”; Položaj dvostruke veze označen je arapskim brojem.

Alkeni sa više od tri ugljikova atoma imaju izomere. Alkene karakterizira izomerija ugljičnog skeleta, položaj dvostrukih veza, međuklasni i prostorni. eten (etilen) C2H4, propen C3H6, buten C4H8, penten C5H10, heksen C6H12,

Metode za dobijanje alkena - Glavna industrijska metoda za proizvodnju alkena je katalitički i visokotemperaturni kreking ugljovodonika nafte i prirodnog plina. Za proizvodnju nižih alkena također se koristi reakcija dehidracije odgovarajućih alkohola.

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

10. Hemijska svojstva alkena Alkeni su hemijski aktivni. Njihova hemijska svojstva su uglavnom određena prisustvom dvostruke veze. Najčešće reakcije za alkene su reakcije elektrofilne adicije i radikalne adicije. Reakcije nukleofilne adicije obično zahtijevaju prisustvo jakog nukleofila i nisu tipične za alkene.

Alkene također karakteriziraju reakcije cikloadicije i metateze.

Alkeni lako prolaze kroz reakcije oksidacije, hidrogeniraju se jakim redukcijskim agensima ili vodonikom pod djelovanjem katalizatora u alkane, a također su sposobni za supstituciju alilnih radikala.

Elektrofilne reakcije adicije. U ovim reakcijama, čestica koja napada je elektrofil Glavni članak: Elektrofilne reakcije adicije

Halogenacija alkena, koji se odvija u odsustvu inicijatora radikalne reakcije, tipična je elektrofilna reakcija adicije. Izvodi se u okruženju nepolarnih inertnih otapala (na primjer: CCl4):

Reakcija halogeniranja je stereospecifična - adicija se događa s suprotne strane u odnosu na ravan molekula alkena

Hidrohalogenacija. Elektrofilno dodavanje halogenovodonika u alkene odvija se prema Markovnikovovom pravilu:

Hidroboracija. Dodavanje se dešava u više koraka sa formiranjem srednjeg ciklično aktiviranog kompleksa, a dodavanje bora se dešava suprotno Markovnikovom pravilu - najhidrogenizovanijem atomu ugljenika.

Hidratacija. Dodavanje vode alkenima se dešava u prisustvu sumporne kiseline

Alkilacija. Dodavanje alkana alkenima u prisustvu kiselog katalizatora (HF ili H2SO4) na niskim temperaturama dovodi do stvaranja ugljikovodika veće molekularne težine i često se koristi u industriji

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

Alkine karakteriziraju reakcije adicije. Za razliku od alkena, koji prolaze kroz reakcije elektrofilne adicije, alkini također mogu biti podvrgnuti reakcijama nukleofilne adicije. To je zbog značajnog s-karaktera veze i, kao posljedica, povećane elektronegativnosti atoma ugljika. Osim toga, visoka pokretljivost atoma vodika na trostrukoj vezi određuje kisela svojstva alkina u reakcijama supstitucije.

Glavna industrijska način dobijanja acetilen je elektro- ili termičko krekiranje metana, piroliza prirodnog gasa i karbidna metoda

12. DIEN UGLJOVODONIKI(dieni), nezasićeni ugljovodonici sa dve dvostruke veze. Alifatich. dienes SnN2n_2 zove alkadieni, aliciklični SnN2n_4 - cikloalkadieni. U članku se razmatraju dienski ugljovodonici s konjugiranim dvostrukim vezama [konjugirani dieni; vidi tabelu]. Dieni sa izolovanim dvostrukim vezama prema hemiji. Uglavnom ti sveti ne razlikuje se od olefina. O vezi sa kumuliranim dvostrukim vezama, vidi Allens. U dienskim ugljovodonicima, sva četiri atoma ugljenika konjugovanog sistema imaju sp2 hibridizaciju i leže u istoj ravni. Četiri p-elektrona (po jedan iz svakog atoma ugljika) se kombinuju i formiraju četiri p-molekularne orbitale (dvije vezne - zauzete i dva antivezujuća - slobodne), od kojih je samo najniži delokaliziran nad svim atomima ugljika. Djelomična delokalizacija p-elektrona uzrokuje efekat konjugacije, koji se manifestuje u smanjenju energije sistema (za 13-17 kJ/mol u odnosu na sistem izolovanih dvostrukih veza), izjednačavanju međuatomskih udaljenosti: dvostruke veze su nešto duže ( 0,135 nm), a jednostruke veze su kraće (0,146 nm) nego kod molekula bez konjugacije (0,133 i 0,154 nm, respektivno), povećane polarizabilnosti, egzaltacije molekularne refrakcije itd. fizičke. efekti. Dienski ugljikovodici postoje u dvije konformacije koje se pretvaraju jedna u drugu, pri čemu je s-transform stabilniji

13. Alkoholi su spojevi koji sadrže jednu ili više hidroksilnih grupa. Prema svom broju alkoholi se dijele na monohidrične, dvoatomne, troatomne itd. Dužine veze i uglovi veze u metil alkoholu.

Za alkohole, postoji nekoliko načina da ih imenujemo. U modernoj IUPAC nomenklaturi, nazivu ugljovodonika za naziv alkohola dodaje se završetak "ol". Najduži lanac koji sadrži OH funkcionalnu grupu numerisan je od kraja kojem je hidroksilna grupa najbliža, a supstituenti su označeni prefiksom.

Potvrda. Hidratacija alkena. Kada alkeni reaguju sa razblaženim vodenim rastvorima kiselina, glavni proizvod je alkohol.

Hidroksimerkuracija-demerkuracija alkena. Ova reakcija nije praćena preuređivanjem i dovodi do stvaranja pojedinačnih alkohola. Smjer reakcije odgovara Markovnikovom pravilu; reakcija se izvodi u blagim uvjetima s prinosima bliskim kvantitativnim.

Hidroboracija alkena i naknadna oksidacija borana sa rastvorom vodikovog peroksida u alkalnom mediju na kraju dovodi do anti-Markovnikovog proizvoda dodavanja vode na dvostruku vezu.

Redukcija aldehida i ketona litij aluminij hidridom ili natrijum borohidridom

LiAlH4 i NaBH4 redukuju aldehide u primarne alkohole, a ketone u sekundarne, a natrijum borohidrid je poželjniji zbog veće sigurnosti u rukovanju: može se koristiti čak i u vodenim i alkoholnih rastvora. Litijum aluminijum hidrid reaguje eksplozivno sa vodom i alkoholom i eksplozivno se raspada kada se zagreje iznad 120° u suvom stanju.

Redukcija estera i karboksilnih kiselina u primarne alkohole. Primarni alkoholi nastaju redukcijom estera i karboksilnih kiselina sa litij-aluminijum hidridom u eter ili THF. Metoda redukcije estera litijum-aluminijum hidridom je posebno pogodna sa preparativne tačke gledišta. Treba napomenuti da natrijum borohidrid ne redukuje esterske i karboksilne grupe. Ovo omogućava selektivnu redukciju karbonilne grupe sa NaBH4 u prisustvu estarskih i karboksilnih grupa. Prinosi proizvoda oporavka rijetko su ispod 80%. Litijum borohidrid, za razliku od NaBH4, redukuje estre u primarne alkohole.

14. Polihidrični alkoholi. Glicerol- hemijsko jedinjenje sa formulom HOCH2CH(OH)-CH2OH ili C3H5(OH)3. Najjednostavniji predstavnik trihidričnih alkohola. Viskozna je bistra tečnost. Lako nastao hidrolizom prirodnih (biljnih ili životinjskih) masti i ulja (triglicerida), prvi ga je dobio Karl Scheele 1779. godine tokom saponifikacije masti.

Fizička svojstva. Glicerol- bezbojna, viskozna, higroskopna tečnost, beskonačno rastvorljiva u vodi. Slatkog je ukusa, zbog čega je i dobio ime (glycos – slatko). Dobro otapa mnoge supstance.

Hemijska svojstva glicerol su tipični za polihidrične alkohole.Interakcija glicerola sa halogenovodonicima ili fosfornim halogenidima dovodi do stvaranja mono- i dihalohidrina.Glicerol se esterifikuje sa karboksilnim i mineralnim kiselinama da bi se formirali odgovarajući estri. Da, sa azotne kiseline glicerin formira trinitrat - nitroglicerin (dobio ga je 1847. godine Ascanio Sobrero), koji se trenutno koristi u proizvodnji bezdimnog baruta.

Kada je dehidriran, stvara akrolein:

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

Etilen glikol, HO—CH2—CH2—OH je najjednostavniji predstavnik polihidričnih alkohola. Kada se prečisti, to je bistra, bezbojna tečnost blago uljane konzistencije. Bez mirisa je i slatkog je ukusa. Toksicno. Gutanje etilen glikola ili njegovih otopina može dovesti do nepovratnih promjena u tijelu i smrti.

U industriji etilen glikol dobijene hidratacijom etilen oksid na 10 atm i 190-200°C ili na 1 atm i 50-100°C u prisustvu 0,1-0,5% sumporne (ili fosforne) kiseline, dostižući prinos od 90%. Nusproizvodi su dietilen glikol, trietilen glikol i mala količina viših polimernih homologa etilen glikola.

15. Aldehidi- alkohol bez vodonika; organska jedinjenja koja sadrže karbonilnu grupu (C=O) sa jednim supstituentom.

Aldehidi i ketoni su vrlo slični, razlika je u tome što potonji imaju dva supstituenta na karbonilnoj grupi. Polarizacija dvostruke veze ugljik-kisik prema principu mezomerne konjugacije omogućava nam da zapišemo sljedeće rezonantne strukture:

Ovo razdvajanje naboja je potvrđeno fizičkim istraživačkim metodama i u velikoj mjeri određuje reaktivnost aldehida kao izraženih elektrofila. Generalno, hemijska svojstva aldehida su slična ketonima, međutim, aldehidi pokazuju veću aktivnost, što je povezano sa većom polarizacijom veze. Osim toga, aldehide karakteriziraju reakcije koje nisu karakteristične za ketone, na primjer, hidratacija u vodenoj otopini: u metanalu je zbog još veće polarizacije veza potpuna, a kod ostalih aldehida djelomična:

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

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

Pod uticajem hidroksilamina se pretvaraju u oksime: CH3CHO + NH2OH = CH3C(=NOH)H + H2O

Formaldehid (od latinskog formica - mrav), mravlji aldehid, CH2O, prvi član homolognog niza alifatskih aldehida; bezbojni gas oštrog mirisa, dobro rastvorljiv u vodi i alkoholu, tačka ključanja - 19 °C. U industriji, fosfor se proizvodi oksidacijom metil alkohola ili metana atmosferskim kisikom. F. lako polimerizira (posebno na temperaturama do 100°C), pa se skladišti, transportuje i koristi uglavnom u obliku formaldehida i čvrstih niskomolekularnih polimera - trioksana (vidi Trioksimetilen) i paraforma (vidi Paraformaldehid).

F. je vrlo reaktivan; mnoge njegove reakcije su u osnovi industrijskih metoda za dobijanje niza važnih proizvoda. Tako, u interakciji sa amonijakom, F. formira urotropin (vidi Heksametilentetramin), sa ureom - urea-formaldehidne smole, sa melaminom - melamin-formaldehidne smole, sa fenolima - fenol-formaldehidne smole (vidi Fenol-formaldehidne smole - sa smolama), i naftalen sulfonske kiseline - štavljenje, sa ketenom - b-propiolakton. F. se također koristi za proizvodnju polivinilformala (vidi polivinil acetali), izoprena, pentaeritritola, lekovite supstance, boje, za štavljenje kože, kao dezinficijens i dezodorans. Polimerizacijom poliformaldehida dobija se poliformaldehid. F. je toksičan; maksimalno dozvoljena koncentracija u vazduhu je 0,001 mg/l.

Acetaldehid, acetaldehid, CH3CHO, organsko jedinjenje, bezbojna tečnost oštrog mirisa; tačka ključanja 20,8°C. Tačka topljenja - 124°C, gustina 783 kg/m3", meša se u svim aspektima sa vodom, alkoholom, etrom. A. ima sva tipična svojstva aldehida. U prisustvu mineralnih kiselina, polimerizuje se u tečni trimerni paraldehid (CH3CHO )3 i kristalni tetramerni metaldehid (CH3CHO) 4. Kada se oba polimera zagriju u prisustvu sumporne kiseline, oslobađa se A.

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

16. Ketoni- to su organske tvari u čijim je molekulima karbonilna grupa povezana s dva ugljikovodična radikala.

Opšta formula ketona je R1-CO-R2. Među ostalim karbonilnim spojevima, prisutnost u ketonima točno dva atoma ugljika direktno vezana za karbonilnu grupu razlikuje ih od karboksilnih kiselina i njihovih derivata, kao i od aldehida.

Fizička svojstva. Ketoni su isparljive tekućine ili topljive čvrste tvari koje se dobro miješaju s vodom. Nemogućnost formiranja međumolekularnih vodikovih veza uzrokuje da je njihova hlapljivost nešto veća od one kod alkohola i karboksilnih kiselina iste molekulske mase.

Metode sinteze. Oksidacija sekundarnih alkohola.

Od tercijarnih peroksoetera Krigeovim rearanžiranjem.

Cikloketoni se mogu dobiti Ružičkinom ciklizacijom.

Aromatični ketoni se mogu dobiti Friedel-Craftsovom reakcijom

Hemijska svojstva. Postoje tri glavne vrste ketonskih reakcija.

Prvi je povezan s nukleofilnim napadom na atom ugljika karbonilne grupe. Na primjer, interakcija ketona sa cijanidnim anjonom ili organometalnim jedinjenjima. Isti tip (nukleofilna adicija) uključuje interakciju karbonilne grupe sa alkoholima, što dovodi do acetala i hemiacetala.

Interakcija sa alkoholima:

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

sa Grignardovim reagensima:

C2H5—C(O)—C2H5 + C2H5MgI → (C2H5)3OMgI → (C2H5)3OH, tercijarni alkohol. Reakcije sa aldehidima, a posebno sa metanalom, primetno su aktivnije, pri čemu se sekundarni alkoholi formiraju sa aldehidima, a primarni alkoholi sa metanalom.

Ketoni također reagiraju s dušičnim bazama, na primjer, s amonijakom i primarnim aminima da nastaju imini:

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

Drugi tip reakcije je deprotonacija beta atoma ugljika u odnosu na karbonilnu grupu. Nastali karbanion se stabilizuje zbog konjugacije sa karbonilnom grupom, povećava se lakoća uklanjanja protona, pa su karbonilna jedinjenja relativno jaka S-N kiseline.

Treća je koordinacija elektrofila na usamljenom paru atoma kisika, na primjer, Lewisove kiseline kao što je AlCl3

Posebna vrsta reakcije uključuje redukciju ketona - Leuckart redukciju sa prinosima bliskim kvantitativnim.

17.uporedi pitanja 15 i 16.

18. Jednobazne zasićene karboksilne kiseline(monobazične zasićene karboksilne kiseline) - karboksilne kiseline u kojima je zasićeni ugljikovodični radikal vezan za jednu karboksilnu grupu -COOH. Svi imaju opštu formulu SnH2n+1COOH, gde je n = 0, 1, 2, ...

Nomenklatura. Sistematski nazivi jednobaznih zasićenih karboksilnih kiselina dati su imenom odgovarajućeg alkana uz dodatak sufiksa -ova i riječi kiselina.

Skeletni izomerizam u ugljovodoničnom radikalu se manifestuje, počevši od butanske kiseline, koja ima dva izomera:

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

Međuklasni izomerizam se pojavljuje počevši od octene kiseline:

CH3-COOH sirćetna kiselina; H-COO-CH3 metil format (metil estar mravlje kiseline); HO-CH2-COH hidroksietanal (hidroksisirćetni aldehid); HO-CHO-CH2 hidroksietilen oksid.

19. Esteri- organska jedinjenja, derivati ​​karboksilnih ili mineralnih kiselina, u kojima je hidroksilna grupa -OH kiselinske funkcije zamenjena ostatkom alkohola. Razlikuju se od etera u kojima su dva ugljikovodična radikala povezana atomom kisika (R1-O-R2).

Masti ili trigliceridi- prirodna organska jedinjenja, kompletni estri glicerola i jednobaznih masnih kiselina; pripadaju klasi lipida. Uz ugljikohidrate i proteine, masti su jedna od glavnih komponenti ćelija životinja, biljaka i mikroorganizama. Tečne masti biljnog porijekla obično se nazivaju uljima - isto što i puter.

Ugljične kiseline- klasa organskih jedinjenja čije molekule sadrže jednu ili više funkcionalnih karboksilnih grupa -COOH. Kisela svojstva su posljedica činjenice da ovu grupu može relativno lako apstrahovati proton. Uz rijetke izuzetke, karboksilne kiseline su slabe. Na primjer, sirćetna kiselina CH3COOH ima konstantu kiselosti od 1,75·10-5. Di- i trikarboksilne kiseline su jače od monokarboksilnih kiselina.

Masnoća je dobar toplotni izolator, pa se kod mnogih toplokrvnih životinja taloži u potkožnom masnom tkivu, smanjujući gubitak toplote. Posebno debeo potkožni masni sloj karakterističan je za vodene sisare (kitove, morževe, itd.). Istovremeno, kod životinja koje žive u vrućim klimama (deve, jerboas) se talože rezerve masti

Strukturna funkcija

Fosfolipidi čine osnovu dvosloja ćelijskih membrana, holesterol - regulatori fluidnosti membrane. Kod arheja, membrane sadrže derivate izoprenoidnih ugljikovodika. Voskovi formiraju kutikulu na površini nadzemnih organa (listova i mladih izdanaka) biljaka. Proizvode ih i mnogi insekti (na primjer, pčele od njih grade saće, a ljuskavi i ljuskavi insekti formiraju zaštitne pokrivače).

Regulatorno

Vitamini - lipidi (A, D, E)

Hormonski (steroidi, eikozanoidi, prostaglandini, itd.)

kofaktori (dolihol)

Signalni molekuli (digliceridi, jasmonska kiselina; MP3 kaskada)

Zaštitni (apsorbuje udarce)

Debeli sloj masti štiti unutrašnje organe mnogih životinja od oštećenja prilikom udara (na primjer, morski lavovi teški i do tone mogu skočiti na kamenitu obalu sa litica visokih 4-5 m).

20-21-22. Jednobazne nezasićene kiseline- derivati ​​nezasićenih ugljikovodika u kojima je jedan atom vodika zamijenjen karboksilnom grupom.

Nomenklatura, izomerizam. U grupi nezasićenih kiselina najčešće se koriste empirijski nazivi: CH2=CH-COOH - akrilna (propenska) kiselina, CH2=C(CH3)-COOH - metakrilna (2-metilpropenska) kiselina. Izomerizam u grupi nezasićenih jednobaznih kiselina povezan je sa:

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

Metode dobijanja.1. Dehidrohalogenacija halogeniranih kiselina:

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

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

Fizička svojstva. Niže nezasićene kiseline su tečnosti rastvorljive u vodi sa jakim oštrim mirisom; viši - čvrste, u vodi netopive tvari bez mirisa.

Hemijska svojstva nezasićene karboksilne kiseline su zbog svojstava karboksilne grupe i svojstava dvostruke veze. Specifična svojstva imaju kiseline sa dvostrukom vezom bliskom karboksilnoj grupi - alfa, beta-nezasićene kiseline. U ovim kiselinama, dodavanje halogenovodonika i hidratacija su protiv Markovnikovovog pravila: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH

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

Prilikom snažne oksidacije dolazi do prekida dvostruke veze i stvaranja mješavine različitih proizvoda iz kojih se može odrediti položaj dvostruke veze. Oleinska kiselina C17H33COOH je jedna od najvažnijih viših nezasićenih kiselina. To je bezbojna tečnost koja se stvrdne na hladnom. Njegova strukturna formula: CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH.

23. Dvobazne zasićene karboksilne kiseline(dvobazične zasićene karboksilne kiseline) - karboksilne kiseline u kojima je zasićeni ugljikovodični radikal vezan za dvije karboksilne grupe -COOH. Svi imaju opću formulu HOOC(CH2)nCOOH, gdje je n = 0, 1, 2, ...

Nomenklatura. Sistematski nazivi dvobaznih zasićenih karboksilnih kiselina dati su imenom odgovarajućeg alkana sa dodatkom sufiksa -dioična i riječi kiselina.

Skeletni izomerizam u ugljikovodičnom radikalu pojavljuje se počevši od butandiojeve kiseline, koja ima dva izomera:

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

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

24-25. KISELINE (hidroksikarboksilne kiseline), imaju u molekulu, uz karboksilnu grupu - COOH, hidroksilnu grupu - OH, na primjer. HOCH2COOH (glikolna kiselina). Sadrži u biljnim i životinjskim organizmima (mliječna, limunska, vinska i druge kiseline).

Rasprostranjenost u prirodi

Hidroksi kiseline su veoma rasprostranjene; Tako se vinska, limunska, jabučna, mliječna i druge kiseline klasificiraju kao hidroksi kiseline, a njihov naziv odražava primarni prirodni izvor u kojem je supstanca pronađena.

Metode sinteze

Reformatsky reakcija je metoda za sintezu estera β-hidroksikarboksilne kiseline.

"Voćne kiseline." Mnoge hidroksi kiseline se koriste u kozmetici kao keratolitici. Međutim, trgovci su malo promijenili ime - kako bi bili privlačniji u kozmetologiji, često se nazivaju "voćne kiseline".

26-27. KISELINE KISELINE (alkoholne kiseline), spojevi s dvostrukom funkcijom, i alkoholi i kiseline, koji sadrže i vodeni ostatak i karboksilnu grupu. U zavisnosti od položaja OH u odnosu na COOH (jedan pored drugog, na jednom, dva, tri mesta) razlikuju se a-, /?-, y-, b-hidroksi kiseline. Za dobijanje kiseonika postoji mnogo metoda, od kojih su najvažnije pažljiva oksidacija glikola: CH3.CH(OH).CH2.OH + 02 = CH3. .CH(OH).COOH; saponifikacija oksinitrila CH3.CH(OH).CN -* CH3.CH(OH).COOH; izmjena halogena u halogenim kiselinama za OH: CH2C1.COOH + KOH = CH2(OH).COOH + + KS1, efekat HN02 na aminokiseline: CH2(NH2). COOH + HN02 = CH2(OH) + N2 + + H20. U životinjskom tijelu, hidroksi kiseline nastaju tokom deaminacije (vidi) aminokiselina, tokom oksidacije masnih(vidi Acetonska tijela, Metabolizam—proteini), tokom glikolize (vidi), fermentacije (vidi) i drugih hemikalija. procesi. Hidroksi kiseline su guste tečnosti ili kristalne. supstance. In chem. u odnosu na O. reaguju i kao alkohol i kao droga: daju npr. i eteri i estri; pod uticajem halogenih jedinjenja fosfora, oba OH se zamenjuju halogenom; Halovodične kiseline reaguju samo sa alkoholom OH.—Posebne reakcije karakterišu a-, i)-, y- i b-hidroksi kiseline: a-hidroksi kiseline, gubeći vodu iz dva molekula, daju ciklične estre, laktide: 2CH2(OH).COOH = 2H20 + CH2.O.CO (glikolid); s.o.sn2 /Z-O., oslobađajući vodu, formiraju nezasićena jedinjenja: CH2(OH).CH2.COOH-H20 = CH2:CH. .COOH; y- i d-hidroksi kiseline formiraju anhidride - laktone: CH3.CH(OH).CH2.CH2.COOH= =H2O+CH3.CH.CH2.CH2.CO. O. su široko rasprostranjene u životinjskim i biljnim organizmima. Predstavnici alifatskog a-O. su glikolna kiselina, CH2OH.COOH(hidroksisirćetna kiselina), mliječna kiselina; od /?-hidroksi kiselina - hidrakrilna, CH2OH.CH2COOH, /9-hidroksi-maslačna kiselina; U-O. su nepoznati u slobodnom obliku, jer gube vodu i postaju laktoni. Među dvobaznim O. bitan ima aromu jabuke (hidroksi-ćilibar); COOH.CHON.CH2.COOH, široko rasprostranjen u biljkama; ima lijevu rotaciju u slabim rješenjima, desnu rotaciju u jakim; sintetički su neaktivni. Dvobazične tetraatomske kiseline uključuju vinsku kiselinu (dioksijantarne kiseline). Od drugog O.—limuna, HO.CO.CH2. .(SON)(COOH).CH2.COOH, vrlo čest u biljnom svijetu (u grožđu, limunu) i nalazi se u životinjama (u mlijeku); u obliku željeznog citrata koristi se u medicini. Od aromatičnih kiselina (fenolnih kiselina) u medicini su važne salicilna kiselina, galna kiselina i njihovi derivati; fenil ester salicilne kiseline (salol), sulfosalicilna kiselina, C6H3.OH.S03H.COOH (proteinski reagens), acetilsalicilna kiselina (aspirin). U biljkama postoji mnogo različitih O. aromatičnog niza, čiji derivati ​​uključuju, između ostalog, tanine, koji su od značajnog tehničkog značaja. O biol. značaj pojedinačnih O. i metode njihovog kvantitativnog određivanja — vidi. Acetonska tijela, bro-glikoliza, deaminacija, krv, mliječna kiselina, urin, mišići, beta(^)-hidroksimaslačna kiselina.

28-29. u molekuli amonijaka, sukcesivno zamjenjujući atome vodika ugljovodoničnim radikalima, dobijate spojeve koji pripadaju klasi amina. Prema tome, amini su primarni (RNH2), sekundarni (R2NH), tercijarni (R3N). -NH2 grupa se naziva amino grupa.

Postoje alifatski, aromatični, aliciklični i heterociklični amini u zavisnosti od toga koji su radikali povezani sa atomom dušika.

Imena amina se konstruišu dodavanjem prefiksa amino- imenu odgovarajućeg ugljikovodika (primarni amini) ili završetka -amin navedenim nazivima radikala povezanih s atomom dušika (za bilo koji amin).

Načini dobijanja:1. Hofmanova reakcija. Jedna od prvih metoda za proizvodnju primarnih amina bila je alkilacija amonijaka alkilhalidima. . 2. Zininova reakcija- pogodan način za dobivanje aromatičnih amina redukcijom aromatičnih nitro spojeva. Kao redukcioni agensi se koriste: H2 (na katalizatoru). Ponekad se vodik stvara direktno u vrijeme reakcije, za koju se metali (cink, željezo) tretiraju razrijeđenom kiselinom.

Fizička svojstva amina. Prisustvo usamljenog elektronskog para na atomu dušika uzrokuje veće točke ključanja od onih odgovarajućih alkana. Amini imaju neprijatan, oštar miris. Na sobnoj temperaturi i atmosferskom pritisku, prvi predstavnici niza primarnih amina su plinovi koji se dobro otapaju u vodi. Kako se ugljični radikal povećava, temperatura ključanja se povećava, a rastvorljivost u vodi se smanjuje.

Hemijska svojstva amina. Osnovna svojstva amina

Amini su baze jer atom dušika može obezbijediti elektronski par za formiranje veza sa vrstama kojima nedostaje elektrona kroz mehanizam donor-akceptor (zadovoljava Luisovu definiciju bazičnosti). Stoga, amini, poput amonijaka, mogu stupiti u interakciju s kiselinama i vodom, dodajući proton da bi formirali odgovarajuće amonijeve soli.

Amonijumove soli su visoko rastvorljive u vodi, ali slabo rastvorljive u organskim rastvaračima. Vodene otopine amina imaju alkalnu reakciju.

Osnovna svojstva amina zavise od prirode supstituenata. Posebno su aromatični amini slabije baze od alifatskih, jer slobodni elektronski par azota ulazi u konjugaciju sa -sistemom aromatičnog jezgra, čime se smanjuje gustina elektrona na atomu azota (-M efekat). Naprotiv, alkil grupa je dobar donor elektronske gustine (+I-efekat).

Oksidacija amina. Sagorevanje amina je praćeno stvaranjem ugljen-dioksida, azota i vode: 4CH3NH2+9O2=4SO2+2N2+10N2O

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

Dodavanje alkil halogenida Amini dodaju haloalkane da bi se formirala so

Interakcija amina sa azotnom kiselinom Od velikog je značaja reakcija diazotizacije primarnih aromatičnih amina pod uticajem azotne kiseline, dobijene in situ reakcijom natrijum nitrita sa hlorovodoničnom kiselinom.

Primarni alifatski amini reaguju sa azotastoj kiselinom i formiraju alkohole, a sekundarni alifatski i aromatični amini daju N-nitrozo derivate: R-NH2 + NaNO2+HCl=R-OH+N2+NaCl+H2O; NH+NaNO2+HCl=R2N-N=O+NaCl+H2O

U aromatičnim aminima, amino grupa olakšava supstituciju na orto i para pozicijama benzenskog prstena. Zbog toga se halogenacija anilina odvija brzo i u odsustvu katalizatora, a tri atoma vodika benzenskog prstena se zamjenjuju odjednom, a bijeli talog 2,4,6-tribromoanilina precipitira:

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

Aplikacija

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

30. Aminokiseline (aminokarboksilne kiseline)- organska jedinjenja, čija molekula istovremeno sadrži karboksilne i aminske grupe. Aminokiseline se mogu smatrati derivatima karboksilnih kiselina u kojima je jedan ili više atoma vodika zamijenjeno aminskim grupama.

Opća hemijska svojstva. 1. Aminokiseline mogu pokazivati ​​i kisela svojstva zbog prisustva karboksilne grupe -COOH u njihovim molekulima, i bazna svojstva zbog amino grupe -NH2. Zbog toga otopine aminokiselina u vodi imaju svojstva puferskih otopina.

Zwitterion je molekul amino kiseline u kojem je amino grupa predstavljena kao -NH3+, a karboksi grupa je predstavljena kao -COO-. Takav molekul ima značajan dipolni moment sa nultim neto nabojem. Od takvih molekula se grade kristali većine aminokiselina.

Neke aminokiseline imaju više amino grupa i karboksilnih grupa. Za ove aminokiseline teško je govoriti o nekom specifičnom zwitterionu.

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

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

4. Aminokiseline obično mogu podvrgnuti svim reakcijama karakterističnim za karboksilne kiseline i amine.

Optički izomerizam. Sve α-amino kiseline koje se nalaze u živim organizmima, osim glicina, sadrže asimetrični atom ugljika (treonin i izoleucin sadrže dva asimetrična atoma) i imaju optičku aktivnost. Gotovo sve prirodne α-amino kiseline su L-oblika, a samo L-amino kiseline su uključene u proteine ​​sintetizirane na ribosomima.

Ovu osobinu "živih" aminokiselina vrlo je teško objasniti, budući da se u reakcijama između optički neaktivnih supstanci ili racemata (koje su, očigledno, predstavljali organski molekuli na drevnoj Zemlji), L i D oblici nastaju u jednakim količinama. Možda. Izbor jednog od oblika (L ili D) jednostavno je rezultat slučajne slučajnosti: prvi molekuli s kojima je mogla započeti sinteza šablona imali su određeni oblik i njima su se „prilagođavali“ odgovarajući enzimi.

31. Aminokiseline su organska amfoterna jedinjenja. Oni sadrže dvije funkcionalne grupe suprotne prirode u molekulu: amino grupu sa bazičnim svojstvima i karboksilnu grupu sa kiselim svojstvima. Aminokiseline reaguju i sa kiselinama i sa bazama:

H2N-CH2-COOH + HCl→ Cl[H3N-CH2-COOH],

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

Kada se aminokiseline rastvore u vodi, karboksilna grupa uklanja ion vodonika, koji se može vezati za amino grupu. U tom slučaju nastaje unutrašnja sol čija je molekula bipolarni ion:

H2N-CH2—COOH +H3N-CH2—COO-.

Vodene otopine aminokiselina imaju neutralnu, alkalnu ili kiselu sredinu u zavisnosti od broja funkcionalnih grupa. Tako glutaminska kiselina formira kiseli rastvor (dve -COOH grupe, jedna -NH2), lizin formira alkalni rastvor (jedna -COOH, dve -NH2 grupe).

Kao i primarni amini, aminokiseline reaguju sa azotnom kiselinom, pri čemu se amino grupa pretvara u hidrokso grupu, a amino kiselina u hidroksi kiselinu: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2+ H2O

Mjerenje volumena oslobođenog dušika omogućava vam da odredite količinu aminokiseline (Van-Slyke metoda).

Aminokiseline mogu reagovati sa alkoholima u prisustvu gasovitog hlorovodonika, pretvarajući se u ester (tačnije, hloridnu so estera): H2N-CH(R)-COOH + R"OH H2N-CH(R)-COOR " + H2O.

Estri aminokiselina nemaju bipolarnu strukturu i hlapljiva su jedinjenja. Najvažnije svojstvo aminokiselina je njihova sposobnost kondenzacije u peptide.

32. Karboksilna grupa kombinuje dve funkcionalne grupe - karbonil =CO i hidroksil -OH, međusobno utičući jedna na drugu.

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

U vodenom rastvoru karboksilne kiseline disociraju u jone: R-COOH = R-COO- + H+

Rastvorljivost u vodi i visoke točke ključanja kiselina su posljedica stvaranja međumolekularnih vodikovih veza.

Amino grupa - monovalentna grupa -NH2, ostatak amonijaka (NH3). Amino grupa se nalazi u mnogim organskim jedinjenjima - aminima, aminokiselinama, amino alkoholima itd. Jedinjenja koja sadrže -NH2 grupu su po pravilu bazične prirode, zbog prisustva usamljenog elektronskog para na atomu dušika.

U reakcijama elektrofilne supstitucije u aromatičnim jedinjenjima, amino grupa je orijentaciono sredstvo prve vrste, tj. aktivira orto- i para-pozicije u benzenskom prstenu.

33. Polikondenzacija- proces sinteze polimera iz polifunkcionalnih (najčešće bifunkcionalnih) spojeva, obično praćen oslobađanjem nusproizvoda male molekularne težine (voda, alkoholi, itd.) tokom interakcije funkcionalnih grupa.

Molekularna težina polimera koji nastaje tokom procesa polikondenzacije zavisi od odnosa početnih komponenti i reakcionih uslova.

Reakcije polikondenzacije mogu uključivati ​​ili jedan monomer s dvije različite funkcionalne grupe: na primjer, sintezu poli-ε-kaproamida (najlon-6, kapron) iz ε-aminokaproične kiseline, ili dva monomera koja nose različite funkcionalne grupe, na primjer, sinteza od najlona-6 66 polikondenzacijom adipinske kiseline i heksametilendiamina; u ovom slučaju nastaju polimeri linearne strukture (linearna polikondenzacija, vidi sl. 1). Ako monomer (ili monomeri) nose više od dvije funkcionalne grupe, formiraju se umreženi polimeri sa trodimenzionalnom mrežnom strukturom (trodimenzionalna polikondenzacija). Da bi se dobili takvi polimeri, mješavini monomera se često dodaju polifunkcionalne komponente koje se međusobno povezuju.

Posebno treba istaći reakcije sinteze polimera iz cikličkih monomera pomoću mehanizma otvaranja prstena - dodavanje, na primjer, sinteza najlona-6 iz kaprolaktama (ciklički amid ε-aminokaproične kiseline); Unatoč činjenici da se oslobađanje niskomolekularnog fragmenta ne događa, takve reakcije se češće nazivaju polikondenzacija.

Peptidna veza- vrsta amidne veze koja nastaje tokom formiranja proteina i peptida kao rezultat interakcije α-amino grupe (-NH2) jedne aminokiseline sa α-karboksilnom grupom (-COOH) druge amino kiseline.

C-N veza u peptidnoj vezi je djelimično dvostruke prirode, što se očituje, posebno, u smanjenju njene dužine na 1,32 angstroma. To rezultira sljedećim svojstvima:

4 atoma veza (C, N, O i H) i 2 α-ugljika su u istoj ravni. R-grupe aminokiselina i vodonika kod α-ugljika su izvan ove ravni.

H i O u peptidnoj vezi, kao i α-ugljici dvije aminokiseline, su trans orijentirani (trans izomer je stabilniji). U slučaju L-aminokiselina, što je slučaj sa svim prirodnim proteinima i peptidima, R-grupe su također trans-orijentirane.

Rotacija oko C-N veze nije moguća, ali je rotacija oko C-C veze moguća.

peptidi (grč. πεπτος - hranljiv) - porodica supstanci čiji su molekuli izgrađeni od ostataka α-amino kiselina povezanih u lanac peptidnim (amidnim) vezama -C(O)NH-.

34. Proteini (proteini, polipeptidi) - visokomolekularne organske tvari koje se sastoje od aminokiselina povezanih u lanac peptidnim vezama. U živim organizmima aminokiselinski sastav proteina određen je genetskim kodom; u većini slučajeva se tokom sinteze koristi 20 standardnih aminokiselina. Mnoge njihove kombinacije daju širok spektar svojstava proteinskih molekula. Osim toga, aminokiseline u proteinu često su podložne posttranslacijskim modifikacijama, koje se mogu javiti i prije nego što protein počne obavljati svoju funkciju i tokom njegovog „rada“ u ćeliji. Često u živim organizmima nekoliko proteinskih molekula formira složene komplekse, na primjer, fotosintetski kompleks.

Da bismo razumjeli zamršeni raspored (arhitektoniku) proteinske makromolekule, trebali bismo razmotriti nekoliko nivoa organizacije. Primarna, najjednostavnija struktura je polipeptidni lanac, tj. niz aminokiselina povezanih peptidnim vezama. IN primarna struktura sve veze između aminokiselina su kovalentne i stoga jake. Dalje, više visoki nivo Organizacija je sekundarna struktura kada je proteinska nit uvijena u obliku spirale. Vodikove veze nastaju između -COOH grupa koje se nalaze na jednom zavoju spirale i -NH2 grupa na drugom zavoju. Nastaju iz vodika, koji se najčešće nalazi između dva negativna atoma. Vodikove veze su slabije od kovalentnih veza, ali s velikim brojem njih osiguravaju stvaranje prilično jake strukture. Niz aminokiselina (polipeptid) se zatim koagulira, formirajući kuglicu, ili fibril ili globulu, specifične za svaki protein. Ovo stvara složenu konfiguraciju koja se naziva tercijarna struktura. Obično se određuje metodom rendgenske difrakcijske analize, koja omogućava utvrđivanje položaja u prostoru atoma i grupa atoma u kristalima i složenim spojevima.

Veze koje podržavaju tercijarnu strukturu proteina su takođe slabe. Nastaju, posebno, zbog hidrofobnih interakcija. To su sile privlačenja između nepolarnih molekula ili između nepolarnih područja molekula u vodenoj sredini. Hidrofobni ostaci nekih aminokiselina u vodenom rastvoru se zbližavaju, "lepe se" i tako stabilizuju strukturu proteina. Pored hidrofobnih sila, u održavanju tercijarne strukture proteina značajnu ulogu igraju elektrostatičke veze između elektronegativnih i elektropozitivnih radikala aminokiselinskih ostataka. Tercijarna struktura se također održava malim brojem kovalentnih disulfidnih -S-S veza koje se javljaju između atoma sumpora aminokiselina koje sadrže sumpor. Moram reći da je i tercijarna; struktura proteina nije konačna. Makromolekule istog proteina ili molekule drugih proteina često su vezane za makromolekulu proteina. Na primjer, složeni molekul hemoglobina, proteina koji se nalazi u crvenim krvnim zrncima, sastoji se od četiri makromolekula globina: dva alfa lanca i dva beta lanca, od kojih je svaki povezan sa hemom koji sadrži željezo. Kao rezultat njihove kombinacije, formira se funkcionalna molekula hemoglobina. Samo u takvom pakovanju hemoglobin radi u potpunosti, odnosno može da prenosi kiseonik. Zbog međusobnog povezivanja nekoliko proteinskih molekula, formira se kvartarna struktura. Ako su peptidni lanci raspoređeni u obliku lopte, onda se takvi proteini nazivaju globularni. Ako su polipeptidni lanci raspoređeni u snopove niti, nazivaju se fibrilarni proteini. Polazeći od sekundarne strukture, prostornu strukturu (konformaciju) proteinskih makromolekula, kako smo saznali, održavaju uglavnom slabe hemijske veze. Pod uticajem spoljašnjih faktora (promene temperature, sastava soli okoline, pH, pod uticajem zračenja i drugih faktora), slabe veze koje stabilizuju makromolekulu se prekidaju, a struktura proteina, a samim tim i njegova svojstva. , promijeniti. Ovaj proces se naziva denaturacija. Razbijanje nekih slabih veza, promjene u konformaciji i svojstvima proteina također se javljaju pod utjecajem fizioloških faktora (npr. pod utjecajem hormona). Na taj način se regulišu svojstva proteina: enzima, receptora, transportera. Ove promjene u strukturi proteina obično su lako reverzibilne. Prekidanje velikog broja slabih veza dovodi do denaturacije proteina, koja može biti nepovratna (na primjer, koagulacija bjelanjka pri kuhanju jaja). Ponekad denaturacija proteina ima biološko značenje. Na primjer, pauk izluči kap sekreta i zalijepi je za neki nosač. Zatim, nastavljajući da luči sekret, on lagano povlači nit, a ta slaba napetost je dovoljna da protein denaturira, pređe iz rastvorljivog oblika u nerastvorljiv i nit dobija snagu.

35-36. Monosaharidi(od grčkog monos: pojedinačni, sacchar: šećer), - organska jedinjenja, jedna od glavnih grupa ugljenih hidrata; najviše jednostavan oblik Sahara; su obično bezbojne, providne čvrste supstance rastvorljive u vodi. Neki monosaharidi imaju sladak ukus. Monosaharidi, gradivni blokovi iz kojih se sintetiziraju disaharidi (kao što je saharoza) i polisaharidi (kao što su celuloza i škrob), sadrže hidroksilne grupe i aldehidnu grupu (aldoze) ili keto grupu (ketoze). Svaki atom ugljika za koji je vezana hidroksilna grupa (osim prvog i posljednjeg) je kiralan, što dovodi do mnogih izomernih oblika. Na primjer, galaktoza i glukoza su aldoheksoze, ali imaju različita kemijska i fizička svojstva. Monosaharidi, kao i svi ugljikohidrati, sadrže samo 3 elementa (C, O, H).

Monosaharidi su podijeljeni na trioze, tetroze, pentoze, heksoze, itd. (3, 4, 5, 6 itd. atoma ugljika u lancu); nisu pronađeni prirodni monosaharidi s ugljikovim lancem koji sadrži više od 9 atoma ugljika. Monosaharidi koji sadrže 5-člani prsten nazivaju se furanoze, a oni koji sadrže 6-člani prsten nazivaju se piranoze.

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

38. Hemijska svojstva. Monosaharidi ulaze u hemijske reakcije karakteristične za karbonilne i hidroksilne grupe. Karakteristična karakteristika monosaharida je sposobnost postojanja u otvorenim (acikličnim) i cikličnim oblicima i da daju derivate svakog oblika. Većina monosaka ciklizira u vodenom rastvoru da formira hemiacetale ili hemiketale (u zavisnosti od toga da li su aldoze ili ketoze) između alkohola i karbonilne grupe istog šećera. Glukoza, na primjer, lako formira hemiacetale spajanjem svojih C1 i O5 kako bi se formirao 6-člani prsten koji se naziva piranozid. Ista reakcija se može odvijati između C1 i O4 da bi se formirao 5-člani furanozid.

Monosaharidi u prirodi. Monosaharidi su dio složenih ugljikohidrata (glikozidi, oligosaharidi, polisaharidi) i miješanih biopolimera koji sadrže ugljikohidrate (glikoproteini, glikolipidi itd.). U ovom slučaju, monosaharidi su povezani jedni s drugima i sa neugljikohidratnim dijelom molekule glikozidnim vezama. Kada se hidroliziraju kiselinama ili enzimima, ove veze mogu biti prekinute kako bi se oslobodili monosaharidi. U prirodi su slobodni monosaharidi, sa izuzetkom D-glukoze i D-fruktoze, rijetki. Biosinteza monosaharida iz ugljičnog dioksida i vode odvija se u biljkama (vidi Fotosinteza); Uz sudjelovanje aktiviranih derivata monosaharida - nukleozid difosfatnih šećera - u pravilu se odvija biosinteza složenih ugljikohidrata. Razgradnja monosaharida u tijelu (na primjer, alkoholna fermentacija, glikoliza) je praćena oslobađanjem energije.

Aplikacija. Neki slobodni monosaharidi i njihovi derivati ​​(npr. glukoza, fruktoza i njen difosfat itd.) koriste se u prehrambenoj industriji i medicini.

37. Glukoza (C6H12O6)(“grožđani šećer”, dekstroza) nalazi se u sokovima mnogih voća i bobica, uključujući i grožđe, odakle potiče i naziv ove vrste šećera. To je šestohidroksi šećer (heksoza).

Fizička svojstva. Bijela kristalna supstanca slatkog ukusa, dobro rastvorljiva u vodi, nerastvorljiva u eteru, slabo rastvorljiva u alkoholu.

Struktura molekula

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

Glukoza može postojati u obliku ciklusa (α i β glukoza).

α i β glukoze

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

Biološka uloga. Glukoza je glavni proizvod fotosinteze i formira se u Calvinovom ciklusu.

U ljudskom i životinjskom tijelu, glukoza je glavni i najuniverzalniji izvor energije za metaboličke procese. Sve stanice životinjskog tijela imaju sposobnost metaboliziranja glukoze. Istovremeno, ne sve stanice tijela, već samo neke od njihovih vrsta, imaju sposobnost korištenja drugih izvora energije - na primjer, slobodnih masnih kiselina i glicerola, fruktoze ili mliječne kiseline.

Transport glukoze iz vanjskog okruženja u životinjsku ćeliju odvija se aktivnim transmembranskim prijenosom uz pomoć posebne proteinske molekule - transportera heksoze.

Glukoza u stanicama može biti podvrgnuta glikolizi kako bi se proizvela energija u obliku ATP-a. Prvi enzim u lancu glikolize je heksokinaza. Aktivnost heksokinaze ćelije je pod regulacionim uticajem hormona – tako insulin naglo povećava aktivnost heksokinaze i, posljedično, iskorišćenje glukoze ćelijama, a glukokortikoidi smanjuju aktivnost heksokinaze.

Mnogi izvori energije osim glukoze mogu se direktno pretvoriti u glukozu u jetri - na primjer, mliječna kiselina, mnoge slobodne masne kiseline i glicerol, ili slobodne aminokiseline, posebno one najjednostavnije kao što je alanin. Proces proizvodnje glukoze u jetri iz drugih spojeva naziva se glukoneogeneza.

One izvore energije za koje ne postoji direktna biohemijska konverzija u glukozu ćelije jetre mogu iskoristiti za proizvodnju ATP-a i naknadnu opskrbu energijom za procese glukoneogeneze, resintezu glukoze iz mliječne kiseline ili opskrbu energijom za proces sinteze glikogen polisaharida. rezerve iz monomera glukoze. Glukoza se opet lako proizvodi iz glikogena jednostavnim razgradnjom.

Zbog izuzetnog značaja održavanja stabilnog nivoa glukoze u krvi, ljudi i mnoge druge životinje imaju složen sistem hormonske regulacije parametara metabolizma ugljenih hidrata. Kada se 1 gram glukoze oksidira u ugljični dioksid i vodu, oslobađa se 17,6 kJ energije. Pohranjena maksimalna “potencijalna energija” u molekulu glukoze u obliku oksidacionog stanja -4 atoma ugljika (C-4) može se reducirati tokom metaboličkih procesa na C+4 (u molekulu CO2). Njegovo vraćanje na prethodni nivo može se izvršiti autotrofima.

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

Za razliku od glukoze, koja služi kao univerzalni izvor energije, fruktoza se ne apsorbira u tkivima zavisnim od inzulina. Gotovo u potpunosti se apsorbira i metabolizira u stanicama jetre. Praktično nema drugih ćelija ljudsko tijelo(osim sperme) ne mogu koristiti fruktozu. U ćelijama jetre, fruktoza se fosforilira, a zatim razgrađuje u trioze, koje se ili koriste za sintezu masnih kiselina, što može dovesti do pretilosti, kao i povećanja nivoa triglicerida (što zauzvrat povećava rizik od ateroskleroze), ili se koristi za glikogen sinteza (takođe se djelimično pretvara u glukozu tokom glukoneogeneze). Međutim, pretvaranje fruktoze u glukozu je složen proces u više koraka, a sposobnost jetre da preradi fruktozu je ograničena. Pitanje da li fruktozu treba uključiti u ishranu dijabetičara, jer za njenu apsorpciju nije potreban insulin, intenzivno se proučava poslednjih godina.

Iako fruktoza ne povećava (ili samo neznatno) nivo glukoze u krvi kod zdrave osobe, fruktoza često dovodi do povećanja nivoa glukoze u krvi kod osoba sa dijabetesom. S druge strane, zbog nedostatka glukoze u ćelijama, tijela dijabetičara mogu sagorijevati masti, što dovodi do iscrpljivanja masnih rezervi. U tom slučaju, fruktoza, koja se lako pretvara u mast i ne zahtijeva inzulin, može se koristiti za njihovo obnavljanje. Prednost fruktoze je u tome što se jelu sa relativno malim količinama fruktoze može dati sladak ukus, jer je sa istim kalorijskim sadržajem kao šećer (380 kcal/100 g) 1,2-1,8 puta slađi. Međutim, studije pokazuju da potrošači fruktoze ne smanjuju unos kalorija, već jedu slatku hranu.

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

Vrlo važan i rasprostranjen poseban slučaj oligosaharida su disaharidi - dimeri koji se sastoje od dva molekula monosaharida.

Možete razgovarati i o tri-, tetra-, itd. saharidi

40. Disaharidi- opšti naziv podklase oligosaharida u kojoj se molekula sastoji od dva monomera - monosaharida. Disaharidi nastaju reakcijom kondenzacije između dva monosaharida, obično heksoza. Reakcija kondenzacije uključuje uklanjanje vode. Veza između monosaharida koja nastaje kao rezultat kondenzacijske reakcije naziva se glikozidna veza.Ova veza se obično formira između 1. i 4. atoma ugljika susjednih monosaharidnih jedinica (1,4-glikozidna veza).

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

Mutarotacija(od latinskog muto-change i rotatio - rotacija), promjena optičke vrijednosti. rotacija otopina optički aktivnih spojeva zbog njihove epimerizacije. Karakteristično za monosaharide, redukcijske oligosaharide, laktone itd. Mutarotaciju mogu katalizirati kiseline i baze. U slučaju glukoze, mutarotacija se objašnjava uspostavljanjem ravnoteže: U ravnoteži je prisutno 38% alfa oblika i 62% beta oblika. Srednji aldehidni oblik je sadržan u zanemarljivo malim koncentracijama. Prednosti, formiranje b-forme objašnjava se činjenicom da je termodinamički stabilniji.

Reakcije “srebrnog ogledala” i “bakarnog ogledala” karakteristične su za aldehide

1) Reakcija "srebrnog ogledala", formiranje Ag taloga na zidovima epruvete

2) Reakcija „bakarnog ogledala“, taloženje crvenog Cu2O precipitata

40. Zauzvrat, disaharidi, koji nastaju u nekim slučajevima tokom hidroliza polisaharida(maltoza pri hidrolizi škroba, celobioza pri hidrolizi celuloze) ili postojeća u organizmu u slobodnom obliku (laktoza, saharoza, trehaloza itd.), hidroliziraju se pod katalitičkim djelovanjem o- i p-glikozidaza do pojedinačnih monosaharida . Sve glikozidaze, s izuzetkom trehalaze (ot, omrehaloza-glukohidrogenaze), razlikuju se širok raspon specifičnost, ubrzava hidrolizu gotovo svih glikozida koji su derivati ​​jednog ili drugog a- ili (3-monosaharida. Dakle, a-glukozidaza ubrzava reakciju hidrolize a-glukozida, uključujući maltozu; p-glukozidaza - p-glukozida, uključujući i celobiozu, B-galaktozidazu - B-galaktozide, a među njima i laktozu itd. Primeri delovanja a i P-glukozidaze dati su ranije

41. Prema neuspjehu hemijska struktura disaharida trehalozni tip (glikozid-glikozidi) i tip maltoze (glikozid-glukoza) imaju značajno različite hemijske osobine: prvi ne daju nikakve reakcije karakteristične za aldehidnu ili ketonsku grupu, tj. ne oksidiraju, ne redukuju se, ne stvaraju ozazone , ulaze u reakciju polikodenzacije (ne smole), ne mutarotiraju itd. Za disaharide kao što je maltoza, sve navedene reakcije su, naprotiv, vrlo karakteristične. Razlog za ovu razliku je sasvim jasan iz onoga što je gore rečeno o dvije vrste disaharidne strukture i svojstvima monosaharidnih ostataka uključenih u njihov sastav. Ona leži u činjenici da je samo u disaharidima kao što je maltoza moguća prstenasta tautomerija, usled čega nastaje slobodna aldehidna ili ketonska grupa, koja pokazuje svoja karakteristična svojstva.

Za alkoholne hidroksile, obje vrste disaharida daju iste reakcije: formiraju etere i estere i stupaju u interakciju s hidratima metalnih oksida.

U prirodi postoji veliki broj disaharida; Najvažnije među njima su gore navedene trehaloze i maltoze, kao i saharoza, celobioza i laktoza.

42. Maltoza(od engleskog malt - slad) - sladni šećer, prirodni disaharid koji se sastoji od dva ostatka glukoze; nalazi se u velikim količinama u proklijalim žitaricama (slad) ječma, raži i drugih žitarica; nalazi se i u paradajzu, polenu i nektaru brojnih biljaka. M. je lako rastvorljiv u vodi i slatkog je ukusa; je redukcijski šećer jer ima nesupstituiranu hemiacetalnu hidroksilnu grupu. Biosinteza M. iz b-D-glukopiranozilfosfata i D-glukoze poznata je samo kod nekih vrsta bakterija. U životinjskim i biljnim organizmima magnezijum nastaje enzimskom razgradnjom škroba i glikogena (vidi Amilaza). Razgradnja M. na dva ostatka glukoze nastaje kao rezultat djelovanja enzima a-glukozidaze, ili maltaze, koji se nalazi u probavnim sokovima životinja i ljudi, u proklijalim žitaricama, u plijesni i kvascu. Genetski uvjetovani nedostatak ovog enzima u crijevnoj sluznici čovjeka dovodi do kongenitalne netolerancije na M., ozbiljne bolesti koja zahtijeva isključenje M., škroba i glikogena iz ishrane ili dodavanje enzima maltaze u hranu.

Kada se maltoza prokuha s razrijeđenom kiselinom i pod djelovanjem enzima, maltaza se hidrolizira (nastaju dvije molekule glukoze C6H12O6). Maltoza se lako apsorbuje u ljudskom tijelu. Molekulska težina - 342,32 T Tačka topljenja - 108 (bezvodno)

43. Laktoza(od latinskog lactis - mlijeko) C12H22O11 - ugljikohidrat grupe disaharida, koji se nalazi u mlijeku i mliječnim proizvodima. Molekul laktoze se sastoji od ostataka molekula glukoze i galaktoze. Laktoza se ponekad naziva i mlečnim šećerom.

Hemijska svojstva. Kada se prokuva sa razblaženom kiselinom, laktoza se hidrolizira.

Laktoza se dobija iz mlečne surutke.

Aplikacija. Koristi se za pripremu medija za uzgoj, na primjer u proizvodnji penicilina. Koristi se kao pomoćna tvar (ekscipijent) u farmaceutskoj industriji.

Od laktoze se dobija laktuloza - vrijedan lijek za liječenje crijevnih smetnji, poput zatvora.

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

Saharoza je vrlo čest disaharid u prirodi; nalazi se u velikom broju voća, voća i bobica. Sadržaj saharoze posebno je visok u šećernoj repi i šećernoj trsci, koji se koriste za industrijsku proizvodnju konzumnog šećera.

Saharoza ima visoku rastvorljivost. Hemijski je fruktoza prilično inertna, tj. kada se kreće s jednog mjesta na drugo, gotovo da ne učestvuje u metabolizmu. Ponekad se saharoza pohranjuje kao rezervni nutrijent.

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

Hemijska i fizička svojstva. Molekularna težina 342,3 amu. Bruto formula (Hill sistem): C12H22O11. Okus je slatkast. Rastvorljivost (grami na 100 grama): u vodi 179 (0°C) i 487 (100°C), u etanolu 0,9 (20°C). Slabo rastvorljiv u metanolu. Nerastvorljivo u dietil eteru. Gustina 1,5879 g/cm3 (15°C). Specifična rotacija za natrijum D-liniju: 66,53 (voda; 35 g/100 g; 20°C). Kada se ohladi tečnim vazduhom, nakon osvetljenja jakom svjetlu kristali saharoze fosforesciraju. Ne pokazuje redukciona svojstva - ne reaguje sa Tollensovim reagensom i Fehlingovim reagensom. Prisustvo hidroksilnih grupa u molekulu saharoze lako se potvrđuje reakcijom sa hidroksidima metala. Ako se otopina saharoze doda bakar(II) hidroksidu, nastaje svijetloplava otopina bakrene saharoze. U saharozi nema aldehidne grupe: kada se zagreva sa rastvorom amonijaka srebrovog (I) oksida, ne daje „srebrno ogledalo“; kada se zagreva sa bakar (II) hidroksidom, ne formira crveni bakar (I) oksid . Među izomerima saharoze sa molekulskom formulom C12H22O11 mogu se razlikovati maltoza i laktoza.

Reakcija saharoze sa vodom. Ako otopinu saharoze prokuhate s nekoliko kapi klorovodične ili sumporne kiseline i neutralizirate kiselinu alkalijom, a zatim zagrijete otopinu, pojavljuju se molekule s aldehidnim grupama koje redukuju bakar (II) hidroksid u bakrov (I) oksid. Ova reakcija pokazuje da se saharoza podvrgava hidrolizi pod katalitičkim djelovanjem kiseline, što rezultira stvaranjem glukoze i fruktoze: C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6

Prirodni i antropogeni izvori. Sadrži u šećernoj trsci, šećernoj repi (do 28% suhe tvari), biljnim sokovima i voću (na primjer, breza, javor, dinja i šargarepa). Izvor saharoze - iz repe ili trske - određen je omjerom sadržaja stabilnih izotopa ugljika 12C i 13C. Šećerna repa ima C3 mehanizam za asimilaciju ugljen-dioksida (preko fosfoglicerinske kiseline) i prvenstveno apsorbuje izotop 12C; Šećerna trska ima C4 mehanizam za apsorpciju ugljičnog dioksida (preko oksalosirćetne kiseline) i prvenstveno apsorbira izotop 13C.

45. Cellobiose- ugljikohidrat iz grupe disaharida, koji se sastoji od dva ostatka glukoze povezanih β-glukozidnom vezom; glavna strukturna jedinica celuloze.

Bijela kristalna supstanca, dobro rastvorljiva u vodi. Celobiozu karakteriziraju reakcije koje uključuju aldehidnu (hemiacetalnu) grupu i hidroksilne grupe. Tokom kisele hidrolize ili pod dejstvom enzima β-glukozidaze, celobioza se razgrađuje u 2 molekula glukoze.

Celobioza se dobija parcijalnom hidrolizom celuloze. Celobioza se nalazi u slobodnom obliku u soku nekih stabala.

46. ​​Polisaharidi- opšti naziv za klasu složenih visokomolekularnih ugljenih hidrata, čiji se molekuli sastoje od desetina, stotina ili hiljada monomera - monosaharida.

Polisaharidi su neophodni za život životinjskih i biljnih organizama. Oni su jedan od glavnih izvora energije koja nastaje kao rezultat tjelesnog metabolizma. Učestvuju u imunološkim procesima, osiguravaju adheziju ćelija u tkivima i čine najveći dio organske tvari u biosferi.

Utvrđena je raznovrsna biološka aktivnost polisaharida biljnog porijekla: antibiotska, antivirusna, antitumorska, protuotrovna [izvor nije naveden 236 dana]. Polisaharidi biljnog porijekla imaju važnu ulogu u smanjenju lipemije i vaskularne ateromatoze zbog svoje sposobnosti da formiraju komplekse s proteinima i lipoproteinima u krvnoj plazmi.

Polisaharidi uključuju, posebno:

dekstrin je polisaharid, proizvod hidrolize škroba;

skrob je glavni polisaharid deponovan kao rezerva energije u biljnim organizmima;

glikogen je polisaharid deponovan kao rezerva energije u ćelijama životinjskih organizama, ali se u malim količinama nalazi u biljnim tkivima;

celuloza je glavni strukturni polisaharid zidova biljnih ćelija;

galaktomanani - polisaharidi za skladištenje nekih biljaka iz porodice mahunarki, kao što su guarana i guma od zrna rogača;

glukomanan je polisaharid dobijen iz gomolja konjaka, koji se sastoji od naizmjeničnih jedinica glukoze i manoze, rastvorljivih dijetalnih vlakana koja smanjuju apetit;

amiloid - koristi se u proizvodnji pergamentnog papira.

celuloza ( od lat. cellula - ćelija, isto što i vlakno) - [C6H7O2(OH)3]n, polisaharid; glavna komponenta ćelijskih membrana svih viših biljaka.

Celuloza se sastoji od ostataka molekula glukoze, koji nastaju kiselom hidrolizom celuloze:

(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6

Celuloza je duga nit koja sadrži 300-2500 ostataka glukoze, bez bočnih grana. Ove niti su međusobno povezane mnogim vodoničnim vezama, što daje celulozi veću mehaničku čvrstoću. Sisavci (kao i većina drugih životinja) nemaju enzime koji mogu razgraditi celulozu. Međutim, mnogi biljojedi (na primjer, preživari) imaju simbiontske bakterije u probavnom traktu koje se razgrađuju i pomažu domaćinima da apsorbiraju ovaj polisaharid.

Industrijskom metodom celuloza se proizvodi kuvanjem u fabrikama celuloze koje su deo industrijskih kompleksa (mlinova). Na osnovu vrste upotrijebljenih reagensa razlikuju se sljedeće metode kuhanja pulpe:

Sulfit. Otopina za kuhanje sadrži sumpornu kiselinu i njenu sol, na primjer natrijum hidrosulfit. Ova metoda se koristi za dobijanje celuloze od nisko-smolnih vrsta drveta: smreke, jele.

alkalna:

Natronny. Koristi se rastvor natrijum hidroksida. Metoda sode može se koristiti za dobivanje celuloze iz listopadnog drveta i jednogodišnjih biljaka.

Sulfat. Najčešća metoda danas. Reagens koji se koristi je otopina koja sadrži natrijum hidroksid i natrijum sulfid, nazvana bijela tečnost. Metoda je dobila ime po natrijum sulfatu iz kojeg se u fabrikama celuloze dobija sulfid za belu tečnost. Metoda je pogodna za proizvodnju celuloze iz bilo koje vrste biljnog materijala. Nedostatak mu je oslobađanje velike količine sumpornih spojeva neugodnog mirisa: metil merkaptana, dimetil sulfida itd. kao rezultat štetnih reakcija.

Tehnička celuloza dobivena nakon kuhanja sadrži razne nečistoće: lignin, hemiceluloze. Ako je celuloza namijenjena za kemijsku obradu (na primjer, za proizvodnju umjetnih vlakana), tada se podvrgava rafiniranju - tretmanu hladnom ili vrućom otopinom alkalija za uklanjanje hemiceluloze.

Da bi se uklonio ostatak lignina i pulpa učinila bijelom, izbjeljuje se. Tradicionalno izbjeljivanje klorom uključuje dva koraka:

tretman hlorom - za uništavanje makromolekula lignina;

alkalna obrada - za ekstrakciju nastalih produkata razaranja lignina.

47. Škrob- polisaharidi amiloze i amilopektina, čiji je monomer alfa-glukoza. Škrob, koji sintetiziraju različite biljke pod utjecajem svjetlosti (fotosinteza), ima nekoliko različitih sastava i strukture zrna.

Biološka svojstva.Škrob, kao jedan od proizvoda fotosinteze, rasprostranjen je u prirodi. Za biljke je zaliha hranjivih tvari i nalazi se uglavnom u plodovima, sjemenkama i krtolama. Zrna žitarica su najbogatija skrobom: pirinča (do 86%), pšenice (do 75%), kukuruza (do 72%) i krtola krompira (do 24%).

Za ljudsko tijelo, škrob, zajedno sa saharozom, služi kao glavni dobavljač ugljikohidrata - jedne od najvažnijih komponenti hrane. Pod djelovanjem enzima škrob se hidrolizira do glukoze, koja se u stanicama oksidira u ugljični dioksid i vodu, oslobađajući energiju potrebnu za funkcioniranje živog organizma.

Biosinteza. Dio glukoze proizvedene u zelenim biljkama tokom fotosinteze pretvara se u škrob:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6(glukoza) → (C6H10O5)n + nH2O

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

Skrob se akumulira u gomoljima, plodovima i sjemenkama biljaka kao rezervna ishrana. Tako gomolji krompira sadrže do 24% skroba, zrna pšenice - do 64%, pirinač - 75%, kukuruz - 70%.

Glikogen je polisaharid, formiran od ostataka glukoze; glavni skladišni ugljikohidrat kod ljudi i životinja. Glikogen (koji se ponekad naziva i životinjski škrob, iako je izraz neprecizan) je primarni oblik skladištenja glukoze u životinjskim stanicama. Deponuje se u obliku granula u citoplazmi u mnogim vrstama ćelija (uglavnom u jetri i mišićima). Glikogen stvara rezervu energije koja se može brzo mobilizirati ako je potrebno da se nadoknadi iznenadni nedostatak glukoze. Skladištenje glikogena, međutim, nije tako gusto u kalorijama po gramu kao skladištenje triglicerida (masti). Samo glikogen pohranjen u ćelijama jetre (hepatocitima) može se pretvoriti u glukozu kako bi napajao cijelo tijelo, a hepatociti su u stanju pohraniti do 8 posto svoje težine u obliku glikogena, što je najveća koncentracija bilo koje vrste stanica. Ukupna masa glikogena u jetri može dostići 100-120 grama kod odraslih. U mišićima se glikogen pretvara u glukozu isključivo za lokalnu potrošnju i akumulira se u znatno nižim koncentracijama (ne više od 1% ukupne mišićne mase), dok u isto vrijeme njegova ukupna mišićna rezerva može premašiti rezervu nakupljenu u hepatocitima. Male količine glikogena nalaze se u bubrezima, a još manje količine se nalaze u određenim vrstama moždanih stanica (glijalnih stanica) i bijelih krvnih stanica.

48. Hitin (C8H13O5N) (francuski hitin, od grčkog chiton: chiton - odjeća, koža, školjka) - prirodno jedinjenje iz grupe polisaharida koji sadrže dušik. Hemijski naziv: poli-N-acetil-D-glukoza-2-amin, polimer ostataka N-acetilglukozamina povezanih b-(1,4)-glikozidnim vezama. Glavna komponenta egzoskeleta (kutikule) člankonožaca i niza drugih beskičmenjaka, dio je stanične stijenke gljivica i bakterija.

Rasprostranjenost u prirodi. Hitin je jedan od najčešćih polisaharida u prirodi; svake godine na Zemlji se oko 10 gigatona hitina formira i razgrađuje u živim organizmima.

Obavlja zaštitne i potporne funkcije, osiguravajući čvrstoću ćelije - sadržanu u ćelijskih zidova pečurke

Glavna komponenta egzoskeleta artropoda.

Hitin se formira i u tijelima mnogih drugih životinja - raznih crva, koelenterata itd.

U svim organizmima koji proizvode i koriste hitin, on se ne nalazi u čistom obliku, već u kombinaciji s drugim polisaharidima, te je vrlo često povezan s proteinima. Unatoč činjenici da je hitin supstanca vrlo slična po strukturi, fizičko-hemijskim svojstvima i biološkoj ulozi celulozi, hitin se nije mogao naći u organizmima koji stvaraju celulozu (biljke, neke bakterije).

Hemija hitina. U svom prirodnom obliku, hitini iz različitih organizama se donekle razlikuju po sastavu i svojstvima. Molekularna težina hitina dostiže 260.000.

Hitin je nerastvorljiv u vodi i otporan na razrijeđene kiseline, baze, alkohol i druge organske rastvarače. Rastvorljiv u koncentrovanim rastvorima nekih soli (cink hlorid, litijum tiocijanat, kalcijumove soli).

Kada se zagrije s koncentriranim otopinama mineralnih kiselina, uništava se (hidrolizira), eliminirajući acetilne grupe.

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

49. Aromatični ugljovodonici, organska jedinjenja koja se sastoje od ugljenika i vodonika i sadrže jezgra benzena. Najjednostavniji i najvažniji predstavnici A. u. - benzen (I) i njegovi homolozi: metilbenzen, ili toluen (II), dimetilbenzen ili ksilen, itd. također uključuju derivate benzena sa nezasićenim bočnim lancima, na primjer stiren (III). Postoje mnogi poznati A.u. sa nekoliko jezgri benzena u molekulu, na primjer difenilmetan (IV), difenil C6H5-C6H5, u kojem su oba jezgra benzena direktno povezana jedno s drugim; u naftalenu (V) oba prstena dijele 2 atoma ugljika; takvi ugljovodonici se nazivaju A.u. sa kondenzovanim jezgrima.

Benzen C6H6, PhH) je organsko hemijsko jedinjenje, bezbojna tečnost prijatnog slatkastog mirisa. Aromatični ugljovodonik. Benzen je sastavni dio benzina, ima široku primjenu u industriji i sirovina je za proizvodnju lijekova, raznih plastičnih masa, sintetičke gume i boja. Iako je benzen sastavni dio sirove nafte, sintetizira se u industrijskim razmjerima iz drugih komponenti. Toksičan, kancerogen.

Homolozi- Jedinjenja koja pripadaju istoj klasi, ali se međusobno razlikuju po sastavu za cijeli broj CH2 grupa. Ukupnost svih homologa čini homološki niz.

Fizička svojstva. Bezbojna tečnost sa posebnim oštrim mirisom. Tačka topljenja = 5,5 °C, tačka ključanja = 80,1 °C, gustina = 0,879 g/cm³, molekulska težina = 78,11 g/mol. Kao i svi ugljikovodici, benzen sagorijeva i proizvodi mnogo čađi. Tvori eksplozivne smjese sa zrakom, dobro se miješa sa eterima, benzinom i drugim organskim rastvaračima, s vodom stvara azeotropnu smjesu s tačkom ključanja od 69,25 °C. Rastvorljivost u vodi 1,79 g/l (na 25 °C).

Struktura. Benzen po sastavu pripada nezasićenim ugljovodonicima (homologna serija CnH2n-6), ali za razliku od ugljovodonika serije etilena, C2H4 pokazuje svojstva svojstvena zasićenim ugljovodonicima u teškim uslovima, ali je benzen skloniji reakcijama supstitucije. Ovo „ponašanje“ benzena objašnjava se njegovom posebnom strukturom: prisustvom konjugovanog oblaka 6π-elektrona u strukturi. Moderno razumijevanje elektronske prirode veza u benzenu zasniva se na hipotezi Linusa Paulinga, koji je predložio da se molekula benzena prikaže kao šesterokut s upisanim krugom, čime se naglašava odsustvo fiksnih dvostrukih veza i prisustvo jednog elektrona. oblak koji pokriva svih šest atoma ugljenika u ciklusu.

50. Aromatična jedinjenja (areni)- ciklična organska jedinjenja koja sadrže sistem aromatičnih veza. Mogu imati zasićene ili nezasićene bočne lance.

Najvažniji aromatični ugljovodonici uključuju benzen C6H6 i njegove homologe: toluen C6H5CH3, ksilen C6H4(CH3)2, itd.; naftalen C10H8, antracen C14H10 i njihovi derivati. Izrazita hemijska svojstva- povećana stabilnost aromatičnog jezgra i sklonost reakcijama supstitucije. Glavni izvori aromatičnih ugljikovodika su katran ugljena, nafta i naftni derivati. Sintetički načini proizvodnje su od velike važnosti. Aromatični ugljovodonici su polazni proizvodi za proizvodnju ketona, aldehida i aromatičnih kiselina, kao i mnogih drugih supstanci. Postoje i heterociklični areni, među kojima se najčešće nalaze u čistom obliku iu obliku jedinjenja piridin, pirol, furan i tiofen, indol, purin, kinolin.

Borazol („anorganski benzen“) je takođe aromatičan, ali se njegova svojstva značajno razlikuju od svojstva organskih arena.

Elektrofilne supstitucijske reakcije"(eng. substitution electrophilic response) - supstitucijske reakcije u kojima napad vrši elektrofil - čestica koja je pozitivno naelektrisana ili ima manjak elektrona. Kada se formira nova veza, odlazeća čestica, elektrofag, se odvaja bez svog elektronskog para. Najpopularnija odlazeća grupa je H+ proton.

51-52. Reakcije aromatične elektrofilne supstitucije

Za aromatične sisteme zapravo postoji jedan mehanizam elektrofilne supstitucije - SEAR. Mehanizam SE1 (sličan mehanizmu SN1) je izuzetno rijedak, a SE2 (sličan SN2 mehanizmu) uopće nije pronađen.

SEAR mehanizam reakcije ili aromatična elektrofilna supstitucijska reakcija (eng. substitution electrophilic aromatic) je najčešća i najvažnija među reakcijama supstitucije aromatičnih jedinjenja i sastoji se od dva stupnja. U prvoj fazi se dodaje elektrofil, a u drugoj fazi se odvaja elektrofuga.

Tokom reakcije nastaje pozitivno nabijeni intermedijer (na slici 2b). Zove se Uelandov intermedijer, aronijum ion ili σ-kompleks. Ovaj kompleks je općenito vrlo reaktivan i lako se stabilizira, brzo eliminirajući kation. Korak koji ograničava brzinu u velikoj većini SEAR reakcija je prvi korak.

Brzina reakcije = k**

Vrste koje napadaju obično su relativno slabi elektrofili, pa se u većini slučajeva SEAR reakcija odvija pod djelovanjem katalizatora - Lewisove kiseline. Najčešće se koriste AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2.

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

1. U prvoj fazi, katalizator stupa u interakciju s česticom koja napada formirajući aktivni elektrofilni agens

U drugoj fazi, zapravo, implementiran je SEAR mehanizam

53. Heterociklična jedinjenja(heterocikli) su organska jedinjenja koja sadrže cikluse, koji, uz ugljik, uključuju i atome drugih elemenata. Mogu se smatrati karbocikličkim jedinjenjima sa heterosupstituentima (heteroatomima) u prstenu. Najraznovrsnija i dobro proučavana su aromatična heterociklična jedinjenja koja sadrže azot. Ograničavajući slučajevi heterocikličkih spojeva su spojevi koji ne sadrže atome ugljika u prstenu, na primjer pentazol.

Pyrrole- aromatični petočlani azotni heterocikl, ima slaba osnovna svojstva. Sadrži u koštanom ulju (koje se dobija suhom destilacijom kostiju), kao i u katran uglja. Pirolni prstenovi su dio porfirina - biljnog hlorofila, hema hemoglobina i citokroma i niza drugih biološki važnih jedinjenja.

Struktura i svojstva. Pirol je bezbojna tečnost sa mirisom sličnim hloroformu, koja polako tamni kada je izložena vazduhu. Blago je higroskopan, slabo rastvorljiv u vodi i veoma rastvorljiv u većini organskih rastvarača. Strukturu pirola predložio je 1870. godine Bayer, na osnovu njegove oksidacije hromnom kiselinom u maleimid i njegovog formiranja tokom destilacije sukcinimida sa cinkovom prašinom.

Kiselost i metalizacija. Pirol je slaba NH kiselina (pKa 17,5 u vodi) i reaguje sa alkalnim metalima i njihovim amidima u tečnom amonijaku ili inertnim rastvaračima, deprotonirajući na poziciji 1 i formirajući odgovarajuće soli. Slično se odvija i reakcija s Grignardovim reagensima, pri čemu nastaju soli N-magnezija. N-supstituirani piroli reagiraju s butilom i fenillitijumom, metalirajući na α-poziciji.

54. INDOL (benzo[b]pirol), mol. m. 117,18; bezbojan kristali sa slabim mirisom naftalena; m.p. 52,5 °C, bp. 254 °C; d456 1,0718; sublimira kada se zagreje. do 150°C; m 7.03.10-30 Kl.m (benzen, 25 °C); destiluje vodenu paru, dietil eter i NH3; well sol. u org. r-trgovci na malo, vruća voda, tečni NH3. Molekul ima ravnu konfiguraciju.

Indol je slaba baza (pKa -2,4). Kada se protonira, formira 3H-indolijum kation (forma I), koji nakon interakcije. sa neutralnim molekulom, indol daje dimer (II). Kao slabo jedinjenje (pKa 17), indol sa Na u tečnom NH3 formira N-natrijum indol, sa KOH na 130°C - N-kalijum indol. Aromatičan je. Sveta ti. Electroph. zamjena ide Ch. arr. na poziciju 3. Nitracija se obično vrši benzoil nitratom, sulfoniranje piridin sulfotrioksidom, bromiranje dioksan dibromidom, hloriranje sa SO2Cl2, alkilacija aktivnim alkil halogenidima. Acetilacija u sirćetnoj kiselini se takođe dešava na poziciji 3, u prisustvu. CH3COONa - na poziciju 1; 1,3-diacetilindol nastaje u sirćetnom anhidridu. Indol se lako vezuje za dvostruku vezu a,b-nezasićenih ketona i nitrila.

Aminometilacija (Manich rastvor) se dešava na poziciji 1 u blagim uslovima, a na poziciji 3 u teškim uslovima. Supstitucija u benzenski prsten (pretežno na pozicijama 4 i 6) se dešava samo u kiselim sredinama kada je položaj 3 blokiran. H2O2, perkiseline ili na svjetlu, indol se oksidira u indoksil, koji se zatim pretvara. u trimeru ili indigu. Jača oksidacija pod uticajem O3, MnO2 dovodi do pucanja pirolnog prstena sa stvaranjem 2-formamidobenzaldehida. Kada se indol hidrogeniše vodonikom u blagim uslovima, pirolni prsten se redukuje, a u težim uslovima, smanjuje se i benzenski prsten.

Indol se nalazi u esencijalna ulja jasmina i citrusa, dio je Kam.-Ug. smola. Indolni prsten je fragment važnih prirodnih molekula. spojeva (npr. triptofan, serotonin, melatonin, bufotenin). Tipično, indol se izoluje iz naftalenske frakcije Kam.-Ug. smole ili dobivene dehidrogenacijom o-etilanilina s posljednjim. ciklizacija rezultirajućeg proizvoda. Indol i njegovi derivati ​​se također sintetiziraju ciklizacijom arilhidrazona karbonilnih jedinjenja. (District Fischer), interakcija. arilamini sa a-halo- ili a-hidroksikarbonil jedinjenjima. (Bishler distrikt) itd. Jezgro indola je dio indol alkaloida. Indol je sam po sebi fiksator mirisa u parfimeriji; njegovi derivati ​​se koriste u proizvodnji biološki aktivnih jedinjenja. (hormoni, halucinogeni) i lijekovi. sri (npr. indopan, indometacin).

55. Imidazol- organsko jedinjenje klase heterocikla, petočlani prsten sa dva atoma dušika i tri atoma ugljika u prstenu, izomerni prema pirazolu.

Svojstva. U nesupstituiranom imidazolu, pozicije 4 i 5 (atomi ugljika) su ekvivalentni zbog tautomerije. Aromatičan, reaguje sa diazonijum solima (kombinacija). Nitriran je i sulfoniran samo u kiseloj sredini na poziciji 4, halogeni ulaze na poziciju 2 u alkalnoj sredini, a na poziciji 4 u kiseloj sredini Lako se alkiluje i acilira na imin N, otvara ciklus pri interakciji sa otopine jakih kiselina i peroksida. Katalizuje hidrolizu teško saponifikovanih estera i amida karboksilnih kiselina.

Na bazi imidazola proizvodi se veliki broj različitih ionskih tekućina.

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

Interakcija glioksala (oksalaldehida) sa amonijakom i formaldehidom.

Biološka uloga. Imidazolni ciklus je dio esencijalne aminokiseline histidina. Strukturni fragment histamina, purinskih baza, dibazola.

56. Piridin- šestočlani aromatični heterocikl sa jednim atomom azota, bezbojna tečnost sa oštrim neprijatan miris; može se mešati sa vodom i organskim rastvaračima. Piridin je slaba baza, daje soli sa jakim mineralnim kiselinama i lako stvara dvostruke soli i kompleksna jedinjenja.

Potvrda. Glavni izvor piridina je katran ugljena.

Hemijska svojstva. Piridin pokazuje svojstva karakteristična za tercijarne amine: formira N-okside, N-alkilpiridinijumove soli i može da deluje kao ligand sigma-donora.

Istovremeno, piridin ima očigledna aromatična svojstva. Međutim, prisustvo atoma dušika u konjugacijskom prstenu dovodi do ozbiljne preraspodjele elektronske gustoće, što dovodi do snažnog smanjenja aktivnosti piridina u reakcijama elektrofilne aromatske supstitucije. U takvim reakcijama pretežno reaguju meta pozicije prstena.

Piridin karakteriziraju aromatične nukleofilne supstitucijske reakcije koje se javljaju pretežno na orto-para pozicijama prstena. Ova reaktivnost ukazuje na prirodu piridinskog prstena sa nedostatkom elektrona, što se može sažeti u sljedeće pravilo: reaktivnost piridina kao aromatičnog jedinjenja otprilike odgovara reaktivnosti nitrobenzena.

Aplikacija. Koristi se u sintezi boja, lekovitih supstanci, insekticida, u analitičkoj hemiji, kao rastvarač za mnoge organske i neke neorganske supstance, kao i za denaturaciju alkohola.

Sigurnost. Piridin je toksičan i utiče na nervni sistem i kožu.

57. Biološka uloga. Nikotinska kiselina je derivat piridina. Apsorbira se u želucu i dvanaestopalačnom crijevu, a zatim se podvrgava aminaciji, što rezultira nikotinoamidom, koji u tijelu, u kombinaciji s proteinima, stvara više od 80 enzima. Ovo je glavno fiziološku ulogu vitamin B5. Dakle, nikotinska kiselina je dio tako važnih redoks enzima kao što je dehidrogeneza, koji kataliziraju uklanjanje vodika iz organskih tvari koje su oksidirane. Tako uklonjeni vodik ovi enzimi prenose do redoks enzima, koji uključuju riboflavin. Osim toga, u tijelu sisara, piridinski nukleotidi nastaju od nikotinamida (niacina) i nikotinske kiseline, koji služe kao koenzimi NAD i NADP. Nedostatak ovih prekursora kod životinja uzrokuje pelagru, bolest koja se manifestuje kožnim simptomima, gastrointestinalnog trakta i nervni sistem (dermatitis, dijareja, demencija). Kao koenzimi, NAD i NADP, prekursori niacina, uključeni su u mnoge redoks reakcije katalizirane dehidrogenazama. Biološki učinak nikotinske kiseline očituje se u vidu stimulacije sekretorne funkcije želuca i probavnih žlijezda (u njenom prisustvu u želucu povećava se koncentracija slobodne hlorovodonične kiseline). Pod utjecajem vitamina B5 povećava se biosinteza glikogena i smanjuje hiperglikemija, povećava se detoksikacijska funkcija jetre, šire se krvni sudovi, poboljšava mikrocirkulacija krvi.

Između nikotinska kiselina i aminokiselina koje sadrže sumpor postoji veza. Povećano izlučivanje metilnikotinamida u urinu u slučaju nedostatka proteina normalizira se uključivanjem u ishranu aminokiselina koje sadrže sumpor. Istovremeno se normalizira i sadržaj fosfopirinukleotida u jetri.

58. Pirimidin (C4N2H4, Pirimidin, 1,3- ili m-diazin, miazin) je heterociklično jedinjenje sa ravnim molekulom, najjednostavniji predstavnik 1,3-diazina.

Fizička svojstva. Pirimidin je bezbojni kristal karakterističnog mirisa.

Hemijska svojstva. Molekularna težina pirimidina je 80,09 g/mol. Pirimidin ispoljava svojstva slabe dikiseline baze, budući da atomi dušika mogu dodati protone kroz donor-akceptorske veze, čime stiču pozitivan naboj. Reaktivnost u reakcijama elektrofilne supstitucije pirimidin se smanjuje zbog smanjenja elektronske gustoće na pozicijama 2,4,6 uzrokovanog prisustvom dva atoma dušika u prstenu. Supstitucija je moguća samo u prisustvu supstituenata koji doniraju elektrone i usmjerena je na najmanje deaktiviranu poziciju 5. Međutim, nasuprot tome, pirimidin je aktivan prema nukleofilnim reagensima koji napadaju ugljike 2, 4 i 6 u prstenu.

Potvrda. Pirimidin se dobiva redukcijom halogeniranih derivata pirimidina. Ili od 2,4,6-trikloropirimidina, dobijenog tretiranjem barbiturne kiseline fosfor-hloroksidom.

Derivati ​​pirimidinaširoko rasprostranjene u živoj prirodi, gdje učestvuju u mnogim važnim biološkim procesima. Konkretno, derivati ​​kao što su citozin, timin, uracil su dio nukleotida, koji su strukturne jedinice nukleinskih kiselina; pirimidinsko jezgro je dio nekih vitamina B, posebno B1, koenzima i antibiotika.

59. Purin (C5N4H4, Purin)- heterociklično jedinjenje, najjednostavniji predstavnik imidazopirimidina.

Derivati ​​purina igraju važnu ulogu u hemiji prirodnih jedinjenja (baze purina DNK i RNK; koenzim NAD; alkaloidi, kofein, teofilin i teobromin; toksini, saksitoksin i srodna jedinjenja; mokraćne kiseline) i, zahvaljujući tome, u farmaciji.

Adenin- azotna baza, amino derivat purina (6-aminopurin). Formira dvije vodikove veze sa uracilom i timinom (komplementarnost).

Fizička svojstva. Adenin je bezbojni kristal koji se tope na temperaturi od 360-365 C. Ima karakterističan maksimum apsorpcije (λmax) na 266 mmk (pH 7) sa molarnim koeficijentom ekstinkcije (εmax) od 13500.

Hemijska formula C5H5N5, molekulska težina 135,14 g/mol. Adenin pokazuje osnovna svojstva (pKa1=4,15; pKa2=9,8). U interakciji s dušičnom kiselinom, adenin gubi svoju amino grupu, pretvarajući se u hipoksantin (6-hidroksipurin). IN vodeni rastvori kristalizira u kristalni hidrat sa tri molekula vode.

Rastvorljivost. Vrlo je topiv u vodi, posebno vrućoj; kako temperatura vode opada, topljivost adenina u njoj opada. Slabo rastvorljiv u alkoholu, hloroformu, eteru, kao iu kiselinama i alkalijama - nerastvorljiv.

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

Guanine- azotna baza, amino derivat purina (6-hidroksi-2-aminopurin), je sastavni dio nukleinske kiseline. U DNK, tokom replikacije i transkripcije, formira tri vodonične veze sa citozinom (komplementarnost). Prvi put izolovan iz guana.

Fizička svojstva. Bezbojni, amorfni kristalni prah. Tačka topljenja 365 °C. Rastvor gvanina u HCl fluorescira. U alkalnim i kiselim sredinama ima dva maksimuma apsorpcije (λmax) u ultraljubičastom spektru: na 275 i 248 mmk (pH 2) i 246 i 273 mmk (pH 11).

Hemijska svojstva. Hemijska formula - C5H5N5O, molekulska težina - 151,15 g/mol. Pokazuje osnovna svojstva, pKa1= 3,3; pKa2= 9,2; pKa3=12,3. Reaguje sa kiselinama i alkalijama i formira soli.

Rastvorljivost. Dobro rastvorljiv u kiselinama i alkalijama, slabo rastvorljiv u etru, alkoholu, amonijaku i neutralnim rastvorima, nerastvorljiv u vodi .

Kvalitativne reakcije. Za određivanje gvanina istaloži se metafosfornom i pikrinom kiselinom, a sa diazosulfonskom kiselinom u rastvoru Na2CO3 daje crvenu boju.

Rasprostranjenost u prirodi i značaj. Dio nukleinskih kiselina.

60. Nukleozidi su glikozilamini koji sadrže dušičnu bazu vezanu za šećer (riboza ili deoksiriboza).

Nukleozidi se mogu fosforilirati ćelijskim kinazama u primarnoj alkoholnoj grupi šećera, što rezultira stvaranjem odgovarajućih nukleotida.

Nukleotidi- fosforni estri nukleozida, nukleozid fosfati. Slobodni nukleotidi, posebno ATP, cAMP, ADP, igraju važnu ulogu u energetskim i informacionim unutarćelijskim procesima, a takođe su i komponente nukleinskih kiselina i mnogih koenzima.

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

Struktura nukleotida. U prirodi su najčešći nukleotidi β-N-glikozidi purina ili pirimidina i pentoze - D-riboza ili D-2-riboza. U zavisnosti od strukture pentoze, razlikuju se ribonukleotidi i deoksiribonukleotidi, koji su monomeri molekula složenih bioloških polimera (polinukleotida) - RNK odnosno DNK.

Fosfatni ostatak u nukleotidima obično formira estarsku vezu sa 2", 3" ili 5" hidroksilnim grupama ribonukleozida; u slučaju 2" deoksinukleozida, 3" ili 5" hidroksilne grupe su esterifikovane.

Spojevi koji se sastoje od dva nukleotidna molekula nazivaju se dinukleotidi, tri - trinukleotidi, mali broj - oligonukleotidi, a mnogi - polinukleotidi ili nukleinske kiseline.

Nazivi nukleotida su skraćenice u obliku standardnih troslovnih ili četveroslovnih kodova.

Ako skraćenica počinje malim slovom “d” (engleski d), to znači deoksiribonukleotid; odsustvo slova "d" znači ribonukleotid. Ako skraćenica počinje malim slovom "c" (engleski c), onda govorimo o cikličnom obliku nukleotida (na primjer, cAMP).

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

Latinski i ruski kodovi za nukleinske baze:

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

Hemija i farmakologija

Hemijska struktura tvari je red povezanosti atoma u molekulima. Međusobni utjecaj atoma i atomskih grupa u molekulu. U ovom slučaju, tetravalentnost atoma ugljika i monovalentnost atoma vodika se strogo poštuju. Svojstva supstanci ne zavise samo od kvalitativnog i kvantitativnog sastava, već i od reda povezanosti atoma u molekuli, fenomena izomerizma.

§1.3. Osnovni principi teorije hemijske strukture organskih jedinjenja A.M. Butlerov. Hemijska struktura tvari je red povezanosti atoma u molekulima. Ovisnost svojstava tvari o kemijskoj strukturi molekula. Međusobni utjecaj atoma i atomskih grupa u molekulu.
Do šezdesetih godina prošlog veka, organska hemija je akumulirala ogromnu količinu činjeničnog materijala koji je zahtevao objašnjenje. U pozadini kontinuiranog gomilanja eksperimentalnih činjenica, nedostatnost teorijskih koncepata organske hemije bila je posebno akutna. Teorija je zaostajala za praksom i eksperimentom. Ovo zaostajanje je bolno uticalo na napredak eksperimentalnih istraživanja u laboratorijama; Hemičari su svoja istraživanja provodili uglavnom nasumično, slijepo, često ne razumijevajući prirodu supstanci koje su sintetizirali i suštinu reakcija koje su dovele do njihovog nastanka. Organska hemija, kako je to Wöhler zgodno rekao, ličila je na gustu šumu punu divnih stvari, ogromnu gustiš bez izlaza, bez kraja. “Organska hemija je poput guste šume u koju je lako ući, ali je nemoguće izaći.” Dakle, očito je bilo suđeno da je Kazan svijetu dao kompas s kojim nije strašno ući u „Gustu šumu organske hemije“. A ovaj kompas, koji se i danas koristi, je Butlerovljeva teorija hemijske strukture. Od 60-ih godina prošlog vijeka do danas, svaki svjetski udžbenik organske hemije počinje sa postulatima teorije velikog ruskog hemičara Aleksandra Mihajloviča Butlerova.
Osnovni principi teorije hemijske strukture A.M. Butlerov
1. pozicija
Atomi u molekulima povezani su jedni s drugima u određenom nizu prema svojim valencijama. Redoslijed međuatomskih veza u molekulu naziva se njegova kemijska struktura i odražava se jednom strukturnom formulom (formulom strukture).

Ova odredba se odnosi na strukturu molekula svih supstanci. U molekulima zasićenih ugljovodonika, atomi ugljika se spajaju jedni s drugima i formiraju lance. U ovom slučaju, tetravalentnost atoma ugljika i monovalentnost atoma vodika se strogo poštuju.

2. pozicija. Svojstva supstanci ne zavise samo od kvalitativnog i kvantitativnog sastava, već i od redosleda povezanosti atoma u molekuli(fenomen izomerije).
Proučavajući strukturu molekula ugljikovodika, A. M. Butlerov je došao do zaključka da ove tvari, počevši od butana (C 4 N 10 ), moguć je drugačiji red povezanosti atoma sa istim sastavom molekula.Tako je u butanu moguć dvostruki raspored atoma ugljika: u obliku pravog (nerazgranatog) i razgranatog lanca.

Ove supstance imaju istu molekularnu formulu, ali različite strukturne formule i različita svojstva (tačka ključanja). Dakle, to su različite supstance. Takve supstance se nazivaju izomeri.

A pojava u kojoj može postojati nekoliko supstanci koje imaju isti sastav i istu molekulsku masu, ali se razlikuju po molekularnoj strukturi i svojstvima, naziva se fenomen izomerizam. Štoviše, s povećanjem broja atoma ugljika u molekulama ugljikovodika, povećava se i broj izomera. Na primjer, postoji 75 izomera (različitih tvari) koji odgovaraju formuli C 10 N 22 i 1858 izomera sa formulom C 14 N 30 .

Za kompoziciju C 5 H 12 Mogu postojati sljedeći izomeri (ima ih tri) -

3. pozicija. Na osnovu svojstava date supstance može se odrediti struktura njenog molekula, a na osnovu strukture može se predvideti njena svojstva.Dokaz za ovu propoziciju.Ova tvrdnja se može dokazati na primjeru neorganske hemije.
Primjer. Ako ova tvar promijeni boju ljubičastog lakmusa u ružičastu, stupi u interakciju s metalima koji stoje ispred vodika, s bazičnim oksidima, bazama, onda možemo pretpostaviti da ova tvar pripada klasi kiselina, tj. sadrži atome vodika i kiselinski ostatak. I obrnuto, ako ova tvar pripada klasi kiselina, tada pokazuje gore navedena svojstva. Na primjer: N 2 S O 4 - sumporna kiselina

4. pozicija. Atomi i grupe atoma u molekulima tvari međusobno utječu jedni na druge.
Dokaz ove tačke

Ova pozicija se može dokazati na primjeru neorganske hemije.Da bismo to učinili, potrebno je uporediti svojstva vodenih otopina NH 3, HC1, N 2 O (akcija indikatora). U sva tri slučaja tvari sadrže atome vodika, ali su povezani s različitim atomima, koji različito djeluju na atome vodika, pa su i svojstva tvari različita.
Butlerovljeva teorija bila je naučna osnova organske hemije i doprinela njenom brzom razvoju. Na osnovu odredbi teorije, A.M. Butlerov je objasnio fenomen izomerizma, predvidio postojanje različitih izomera i neke od njih dobio po prvi put.
U jesen 1850. Butlerov je položio ispite za magisterij iz hemije i odmah započeo svoju doktorsku disertaciju „O esencijalnim uljima“, koju je odbranio početkom sledeće godine.

Butlerov je 17. februara 1858. godine u Pariškom hemijskom društvu dao izveštaj gde je prvi put izložio svoje teorijske ideje o strukturi materije. Njegov izveštaj je izazvao opšte interesovanje i živu debatu: „Sposobnost atoma da se međusobno povežu je različita. . Posebno je interesantan u tom pogledu ugljenik, koji je, prema Augustu Kekuleu, četverovalentan”, rekao je Butlerov u svom izvještaju.

Niko do sada nije izrazio takve misli. Možda je došlo vrijeme, nastavio je Butlerov, kada bi naše istraživanje trebalo da postane osnova nove teorije o hemijskoj strukturi supstanci. Ova teorija će se odlikovati preciznošću matematičkih zakona i omogućiće da se predvidi svojstva organskih jedinjenja.”

Nekoliko godina kasnije, na svom drugom putovanju u inostranstvo, Butlerov je izneo teoriju koju je stvorio na diskusiju i dao je izveštaj na 36. kongresu nemačkih prirodnjaka i lekara u Špajeru. Kongres je održan u septembru 1861. Održao je prezentaciju hemijskoj sekciji. Tema je imala više nego skroman naslov - "Nešto o hemijskoj strukturi tijela." Butlerov je u izvještaju iznio glavne odredbe svoje teorije o strukturi organskih jedinjenja.
Radovi A.M. Butlerov

Kancelarija A.M. Butlerov

Teorija hemijske strukture omogućila je da se objasne mnoge činjenice koje su se nakupile u organskoj hemiji početkom druge polovine 19. veka i dokazala da je uz pomoć hemijskih metoda (sinteza, razgradnja i druge reakcije) moguće uspostaviti red povezanosti atoma u molekulima (čime je dokazana mogućnost poznavanja strukture supstanci);

Ona je u atomsko-molekularnu nauku uvela nešto novo (redosled atoma u molekulima, međusobni uticaj atoma, zavisnost svojstava od strukture molekula neke supstance). Teorija je razmatrala molekule materije kao uređeni sistem koji ima dinamiku atoma u interakciji. S tim u vezi, atomsko-molekularno učenje dobilo je svoj dalji razvoj, koji je imao veliki značaj za nauku o hemiji;

Omogućio je predviđanje svojstava organskih jedinjenja na osnovu strukture, sintetizirati nove supstance, pridržavajući se plana;

Omogućio nam je da objasnimo raznolikost organskih jedinjenja;

To je dalo snažan poticaj sintezi organskih spojeva i razvoju industrije organske sinteze (sinteza alkohola, etera, boja, ljekovitih supstanci itd.).

Nakon što je razvio teoriju i potvrdio njenu ispravnost sintezom novih jedinjenja, A.M. Butlerov teoriju nije smatrao apsolutnom i nepromjenjivom. On je tvrdio da treba da se razvija, i predvideo je da se taj razvoj će ići putem rješavanje kontradikcija između teorijskog znanja i novih činjenica.

Teorija hemijske strukture, kako je predvideo A.M. Butlerov, nije ostao nepromijenjen. Njegov dalji razvoj odvijao se uglavnom u dva međusobno povezana pravca.

Prvi od njih predvidio je sam A.M. Butlerov

Vjerovao je da će nauka u budućnosti moći uspostaviti ne samo red povezanosti atoma u molekulu, već i njihov prostorni raspored. Proučavanje prostorne strukture molekula, nazvano stereohemija (grčki "stereos" - prostorno), ušlo je u nauku 80-ih godina prošlog veka. Omogućio je objašnjenje i predviđanje novih činjenica koje se nisu uklapale u okvire prethodnih teorijskih koncepata.
Drugi pravac je povezan s primjenom u organskoj hemiji doktrine o elektronskoj strukturi atoma, razvijene u fizici dvadesetog stoljeća. Ova doktrina je omogućila razumijevanje prirode kemijske veze atoma, razjašnjavanje suštine njihovog međusobnog utjecaja i objašnjenje razloga za ispoljavanje određenih kemijskih svojstava tvari.

Strukturne formule, detaljne i kratke

Razlozi za raznolikost organskih jedinjenja

Atomi ugljika formiraju jednostruke (jednostavne), dvostruke i trostruke veze:

Postoje homološke serije:

izomeri:

STRANA \* SPAJANJE FORMAT 1

Kao i ostali radovi koji bi vas mogli zanimati
13229.		NEUSTON I PERIPHYTON	521 KB
	LABORATORIJSKI RAD br. 6 NEUSTON I PERIFITON Meta: Upoznajte se sa posebnostima načina života organizama neuston i perifiton. Kontrolno napajanje. Datumi dodijeljeni za razumijevanje neustona. Kakvi su umovi potrebni za razvoj neustona?Postoje dvije vrste...
13230.		METODOLOGIJA ZA PROJEKTOVANJE JEDNOSTAVNIH RELACIJSKIH BAZA PODATAKA	1018 KB
	METODOLOGIJA ZA PROJEKTOVANJE JEDNOSTAVNIH RELACIJSKIH BAZA PODATAKA Na osnovu materijala iz knjige Glenn A. Jackson Dizajn relacionih baza podataka sa mikrokompjuterskim aplikacijama U 1965 r. Prve rezultate u oblasti upravljanja bazama podataka otkrio je rad Charlesa Bachmana. Od tada su tehnologije baza podataka napredovale
13231.		Stalak za obuku i sušenje EV8031/AVR (V3.2)	1.13 MB
	Stalak za obuku i sušenje EV8031/AVR V3.2 Metodički umetci prije dorade laboratorijskih robota br. 610 UVOD Stalak je opremljen mikroprocesorskim kontrolerom opremljen memorijom programskih podataka i raznim perifernim uređajima. Vin d...
13232.		Teorijske osnove toplotne tehnike, Termodinamika, prenos toplote i TSU, Energetske instalacije	2.88 MB
	Kozak F.V. Gaeva L.I. Negrich V.V. Voitsekhivska T.Y. Demyanchuk Ya.M. Laboratorijska radionica sa disciplinom Teorijske osnove toplotne tehnike Termodinamika, prenos toplote i TSU Energetske instalacije Izloženi su osnovni principi organizacije laboratorijskog rada.
13233.		Testiranje postolja, komande sa jednim čipom EOM KR1816BE31	27,5 KB
	Laboratorijski robot br. 1. Vakcinacija komandnog postolja za single-chip EOM KR1816BE31 Tema: Vakcinacija komandnog postolja za single-chip EOM KR1816BE31. Meta roboti: Razvoj funkcionalnih mogućnosti trening postolja unutrašnje strukture i komandnog sistema EOM KR1816BE3...
13234.		Diode za cjevovode	279,5 KB
	Laboratorijski rad br. 1 Tema: Supercharger diode Meta: 1. Praćenje napona i protoka diode na direktnom i obrnutom prednaponskom spoju. Provest će se daljnja istraživanja strujno-naponske karakteristike strujno-naponske karakteristike provodničke diode. Dodatna istraga
13235.		Karakteristike Drukhar instalacije i klasifikacija Drukhar mašina su nepoznate. Tehnološke karakteristike metoda visokog i ravnog ofseta	107,5 KB
	LABORATORIJSKI RAD br. 1 Na temu: Osnovne karakteristike Drukar instalacije i klasifikacija Drukar mašina. Tehnološke karakteristike visokih i ofsetnih ravnih metoda Meta: Upoznajte bitne karakteristike drukar instalacije...
13236.		Uređaji za pripremu probnih maraka	52 KB
	LABORATORIJSKI RAD br.2 Na temu: Uređaji za proizvodnju lektora Meta roboti: adaptacija tehnološkog procesa za pripremu lektora u štamparskoj industriji na osnovu principa robotskih jedinica i mehanizama PKU instalacija i FKU200...
13237.		Mašine za fotograviranje i mašine za snimanje slika na fotografskim materijalima. Oprema za fotoreprodukciju. Mašine za rezanje fotografskih materijala	48,5 KB
	LABORATORIJSKI RAD br. 3 Na temu: Mašine za foto rasvjetu i mašine za snimanje slika na fotografskim materijalima. Oprema za fotoreprodukciju. Mašine za obradu fotografskog materijala Meta roboti: prilagođavanje tehnološkog procesa za izradu teksta i ilustracija