Σύντομη περίληψη της θεωρίας της χημικής δομής των οργανικών ουσιών. Θεωρία της δομής των οργανικών ενώσεων Α.Μ. Μπουτλέροφ

Θεωρία της δομής των οργανικών ενώσεων: ομολογία και ισομέρεια (δομική και χωρική). Αμοιβαία επίδραση των ατόμων στα μόρια

Θεωρία της χημικής δομής των οργανικών ενώσεων από τον A. M. Butlerov

Όπως και για όχι οργανική χημείαΗ βάση για την ανάπτυξη είναι ο Περιοδικός Νόμος και ο Περιοδικός Πίνακας Χημικών Στοιχείων του D. I. Mendeleev· για την οργανική χημεία, η θεωρία της δομής των οργανικών ενώσεων από τον A. M. Butlerov έγινε θεμελιώδης.

Το κύριο αξίωμα της θεωρίας του Butlerov είναι η θέση για χημική δομή μιας ουσίας, που αναφέρεται στη σειρά, την αλληλουχία αμοιβαίας σύνδεσης των ατόμων σε μόρια, δηλ. χημικός δεσμός.

Η χημική δομή αναφέρεται στη σειρά συνδυασμού των ατόμων χημικών στοιχείων σε ένα μόριο ανάλογα με το σθένος τους.

Αυτή η σειρά μπορεί να εμφανιστεί χρησιμοποιώντας δομικούς τύπους στους οποίους τα σθένη των ατόμων υποδεικνύονται με παύλες: μία παύλα αντιστοιχεί στη μονάδα σθένους ενός ατόμου ενός χημικού στοιχείου. Για παράδειγμα, για την οργανική ουσία μεθάνιο, που έχει τον μοριακό τύπο $CH_4$, ο δομικός τύπος μοιάζει με αυτό:

Οι κύριες διατάξεις της θεωρίας του A. M. Butlerov

1. Άτομα σε μόρια οργανική ύλησχετίζονται μεταξύ τους ανάλογα με το σθένος τους. Ο άνθρακας στις οργανικές ενώσεις είναι πάντα τετρασθενής και τα άτομα του μπορούν να συνδυάζονται μεταξύ τους, σχηματίζοντας διάφορες αλυσίδες.
2. Οι ιδιότητες των ουσιών καθορίζονται όχι μόνο από την ποιοτική και ποσοτική τους σύνθεση, αλλά και από τη σειρά σύνδεσης των ατόμων στο μόριο, δηλαδή τη χημική δομή της ουσίας.
3. Οι ιδιότητες των οργανικών ενώσεων εξαρτώνται όχι μόνο από τη σύνθεση της ουσίας και τη σειρά σύνδεσης των ατόμων στο μόριό της, αλλά και από την αμοιβαία επίδραση των ατόμων και των ομάδων ατόμων μεταξύ τους.

Η θεωρία της δομής των οργανικών ενώσεων είναι ένα δυναμικό και αναπτυσσόμενο δόγμα. Καθώς αναπτύχθηκε η γνώση για τη φύση των χημικών δεσμών και την επίδραση της ηλεκτρονικής δομής των μορίων οργανικών ουσιών, άρχισαν να χρησιμοποιούν, εκτός από εμπειρικόςΚαι δομικός, ηλεκτρονικόςΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΙ τυποι. Τέτοιοι τύποι υποδεικνύουν την κατεύθυνση μετατόπισης των ζευγών ηλεκτρονίων στο μόριο.

Η κβαντική χημεία και η χημεία της δομής των οργανικών ενώσεων έχουν επιβεβαιώσει το δόγμα της χωρικής κατεύθυνσης των χημικών δεσμών ( cis-Και τρανς ισομέρεια), μελέτησε τα ενεργειακά χαρακτηριστικά των αμοιβαίων μεταπτώσεων σε ισομερή, επιτρέποντάς μας να κρίνουμε την αμοιβαία επίδραση των ατόμων στα μόρια διάφορες ουσίες, δημιούργησε τις προϋποθέσεις για την πρόβλεψη των τύπων ισομερισμού και την κατεύθυνση και τον μηχανισμό των χημικών αντιδράσεων.

Οι οργανικές ουσίες έχουν μια σειρά από χαρακτηριστικά:

1. Όλες οι οργανικές ουσίες περιέχουν άνθρακα και υδρογόνο, επομένως όταν καίγονται σχηματίζουν διοξείδιο του άνθρακα και νερό.
2. Οι οργανικές ουσίες είναι πολύπλοκες και μπορούν να έχουν τεράστιο μοριακό βάρος (πρωτεΐνες, λίπη, υδατάνθρακες).
3. Οι οργανικές ουσίες μπορούν να διαταχθούν σε σειρές ομολόγων παρόμοια σε σύνθεση, δομή και ιδιότητες.
4. Για τις οργανικές ουσίες είναι χαρακτηριστικό ισομερισμός.

Ισομέρεια και ομολογία οργανικών ουσιών

Οι ιδιότητες των οργανικών ουσιών εξαρτώνται όχι μόνο από τη σύνθεσή τους, αλλά και από τη σειρά σύνδεσης των ατόμων στο μόριο.

Ισομέρεια- πρόκειται για το φαινόμενο της ύπαρξης διαφορετικών ουσιών - ισομερών με την ίδια ποιοτική και ποσοτική σύσταση, δηλ. με τον ίδιο μοριακό τύπο.

Υπάρχουν δύο τύποι ισομερισμού: κατασκευαστικόςΚαι χωρική (στερεοϊσομέρεια).Τα δομικά ισομερή διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τη σειρά σύνδεσης των ατόμων στο μόριο. στερεοϊσομερή - η διάταξη των ατόμων στο χώρο με την ίδια σειρά δεσμών μεταξύ τους.

Διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι δομικής ισομέρειας: ισομέρεια ανθρακικού σκελετού, ισομέρεια θέσης, ισομέρεια διάφορες τάξειςοργανικές ενώσεις (διαταξική ισομέρεια).

Δομική ισομέρεια

Ισομερισμός του ανθρακικού σκελετούοφείλεται στη διαφορετική σειρά δεσμών μεταξύ των ατόμων άνθρακα που σχηματίζουν τον σκελετό του μορίου. Όπως έχει ήδη φανεί, ο μοριακός τύπος $C_4H_(10)$ αντιστοιχεί σε δύο υδρογονάνθρακες: n-βουτάνιο και ισοβουτάνιο. Για τον υδρογονάνθρακα $С_5Н_(12)$ είναι δυνατά τρία ισομερή: πεντάνιο, ισοπεντάνιο και νεοπεντάνιο:

$CH_3-CH_2-(CH_2)↙(πεντάνιο)-CH_2-CH_3$

Καθώς ο αριθμός των ατόμων άνθρακα σε ένα μόριο αυξάνεται, ο αριθμός των ισομερών αυξάνεται γρήγορα. Για τους υδρογονάνθρακες $С_(10)Н_(22)$ υπάρχουν ήδη $75$ και για τους υδρογονάνθρακες $С_(20)Н_(44)$ - $366.319$.

Ισομέρεια θέσηςλόγω της διαφορετικής θέσης του πολλαπλού δεσμού, υποκαταστάτη, λειτουργικής ομάδας με τον ίδιο ανθρακικό σκελετό του μορίου:

$CH_2=(CH-CH_2)↙(βουτένιο-1)-CH_3$ $CH_3-(CH=CH)↙(βουτένιο-2)-CH_3$

$(CH_3-CH_2-CH_2-OH)↙(n-προπυλική αλκοόλη(προπανόλη-1))$

Ισομερισμός διαφόρων κατηγοριών οργανικών ενώσεων (διαταξική ισομέρεια)προκαλείται από διαφορετικές θέσεις και συνδυασμούς ατόμων σε μόρια ουσιών που έχουν τον ίδιο μοριακό τύπο, αλλά ανήκουν σε διαφορετικές κατηγορίες. Έτσι, ο μοριακός τύπος $C_6H_(12)$ αντιστοιχεί στον ακόρεστο υδρογονάνθρακα εξένιο-1 και στον κυκλικό υδρογονάνθρακα κυκλοεξάνιο:

Τα ισομερή είναι ένας υδρογονάνθρακας που σχετίζεται με τα αλκίνια - βουτίνη-1 και ένας υδρογονάνθρακας με δύο διπλούς δεσμούς στην αλυσίδα βουταδιενίου-1,3:

$CH≡C-(CH_2)↙(βουτίνιο-1)-CH_2$ $CH_2=(CH-CH)↙(βουταδιένιο-1,3)=CH_2$

Ο διαιθυλαιθέρας και η βουτυλική αλκοόλη έχουν τον ίδιο μοριακό τύπο $C_4H_(10)O$:

$(CH_3CH_2OCH_2CH_3)↙(\text"διαιθυλαιθέρας")$ $(CH_3CH_2CH_2CH_2OH)↙(\text"n-βουτυλική αλκοόλη (1-βουτανόλη)")$

Τα δομικά ισομερή είναι το αμινοξικό οξύ και το νιτροαιθάνιο, που αντιστοιχούν στον μοριακό τύπο $C_2H_5NO_2$:

Τα ισομερή αυτού του τύπου περιέχουν διαφορετικές λειτουργικές ομάδες και ανήκουν σε διαφορετικές κατηγορίες ουσιών. Ως εκ τούτου, διαφέρουν στις φυσικές και χημικές ιδιότητες πολύ περισσότερο από τα ισομερή σκελετού άνθρακα ή τα ισομερή θέσης.

Χωρική ισομέρεια

Χωρική ισομέρειαχωρίζεται σε δύο τύπους: γεωμετρικό και οπτικό. Ο γεωμετρικός ισομερισμός είναι χαρακτηριστικός ενώσεων που περιέχουν διπλούς δεσμούς και κυκλικές ενώσεις. Δεδομένου ότι η ελεύθερη περιστροφή των ατόμων γύρω από έναν διπλό δεσμό ή σε έναν δακτύλιο είναι αδύνατη, οι υποκαταστάτες μπορούν να βρίσκονται είτε στη μία πλευρά του επιπέδου του διπλού δεσμού ή του δακτυλίου ( cis-θέση), ή σε αντίθετες πλευρές ( έκσταση-θέση). Ονομασίες cis-Και έκσταση-συνήθως αναφέρεται ως ένα ζεύγος πανομοιότυπων υποκαταστατών:

Τα γεωμετρικά ισομερή διαφέρουν ως προς τις φυσικές και χημικές ιδιότητες.

Οπτικός ισομερισμόςσυμβαίνει όταν το μόριο είναι ασυμβίβαστο με το είδωλό του στον καθρέφτη. Αυτό είναι δυνατό όταν το άτομο άνθρακα στο μόριο έχει τέσσερις διαφορετικούς υποκαταστάτες. Αυτό το άτομο ονομάζεται ασύμμετρη.Ένα παράδειγμα τέτοιου μορίου είναι το μόριο $α$-αμινοπροπιονικού οξέος ($α$-αλανίνη) $CH_3CH(NH_2)COOH$.

Το μόριο $α$-αλανίνης δεν μπορεί να συμπίπτει με την κατοπτρική του εικόνα ανεξάρτητα από το πώς κινείται. Τέτοια χωρικά ισομερή ονομάζονται καθρέφτης, οπτικοί αντίποδες, ή εναντιομερή.Όλες οι φυσικές και σχεδόν όλες οι χημικές ιδιότητες τέτοιων ισομερών είναι πανομοιότυπες.

Η μελέτη του οπτικού ισομερισμού είναι απαραίτητη όταν εξετάζονται πολλές αντιδράσεις που συμβαίνουν στο σώμα. Οι περισσότερες από αυτές τις αντιδράσεις συμβαίνουν υπό τη δράση ενζύμων - βιολογικών καταλυτών. Τα μόρια αυτών των ουσιών πρέπει να ταιριάζουν με τα μόρια των ενώσεων στις οποίες δρουν, σαν κλειδί κλειδαριάς· επομένως, η χωρική δομή, η σχετική διάταξη των τμημάτων των μορίων και άλλοι χωρικοί παράγοντες έχουν μεγάλη σημασία για την πορεία του αυτές οι αντιδράσεις. Τέτοιες αντιδράσεις ονομάζονται στερεοεπιλεκτικό.

Οι περισσότερες φυσικές ενώσεις είναι μεμονωμένα εναντιομερή και η βιολογική τους δράση διαφέρει σημαντικά από τις ιδιότητες των οπτικών αντιπόδων τους που λαμβάνονται στο εργαστήριο. Παρόμοια διαφορά στη βιολογική δραστηριότητα έχει μεγάλη αξία, αφού βρίσκεται κάτω από τη σημαντικότερη ιδιότητα όλων των ζωντανών οργανισμών - τον μεταβολισμό.

Ομόλογη σειράείναι μια σειρά ουσιών διατεταγμένων με αύξουσα σειρά των σχετικών μοριακών τους μαζών, παρόμοια σε δομή και χημικές ιδιότητες, όπου κάθε μέλος διαφέρει από το προηγούμενο από την ομολογική διαφορά $CH_2$. Για παράδειγμα: $CH_4$ - μεθάνιο, $C_2H_6$ - αιθάνιο, $C_3H_8$ - προπάνιο, $C_4H_(10)$ - βουτάνιο, κ.λπ.

Τύποι δεσμών σε μόρια οργανικών ουσιών. Υβριδισμός ατομικών τροχιακών ατόμων άνθρακα. Ριζικό. Λειτουργική ομάδα.

Τύποι δεσμών σε μόρια οργανικών ουσιών.

Στις οργανικές ενώσεις, ο άνθρακας είναι πάντα τετρασθενής. Στη διεγερμένη κατάσταση, ένα ζεύγος ηλεκτρονίων $2s^3$ διασπάται στο άτομό του και ένα από αυτά μετακινείται στο p-τροχιακό:

Ένα τέτοιο άτομο έχει τέσσερα ασύζευκτα ηλεκτρόνια και μπορεί να συμμετέχει στο σχηματισμό τεσσάρων ομοιοπολικών δεσμών.

Με βάση τον δεδομένο ηλεκτρονικό τύπο για το επίπεδο σθένους ενός ατόμου άνθρακα, θα περίμενε κανείς ότι περιέχει ένα $s$-ηλεκτρόνιο (σφαιρικό συμμετρικό τροχιακό) και τρία $p$-ηλεκτρόνια με αμοιβαία κάθετα τροχιακά ($2р_х, 2р_у, 2p_z $- τροχιακό). Στην πραγματικότητα, και τα τέσσερα ηλεκτρόνια σθένους του ατόμου άνθρακα εντελώς ισοδύναμοκαι οι γωνίες μεταξύ των τροχιακών τους είναι ίσες με $109°28"$. Επιπλέον, οι υπολογισμοί δείχνουν ότι καθένας από τους τέσσερις χημικούς δεσμούς άνθρακα σε ένα μόριο μεθανίου ($CH_4$) είναι $25%$ $s-$ και $75%$ $p $-σύνδεση, δηλ. συμβαίνει μίξη$s-$ και $p-$ καταστάσεις ηλεκτρονίων.Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται παραγωγή μικτών γενών,και μικτά τροχιακά - υβρίδιο.

Ένα άτομο άνθρακα στην κατάσταση σθένους $sp^3$ έχει τέσσερα τροχιακά, καθένα από τα οποία περιέχει ένα ηλεκτρόνιο. Σύμφωνα με τη θεωρία των ομοιοπολικών δεσμών, έχει την ικανότητα να σχηματίζει τέσσερις ομοιοπολικούς δεσμούς με άτομα οποιωνδήποτε μονοσθενών στοιχείων ($CH_4, CHCl_3, CCl_4$) ή με άλλα άτομα άνθρακα. Τέτοιες συνδέσεις ονομάζονται συνδέσεις $σ$. Εάν ένα άτομο άνθρακα έχει έναν δεσμό $C-C$, τότε ονομάζεται πρωταρχικός($Н_3С-СН_3$), εάν δύο - δευτερεύων($Н_3С-СН_2-СН_3$), εάν τρεις - τριτογενής (), και αν τέσσερα - τετραδικός ().

Ένα από τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των ατόμων άνθρακα είναι η ικανότητά τους να σχηματίζουν χημικούς δεσμούς μοιράζοντας μόνο $p$ ηλεκτρόνια. Τέτοιες συνδέσεις ονομάζονται $π$-connections. Οι δεσμοί $π$ σε μόρια οργανικών ενώσεων σχηματίζονται μόνο με την παρουσία δεσμών $σ$ μεταξύ των ατόμων. Έτσι, στο μόριο αιθυλενίου $H_2C=CH_2$ τα άτομα άνθρακα συνδέονται με δεσμό $σ-$ και έναν $π$, στο μόριο ακετυλενίου $HC=CH$ - με έναν $σ-$ και δύο $π$ δεσμούς . Οι χημικοί δεσμοί που σχηματίζονται με τη συμμετοχή δεσμών $π$ ονομάζονται πολλαπλάσια(σε ένα μόριο αιθυλενίου - διπλό, σε ένα μόριο ακετυλενίου - τριπλούς), και ενώσεις με πολλαπλούς δεσμούς - ακόρεστα.

Φαινόμενο$sp^3$-, $sp^2$- Και$sp$ - υβριδισμός του ατόμου άνθρακα.

Όταν σχηματίζονται δεσμοί $π$, η υβριδική κατάσταση των ατομικών τροχιακών του ατόμου άνθρακα αλλάζει. Εφόσον ο σχηματισμός δεσμών $π$-συμβαίνει λόγω των p-ηλεκτρονίων, τότε στα μόρια με διπλό δεσμό τα ηλεκτρόνια θα έχουν $sp^2$-υβριδισμό (υπήρχε $sp^3$, αλλά ένα p-ηλεκτρόνιο πηγαίνει σε $π$- τροχιακό), και με ένα τριπλό - $sp$-υβριδισμό (δύο p-ηλεκτρόνια πήγαν στο $π$-τροχιακό). Η φύση του υβριδισμού αλλάζει την κατεύθυνση των ομολόγων $σ$. Εάν κατά τη διάρκεια του υβριδισμού $sp^3$ σχηματίζουν χωρικά διακλαδισμένες δομές ($a$), τότε κατά τον υβριδισμό $sp^2$ όλα τα άτομα βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο και οι γωνίες μεταξύ των δεσμών $σ$ είναι ίσες με $120° $(b) , και με $sp$-υβριδισμό το μόριο είναι γραμμικό (c):

Σε αυτή την περίπτωση, οι άξονες των τροχιακών $π$ είναι κάθετοι στον άξονα του δεσμού $σ$.

Και οι δύο δεσμοί $σ$- και $π$- είναι ομοιοπολικοί, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να χαρακτηρίζονται από μήκος, ενέργεια, χωρική κατεύθυνση και πολικότητα.

Χαρακτηριστικά απλών και πολλαπλών δεσμών μεταξύ ατόμων C.

Ριζικό. Λειτουργική ομάδα.

Ένα από τα χαρακτηριστικά των οργανικών ενώσεων είναι ότι στις χημικές αντιδράσεις τα μόριά τους δεν ανταλλάσσουν μεμονωμένα άτομα, αλλά ομάδες ατόμων. Αν αυτή η ομάδα ατόμων αποτελείται μόνο από άτομα άνθρακα και υδρογόνου, τότε ονομάζεται ρίζα υδρογονάνθρακα, αν έχει άτομα άλλων στοιχείων, τότε λέγεται λειτουργική ομάδα. Έτσι, για παράδειγμα, το μεθύλιο ($СН_3$-) και το αιθύλιο ($С_2Н_5$-) είναι ρίζες υδρογονάνθρακα και η ομάδα υδροξυλίου (-$ОН$), η ομάδα αλδεΰδης ( ), η νιτροομάδα (-$NO_2$), κ.λπ. είναι οι λειτουργικές ομάδες των αλκοολών, των αλδεΰδων και των ενώσεων που περιέχουν άζωτο, αντίστοιχα.

Τυπικά, η λειτουργική ομάδα καθορίζει τις χημικές ιδιότητες μιας οργανικής ένωσης και επομένως αποτελεί τη βάση για την ταξινόμησή τους.

Διάλεξη 15

Θεωρία της δομής των οργανικών ουσιών. Κύριες κατηγορίες οργανικών ενώσεων.

Οργανική χημεία -η επιστήμη που μελετά την οργανική ύλη. Διαφορετικά μπορεί να οριστεί ως χημεία ενώσεων άνθρακα. Ο τελευταίος κατέχει ιδιαίτερη θέση στον περιοδικό πίνακα του D.I. Mendeleev για την ποικιλία των ενώσεων, από τις οποίες είναι γνωστές περίπου 15 εκατομμύρια, ενώ ο αριθμός των ανόργανων ενώσεων είναι πεντακόσιες χιλιάδες. Οι οργανικές ουσίες είναι γνωστές στην ανθρωπότητα εδώ και πολύ καιρό, όπως η ζάχαρη, τα φυτικά και ζωικά λίπη, οι βαφές, οι αρωματικές και φαρμακευτικές ουσίες. Σταδιακά, οι άνθρωποι έμαθαν με την επεξεργασία αυτών των ουσιών για να αποκτήσουν μια ποικιλία πολύτιμων βιολογικών προϊόντων: κρασί, ξύδι, σαπούνι κ.λπ. Η πρόοδος στην οργανική χημεία βασίζεται σε επιτεύγματα στον τομέα της χημείας των πρωτεϊνικών ουσιών, νουκλεϊκά οξέα, βιταμίνες κ.λπ. Μεγάλη αξίαΗ οργανική χημεία είναι σημαντική για την ανάπτυξη της ιατρικής, καθώς η συντριπτική πλειοψηφία των φαρμάκων είναι οργανικές ενώσεις όχι μόνο φυσικής προέλευσης, αλλά και λαμβάνονται κυρίως με σύνθεση. Η εξαιρετική σημασία του υψηλού μοριακού βάρουςοργανικές ενώσεις (συνθετικές ρητίνες, πλαστικά, ίνες, συνθετικά καουτσούκ, βαφές, ζιζανιοκτόνα, εντομοκτόνα, μυκητοκτόνα, αποφυλλωτικά...). Η οργανική χημεία έχει μεγάλη σημασία για την παραγωγή τροφίμων και βιομηχανικών αγαθών.

Η σύγχρονη οργανική χημεία έχει διεισδύσει βαθιά στις χημικές διεργασίες που συμβαίνουν κατά την αποθήκευση και επεξεργασία των προϊόντων διατροφής: τις διαδικασίες ξήρανσης, τάγγισης και σαπωνοποίησης ελαίων, ζύμωση, ψήσιμο, ζύμωση, παραγωγή ποτών, παραγωγή γαλακτοκομικών προϊόντων κ.λπ. Η ανακάλυψη και μελέτη ενζύμων και αρωμάτων και καλλυντικών έπαιξε επίσης σημαντικό ρόλο.

Ένας από τους λόγους για τη μεγάλη ποικιλία των οργανικών ενώσεων είναι η μοναδικότητα της δομής τους, η οποία εκδηλώνεται με το σχηματισμό ομοιοπολικών δεσμών και αλυσίδων από άτομα άνθρακα, που ποικίλλουν σε τύπο και μήκος. Επιπλέον, ο αριθμός των συνδεδεμένων ατόμων άνθρακα σε αυτά μπορεί να φτάσει τις δεκάδες χιλιάδες και η διαμόρφωση των αλυσίδων άνθρακα μπορεί να είναι γραμμική ή κυκλική. Εκτός από τα άτομα άνθρακα, οι αλυσίδες μπορεί να περιέχουν οξυγόνο, άζωτο, θείο, φώσφορο, αρσενικό, πυρίτιο, κασσίτερο, μόλυβδο, τιτάνιο, σίδηρο κ.λπ.

Η εκδήλωση αυτών των ιδιοτήτων από τον άνθρακα οφείλεται σε διάφορους λόγους. Επιβεβαιώθηκε ότι οι ενέργειες των δεσμών C–C και C–O είναι συγκρίσιμες. Ο άνθρακας έχει την ικανότητα να σχηματίζει τρεις τύπους τροχιακού υβριδισμού: τέσσερα sp 3 - υβριδικά τροχιακά, ο προσανατολισμός τους στο διάστημα είναι τετραεδρικός και αντιστοιχεί σε απλόςομοιοπολικούς δεσμούς; τρία υβριδικά τροχιακά sp 2 που βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο, σε συνδυασμό με ένα μη υβριδικό τροχιακό, σχηματίζουν διπλά πολλαπλάσιασυνδέσεις (─С = С─); επίσης με τη βοήθεια sp - προκύπτουν υβριδικά τροχιακά γραμμικού προσανατολισμού και μη υβριδικά τροχιακά μεταξύ ατόμων άνθρακα τριπλάσιαδεσμούς (─ C ≡ C ─) Επιπλέον, τα άτομα άνθρακα σχηματίζουν αυτούς τους τύπους δεσμών όχι μόνο μεταξύ τους, αλλά και με άλλα στοιχεία. Ετσι, σύγχρονη θεωρίαΗ δομή της ύλης εξηγεί όχι μόνο έναν σημαντικό αριθμό οργανικών ενώσεων, αλλά και την επίδραση της χημικής τους δομής στις ιδιότητές τους.

Επιβεβαιώνει επίσης πλήρως τα βασικά θεωρίες χημικής δομής, που αναπτύχθηκε από τον μεγάλο Ρώσο επιστήμονα A.M. Butlerov. Βασικές διατάξεις του:

1) στα οργανικά μόρια, τα άτομα συνδέονται μεταξύ τους με μια ορισμένη σειρά ανάλογα με το σθένος τους, το οποίο καθορίζει τη δομή των μορίων.

2) οι ιδιότητες των οργανικών ενώσεων εξαρτώνται από τη φύση και τον αριθμό των συστατικών τους ατόμων, καθώς και από τη χημική δομή των μορίων.

3) κάθε χημικός τύπος αντιστοιχεί σε έναν ορισμένο αριθμό πιθανών ισομερών δομών.

4) κάθε οργανική ένωση έχει έναν τύπο και έχει ορισμένες ιδιότητες.

5) στα μόρια υπάρχει αμοιβαία επίδραση των ατόμων μεταξύ τους.

Κατηγορίες οργανικών ενώσεων

Σύμφωνα με τη θεωρία, οι οργανικές ενώσεις χωρίζονται σε δύο σειρές - άκυκλες και κυκλικές ενώσεις.

1. Ακυκλικές ενώσεις.(αλκάνια, αλκένια) περιέχουν μια ανοιχτή, κλειστή αλυσίδα άνθρακα - ευθεία ή διακλαδισμένη:

N N N N N N N

│ │ │ │ │ │ │

N─ S─S─S─S─ N H─S─S─S─N

│ │ │ │ │ │ │

N N N N N │ N

Κανονικό ισοβουτάνιο βουτάνιο (μεθυλπροπάνιο)

2. α) Αλικυκλικές ενώσεις– ενώσεις που έχουν κλειστές (κυκλικές) αλυσίδες άνθρακα στα μόριά τους:

κυκλοβουτάνιο κυκλοεξάνιο

β) Αρωματικές ενώσεις,τα μόρια του οποίου περιέχουν έναν σκελετό βενζολίου - έναν εξαμελή δακτύλιο με εναλλασσόμενους απλούς και διπλούς δεσμούς (arenes):

γ) Ετεροκυκλικές ενώσεις– κυκλικές ενώσεις που περιέχουν, εκτός από άτομα άνθρακα, άζωτο, θείο, οξυγόνο, φώσφορο και ορισμένα ιχνοστοιχεία, τα οποία ονομάζονται ετεροάτομα.

φουρανοπυρρόλη πυριδίνη

Σε κάθε σειρά, οι οργανικές ουσίες κατανέμονται σε κατηγορίες - υδρογονάνθρακες, αλκοόλες, αλδεΰδες, κετόνες, οξέα, εστέρες σύμφωνα με τη φύση λειτουργικές ομάδεςτα μόριά τους.

Υπάρχει επίσης ταξινόμηση ανάλογα με το βαθμό κορεσμού και τις λειτουργικές ομάδες. Ανάλογα με τον βαθμό κορεσμού διακρίνονται:

1. Εξαιρετικά κορεσμένο– ο σκελετός άνθρακα περιέχει μόνο απλούς δεσμούς.

─С─С─С─

2. Ακόρεστα ακόρεστα– στον σκελετό άνθρακα υπάρχουν πολλαπλοί (=, ≡) δεσμοί.

─С=С─ ─С≡С─

3. Αρωματικός– ακόρεστοι κύκλοι με σύζευξη δακτυλίου (4n + 2) π-ηλεκτρόνια.

Κατά λειτουργικές ομάδες

1. Αλκοόλες R-CH 2 OH

2. Φαινόλες

3. Αλδεΰδες R─COH Κετόνες R─C─R

4. Καρβοξυλικά οξέα R─COOH O

5. Εστέρες R─COOR 1

Θέμα: Βασικές αρχές της θεωρίας της δομής των οργανικών ενώσεων του A. M. Butlerov.

Η θεωρία της χημικής δομής των οργανικών ενώσεων, που προτάθηκε από τον A. M. Butlerov στο δεύτερο μισό του περασμένου αιώνα (1861), επιβεβαιώθηκε από τα έργα πολλών επιστημόνων, συμπεριλαμβανομένων των μαθητών του Butlerov και του ίδιου. Αποδείχθηκε ότι στη βάση του ήταν δυνατό να εξηγηθούν πολλά φαινόμενα που μέχρι τότε δεν είχαν ερμηνεία: ομολογία, εκδήλωση τετρασθενούς από άτομα άνθρακα σε οργανικές ουσίες. Η θεωρία εκπλήρωσε επίσης την προγνωστική της λειτουργία: στη βάση της, οι επιστήμονες προέβλεψαν την ύπαρξη ακόμα άγνωστων ενώσεων, περιέγραψαν τις ιδιότητές τους και τις ανακάλυψαν. Έτσι, το 1862–1864. Ο A. M. Butlerov εξέτασε τις προπυλικές, βουτυλικές και αμυλικές αλκοόλες, προσδιόρισε τον αριθμό των πιθανών ισομερών και εξήγαγε τους τύπους αυτών των ουσιών. Η ύπαρξή τους αποδείχθηκε αργότερα πειραματικά, και μερικά από τα ισομερή συντέθηκαν από τον ίδιο τον Butlerov.

Κατά τον 20ο αιώνα. Οι διατάξεις της θεωρίας της χημικής δομής των χημικών ενώσεων αναπτύχθηκαν με βάση τις νέες απόψεις που διαδόθηκαν στην επιστήμη: τη θεωρία της ατομικής δομής, τη θεωρία των χημικών δεσμών, τις ιδέες για τους μηχανισμούς των χημικών αντιδράσεων. Επί του παρόντος, αυτή η θεωρία είναι καθολική, δηλαδή ισχύει όχι μόνο για οργανικές ουσίες, αλλά και για ανόργανες.

Πρώτη θέση. Τα άτομα στα μόρια συνδυάζονται με συγκεκριμένη σειρά ανάλογα με το σθένος τους. Ο άνθρακας σε όλες τις οργανικές και τις περισσότερες ανόργανες ενώσεις είναι τετρασθενής.

Προφανώς, το τελευταίο μέρος της πρώτης θέσης της θεωρίας μπορεί εύκολα να εξηγηθεί από το γεγονός ότι στις ενώσεις τα άτομα άνθρακα βρίσκονται σε διεγερμένη κατάσταση:

Τα τετρασθενή άτομα άνθρακα μπορούν να συνδυαστούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν διαφορετικές αλυσίδες:

Η σειρά σύνδεσης των ατόμων άνθρακα στα μόρια μπορεί να είναι διαφορετική και εξαρτάται από τον τύπο του ομοιοπολικού χημικού δεσμού μεταξύ των ατόμων άνθρακα - απλός ή πολλαπλός (διπλός και τριπλός):

Δεύτερη θέση. Οι ιδιότητες των ουσιών εξαρτώνται όχι μόνο από την ποιοτική και ποσοτική τους σύνθεση, αλλά και από τη δομή των μορίων τους.

Αυτή η θέση εξηγεί το φαινόμενο.

Οι ουσίες που έχουν την ίδια σύσταση, αλλά διαφορετικές χημικές ή χωρικές δομές, άρα και διαφορετικές ιδιότητες, ονομάζονται ισομερή.

Κύριοι τύποι:

Δομική ισομέρεια, στην οποία οι ουσίες διαφέρουν ως προς τη σειρά σύνδεσης των ατόμων στα μόρια: σκελετός άνθρακα

θέσεις πολλαπλών ομολόγων:

βουλευτές

θέσεις λειτουργικών ομάδων

Τρίτη θέση. Οι ιδιότητες των ουσιών εξαρτώνται από την αμοιβαία επίδραση των ατόμων στα μόρια.

Για παράδειγμα, στο οξικό οξύ μόνο ένα από τα τέσσερα άτομα υδρογόνου αντιδρά με ένα αλκάλιο. Με βάση αυτό, μπορεί να υποτεθεί ότι μόνο ένα άτομο υδρογόνου συνδέεται με το οξυγόνο:

Από την άλλη πλευρά, από τον δομικό τύπο του οξικού οξέος μπορούμε να συμπεράνουμε ότι περιέχει ένα κινητό άτομο υδρογόνου, δηλαδή ότι είναι μονοβασικό.

Οι κύριες κατευθύνσεις ανάπτυξης της θεωρίας της δομής των χημικών ενώσεων και η σημασία της.

Την εποχή του A.M. Butlerov, η οργανική χημεία χρησιμοποιήθηκε ευρέως

εμπειρικούς (μοριακούς) και δομικούς τύπους. Τα τελευταία αντικατοπτρίζουν τη σειρά σύνδεσης των ατόμων σε ένα μόριο σύμφωνα με το σθένος τους, το οποίο υποδεικνύεται με παύλες.

Για ευκολία καταγραφής, χρησιμοποιούνται συχνά συντετμημένοι δομικοί τύποι, στους οποίους παύλες υποδεικνύουν μόνο τους δεσμούς μεταξύ ατόμων άνθρακα ή άνθρακα και οξυγόνου.

Και ίνες, προϊόντα από τα οποία χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία, την καθημερινή ζωή, την ιατρική και τη γεωργία. Η σημασία της θεωρίας της χημικής δομής του A. M. Butlerov για την οργανική χημεία μπορεί να συγκριθεί με τη σημασία περιοδικός νόμοςκαι ο περιοδικός πίνακας χημικών στοιχείων του D.I. Mendeleev για την ανόργανη χημεία. Δεν είναι τυχαίο που και οι δύο θεωρίες έχουν τόσα κοινά στοιχεία ως προς τους τρόπους σχηματισμού τους, τις κατευθύνσεις ανάπτυξής τους και τη γενική επιστημονική τους σημασία.

Όλες οι ουσίες που περιέχουν ένα άτομο άνθρακα, εκτός από ανθρακικά, καρβίδια, κυανιούχα, θειοκυανικά και ανθρακικό οξύ, είναι οργανικές ενώσεις. Αυτό σημαίνει ότι είναι ικανά να δημιουργηθούν από ζωντανούς οργανισμούς από άτομα άνθρακα μέσω ενζυματικών ή άλλων αντιδράσεων. Σήμερα, πολλές οργανικές ουσίες μπορούν να συντεθούν τεχνητά, γεγονός που επιτρέπει την ανάπτυξη της ιατρικής και της φαρμακολογίας, καθώς και τη δημιουργία πολυμερών και σύνθετων υλικών υψηλής αντοχής.

Ταξινόμηση οργανικών ενώσεων

Οι οργανικές ενώσεις είναι η πιο πολυάριθμη κατηγορία ουσιών. Υπάρχουν περίπου 20 είδη ουσιών εδώ. Έχουν διαφορετικές χημικές ιδιότητες, διαφορετικές σωματικές ιδιότητες. Το σημείο τήξης, η μάζα, η πτητικότητα και η διαλυτότητά τους, καθώς και η κατάσταση συσσώρευσής τους υπό κανονικές συνθήκες είναι επίσης διαφορετικές. Ανάμεσα τους:

• υδρογονάνθρακες (αλκάνια, αλκίνια, αλκένια, αλκαδιένια, κυκλοαλκάνια, αρωματικοί υδρογονάνθρακες).
• αλδεΰδες;
• κετόνες;
• αλκοόλες (διυδρικές, μονοϋδρικές, πολυϋδρικές).
• αιθέρες;
• εστέρες;
• καρβοξυλικά οξέα;
• αμίνες;
• αμινοξέα;
• υδατάνθρακες?
• λίπη?
• πρωτεΐνες;
• βιοπολυμερή και συνθετικά πολυμερή.

Αυτή η ταξινόμηση αντανακλά τα χαρακτηριστικά της χημικής δομής και την παρουσία συγκεκριμένων ατομικών ομάδων που καθορίζουν τη διαφορά στις ιδιότητες μιας συγκεκριμένης ουσίας. Γενικά, η ταξινόμηση, η οποία βασίζεται στη διαμόρφωση του σκελετού άνθρακα, η οποία δεν λαμβάνει υπόψη τα χαρακτηριστικά των χημικών αλληλεπιδράσεων, φαίνεται διαφορετική. Σύμφωνα με τις διατάξεις του, οι οργανικές ενώσεις χωρίζονται σε:

• αλειφατικές ενώσεις;
• αρωματικα?
• ετεροκυκλικές ουσίες.

Αυτές οι κατηγορίες οργανικών ενώσεων μπορούν να έχουν ισομερή σε διαφορετικές ομάδες ουσιών. Οι ιδιότητες των ισομερών είναι διαφορετικές, αν και ατομική σύνθεσημπορεί να είναι το ίδιο. Αυτό προκύπτει από τις διατάξεις που θέτει ο A.M. Butlerov. Επίσης, η θεωρία της δομής των οργανικών ενώσεων είναι η κατευθυντήρια βάση για όλες τις έρευνες στην οργανική χημεία. Τοποθετείται στο ίδιο επίπεδο με τον Περιοδικό Νόμο του Mendeleev.

Η ίδια η έννοια της χημικής δομής εισήχθη από τον A.M. Butlerov. Εμφανίστηκε στην ιστορία της χημείας στις 19 Σεπτεμβρίου 1861. Παλαιότερα στην επιστήμη υπήρχαν διαφορετικές απόψεις, και ορισμένοι επιστήμονες αρνήθηκαν εντελώς την παρουσία μορίων και ατόμων. Επομένως, δεν υπήρχε τάξη στην οργανική και ανόργανη χημεία. Επιπλέον, δεν υπήρχαν πρότυπα με τα οποία θα μπορούσε κανείς να κρίνει τις ιδιότητες συγκεκριμένων ουσιών. Παράλληλα, υπήρχαν ενώσεις που με την ίδια σύνθεση παρουσίαζαν διαφορετικές ιδιότητες.

Οι δηλώσεις του A.M. Butlerov κατεύθυναν σε μεγάλο βαθμό την ανάπτυξη της χημείας προς τη σωστή κατεύθυνση και δημιούργησαν μια πολύ γερή βάση για αυτήν. Μέσω αυτού, κατέστη δυνατή η συστηματοποίηση των συσσωρευμένων γεγονότων, δηλαδή των χημικών ή φυσικών ιδιοτήτων ορισμένων ουσιών, των μορφών εισόδου τους σε αντιδράσεις κ.λπ. Ακόμη και η πρόβλεψη των τρόπων λήψης ενώσεων και η παρουσία κάποιων γενικών ιδιοτήτων κατέστη δυνατή χάρη σε αυτή τη θεωρία. Και το πιο σημαντικό, ο A.M. Butlerov έδειξε ότι η δομή του μορίου μιας ουσίας μπορεί να εξηγηθεί από την άποψη των ηλεκτρικών αλληλεπιδράσεων.

Λογική της θεωρίας της δομής των οργανικών ουσιών

Δεδομένου ότι πριν από το 1861 πολλοί στη χημεία απέρριπταν την ύπαρξη ενός ατόμου ή μορίου, η θεωρία των οργανικών ενώσεων έγινε μια επαναστατική πρόταση για τον επιστημονικό κόσμο. Και δεδομένου ότι ο ίδιος ο A. M. Butlerov προέρχεται μόνο από υλιστικά συμπεράσματα, κατάφερε να αντικρούσει τις φιλοσοφικές ιδέες για την οργανική ύλη.

Μπόρεσε να δείξει ότι η μοριακή δομή μπορεί να αναγνωριστεί πειραματικά μέσω χημικών αντιδράσεων. Για παράδειγμα, η σύνθεση οποιουδήποτε υδατάνθρακα μπορεί να προσδιοριστεί με την καύση μιας ορισμένης ποσότητας του και την καταμέτρηση του νερού και του διοξειδίου του άνθρακα που προκύπτει. Η ποσότητα αζώτου σε ένα μόριο αμίνης υπολογίζεται επίσης κατά την καύση μετρώντας τον όγκο των αερίων και απομονώνοντας τη χημική ποσότητα μοριακού αζώτου.

Αν εξετάσουμε τις κρίσεις του Butlerov για τη χημική δομή που εξαρτάται από τη δομή προς την αντίθετη κατεύθυνση, προκύπτει ένα νέο συμπέρασμα. Δηλαδή: γνωρίζοντας τη χημική δομή και τη σύσταση μιας ουσίας, μπορεί κανείς να υποθέσει εμπειρικά τις ιδιότητές της. Αλλά το πιο σημαντικό, ο Butlerov εξήγησε ότι στην οργανική ύλη υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός ουσιών που παρουσιάζουν διαφορετικές ιδιότητες, αλλά έχουν την ίδια σύνθεση.

Γενικές διατάξεις της θεωρίας

Εξετάζοντας και μελετώντας τις οργανικές ενώσεις, ο A. M. Butlerov εξήγαγε μερικές από τις πιο σημαντικές αρχές. Τα συνδύασε σε μια θεωρία που εξηγεί τη δομή των χημικών ουσιών οργανικής προέλευσης. Η θεωρία έχει ως εξής:

• Στα μόρια οργανικών ουσιών, τα άτομα συνδέονται μεταξύ τους με μια αυστηρά καθορισμένη ακολουθία, η οποία εξαρτάται από το σθένος.
• Η χημική δομή είναι η άμεση σειρά σύμφωνα με την οποία συνδέονται τα άτομα σε οργανικά μόρια.
• η χημική δομή καθορίζει την παρουσία των ιδιοτήτων μιας οργανικής ένωσης.
• Ανάλογα με τη δομή των μορίων με την ίδια ποσοτική σύνθεση, μπορεί να εμφανιστούν διαφορετικές ιδιότητες της ουσίας.
• Όλες οι ατομικές ομάδες που εμπλέκονται στο σχηματισμό μιας χημικής ένωσης έχουν αμοιβαία επίδραση η μία στην άλλη.

Όλες οι κατηγορίες οργανικών ενώσεων κατασκευάζονται σύμφωνα με τις αρχές αυτής της θεωρίας. Έχοντας θέσει τα θεμέλια, ο A. M. Butlerov μπόρεσε να επεκτείνει τη χημεία ως πεδίο της επιστήμης. Εξήγησε ότι λόγω του γεγονότος ότι στις οργανικές ουσίες ο άνθρακας εμφανίζει σθένος τεσσάρων, προσδιορίζεται η ποικιλομορφία αυτών των ενώσεων. Η παρουσία πολλών ενεργών ατομικών ομάδων καθορίζει εάν μια ουσία ανήκει σε μια συγκεκριμένη κατηγορία. Και ακριβώς λόγω της παρουσίας συγκεκριμένων ατομικών ομάδων (ριζών) εμφανίζονται φυσικές και χημικές ιδιότητες.

Υδρογονάνθρακες και τα παράγωγά τους

Αυτές οι οργανικές ενώσεις άνθρακα και υδρογόνου είναι οι απλούστερες σε σύσταση μεταξύ όλων των ουσιών της ομάδας. Αντιπροσωπεύονται από μια υποκατηγορία αλκανίων και κυκλοαλκανίων (κορεσμένοι υδρογονάνθρακες), αλκένια, αλκαδιένια και αλκατριένια, αλκίνια (ακόρεστοι υδρογονάνθρακες), καθώς και μια υποκατηγορία αρωματικών ουσιών. Στα αλκάνια, όλα τα άτομα άνθρακα συνδέονται μόνο με έναν μόνο δεσμό C-C, γι' αυτό δεν μπορεί να ενσωματωθεί ούτε ένα άτομο Η στη σύνθεση υδρογονάνθρακα.

Στους ακόρεστους υδρογονάνθρακες, το υδρογόνο μπορεί να ενσωματωθεί στη θέση του διπλού δεσμού C=C. Επίσης, ο δεσμός C-C μπορεί να είναι τριπλός (αλκίνια). Αυτό επιτρέπει σε αυτές τις ουσίες να εισέλθουν σε πολλές αντιδράσεις που περιλαμβάνουν τη μείωση ή την προσθήκη ριζών. Για τη διευκόλυνση της μελέτης της ικανότητάς τους να αντιδρούν, όλες οι άλλες ουσίες θεωρούνται παράγωγα μιας από τις κατηγορίες υδρογονανθράκων.

Αλκοόλ

Οι αλκοόλες είναι οργανικές χημικές ενώσεις που είναι πιο πολύπλοκες από τους υδρογονάνθρακες. Συντίθενται ως αποτέλεσμα ενζυματικών αντιδράσεων σε ζωντανά κύτταρα. Το πιο χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η σύνθεση αιθανόλης από γλυκόζη ως αποτέλεσμα ζύμωσης.

Στη βιομηχανία, οι αλκοόλες λαμβάνονται από παράγωγα αλογόνου υδρογονανθράκων. Ως αποτέλεσμα της αντικατάστασης του ατόμου αλογόνου με μια ομάδα υδροξυλίου, σχηματίζονται αλκοόλες. Οι μονοϋδρικές αλκοόλες περιέχουν μόνο μία υδροξυλομάδα, οι πολυϋδρικές αλκοόλες περιέχουν δύο ή περισσότερες. Ένα παράδειγμα διυδρικής αλκοόλης είναι η αιθυλενογλυκόλη. Η πολυϋδρική αλκοόλη είναι η γλυκερίνη. Ο γενικός τύπος των αλκοολών είναι R-OH (R είναι η ανθρακική αλυσίδα).

Αλδεΰδες και κετόνες

Αφού οι αλκοόλες εισέλθουν σε αντιδράσεις οργανικών ενώσεων που σχετίζονται με την αφαίρεση υδρογόνου από την ομάδα αλκοόλης (υδροξυλίου), ο διπλός δεσμός μεταξύ οξυγόνου και άνθρακα κλείνει. Εάν αυτή η αντίδραση προχωρήσει μέσω της ομάδας αλκοόλης που βρίσκεται στο τερματικό άτομο άνθρακα, οδηγεί στο σχηματισμό μιας αλδεΰδης. Εάν το άτομο άνθρακα με την αλκοόλη δεν βρίσκεται στο τέλος της ανθρακικής αλυσίδας, τότε το αποτέλεσμα της αντίδρασης αφυδάτωσης είναι η παραγωγή κετόνης. Ο γενικός τύπος των κετονών είναι R-CO-R, οι αλδεΰδες R-COH (R είναι η ρίζα υδρογονάνθρακα της αλυσίδας).

Εστέρες (απλοί και σύνθετοι)

Η χημική δομή των οργανικών ενώσεων αυτής της κατηγορίας είναι περίπλοκη. Οι αιθέρες θεωρούνται προϊόντα αντίδρασης μεταξύ δύο μορίων αλκοόλης. Όταν αφαιρεθεί το νερό από αυτά, σχηματίζεται μια ένωση δείγμα R-O-R. Μηχανισμός αντίδρασης: αφαίρεση ενός πρωτονίου υδρογόνου από μια αλκοόλη και μιας ομάδας υδροξυλίου από μια άλλη αλκοόλη.

Οι εστέρες είναι προϊόντα αντίδρασης μεταξύ μιας αλκοόλης και ενός οργανικού καρβοξυλικού οξέος. Μηχανισμός αντίδρασης: αποβολή νερού από την ομάδα αλκοόλης και άνθρακα και των δύο μορίων. Το υδρογόνο διαχωρίζεται από το οξύ (στην ομάδα υδροξυλίου) και η ίδια η ομάδα ΟΗ διαχωρίζεται από την αλκοόλη. Η ένωση που προκύπτει απεικονίζεται ως R-CO-O-R, όπου η οξιά R υποδηλώνει τις ρίζες - τα υπόλοιπα μέρη της ανθρακικής αλυσίδας.

Καρβοξυλικά οξέα και αμίνες

Τα καρβοξυλικά οξέα είναι ειδικές ουσίες που παίζουν σημαντικό ρόλο στη λειτουργία του κυττάρου. Η χημική δομή των οργανικών ενώσεων είναι η εξής: μια ρίζα υδρογονάνθρακα (R) με μια καρβοξυλική ομάδα (-COOH) συνδεδεμένη σε αυτήν. Η καρβοξυλική ομάδα μπορεί να βρίσκεται μόνο στο εξώτατο άτομο άνθρακα, επειδή το σθένος του C στην ομάδα (-COOH) είναι 4.

Οι αμίνες είναι περισσότερες απλές συνδέσεις, που είναι παράγωγα υδρογονανθράκων. Εδώ, σε οποιοδήποτε άτομο άνθρακα υπάρχει μια ρίζα αμίνης (-NH2). Υπάρχουν πρωτοταγείς αμίνες στις οποίες μια ομάδα (-NH2) συνδέεται με έναν άνθρακα (γενικός τύπος R-NH2). Στις δευτεροταγείς αμίνες, το άζωτο συνδυάζεται με δύο άτομα άνθρακα (τύπος R-NH-R). Στις τριτοταγείς αμίνες, το άζωτο συνδέεται με τρία άτομα άνθρακα (R3N), όπου το p είναι μια ρίζα, μια αλυσίδα άνθρακα.

Αμινοξέα

Τα αμινοξέα είναι σύνθετες ενώσεις που εμφανίζουν τις ιδιότητες αμινών και οξέων οργανικής προέλευσης. Υπάρχουν διάφοροι τύποι αυτών, ανάλογα με τη θέση της ομάδας αμίνης σε σχέση με την καρβοξυλομάδα. Τα πιο σημαντικά είναι τα άλφα αμινοξέα. Εδώ η ομάδα αμίνης βρίσκεται στο άτομο άνθρακα στο οποίο είναι συνδεδεμένη η καρβοξυλική ομάδα. Αυτό επιτρέπει τη δημιουργία πεπτιδικού δεσμού και τη σύνθεση πρωτεϊνών.

Υδατάνθρακες και λίπη

Οι υδατάνθρακες είναι αλκοόλες αλδεΰδης ή κετοαλκοόλες. Πρόκειται για ενώσεις με γραμμική ή κυκλική δομή, καθώς και πολυμερή (άμυλο, κυτταρίνη και άλλα). Ο σημαντικότερος ρόλος τους στο κύτταρο είναι δομικός και ενεργητικός. Τα λίπη, ή μάλλον τα λιπίδια, επιτελούν τις ίδιες λειτουργίες, μόνο που συμμετέχουν σε άλλες. βιοχημικές διεργασίες. Από την άποψη της χημικής δομής, το λίπος είναι ένας εστέρας οργανικών οξέων και γλυκερίνης.

1. Βασικές αρχές της θεωρίας της χημικής δομής Α.Μ. Μπουτλέροφ

1. Τα άτομα στα μόρια συνδέονται μεταξύ τους με μια ορισμένη αλληλουχία ανάλογα με το σθένος τους. Η αλληλουχία των διατομικών δεσμών σε ένα μόριο ονομάζεται χημική δομή του και ανακλάται από έναν δομικό τύπο (τύπος δομής).

2. Η χημική δομή μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας χημικές μεθόδους. (Σήμερα χρησιμοποιούνται και σύγχρονες φυσικές μέθοδοι).

3. Οι ιδιότητες των ουσιών εξαρτώνται από τη χημική τους δομή.

4. Με βάση τις ιδιότητες μιας δεδομένης ουσίας, μπορεί κανείς να προσδιορίσει τη δομή του μορίου της και με βάση τη δομή του μορίου, μπορεί να προβλέψει τις ιδιότητες.

5. Τα άτομα και οι ομάδες ατόμων σε ένα μόριο έχουν αμοιβαία επιρροή μεταξύ τους.

Ένα μόριο μιας οργανικής ένωσης είναι μια συλλογή ατόμων που συνδέονται με μια ορισμένη σειρά, συνήθως με ομοιοπολικούς δεσμούς. Σε αυτή την περίπτωση, τα συνδεδεμένα άτομα μπορεί να διαφέρουν ως προς την ηλεκτραρνητικότητα. Οι τιμές ηλεκτροαρνητικότητας καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό τόσο σημαντικά χαρακτηριστικά δεσμού όπως η πολικότητα και η ισχύς (ενέργεια σχηματισμού). Με τη σειρά της, η πολικότητα και η ισχύς των δεσμών σε ένα μόριο, σε μεγάλο βαθμό, καθορίζουν την ικανότητα του μορίου να εισέλθει σε ορισμένα χημικές αντιδράσεις.

Η ηλεκτραρνητικότητα ενός ατόμου άνθρακα εξαρτάται από την κατάσταση υβριδοποίησης του. Αυτό οφείλεται στο κλάσμα του τροχιακού s στο υβριδικό τροχιακό: είναι μικρότερο για sp3 και περισσότερο για sp2 και sp υβριδικά άτομα.

Όλα τα άτομα που συνθέτουν ένα μόριο αλληλοσυνδέονται και επηρεάζονται αμοιβαία. Αυτή η επιρροή μεταδίδεται κυρίως μέσω ενός συστήματος ομοιοπολικών δεσμών, χρησιμοποιώντας τα λεγόμενα ηλεκτρονικά εφέ.

Τα ηλεκτρονικά φαινόμενα ονομάζονται μετατοπίσεις της πυκνότητας ηλεκτρονίων σε ένα μόριο υπό την επίδραση υποκαταστατών.

Τα άτομα που συνδέονται με έναν πολικό δεσμό φέρουν μερικά φορτία, που συμβολίζονται με το ελληνικό γράμμα δέλτα (d). Ένα άτομο που «τραβάει» την πυκνότητα ηλεκτρονίων του δεσμού s προς την κατεύθυνσή του αποκτά αρνητικό φορτίορε-. Όταν εξετάζουμε ένα ζεύγος ατόμων που συνδέονται με έναν ομοιοπολικό δεσμό, το πιο ηλεκτραρνητικό άτομο ονομάζεται δέκτης ηλεκτρονίων. Ο συνεργάτης του δεσμού s θα έχει αντίστοιχα έλλειμμα πυκνότητας ηλεκτρονίων ίσου μεγέθους, δηλ. Το μερικό θετικό φορτίο d+ θα ονομάζεται δότης ηλεκτρονίων.

Η μετατόπιση της πυκνότητας των ηλεκτρονίων κατά μήκος μιας αλυσίδας δεσμών s ονομάζεται επαγωγικό φαινόμενο και συμβολίζεται ως I.

2. Ισομέρεια- την ύπαρξη ενώσεων (κυρίως οργανικών), πανομοιότυπων σε στοιχειακή σύσταση και μοριακό βάρος, αλλά διαφορετικών σε φυσικές και χημικές ιδιότητες. Τέτοιες ενώσεις ονομάζονται ισομερή.

Δομική ισομέρεια- το αποτέλεσμα των διαφορών στη χημική δομή. Αυτός ο τύπος περιλαμβάνει:

Ισομερισμός του ανθρακικού σκελετού, λόγω της διαφορετικής σειράς δεσμών των ατόμων άνθρακα. Το απλούστερο παράδειγμα είναι το βουτάνιο CH3-CH2-CH2-CH3 και το ισοβουτάνιο (CH3)3CH. Άλλα παραδείγματα: ανθρακένιο και φαινανθρένιο (τύποι Ι και II, αντίστοιχα), κυκλοβουτάνιο και μεθυλκυκλοπροπάνιο (III και IV).

Η ισομέρεια σθένους είναι ένας ειδικός τύπος δομικής ισομέρειας στην οποία τα ισομερή μπορούν να μετατραπούν το ένα στο άλλο μόνο μέσω της ανακατανομής των δεσμών. Για παράδειγμα, τα ισομερή σθένους του βενζολίου (V) είναι δικυκλοεξα-2,5-διένιο (VI, «βενζόλιο Dewar»), πρισμανίου (VII, «βενζόλιο Ladenburg») και βενζβαλένιο (VIII).

Ισομέρεια λειτουργικής ομάδας - Διαφέρει ως προς τη φύση της λειτουργικής ομάδας. για παράδειγμα, αιθανόλη (CH3-CH2-OH) και διμεθυλαιθέρας (CH3-O-CH3).

Ισομέρεια θέσης- Ένας τύπος δομικού ισομερισμού, που χαρακτηρίζεται από διαφορά στη θέση πανομοιότυπων λειτουργικών ομάδων ή διπλών δεσμών με τον ίδιο σκελετό άνθρακα. Παράδειγμα: 2-χλωροβουτανοϊκό οξύ και 4-χλωροβουτανικό οξύ.

Τα εναντιομερή (οπτικά ισομερή, κατοπτρικά ισομερή) είναι ζεύγη οπτικών αντιπόδων - ουσίες που χαρακτηρίζονται από αντίθετες σε πρόσημο και ίσες σε μέγεθος περιστροφές του επιπέδου πόλωσης του φωτός με την ταυτότητα όλων των άλλων φυσικών και χημικών ιδιοτήτων (εκτός από αντιδράσεις με άλλες οπτικά ενεργές ουσίες και φυσικές ιδιότητες στο χειρόμορφο περιβάλλον). Ένας απαραίτητος και επαρκής λόγος για την εμφάνιση των οπτικών αντιπόδων είναι ότι το μόριο ανήκει σε μία από τις ακόλουθες ομάδες συμμετρίας σημείων: Cn, Dn, T, O ή I (χειρικότητα). Πιο συχνά μιλάμε γιαπερίπου ένα ασύμμετρο άτομο άνθρακα, δηλαδή ένα άτομο συνδεδεμένο με τέσσερις διαφορετικούς υποκαταστάτες.

3. sp³-υβριδισμός -Εμφανίζεται όταν ένα s και τρία p τροχιακά αναμειγνύονται. Εμφανίζονται τέσσερα πανομοιότυπα τροχιακά, τοποθετημένα μεταξύ τους σε τετραεδρικές γωνίες 109° 28' (109,47°), μήκους 0,154 nm.

Για το άτομο άνθρακα και άλλα στοιχεία της 2ης περιόδου, αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα:

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

Αλκάνια(κορεσμένοι υδρογονάνθρακες, παραφίνες, αλειφατικές ενώσεις) - ακυκλικοί υδρογονάνθρακες γραμμικής ή διακλαδισμένης δομής, που περιέχουν μόνο απλούς δεσμούς και σχηματίζουν ομόλογη σειρά με τον γενικό τύπο CnH2n+2 .Χημική δομή αλκυνίου(η σειρά σύνδεσης των ατόμων σε μόρια) των απλούστερων αλκανίων -μεθάνιο, αιθάνιο και προπάνιο- φαίνεται από τους δομικούς τύπους τους που δίνονται στην ενότητα 2. Από αυτούς τους τύπους είναι σαφές ότι υπάρχουν δύο τύποι χημικών δεσμών στα αλκάνια:

S-S και S-N. Ο δεσμός C-C είναι ομοιοπολικός μη πολικός. Ο δεσμός C-H είναι ομοιοπολικός, ασθενώς πολικός, γιατί άνθρακας και υδρογόνου είναι κοντά σε ηλεκτραρνητικότητα

Ένα ρ-τροχιακό που δεν εμπλέκεται στον υβριδισμό, που βρίσκεται κάθετα στο επίπεδο σ ομόλογα, χρησιμοποιείται για το σχηματισμό δεσμών π με άλλα άτομα. Αυτή η γεωμετρία άνθρακα είναι χαρακτηριστική του γραφίτη, της φαινόλης κ.λπ.

Γωνία δεσμού- η γωνία που σχηματίζεται από τις κατευθύνσεις των χημικών δεσμών που προέρχονται από ένα άτομο. Η γνώση των γωνιών δεσμών είναι απαραίτητη για τον προσδιορισμό της γεωμετρίας των μορίων. Οι γωνίες δεσμού εξαρτώνται και από τα δύο ατομικά χαρακτηριστικάσυνδεδεμένα άτομα και από τον υβριδισμό ατομικών τροχιακών του κεντρικού ατόμου. Για απλά μόρια, η γωνία δεσμού, όπως και άλλες γεωμετρικές παράμετροι του μορίου, μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας μεθόδους κβαντικής χημείας. Προσδιορίζονται πειραματικά από τις τιμές των ροπών αδράνειας των μορίων που λαμβάνονται με την ανάλυση των περιστροφικών φασμάτων τους (βλ. Φασματοσκοπία Υπέρυθρων, Μοριακά φάσματα, Φασματοσκοπία Μικροκυμάτων). Η γωνία δεσμού σύνθετων μορίων προσδιορίζεται με μεθόδους δομικής ανάλυσης περίθλασης.

4. sp2-Υβριδισμός (επίπεδο-τριγωνικό)Ένα s και δύο p αναμιγνύονται για να σχηματίσουν τρία ισοδύναμα υβριδικά τροχιακά sp2 που βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο υπό γωνία 120° (τονισμένα με μπλε χρώμα). Μπορούν να σχηματίσουν τρεις δεσμούς σ. Το τρίτο ρ-τροχιακό παραμένει μη υβριδοποιημένο και προσανατολίζεται κάθετα στο επίπεδο θέσης των υβριδικών τροχιακών. Αυτό το p-AO εμπλέκεται στο σχηματισμό ενός π δεσμού . Για στοιχεία της 2ης περιόδου, η διαδικασία υβριδισμού sp2 λαμβάνει χώρα σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα:

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

Η δεύτερη κατάσταση σθένους του ατόμου άνθρακα.Υπάρχουν οργανικές ουσίες στις οποίες το άτομο άνθρακα συνδέεται όχι με τέσσερα, αλλά με τρία γειτονικά άτομα, ενώ παραμένει τετρασθενές

5. sp-Υβριδισμός (γραμμική)Ένα s και ένα p τροχιακά αναμειγνύονται για να σχηματίσουν δύο ίσα τροχιακά sp που βρίσκονται σε γωνία 180, δηλ. σε έναν άξονα. Τα υβριδικά τροχιακά sp εμπλέκονται στο σχηματισμό δύο δεσμών σ. Τα δύο ρ-τροχιακά δεν είναι υβριδισμένα και βρίσκονται σε αμοιβαία κάθετα επίπεδα. -Τα τροχιακά σχηματίζουν δύο π δεσμούς σε ενώσεις.

Για στοιχεία της 2ης περιόδου, ο υβριδισμός sp λαμβάνει χώρα σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα:

2s + 2px= 2 (2sp)

Τα 2py- και 2pz-AO δεν αλλάζουν.

Ασετυλίνη— ακόρεστος υδρογονάνθρακας C2H2. Έχει τριπλό δεσμό μεταξύ ατόμων άνθρακα, ανήκει στην κατηγορία των αλκυνίων

Τα άτομα άνθρακα στο ακετυλένιο είναι sp-υβριδοποιημένα. Συνδέονται με έναν ή δύο δεσμούς, μέγ. οι πυκνότητες των οποίων βρίσκονται σε δύο αμοιβαία κάθετες περιοχές, σχηματίζοντας ένα κυλινδρικό. σύννεφο πυκνότητας ηλεκτρονίων. έξω από αυτό υπάρχουν άτομα Η.

ΜΕΘΥΛΑΚΕΤΥΛΕΝΙΟ(προπίνιο, αλλυλένιο) CH3C=CH. Σύμφωνα με τη χημεία Ο Άγιος Μ. είναι τυπικός εκπρόσωπος των υδρογονανθράκων της ακετυλίνης. Εισέρχεται εύκολα σε ηλεκτροφ., νουκλεόφ. και ριζική προσθήκη σε έναν τριπλό δεσμό, για παράδειγμα. όταν αλληλεπιδρούν με μεθανόλη σχηματίζει μεθυλ ισοπροπενυλαιθέρα.

6. Τύποι επικοινωνίας -Μεταλλικός δεσμός, Ομοιοπολικός δεσμός, Ιωνικός δεσμός, Δεσμός υδρογόνου

Ιοντικός δεσμός- ένας ισχυρός χημικός δεσμός που σχηματίζεται μεταξύ ατόμων με μεγάλη διαφορά στην ηλεκτραρνητικότητα, στον οποίο το κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων μεταφέρεται πλήρως στο άτομο με υψηλότερη ηλεκτραρνητικότητα. Ένα παράδειγμα είναι η ένωση CsF, στην οποία ο «βαθμός ιονισμού» είναι 97%.

μια ακραία περίπτωση πόλωσης ενός πολικού ομοιοπολικού δεσμού. Σχηματίζεται ανάμεσα σε ένα τυπικό μέταλλο και ένα μη μέταλλο. Σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια από το μέταλλο μεταφέρονται πλήρως στο αμέταλλο. Σχηματίζονται ιόντα.

Εάν δημιουργηθεί ένας χημικός δεσμός μεταξύ ατόμων που έχουν πολύ μεγάλη διαφορά ηλεκτραρνητικότητας (EO > 1,7 σύμφωνα με τον Pauling), τότε το κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων μεταφέρεται πλήρως στο άτομο με υψηλότερο EO. Το αποτέλεσμα αυτού είναι ο σχηματισμός μιας ένωσης αντίθετα φορτισμένων ιόντων.

Ομοιοπολικό δεσμό(ατομικός δεσμός, ομοιοπολικός δεσμός) - ένας χημικός δεσμός που σχηματίζεται από την επικάλυψη (κοινή χρήση) ενός ζεύγους νεφών ηλεκτρονίων σθένους. Τα νέφη ηλεκτρονίων (ηλεκτρόνια) που παρέχουν επικοινωνία ονομάζονται κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων.

Ένας απλός ομοιοπολικός δεσμός σχηματίζεται από δύο ασύζευκτα ηλεκτρόνια σθένους, ένα από κάθε άτομο:

Ως αποτέλεσμα της κοινωνικοποίησης, τα ηλεκτρόνια σχηματίζουν ένα γεμάτο ενεργειακό επίπεδο. Ένας δεσμός σχηματίζεται εάν η συνολική τους ενέργεια σε αυτό το επίπεδο είναι μικρότερη από την αρχική κατάσταση (και η διαφορά στην ενέργεια δεν θα είναι τίποτα περισσότερο από την ενέργεια του δεσμού).

Γέμισμα ατομικών (στα άκρα) και μοριακών (στο κέντρο) τροχιακών στο μόριο Η2 με ηλεκτρόνια. Ο κατακόρυφος άξονας αντιστοιχεί στο επίπεδο ενέργειας, τα ηλεκτρόνια υποδεικνύονται με βέλη που αντανακλούν τα σπιν τους.

Σύμφωνα με τη θεωρία των μοριακών τροχιακών, η επικάλυψη δύο ατομικών τροχιακών οδηγεί, στην απλούστερη περίπτωση, στο σχηματισμό δύο μοριακών τροχιακών (MO): ενός δεσμευτικού MO και ενός αντιδεσμικού (αντιδεσμικού) MO. Τα κοινά ηλεκτρόνια βρίσκονται στον δεσμό χαμηλότερης ενέργειας ΜΟ.

7. Αλκάνια- ακυκλικοί υδρογονάνθρακες γραμμικής ή διακλαδισμένης δομής, που περιέχουν μόνο απλούς δεσμούς και σχηματίζουν ομόλογη σειρά με τον γενικό τύπο CnH2n+2.

Τα αλκάνια είναι κορεσμένοι υδρογονάνθρακες και περιέχουν τον μέγιστο δυνατό αριθμό ατόμων υδρογόνου. Κάθε άτομο άνθρακα στα μόρια αλκανίου βρίσκεται σε κατάσταση sp³-υβριδισμού - και τα 4 υβριδικά τροχιακά του ατόμου C είναι ίσα σε σχήμα και ενέργεια, 4 νέφη ηλεκτρονίων κατευθύνονται στις κορυφές του τετραέδρου σε γωνίες 109°28". σε απλούς δεσμούς μεταξύ των ατόμων C, ελεύθερη περιστροφή γύρω από δεσμό άνθρακα. Ο τύπος του δεσμού άνθρακα είναι σ-δεσμός, οι δεσμοί είναι χαμηλοί πολικοί και ελάχιστα πολωτικοί.Το μήκος του δεσμού άνθρακα είναι 0,154 nm.

Η ισομέρεια των κορεσμένων υδρογονανθράκων οφείλεται στον απλούστερο τύπο δομικής ισομέρειας - ισομέρεια του ανθρακικού σκελετού. Ομόλογοςδιαφορά - -CH2-. Τα αλκάνια με περισσότερα από τρία άτομα άνθρακα έχουν ισομερή. Ο αριθμός αυτών των ισομερών αυξάνεται με τεράστιο ρυθμό καθώς αυξάνεται ο αριθμός των ατόμων άνθρακα. Για αλκάνια με n = 1...12, ο αριθμός των ισομερών είναι 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.

Ονοματολογία -Λογικός. Επιλέγεται ένα από τα άτομα της ανθρακικής αλυσίδας, θεωρείται υποκατεστημένο από μεθάνιο και σε αυτό βασίζεται το όνομα αλκυλο1αλκυλο2αλκυλο3αλκυλο4μεθάνιο

Παραλαβή. Αναγωγή αλογονωμένων αλκανίων. Μείωση των αλκοολών. Αναγωγή ενώσεων καρβονυλίου. Υδρογόνωση ακόρεστων υδρογονανθράκων. Σύνθεση Kolbe. Αεριοποίηση στερεών καυσίμων. Αντίδραση Wurtz. Σύνθεση Fischer-Tropsch.

8. Αλκάνιαέχουν χαμηλή χημική δράση. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι οι απλοί δεσμοί C-H και C-C είναι σχετικά ισχυροί και δύσκολο να σπάσουν.

Αντιδράσεις ριζικής υποκατάστασης.

Αλογόνωση αλκανίωνπροχωρά μέσω ενός ριζοσπαστικού μηχανισμού. Για να ξεκινήσει η αντίδραση, το μείγμα αλκανίου και αλογόνου πρέπει να ακτινοβοληθεί με υπεριώδες φως ή να θερμανθεί. Η χλωρίωση μεθανίου δεν σταματά στο στάδιο λήψης μεθυλοχλωριδίου (εάν ληφθούν ισομοριακές ποσότητες χλωρίου και μεθανίου), αλλά οδηγεί στον σχηματισμό όλων των πιθανών προϊόντων υποκατάστασης, από το μεθυλοχλωρίδιο έως τον τετραχλωράνθρακα.

Νίτρωση (αντίδραση Konovalov)

Τα αλκάνια αντιδρούν με διάλυμα νιτρικού οξέος 10% ή οξειδίου του αζώτου N2O4 στην αέρια φάση για να σχηματίσουν νιτροπαράγωγα:

RH + HNO3 = RNO2 + H2O

Όλα τα διαθέσιμα δεδομένα δείχνουν έναν μηχανισμό ελεύθερων ριζών. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης, σχηματίζονται μίγματα προϊόντων.

Αντιδράσεις οξείδωσης. Καύση

Η κύρια χημική ιδιότητα των κορεσμένων υδρογονανθράκων, που καθορίζει τη χρήση τους ως καύσιμο, είναι η αντίδραση καύσης. Παράδειγμα:CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

Σε περίπτωση έλλειψης οξυγόνου, παράγεται διοξείδιο του άνθρακα μονοξείδιο του άνθρακαή άνθρακα (ανάλογα με τη συγκέντρωση οξυγόνου).

Γενικά, η εξίσωση αντίδρασης καύσης για οποιονδήποτε υδρογονάνθρακα, CxHy, μπορεί να γραφτεί ως εξής: CxHy + (x + 0,5y)O2 → xCO2 + 0,5yH2O

Καταλυτική οξείδωση

Μπορούν να σχηματιστούν αλκοόλες, αλδεΰδες και καρβοξυλικά οξέα.

Θερμικοί μετασχηματισμοί αλκανίων. Αποσύνθεση

Οι αντιδράσεις αποσύνθεσης συμβαίνουν μόνο υπό την επίδραση υψηλών θερμοκρασιών. Η αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί σε ρήξη δεσμών άνθρακα και σχηματισμό ελεύθερων ριζών.

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

Ράγισμα

Όταν θερμαίνονται πάνω από 500 °C, τα αλκάνια υφίστανται πυρολυτική αποσύνθεση για να σχηματίσουν ένα σύνθετο μείγμα προϊόντων, η σύνθεση και η αναλογία του οποίου εξαρτώνται από τη θερμοκρασία και τον χρόνο αντίδρασης.

Αφυδρογόνωση

Σχηματισμός αλκενίου και εξέλιξη υδρογόνου

Συνθήκες ροής: 400 - 600 °C, καταλύτες - Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3;C2H6 → C2H4 + H2

Ισομερισμός -Υπό την επίδραση ενός καταλύτη (για παράδειγμα, AlCl3), λαμβάνει χώρα ισομερισμός αλκανίου, για παράδειγμα:

Το βουτάνιο (C4H10) που αλληλεπιδρά με το χλωριούχο αργίλιο (AlCl3) μετατρέπεται από n-βουτάνιο σε 2-μεθυλοπροπάνιο.

Μετατροπή μεθανίου

CH4 + H2O → CO + H2 - Καταλύτης Ni ("CO + H2" "σύνθεση")

Τα αλκάνια δεν αλληλεπιδρούν με το υπερμαγγανικό κάλιο (KMnO4) και το βρωμιούχο νερό (Br2).

9.Αλκένια(αλλιώς ολεφίνες ή υδρογονάνθρακες αιθυλενίου) είναι άκυκλοι ακόρεστοι υδρογονάνθρακες που περιέχουν έναν διπλό δεσμό μεταξύ ατόμων άνθρακα, σχηματίζοντας μια ομόλογη σειρά με τον γενικό τύπο CnH2n. Τα άτομα άνθρακα στον διπλό δεσμό βρίσκονται σε κατάσταση υβριδισμού sp2 και έχουν γωνία δεσμού 120°. Το απλούστερο αλκένιο είναι το αιθένιο (C2H4). Σύμφωνα με την ονοματολογία IUPAC, τα ονόματα των αλκενίων σχηματίζονται από τα ονόματα των αντίστοιχων αλκανίων αντικαθιστώντας το επίθημα «-ane» με «-ene». Η θέση του διπλού δεσμού υποδεικνύεται με έναν αραβικό αριθμό.

Τα αλκένια με περισσότερα από τρία άτομα άνθρακα έχουν ισομερή. Τα αλκένια χαρακτηρίζονται από ισομέρεια του ανθρακικού σκελετού, θέσεις διπλού δεσμού, διακλαδικές και χωρικές. αιθένιο (αιθυλένιο) C2H4, προπένιο C3H6, βουτένιο C4H8, πεντένιο C5H10, εξένιο C6H12,

Μέθοδοι για τη λήψη αλκενίων -Η κύρια βιομηχανική μέθοδος για την παραγωγή αλκενίων είναι η καταλυτική πυρόλυση και η πυρόλυση σε υψηλή θερμοκρασία υδρογονανθράκων πετρελαίου και φυσικού αερίου. Για την παραγωγή κατώτερων αλκενίων χρησιμοποιείται επίσης η αντίδραση αφυδάτωσης των αντίστοιχων αλκοολών.

Στην εργαστηριακή πρακτική, συνήθως χρησιμοποιείται η μέθοδος αφυδάτωσης των αλκοολών παρουσία ισχυρών ανόργανων οξέων, αφυδάτωσης και αφαλογόνωσης των αντίστοιχων παραγώγων αλογόνου. συνθέσεις των Hoffmann, Chugaev, Wittig και Cope.

10. Χημικές ιδιότητες αλκενίωνΤα αλκένια είναι χημικά ενεργά. Οι χημικές τους ιδιότητες καθορίζονται σε μεγάλο βαθμό από την παρουσία διπλού δεσμού. Οι πιο κοινές αντιδράσεις για τα αλκένια είναι οι αντιδράσεις ηλεκτρόφιλης προσθήκης και ριζικής προσθήκης. Οι πυρηνόφιλες αντιδράσεις προσθήκης απαιτούν συνήθως την παρουσία ενός ισχυρού πυρηνόφιλου και δεν είναι τυπικές για τα αλκένια.

Τα αλκένια χαρακτηρίζονται επίσης από αντιδράσεις κυκλοπροσθήκης και μετάθεσης.

Τα αλκένια υφίστανται εύκολα αντιδράσεις οξείδωσης, υδρογονώνονται με ισχυρούς αναγωγικούς παράγοντες ή υδρογόνο υπό τη δράση καταλυτών σε αλκάνια και είναι επίσης ικανά για υποκατάσταση αλλυλικών ριζών.

Ηλεκτρόφιλες αντιδράσεις προσθήκης.Σε αυτές τις αντιδράσεις, το επιτιθέμενο σωματίδιο είναι ηλεκτρόφιλο Κύριο άρθρο: Ηλεκτρόφιλες αντιδράσεις προσθήκης

Αλογόνωση αλκενίων, που λαμβάνει χώρα απουσία εκκινητών ριζικών αντιδράσεων - τυπική αντίδρασηηλεκτρόφιλη προσθήκη. Εκτελείται σε περιβάλλον μη πολικών αδρανών διαλυτών (για παράδειγμα: CCl4):

Η αντίδραση αλογόνωσης είναι στερεοειδική—η προσθήκη συμβαίνει σε αντίθετες πλευρές σε σχέση με το επίπεδο του μορίου του αλκενίου

Υδροαλογόνωση.Ηλεκτρόφιλη προσθήκη υδραλογονιδίων στα αλκένια συμβαίνει σύμφωνα με τον κανόνα του Markovnikov:

Υδροβορίωση.Η προσθήκη συμβαίνει σε πολλά στάδια με το σχηματισμό ενός ενδιάμεσου κυκλικού ενεργοποιημένου συμπλόκου και η προσθήκη βορίου συμβαίνει αντίθετα με τον κανόνα του Markovnikov - στο πιο υδρογονωμένο άτομο άνθρακα

Ενυδάτωση.Η προσθήκη νερού στα αλκένια γίνεται παρουσία θειικού οξέος

Αλκυλίωση.Προσθήκη αλκανίων σε αλκένια παρουσία όξινου καταλύτη (HF ή H2SO4) σε χαμηλές θερμοκρασίεςέχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό υδρογονάνθρακα με μεγαλύτερο μοριακό βάρος και χρησιμοποιείται συχνά στη βιομηχανία

11. Αλκίνια(αλλιώς υδρογονάνθρακες ακετυλενίου) είναι υδρογονάνθρακες που περιέχουν τριπλό δεσμό μεταξύ ατόμων άνθρακα, με τον γενικό τύπο CnH2n-2. Τα άτομα άνθρακα στον τριπλό δεσμό βρίσκονται σε κατάσταση sp-υβριδισμού.

Τα αλκίνια χαρακτηρίζονται από αντιδράσεις προσθήκης. Σε αντίθεση με τα αλκένια, τα οποία υφίστανται αντιδράσεις ηλεκτροφιλικής προσθήκης, τα αλκίνια μπορούν επίσης να υποστούν πυρηνόφιλες αντιδράσεις προσθήκης. Αυτό οφείλεται στον σημαντικό χαρακτήρα s του δεσμού και, κατά συνέπεια, στην αυξημένη ηλεκτραρνητικότητα του ατόμου άνθρακα. Επιπλέον, η υψηλή κινητικότητα του ατόμου υδρογόνου στον τριπλό δεσμό καθορίζει τις όξινες ιδιότητες των αλκυνίων στις αντιδράσεις υποκατάστασης.

Κύρια βιομηχανική μέθοδος λήψηςΤο ακετυλένιο είναι ηλεκτρο- ή θερμική πυρόλυση μεθανίου, πυρόλυση φυσικού αερίου και μέθοδος καρβιδίου

12. ΥΔΡΟΑΝΘΡΑΚΕΣ DIENE(διένια), ακόρεστοι υδρογονάνθρακες με δύο διπλούς δεσμούς. Αλίφατιχ. dienes СnН2n_2 κάλεσε αλκαδιένια, αλεικυκλικά СnН2n_4 - κυκλοαλκαδιένια. Το άρθρο εξετάζει τους υδρογονάνθρακες διενίου με συζευγμένους διπλούς δεσμούς [συζευγμένα διένια. βλέπε πίνακα]. Διένες με απομονωμένους διπλούς δεσμούς σύμφωνα με τη χημεία. Άγιος σε σένα κυρίως δεν διαφέρει από τις ολεφίνες. Σχετικά με τη σύνδεση με αθροιστικούς διπλούς δεσμούς, βλέπε Allens. Στους υδρογονάνθρακες διενίου, και τα τέσσερα άτομα άνθρακα του συζευγμένου συστήματος έχουν υβριδισμό sp2 και βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. Τέσσερα p-ηλεκτρόνια (ένα από κάθε άτομο άνθρακα) συνδυάζονται για να σχηματίσουν τέσσερα p-μοριακά τροχιακά (δύο δεσμούς - κατειλημμένα και δύο αντιδεσμικά - ελεύθερα), από τα οποία μόνο το χαμηλότερο αποεντοπίζεται σε όλα τα άτομα άνθρακα. Η μερική μετατόπιση των ηλεκτρονίων p προκαλεί το φαινόμενο σύζευξης, που εκδηλώνεται με μείωση της ενέργειας του συστήματος (κατά 13-17 kJ/mol σε σύγκριση με ένα σύστημα απομονωμένων διπλών δεσμών), εξίσωση των διατομικών αποστάσεων: οι διπλοί δεσμοί είναι ελαφρώς μεγαλύτεροι ( 0,135 nm), και οι απλοί δεσμοί είναι βραχύτεροι (0,146 nm) από ό,τι σε μόρια χωρίς σύζευξη (0,133 και 0,154 nm, αντίστοιχα), αυξημένη ικανότητα πόλωσης, έξαρση της μοριακής διάθλασης κ.λπ. φυσική. υπάρχοντα. Οι υδρογονάνθρακες διενίου υπάρχουν σε δύο διαμορφώσεις που μετασχηματίζονται μεταξύ τους, με τη μορφή s-trans να είναι πιο σταθερή

13. Αλκοόλείναι ενώσεις που περιέχουν μία ή περισσότερες υδροξυλομάδες. Σύμφωνα με τον αριθμό τους, οι αλκοόλες διακρίνονται σε μονοϋδρικές, διατομικές, τριατομικές κ.λπ. Μήκη δεσμού και γωνίες δεσμού στη μεθυλική αλκοόλη.

Για τις αλκοόλες, υπάρχουν διάφοροι τρόποι να τις ονομάσετε. Στη σύγχρονη ονοματολογία IUPAC, η κατάληξη "ol" προστίθεται στο όνομα του υδρογονάνθρακα για το όνομα της αλκοόλης. Η μακρύτερη αλυσίδα που περιέχει τη λειτουργική ομάδα ΟΗ αριθμείται από το άκρο στο οποίο βρίσκεται πλησιέστερα η ομάδα υδροξυλίου και οι υποκαταστάτες ορίζονται σε ένα πρόθεμα.

Παραλαβή. Ενυδάτωση αλκενίων.Όταν τα αλκένια αντιδρούν με αραιά υδατικά διαλύματα οξέων, το κύριο προϊόν είναι η αλκοόλη.

Υδροξυυδράρισμα-απουδατοποίηση αλκενίων. Αυτή η αντίδραση δεν συνοδεύεται από αναδιατάξεις και οδηγεί στον σχηματισμό μεμονωμένων αλκοολών. Η κατεύθυνση της αντίδρασης αντιστοιχεί στον κανόνα του Markovnikov· η αντίδραση πραγματοποιείται υπό ήπιες συνθήκες με αποδόσεις κοντά στις ποσοτικές.

Υδροβορίωση αλκενίων και επακόλουθη οξείδωσηβοράνια με διάλυμα υπεροξειδίου του υδρογόνου σε αλκαλικό μέσο οδηγεί τελικά στο προϊόν αντι-Markovnikov της προσθήκης νερού στον διπλό δεσμό.

Αναγωγή αλδεΰδων και κετονών με υδρίδιο λιθίου αργιλίου ή βοροϋδρίδιο νατρίου

Το LiAlH4 και το NaBH4 ανάγουν τις αλδεΰδες σε πρωτοταγείς αλκοόλες και τις κετόνες σε δευτεροταγείς, ενώ το βοροϋδρίδιο του νατρίου είναι προτιμότερο λόγω της μεγαλύτερης ασφάλειας χειρισμού του: μπορεί να χρησιμοποιηθεί ακόμη και σε υδατικές και διαλύματα αλκοόλης. Το υδρίδιο του αργιλίου λιθίου αντιδρά εκρηκτικά με νερό και αλκοόλη και αποσυντίθεται εκρηκτικά όταν θερμαίνεται πάνω από 120° σε ξηρή κατάσταση.

Αναγωγή εστέρων και καρβοξυλικών οξέων σε πρωτοταγείς αλκοόλες.Οι πρωτογενείς αλκοόλες σχηματίζονται με την αναγωγή εστέρων και καρβοξυλικών οξέων με υδρίδιο λιθίου αργιλίου σε αιθέρα ή THF. Η μέθοδος αναγωγής των εστέρων με υδρίδιο λιθίου αργιλίου είναι ιδιαίτερα βολική από προπαρασκευαστική άποψη. Πρέπει να σημειωθεί ότι το βοροϋδρίδιο του νατρίου δεν μειώνει τις εστερικές και καρβοξυλομάδες. Αυτό επιτρέπει την εκλεκτική αναγωγή της καρβονυλομάδας με NaBH4 παρουσία εστέρα και καρβοξυλομάδων. Οι αποδόσεις των προϊόντων ανάκτησης σπάνια είναι κάτω του 80%. Το βοροϋδρίδιο του λιθίου, σε αντίθεση με το NaBH4, ανάγει τους εστέρες σε πρωτοταγείς αλκοόλες.

14. Πολυϋδρικές αλκοόλες. Γλυκερίνη- μια χημική ένωση με τον τύπο HOCH2CH(OH)-CH2OH ή C3H5(OH)3. Ο απλούστερος εκπρόσωπος των τριυδρικών αλκοολών. Είναι ένα παχύρρευστο διαφανές υγρό. Σχηματίστηκε εύκολα από την υδρόλυση φυσικών (φυτικών ή ζωικών) λιπών και ελαίων (τριγλυκερίδια), λήφθηκε για πρώτη φορά από τον Karl Scheele το 1779 κατά τη σαπωνοποίηση των λιπών.

Φυσικές ιδιότητες. Γλυκερίνη- ένα άχρωμο, παχύρρευστο, υγροσκοπικό υγρό, απείρως διαλυτό στο νερό. Έχει γλυκιά γεύση, γι' αυτό και πήρε το όνομά του (γλυκός - γλυκός). Διαλύει καλά πολλές ουσίες.

Χημικές ιδιότητεςΗ γλυκερόλη είναι τυπική για τις πολυϋδρικές αλκοόλες.Η αλληλεπίδραση της γλυκερόλης με υδραλογονίδια ή αλογονίδια φωσφόρου οδηγεί στο σχηματισμό μονο- και διαλογονυδρινών.Η γλυκερόλη εστεροποιείται με καρβοξυλικά και ανόργανα οξέα για να σχηματιστούν οι αντίστοιχοι εστέρες. Ναι, με νιτρικό οξύΗ γλυκερίνη σχηματίζει τρινιτρική - νιτρογλυκερίνη (που ελήφθη το 1847 από τον Ascanio Sobrero), η οποία χρησιμοποιείται επί του παρόντος στην παραγωγή πυρίτιδας χωρίς καπνό.

Όταν αφυδατωθεί σχηματίζει ακρολεΐνη:

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

Αιθυλενογλυκόλη, HO—CH2—CH2—OH είναι ο απλούστερος εκπρόσωπος των πολυϋδρικών αλκοολών. Όταν καθαρίζεται, είναι ένα διαυγές, άχρωμο υγρό με ελαφρώς λιπαρή σύσταση. Είναι άοσμο και έχει γλυκιά γεύση. Τοξικός. Η κατάποση αιθυλενογλυκόλης ή των διαλυμάτων της μπορεί να οδηγήσει σε μη αναστρέψιμες αλλαγές στο σώμα και θάνατο.

Στη βιομηχανία, αιθυλενογλυκόλη που λαμβάνεται με ενυδάτωσηαιθυλενοξείδιο σε 10 atm και 190-200°C ή σε 1 atm και 50-100°C παρουσία 0,1-0,5% θειικού (ή φωσφορικού) οξέος, με απόδοση 90%. Τα παραπροϊόντα είναι η διαιθυλενογλυκόλη, η τριαιθυλενογλυκόλη και μια μικρή ποσότητα ομόλογων ανώτερων πολυμερών της αιθυλενογλυκόλης.

15. Αλδεΰδες- αλκοόλ χωρίς υδρογόνο. οργανικές ενώσεις που περιέχουν καρβονυλομάδα (C=O) με έναν υποκαταστάτη.

Οι αλδεΰδες και οι κετόνες μοιάζουν πολύ, η διαφορά είναι ότι οι τελευταίες έχουν δύο υποκαταστάτες στην καρβονυλική ομάδα. Η πόλωση του διπλού δεσμού άνθρακα-οξυγόνου σύμφωνα με την αρχή της μεσομερικής σύζευξης μας επιτρέπει να γράψουμε τις ακόλουθες δομές συντονισμού:

Αυτός ο διαχωρισμός φορτίου επιβεβαιώνεται με μεθόδους φυσικής έρευνας και καθορίζει σε μεγάλο βαθμό την αντιδραστικότητα των αλδεΰδων ως έντονων ηλεκτρόφιλων. Γενικά, οι χημικές ιδιότητες των αλδεΰδων είναι παρόμοιες με τις κετόνες, ωστόσο, οι αλδεΰδες παρουσιάζουν μεγαλύτερη δραστηριότητα, η οποία σχετίζεται με μεγαλύτερη πόλωση δεσμού. Επιπλέον, οι αλδεΰδες χαρακτηρίζονται από αντιδράσεις που δεν είναι χαρακτηριστικές των κετονών, για παράδειγμα, ενυδάτωση σε υδατικό διάλυμα: στη μεθανάλη, λόγω ακόμη μεγαλύτερης πόλωσης, ο δεσμός είναι πλήρης και σε άλλες αλδεΰδες είναι μερικός:

RC(O)H → RC(OH)2H, όπου R είναι Η, οποιαδήποτε ρίζα αλκυλίου ή αρυλίου.

Οι απλούστερες αλδεΰδες έχουν μια έντονη, χαρακτηριστική οσμή (για παράδειγμα, η βενζαλδεΰδη έχει οσμή αμυγδάλου).

Υπό την επίδραση της υδροξυλαμίνης μετατρέπονται σε οξίμες: CH3CHO + NH2OH = CH3C(=NOH)H + H2O

Φορμαλδεΰδη (από το λατινικό formica - μυρμήγκι), φορμική αλδεΰδη, CH2O,το πρώτο μέλος της ομόλογης σειράς αλειφατικών αλδεΰδων. άχρωμο αέριο με έντονη οσμή, εξαιρετικά διαλυτό σε νερό και αλκοόλ, σημείο βρασμού - 19 °C. Στη βιομηχανία, ο φώσφορος παράγεται από την οξείδωση μεθυλικής αλκοόλης ή μεθανίου με ατμοσφαιρικό οξυγόνο. Το F. πολυμερίζεται εύκολα (ειδικά σε θερμοκρασίες έως 100 ° C), επομένως αποθηκεύεται, μεταφέρεται και χρησιμοποιείται κυρίως με τη μορφή φορμαλδεΰδης και στερεών πολυμερών χαμηλού μοριακού βάρους - τριοξάνη (βλ. Τριοξυμεθυλένιο) και παραμορφικό (βλ. Παραφορμαλδεΰδη).

Το F. είναι πολύ αντιδραστικό. Πολλές από τις αντιδράσεις του βασίζονται σε βιομηχανικές μεθόδους για την απόκτηση ορισμένων σημαντικών προϊόντων. Έτσι, όταν αλληλεπιδρά με την αμμωνία, το F. σχηματίζει ουροτροπίνη (βλ. Εξαμεθυλενοτετραμίνη), με ρητίνες ουρίας - ουρίας-φορμαλδεΰδης, με ρητίνες μελαμίνης - μελαμίνης-φορμαλδεΰδης, με φαινόλες - ρητίνες φαινόλης-φορμαλδεΰδης (βλ. Φαινόλη-φορμαλδεΰδη), π. και ναφθαλινο σουλφονικά οξέα - μαυριστικοί παράγοντες, με κετένιο - β-προπιολακτόνη. Το F. χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή πολυβινυλοφορμάλης (βλ. Πολυβινυλοακετάλες), ισοπρενίου, πενταερυθριτόλης, φαρμακευτικών ουσιών, βαφών, για τη βυρσοδεψία δέρματος και ως απολυμαντικό και αποσμητικό. Με πολυμερισμό πολυφορμαλδεΰδης, λαμβάνεται πολυφορμαλδεΰδη. Το F. είναι τοξικό. Η μέγιστη επιτρεπόμενη συγκέντρωση στον αέρα είναι 0,001 mg/l.

Ακεταλδεΰδη, ακεταλδεΰδη, CH3CHO, μια οργανική ένωση, άχρωμο υγρό με πικάντικη οσμή. σημείο βρασμού 20,8°C. Σημείο τήξης - 124 ° C, πυκνότητα 783 kg / m3 ", αναμίξιμο από κάθε άποψη με νερό, αλκοόλη, αιθέρα. Το Α. έχει όλες τις τυπικές ιδιότητες των αλδεΰδων. Παρουσία ανόργανων οξέων, πολυμερίζεται σε υγρή τριμερή παραλδεΰδη (CH3CHO )3 και κρυσταλλική τετραμερική μεταλλδεΰδη (CH3CHO) 4. Όταν και τα δύο πολυμερή θερμαίνονται παρουσία θειικού οξέος, απελευθερώνεται το Α.

Ένα από τα κύρια γνωστά από παλιά τρόπους για να αποκτήσετεΑ. συνίσταται στην προσθήκη νερού σε ακετυλένιο παρουσία αλάτων υδραργύρου σε θερμοκρασία περίπου 95°C

16. Κετόνες- πρόκειται για οργανικές ουσίες στα μόρια των οποίων η καρβονυλική ομάδα συνδέεται με δύο ρίζες υδρογονάνθρακα.

Ο γενικός τύπος των κετονών είναι R1-CO-R2. Μεταξύ άλλων καρβονυλικών ενώσεων, η παρουσία στις κετόνες ακριβώς δύο ατόμων άνθρακα που συνδέονται άμεσα με την καρβονυλική ομάδα τις διακρίνει από τα καρβοξυλικά οξέα και τα παράγωγά τους, καθώς και από τις αλδεΰδες.

Φυσικές ιδιότητες.Οι κετόνες είναι πτητικά υγρά ή εύτηκτα στερεά που αναμιγνύονται καλά με το νερό. Η αδυναμία σχηματισμού διαμοριακών δεσμών υδρογόνου προκαλεί την πτητότητά τους να είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από αυτή των αλκοολών και των καρβοξυλικών οξέων με το ίδιο μοριακό βάρος.

Μέθοδοι σύνθεσης. Οξείδωση δευτεροταγών αλκοολών.

Από τριτογενείς υπεροξοαιθέρες της αναδιάταξης Krige.

Οι κυκλοκετόνες μπορούν να παρασκευαστούν με την κυκλοποίηση του Ružička.

Οι αρωματικές κετόνες μπορούν να παρασκευαστούν με την αντίδραση Friedel-Crafts

Χημικές ιδιότητες.Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι κετονικών αντιδράσεων.

Η πρώτη σχετίζεται με μια πυρηνόφιλη επίθεση στο άτομο άνθρακα της καρβονυλικής ομάδας. Για παράδειγμα, η αλληλεπίδραση κετονών με κυανιούχο ανιόν ή οργανομεταλλικές ενώσεις. Ο ίδιος τύπος (πυρηνόφιλη προσθήκη) περιλαμβάνει την αλληλεπίδραση μιας καρβονυλικής ομάδας με αλκοόλες, που οδηγεί σε ακετάλες και ημιακετάλες.

Αλληλεπίδραση με αλκοόλες:

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

με αντιδραστήρια Grignard:

C2H5—C(O)—C2H5 + C2H5MgI → (C2H5)3OMgI → (C2H5)3OH, τριτοταγής αλκοόλη. Οι αντιδράσεις με τις αλδεΰδες, και ιδιαίτερα με τη μεθανάλη, είναι αισθητά πιο ενεργές, με τις δευτεροταγείς αλκοόλες να σχηματίζονται με τις αλδεΰδες και τις πρωτοταγείς αλκοόλες με τη μεθανάλη.

Οι κετόνες αντιδρούν επίσης με αζωτούχες βάσεις, για παράδειγμα, με αμμωνία και πρωτοταγείς αμίνες για να σχηματίσουν ιμίνες:

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

Ο δεύτερος τύπος αντίδρασης είναι η αποπρωτονίωση του ατόμου βήτα άνθρακα σε σχέση με την ομάδα καρβονυλίου. Το προκύπτον καρβανιόν σταθεροποιείται λόγω της σύζευξης με την καρβονυλική ομάδα, η ευκολία απομάκρυνσης πρωτονίων αυξάνεται, επομένως οι καρβονυλικές ενώσεις είναι σχετικά ισχυρά οξέα CH.

Το τρίτο είναι ο συντονισμός των ηλεκτροφίλων στο μοναδικό ζεύγος του ατόμου οξυγόνου, για παράδειγμα, οξέα Lewis όπως το AlCl3

Ένας ξεχωριστός τύπος αντίδρασης περιλαμβάνει τη μείωση των κετονών - Αναγωγή Leuckart με αποδόσεις κοντά στις ποσοτικές.

17.συγκρίνετε τις ερωτήσεις 15 και 16.

18. Μονοβασικά κορεσμένα καρβοξυλικά οξέα(μονοβασικά κορεσμένα καρβοξυλικά οξέα) - καρβοξυλικά οξέα στα οποία μια ρίζα κορεσμένου υδρογονάνθρακα συνδέεται με μια καρβοξυλική ομάδα -COOH. Όλα έχουν τον γενικό τύπο СnH2n+1COOH, όπου n = 0, 1, 2, ...

Ονοματολογία.Οι συστηματικές ονομασίες των μονοβασικών κορεσμένων καρβοξυλικών οξέων δίνονται με το όνομα του αντίστοιχου αλκανίου με την προσθήκη του επιθέματος -ova και της λέξης οξύ.

Η σκελετική ισομέρεια στη ρίζα υδρογονάνθρακα εκδηλώνεται, ξεκινώντας από το βουτανοϊκό οξύ, το οποίο έχει δύο ισομερή:

CH3-CH2-CH2-COOH n-βουτανοϊκό οξύ; CH3-CH(CH3)-COOH 2-μεθυλοπροπανοϊκό οξύ.

Η ενδοταξική ισομέρεια εμφανίζεται ξεκινώντας με οξικό οξύ:

CH3-COOH οξικό οξύ; Μυρμηκικός μεθυλεστέρας H-COO-CH3 (μεθυλεστέρας μυρμηκικού οξέος). HO-CH2-COH υδροξυαιθανάλη (υδροξυοξική αλδεΰδη); HO-CHO-CH2 υδροξυαιθυλενοξείδιο.

19. Εστέρες- οργανικές ενώσεις, παράγωγα καρβοξυλικών ή ανόργανων οξέων, στα οποία η υδροξυλική ομάδα -ΟΗ της όξινης συνάρτησης αντικαθίσταται από ένα υπόλειμμα αλκοόλης. Διαφέρουν από τους αιθέρες, στους οποίους δύο ρίζες υδρογονάνθρακα συνδέονται με ένα άτομο οξυγόνου (R1-O-R2).

Λίπη ή τριγλυκερίδια- φυσικές οργανικές ενώσεις, πλήρεις εστέρες γλυκερίνης και μονοβασικές λιπαρά οξέα; ανήκουν στην κατηγορία των λιπιδίων. Μαζί με τους υδατάνθρακες και τις πρωτεΐνες, τα λίπη είναι ένα από τα κύρια συστατικά των κυττάρων των ζώων, των φυτών και των μικροοργανισμών. Τα υγρά λίπη φυτικής προέλευσης ονομάζονται συνήθως λάδια, όπως και το βούτυρο.

Ανθρακικά οξέα- μια κατηγορία οργανικών ενώσεων των οποίων τα μόρια περιέχουν μία ή περισσότερες λειτουργικές ομάδες καρβοξυλίου -COOH. Οι όξινες ιδιότητες εξηγούνται από το γεγονός ότι αυτή η ομάδα μπορεί να αφαιρέσει ένα πρωτόνιο σχετικά εύκολα. Με σπάνιες εξαιρέσεις, τα καρβοξυλικά οξέα είναι αδύναμα. Για παράδειγμα, το οξικό οξύ CH3COOH έχει σταθερά οξύτητας 1,75·10−5. Τα δι- και τρικαρβοξυλικά οξέα είναι ισχυρότερα από τα μονοκαρβοξυλικά οξέα.

Το λίπος είναι καλός μονωτής της θερμότητας, επομένως σε πολλά θερμόαιμα ζώα εναποτίθεται στον υποδόριο λιπώδη ιστό, μειώνοντας την απώλεια θερμότητας. Ένα ιδιαίτερα παχύ στρώμα υποδόριου λίπους είναι χαρακτηριστικό για τα υδρόβια θηλαστικά (φάλαινες, θαλάσσιους ίππους κ.λπ.). Ταυτόχρονα, σε ζώα που ζουν σε θερμά κλίματα (καμήλες, ζέρμποες), εναποτίθενται αποθέματα λίπους για

Δομική λειτουργία

Τα φωσφολιπίδια αποτελούν τη βάση της διπλής στιβάδας των κυτταρικών μεμβρανών, τη χοληστερόλη - ρυθμιστές της ρευστότητας της μεμβράνης. Στα αρχαία, οι μεμβράνες περιέχουν παράγωγα ισοπρενοειδών υδρογονανθράκων. Τα κεριά σχηματίζουν μια επιδερμίδα στην επιφάνεια των υπέργειων οργάνων (φύλλα και νεαροί βλαστοί) των φυτών. Παράγονται επίσης από πολλά έντομα (για παράδειγμα, οι μέλισσες φτιάχνουν κηρήθρες από αυτές και τα λέπια έντομα και τα λέπια έντομα σχηματίζουν προστατευτικά καλύμματα).

Ρυθμιστική

Βιταμίνες - λιπίδια (A, D, E)

Ορμονικά (στεροειδή, εικοσανοειδή, προσταγλανδίνες κ.λπ.)

Συμπαράγοντες (δολιχόλη)

Μόρια σηματοδότησης (διγλυκερίδια, ιασμονικό οξύ, καταρράκτης MP3)

Προστατευτικό (απορροφητικό κραδασμών)

Ένα παχύ στρώμα λίπους προστατεύει εσωτερικά όργαναπολλά ζώα από ζημιές λόγω πρόσκρουσης (για παράδειγμα, θαλάσσια λιοντάρια βάρους έως και έναν τόνο μπορούν να πηδήξουν σε μια βραχώδη ακτή από γκρεμούς ύψους 4-5 μέτρων).

20-21-22. Μονοβασικά ακόρεστα οξέα- παράγωγα ακόρεστων υδρογονανθράκων στα οποία ένα άτομο υδρογόνου αντικαθίσταται από μια καρβοξυλική ομάδα.

Ονοματολογία, ισομέρεια.Στην ομάδα των ακόρεστων οξέων, οι εμπειρικές ονομασίες που χρησιμοποιούνται συχνότερα είναι: CH2=CH-COOH - ακρυλικό (προπενοϊκό) οξύ, CH2=C(CH3)-COOH - μεθακρυλικό (2-μεθυλοπροπενοϊκό) οξύ. Ο ισομερισμός στην ομάδα των ακόρεστων μονοβασικών οξέων σχετίζεται με:

α) ισομέρεια του ανθρακικού σκελετού. β) τη θέση του διπλού δεσμού. γ) ισομέρεια cis-trans.

Μέθοδοι απόκτησης.1. Αφυδροαλογόνωση αλογονωμένων οξέων:

CH3-CH2-CHCl-COOH ---KOH(συμπ.)---> CH3-CH=CH-COOH

2. Αφυδάτωση υδροξυοξέων: HO-CH2-CH2-COOH -> CH2=CH-COOH

Φυσικές ιδιότητες. Τα κατώτερα ακόρεστα οξέα είναι υδατοδιαλυτά υγρά με έντονη έντονη οσμή. υψηλότερο - στερεές, αδιάλυτες στο νερό, άοσμες ουσίες.

Χημικές ιδιότητεςΤα ακόρεστα καρβοξυλικά οξέα οφείλονται τόσο στις ιδιότητες της καρβοξυλικής ομάδας όσο και στις ιδιότητες του διπλού δεσμού. Συγκεκριμένες ιδιότητεςέχουν οξέα με διπλό δεσμό κοντά στην καρβοξυλική ομάδα - άλφα, βήτα-ακόρεστα οξέα. Σε αυτά τα οξέα, η προσθήκη υδραλογονιδίων και η ενυδάτωση έρχονται σε αντίθεση με τον κανόνα του Markovnikov: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH

Με προσεκτική οξείδωση σχηματίζονται διυδροξυοξέα: CH2 = CH-COOH + [O] + H20 -> HO-CH2-CH(OH)-COOH

Κατά τη διάρκεια της έντονης οξείδωσης, ο διπλός δεσμός σπάει και σχηματίζεται ένα μείγμα διαφορετικά προϊόντα, από το οποίο μπορεί να προσδιοριστεί η θέση του διπλού δεσμού. Το ελαϊκό οξύ C17H33COOH είναι ένα από τα πιο σημαντικά ανώτερα ακόρεστα οξέα. Είναι ένα άχρωμο υγρό που σκληραίνει όταν κρυώσει. Ο συντακτικός τύπος του: CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH.

23. Διβασικά κορεσμένα καρβοξυλικά οξέα(διβασικά κορεσμένα καρβοξυλικά οξέα) - καρβοξυλικά οξέα στα οποία μια ρίζα κορεσμένου υδρογονάνθρακα συνδέεται με δύο καρβοξυλικές ομάδες -COOH. Όλα έχουν τον γενικό τύπο HOOC(CH2)nCOOH, όπου n = 0, 1, 2, ...

Ονοματολογία. Οι συστηματικές ονομασίες των διβασικών κορεσμένων καρβοξυλικών οξέων δίνονται με το όνομα του αντίστοιχου αλκανίου με την προσθήκη του επιθέματος -διοϊκό και της λέξης οξύ.

Η σκελετική ισομέρεια στη ρίζα υδρογονάνθρακα εμφανίζεται ξεκινώντας με το βουτανοδιοϊκό οξύ, το οποίο έχει δύο ισομερή:

HOOC-CH2-CH2-COOH η-βουτανοδιοϊκό οξύ (αιθανο-1,2-δικαρβοξυλικό οξύ);

CH3-CH(COOH)-COOH αιθανο-1,1-δικαρβοξυλικό οξύ.

24-25. ΟΞΥ ΟΞΕΑ (υδροξυκαρβοξυλικά οξέα), έχουν στο μόριο, μαζί με την καρβοξυλική ομάδα - COOH, μια ομάδα υδροξυλίου - ΟΗ, για παράδειγμα. HOCH2COOH (γλυκολικό οξύ). Περιέχεται σε φυτικούς και ζωικούς οργανισμούς (γαλακτικό, κιτρικό, τρυγικό και άλλα οξέα).

Κατανομή στη φύση

Τα υδροξυοξέα είναι πολύ διαδεδομένα. Έτσι, το τρυγικό, το κιτρικό, το μηλικό, το γαλακτικό και άλλα οξέα ταξινομούνται ως υδροξυοξέα και το όνομά τους αντικατοπτρίζει την κύρια φυσική πηγή στην οποία βρέθηκε η ουσία.

Μέθοδοι σύνθεσης

Η αντίδραση Reformatsky είναι μια μέθοδος για τη σύνθεση εστέρων β-υδροξυκαρβοξυλικού οξέος.

«Οξέα φρούτων». Πολλά υδροξυοξέα χρησιμοποιούνται στα καλλυντικά ως κερατολυτικά. Ωστόσο, οι έμποροι άλλαξαν λίγο το όνομα - για να τα κάνουν πιο ελκυστικά στην κοσμετολογία, ονομάζονται συχνά "οξέα φρούτων".

26-27. ΟΞΥ ΟΞΕΑ (οξέα αλκοόλης), ενώσεις διπλής λειτουργίας, τόσο αλκοόλες όσο και οξέα, που περιέχουν τόσο ένα υδατικό υπόλειμμα όσο και μια ομάδα καρβοξυλίου. Ανάλογα με τη θέση του ΟΗ σε σχέση με το COOH (το ένα δίπλα στο άλλο, σε ένα, δύο, τρία σημεία), διακρίνονται τα α-, /?-, y-, β-υδροξυοξέα. Για τη λήψη οξυγόνου, υπάρχουν πολλές μέθοδοι, οι σημαντικότερες από τις οποίες είναι η προσεκτική οξείδωση των γλυκολών: CH3.CH(OH).CH2.OH + 02 = CH3. CH(OH).COOH; σαπωνοποίηση οξυνιτριλίων CH3.CH(OH).CN -* CH3.CH(OH).COOH; ανταλλαγή αλογόνου σε οξέα αλογονιδίου για ΟΗ: CH2C1.COOH + KOH = CH2(OH).COOH + + KS1, επίδραση HN02 στα αμινοξέα: CH2(NH2). COOH + HN02 = CH2(OH) + N2 + + H20. Στο σώμα του ζώου, τα υδροξυοξέα σχηματίζονται κατά την απαμίνωση (βλ.) αμινοξέων, κατά την οξείδωση των λιπαρών οξέων (βλ. Σώματα ακετόνης, Μεταβολισμός-πρωτεΐνη), κατά τη γλυκόλυση (βλ.), τη ζύμωση (βλ.) και άλλες χημικές ουσίες. διαδικασίες. Τα υδροξυοξέα είναι παχύρρευστα υγρά ή κρυσταλλικά. ουσίες. Στη χημ. σε σχέση με την Ο. αντιδρούν και σαν αλκοόλες και σαν ναρκωτικά: δίνουν π.χ. και αιθέρες και εστέρες. υπό την επίδραση των ενώσεων αλογόνου του φωσφόρου, και τα δύο ΟΗ αντικαθίστανται από ένα αλογόνο. Τα υδροαλικά οξέα αντιδρούν μόνο με αλκοόλη ΟΗ.—Ειδικές αντιδράσεις χαρακτηρίζουν τα α-, i)-, y- και β-υδροξυοξέα: α-υδροξυοξέα, χάνουν νερό από δύο μόρια, δίνουν κυκλικούς εστέρες, λακτίδια: 2CH2(OH).COOH = 2Η20 + CH2.O.CO (γλυκολίδιο); σ.о.сн2 /З-О., απελευθερώνοντας νερό, σχηματίζουν ακόρεστες ενώσεις: CH2(OH).CH2.COOH-H20 = CH2:CH. .COOH; Τα γ- και d-υδροξυοξέα σχηματίζουν ανυδρίτες - λακτόνες: CH3.CH(OH).CH2.CH2.COOH= =H2O+CH3.CH.CH2.CH2.CO. Οι Ο. είναι ευρέως διαδεδομένοι σε ζωικούς και φυτικούς οργανισμούς. Εκπρόσωποι του αλειφατικού α-Ο. είναι γλυκολικό οξύ, CH2OH.COOH (υδροξυοξικό οξύ), γαλακτικό οξύ. από /β-υδροξυοξέα - υδρακρυλικό, CH2OH.CH2COOH, /9-υδροξυ-βουτυρικό οξύ. U-O. είναι άγνωστα σε ελεύθερη μορφή, αφού χάνουν νερό και γίνονται λακτόνες. Μεταξύ του διβασικού Ο., το μηλικό οξύ (υδροξυάμβρος) είναι σημαντικό. COOH.CHON.CH2.COOH, ευρέως διαδεδομένο στα φυτά. έχει αριστερή περιστροφή σε ασθενείς λύσεις, δεξιά περιστροφή σε ισχυρές. τα συνθετικά είναι ανενεργά. Στα διβασικά τετραατομικά οξέα περιλαμβάνονται τα τρυγικά οξέα (διοξυηλεκτρικά οξέα). Του άλλου Ο.—λεμόνι, HO.CO.CH2. .(SON)(COOH).CH2.COOH, πολύ συχνό σε χλωρίδα(στα σταφύλια, λεμόνια) και βρίσκονται σε ζώα (στο γάλα). με τη μορφή κιτρικού σιδήρου χρησιμοποιείται στην ιατρική. Μεταξύ των αρωματικών οξέων (φαινολικά οξέα), το σαλικυλικό οξύ, το γαλλικό οξύ και τα παράγωγά τους είναι σημαντικά στην ιατρική. φαινυλεστέρας σαλικυλικού οξέος (σαλόλη), σουλφοσαλικυλικό οξύ, C6H3.OH.S03H.COOH (αντιδραστήριο πρωτεΐνης), ακετυλοσαλικυλικό οξύ (ασπιρίνη). Στα φυτά υπάρχουν πολλά διαφορετικά Ο. της αρωματικής σειράς, παράγωγα των οποίων περιλαμβάνουν, μεταξύ άλλων, τανίνες, που είναι τεχνικής σημασίας. Περί βιολ. η σημασία των επιμέρους Ο. και οι μέθοδοι ποσοτικού προσδιορισμού τους — βλ. Σώματα ακετόνης, βρω-γλυκόλυση, απαμίνωση, αίμα, γαλακτικό οξύ, ούρα, μυς, βήτα(^)-υδροξυβουτυρικό οξύ.

28-29. σε ένα μόριο αμμωνίας, αντικαταστήστε διαδοχικά τα άτομα υδρογόνου με ρίζες υδρογονάνθρακα, παίρνετε ενώσεις που ανήκουν στην κατηγορία των αμινών. Συνεπώς, οι αμίνες είναι πρωτοταγείς (RNH2), δευτεροταγείς (R2NH), τριτοταγείς (R3N). Η ομάδα -NH2 ονομάζεται αμινομάδα.

Υπάρχουν αλειφατικές, αρωματικές, αλεικυκλικές και ετεροκυκλικές αμίνες ανάλογα με το ποιες ρίζες συνδέονται με το άτομο αζώτου.

Τα ονόματα των αμινών κατασκευάζονται προσθέτοντας το πρόθεμα αμινο- στο όνομα του αντίστοιχου υδρογονάνθρακα (πρωτοταγείς αμίνες) ή το τέλος -αμίνη στα αναφερόμενα ονόματα των ριζών που σχετίζονται με το άτομο αζώτου (για οποιεσδήποτε αμίνες).

Μέθοδοι λήψης: 1. Η αντίδραση του Χόφμαν.Μία από τις πρώτες μεθόδους για την παραγωγή πρωτοταγών αμινών ήταν η αλκυλίωση της αμμωνίας με αλκυλαλογονίδια . 2. Η αντίδραση του Ζινίν- ένας βολικός τρόπος για να αποκτήσετε αρωματικές αμίνες με τη μείωση των αρωματικών νίτρο ενώσεων. Ως αναγωγικοί παράγοντες χρησιμοποιούνται τα ακόλουθα: Η2 (σε καταλύτη). Μερικές φορές το υδρογόνο παράγεται απευθείας τη στιγμή της αντίδρασης, για το οποίο τα μέταλλα (ψευδάργυρος, σίδηρος) υποβάλλονται σε επεξεργασία με αραιό οξύ.

Φυσικές ιδιότητες των αμινών.Η παρουσία ενός μοναχικού ζεύγους ηλεκτρονίων στο άτομο αζώτου προκαλεί περισσότερα υψηλές θερμοκρασίεςσημείο βρασμού από τα αντίστοιχα αλκάνια. Οι αμίνες έχουν μια δυσάρεστη, πικάντικη οσμή. Σε θερμοκρασία δωματίου και ατμοσφαιρική πίεσηΟι πρώτοι εκπρόσωποι ενός αριθμού πρωτοταγών αμινών είναι αέρια που διαλύονται καλά στο νερό. Καθώς η ρίζα άνθρακα αυξάνεται, το σημείο βρασμού αυξάνεται και η διαλυτότητα στο νερό μειώνεται.

Χημικές ιδιότητες των αμινών. Βασικές ιδιότητες των αμινών

Οι αμίνες είναι βάσεις επειδή το άτομο αζώτου μπορεί να παρέχει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων για να σχηματίσει δεσμούς με είδη που λιμοκτονούν από ηλεκτρόνια μέσω ενός μηχανισμού δότη-δέκτη (ανταποκρίνεται στον ορισμό της βασικότητας Lewis). Επομένως, οι αμίνες, όπως και η αμμωνία, είναι σε θέση να αλληλεπιδράσουν με οξέα και νερό, προσθέτοντας ένα πρωτόνιο για να σχηματίσουν τα αντίστοιχα άλατα αμμωνίου.

Τα άλατα αμμωνίου είναι πολύ διαλυτά στο νερό, αλλά ελάχιστα διαλυτά σε οργανικούς διαλύτες. Τα υδατικά διαλύματα αμινών έχουν αλκαλική αντίδραση.

Οι βασικές ιδιότητες των αμινών εξαρτώνται από τη φύση των υποκαταστατών. Ειδικότερα, οι αρωματικές αμίνες είναι πιο αδύναμες βάσεις από τις αλειφατικές, γιατί το ελεύθερο ζεύγος ηλεκτρονίων του αζώτου μπαίνει σε σύζευξη με το σύστημα  του αρωματικού πυρήνα, το οποίο μειώνει την πυκνότητα ηλεκτρονίων στο άτομο αζώτου (φαινόμενο -M). Αντίθετα, η αλκυλομάδα είναι καλός δότης πυκνότητας ηλεκτρονίων (+I-effect).

Οξείδωση αμινών. Η καύση των αμινών συνοδεύεται από σχηματισμό διοξειδίου του άνθρακα, αζώτου και νερού: 4CH3NH2+9O2=4СO2+2N2+10Н2О

Οι αρωματικές αμίνες οξειδώνονται αυθόρμητα στον αέρα. Έτσι, η ανιλίνη γίνεται γρήγορα καφέ στον αέρα λόγω της οξείδωσης.

Προσθήκη αλκυλαλογονιδίων Οι αμίνες προσθέτουν αλογονοαλκάνια για να σχηματίσουν ένα άλας

Αλληλεπίδραση αμινών με νιτρώδες οξύ Η αντίδραση διαζώτισης πρωτοταγών αρωματικών αμινών υπό την επίδραση του νιτρώδους οξέος, που λαμβάνεται επί τόπου με την αντίδραση νιτρώδους νατρίου με υδροχλωρικό οξύ, έχει μεγάλη σημασία.

Οι πρωτογενείς αλειφατικές αμίνες αντιδρούν με το νιτρώδες οξύ για να σχηματίσουν αλκοόλες και οι δευτεροταγείς αλειφατικές και αρωματικές αμίνες δίνουν παράγωγα Ν-νιτροζο: R-NH2 + NaNO2+HCl=R-OH+N2+NaCl+H2O. NH+NaNO2+HCl=R2N-N=O+NaCl+H2O

Στις αρωματικές αμίνες, η αμινομάδα διευκολύνει την υποκατάσταση στις θέσεις ορθο και παρα του δακτυλίου βενζολίου. Επομένως, η αλογόνωση ανιλίνης λαμβάνει χώρα γρήγορα και απουσία καταλυτών, και τρία άτομα υδρογόνου του δακτυλίου βενζολίου αντικαθίστανται ταυτόχρονα και ένα λευκό ίζημα 2,4,6-τριβρωμοανιλίνης κατακρημνίζεται:

Αυτή η αντίδραση με βρωμιούχο νερό χρησιμοποιείται ως ποιοτική αντίδραση για την ανιλίνη.

Εφαρμογή

Οι αμίνες χρησιμοποιούνται στη φαρμακευτική βιομηχανία και οργανική σύνθεση(CH3NH2, (CH3)2NH, (C2H5)2NH, κ.λπ.); στην παραγωγή νάιλον (NH2-(CH2)6-NH2 - εξαμεθυλενοδιαμίνη). ως πρώτη ύλη για την παραγωγή βαφών και πλαστικών (ανιλίνη).

30. Αμινοξέα (αμινοκαρβοξυλικά οξέα)- οργανικές ενώσεις, το μόριο των οποίων περιέχει ταυτόχρονα ομάδες καρβοξυλίου και αμίνης. Τα αμινοξέα μπορούν να θεωρηθούν ως παράγωγα καρβοξυλικών οξέων στα οποία ένα ή περισσότερα άτομα υδρογόνου αντικαθίστανται από ομάδες αμίνης.

Γενικές χημικές ιδιότητες. 1. Τα αμινοξέα μπορούν να παρουσιάζουν τόσο όξινες ιδιότητες λόγω της παρουσίας της καρβοξυλικής ομάδας -COOH στα μόριά τους όσο και βασικές ιδιότητες λόγω της αμινομάδας -NH2. Εξαιτίας αυτού, τα διαλύματα αμινοξέων στο νερό έχουν τις ιδιότητες των ρυθμιστικών διαλυμάτων.

Ένα αμφιτεριόν είναι ένα μόριο αμινοξέος στο οποίο η αμινομάδα αντιπροσωπεύεται ως -NH3+ και η καρβοξυ ομάδα αναπαρίσταται ως -COO-. Ένα τέτοιο μόριο έχει σημαντική διπολική ροπή με μηδενικό καθαρό φορτίο. Από τέτοια μόρια δημιουργούνται οι κρύσταλλοι των περισσότερων αμινοξέων.

Ορισμένα αμινοξέα έχουν πολλαπλές αμινομάδες και καρβοξυλομάδες. Για αυτά τα αμινοξέα είναι δύσκολο να μιλήσουμε για κάποιο συγκεκριμένο αμφιτεριόν.

2. Σημαντικό χαρακτηριστικόαμινοξέα είναι η ικανότητά τους να πολυσυμπυκνώνονται, οδηγώντας στο σχηματισμό πολυαμιδίων, συμπεριλαμβανομένων των πεπτιδίων, των πρωτεϊνών και του νάιλον-66.

3. Το ισοηλεκτρικό σημείο ενός αμινοξέος είναι η τιμή pH στην οποία η μέγιστη αναλογία μορίων αμινοξέων έχει μηδενικό φορτίο. Σε αυτό το pH, το αμινοξύ είναι λιγότερο ευκίνητο στο ηλεκτρικό πεδίο και αυτή η ιδιότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον διαχωρισμό των αμινοξέων, καθώς και των πρωτεϊνών και των πεπτιδίων.

4. Τα αμινοξέα μπορούν συνήθως να υποστούν όλες τις αντιδράσεις που χαρακτηρίζουν τα καρβοξυλικά οξέα και τις αμίνες.

Οπτικός ισομερισμός. Όλα τα α-αμινοξέα που βρίσκονται σε ζωντανούς οργανισμούς, εκτός από τη γλυκίνη, περιέχουν ένα ασύμμετρο άτομο άνθρακα (η θρεονίνη και η ισολευκίνη περιέχουν δύο ασύμμετρα άτομα) και έχουν οπτική δραστηριότητα. Σχεδόν όλα τα φυσικά απαντώμενα α-αμινοξέα είναι L-μορφής και μόνο τα L-αμινοξέα περιλαμβάνονται στις πρωτεΐνες που συντίθενται στα ριβοσώματα.

Αυτό το χαρακτηριστικό των «ζωντανών» αμινοξέων είναι πολύ δύσκολο να εξηγηθεί, καθώς σε αντιδράσεις μεταξύ οπτικά ανενεργών ουσιών ή ρακεμικών (τα οποία, προφανώς, αντιπροσωπεύονταν από οργανικά μόρια στην αρχαία Γη), οι μορφές L και D σχηματίζονται σε ίσες ποσότητες. Μπορεί. η επιλογή μιας από τις μορφές (L ή D) είναι απλώς το αποτέλεσμα μιας τυχαίας σύμπτωσης: τα πρώτα μόρια με τα οποία θα μπορούσε να ξεκινήσει η σύνθεση του εκμαγείου είχαν ένα ορισμένο σχήμα και σε αυτά «προσαρμόστηκαν» τα αντίστοιχα ένζυμα.

31. Τα αμινοξέα είναι οργανικές αμφοτερικές ενώσεις. Περιέχουν δύο λειτουργικές ομάδες αντίθετης φύσης στο μόριο: μια αμινομάδα με βασικές ιδιότητες και μια καρβοξυλομάδα με όξινες ιδιότητες. Τα αμινοξέα αντιδρούν τόσο με οξέα όσο και με βάσεις:

H2N-CH2-COOH + HCl→ Cl[H3N-CH2-COOH],

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

Όταν τα αμινοξέα διαλύονται στο νερό, η καρβοξυλική ομάδα αφαιρεί ένα ιόν υδρογόνου, το οποίο μπορεί να προσκολληθεί στην αμινομάδα. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται ένα εσωτερικό άλας, το μόριο του οποίου είναι ένα διπολικό ιόν:

H2N-CH2—COOH +H3N-CH2—COO-.

Τα υδατικά διαλύματα αμινοξέων έχουν ουδέτερο, αλκαλικό ή όξινο περιβάλλον ανάλογα με τον αριθμό των λειτουργικών ομάδων. Έτσι, το γλουταμικό οξύ σχηματίζει ένα όξινο διάλυμα (δύο ομάδες -COOH, μία -NH2), η λυσίνη σχηματίζει ένα αλκαλικό διάλυμα (μία -COOH, δύο ομάδες -NH2).

Όπως οι πρωτοταγείς αμίνες, τα αμινοξέα αντιδρούν με το νιτρώδες οξύ, με την αμινομάδα να μετατρέπεται σε υδροξοομάδα και το αμινοξύ σε υδροξυ οξύ: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2+ H2O

Η μέτρηση του όγκου του αζώτου που απελευθερώνεται σας επιτρέπει να προσδιορίσετε την ποσότητα του αμινοξέος (μέθοδος Van-Slyke).

Τα αμινοξέα μπορούν να αντιδράσουν με αλκοόλες παρουσία αερίου υδροχλωρίου, μετατρέποντας σε εστέρα (ακριβέστερα, υδροχλωρικό άλας ενός εστέρα): H2N-CH(R)-COOH + R"OH H2N-CH(R)-COOR " + Η2Ο.

Οι εστέρες αμινοξέων δεν έχουν διπολική δομή και είναι πτητικές ενώσεις. Η πιο σημαντική ιδιότητα των αμινοξέων είναι η ικανότητά τους να συμπυκνώνονται για να σχηματίσουν πεπτίδια.

32. Καρβοξυλική ομάδασυνδυάζει δύο λειτουργικές ομάδες - καρβονύλιο = CO και υδροξυλ -ΟΗ, που επηρεάζουν αμοιβαία το ένα το άλλο.

Οι όξινες ιδιότητες των καρβοξυλικών οξέων οφείλονται στη μετατόπιση της πυκνότητας των ηλεκτρονίων προς το καρβονυλικό οξυγόνο και στην προκύπτουσα πρόσθετη (σε σύγκριση με τις αλκοόλες) πόλωση του δεσμού Ο-Η.

Σε ένα υδατικό διάλυμα, τα καρβοξυλικά οξέα διασπώνται σε ιόντα: R-COOH = R-COO- + H+

Η διαλυτότητα στο νερό και τα υψηλά σημεία βρασμού των οξέων οφείλονται στο σχηματισμό διαμοριακών δεσμών υδρογόνου.

Αμινο ομάδα - μονοσθενής ομάδα -ΝΗ2, υπόλειμμα αμμωνίας (ΝΗ3).Η αμινομάδα βρίσκεται σε πολλές οργανικές ενώσεις - αμίνες, αμινοξέα, αμινοαλκοόλες κ.λπ. Οι ενώσεις που περιέχουν την ομάδα -NH2 είναι, κατά κανόνα, βασικές στη φύση τους, λόγω της παρουσίας ενός μοναχικού ζεύγους ηλεκτρονίων στο άτομο αζώτου.

Σε αντιδράσεις ηλεκτροφιλικής υποκατάστασης σε αρωματικές ενώσεις, η αμινομάδα είναι ένας παράγοντας προσανατολισμού του πρώτου είδους, δηλ. ενεργοποιεί τις ορθο- και παρα-θέσεις στον δακτύλιο βενζολίου.

33. Πολυσυμπύκνωση- η διαδικασία σύνθεσης πολυμερών από πολυλειτουργικές (συνήθως διλειτουργικές) ενώσεις, που συνήθως συνοδεύεται από την απελευθέρωση παραπροϊόντων χαμηλού μοριακού βάρους (νερό, αλκοόλες κ.λπ.) κατά την αλληλεπίδραση λειτουργικών ομάδων.

Το μοριακό βάρος του πολυμερούς που σχηματίζεται κατά τη διαδικασία πολυσυμπύκνωσης εξαρτάται από την αναλογία των αρχικών συστατικών και τις συνθήκες αντίδρασης.

Οι αντιδράσεις πολυσυμπύκνωσης μπορεί να περιλαμβάνουν είτε ένα μονομερές με δύο διαφορετικές λειτουργικές ομάδες: για παράδειγμα, τη σύνθεση πολυ-ε-καπροαμιδίου (νάιλον-6, καπρόν) από ε-αμινοκαπροϊκό οξύ, είτε δύο μονομερή που φέρουν διαφορετικές λειτουργικές ομάδες, για παράδειγμα, τη σύνθεση νάιλον-6 66 με πολυσυμπύκνωση αδιπικού οξέος και εξαμεθυλενοδιαμίνης. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζονται πολυμερή γραμμικής δομής (γραμμική πολυσυμπύκνωση, βλ. Εικ. 1). Εάν το μονομερές (ή τα μονομερή) φέρει περισσότερες από δύο λειτουργικές ομάδες, σχηματίζονται τρισδιάστατα πολυμερή με σταυροδεσμούς. δομή πλέγματος(τρισδιάστατη πολυσυμπύκνωση). Προκειμένου να ληφθούν τέτοια πολυμερή, συχνά προστίθενται πολυλειτουργικά συστατικά «διασταυρούμενης σύνδεσης» στο μείγμα των μονομερών.

Ιδιαίτερης σημασίας είναι οι αντιδράσεις της σύνθεσης πολυμερών από κυκλικά μονομερή χρησιμοποιώντας τον μηχανισμό ανοίγματος δακτυλίου - προσθήκη, για παράδειγμα, η σύνθεση νάιλον-6 από καπρολακτάμη (κυκλικό αμίδιο ε-αμινοκαπροϊκού οξέος). Παρά το γεγονός ότι δεν λαμβάνει χώρα η απελευθέρωση ενός χαμηλού μοριακού θραύσματος, τέτοιες αντιδράσεις αναφέρονται συχνότερα ως πολυσυμπύκνωση.

Πεπτιδικός δεσμός- ένας τύπος δεσμού αμιδίου που εμφανίζεται κατά το σχηματισμό πρωτεϊνών και πεπτιδίων ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης της α-αμινο ομάδας (-NH2) ενός αμινοξέος με την α-καρβοξυλομάδα (-COOH) ενός άλλου αμινοξέος.

Ο δεσμός C-N στον πεπτιδικό δεσμό είναι εν μέρει διπλός στη φύση, ο οποίος εκδηλώνεται, ειδικότερα, σε μείωση του μήκους του σε 1,32 angstroms. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τις ακόλουθες ιδιότητες:

4 άτομα δεσμού (C, N, O και H) και 2 α-άνθρακες βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. Οι ομάδες R των αμινοξέων και τα υδρογόνα στους α-άνθρακες βρίσκονται εκτός αυτού του επιπέδου.

Το Η και το Ο στον πεπτιδικό δεσμό, καθώς και οι α-άνθρακες δύο αμινοξέων, έχουν προσανατολισμό trans (το trans ισομερές είναι πιο σταθερό). Στην περίπτωση των L-αμινοξέων, όπως συμβαίνει σε όλες τις φυσικές πρωτεΐνες και πεπτίδια, οι ομάδες R είναι επίσης trans-προσανατολισμένες.

Η περιστροφή γύρω από έναν δεσμό C-N δεν είναι δυνατή, αλλά η περιστροφή γύρω από έναν δεσμό C-C είναι δυνατή.

πεπτίδια (ελληνικά πεπτος - θρεπτικά) - μια οικογένεια ουσιών των οποίων τα μόρια είναι κατασκευασμένα από υπολείμματα α-αμινοξέων συνδεδεμένα σε μια αλυσίδα με πεπτιδικούς (αμιδικούς) δεσμούς -C(O)NH-.

34. Πρωτεΐνες (πρωτεΐνες, πολυπεπτίδια) - υψηλού μοριακού χαρακτήρα οργανικές ουσίες που αποτελούνται από αμινοξέα συνδεδεμένα σε μια αλυσίδα με πεπτιδικούς δεσμούς. Στους ζωντανούς οργανισμούς, η σύνθεση αμινοξέων των πρωτεϊνών καθορίζεται από τον γενετικό κώδικα· στις περισσότερες περιπτώσεις, 20 τυπικά αμινοξέα χρησιμοποιούνται κατά τη σύνθεση. Πολλοί από τους συνδυασμούς τους δίνουν μια μεγάλη ποικιλία ιδιοτήτων των μορίων πρωτεΐνης. Επιπλέον, τα αμινοξέα σε μια πρωτεΐνη συχνά υπόκεινται σε μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις, οι οποίες μπορεί να συμβούν τόσο πριν η πρωτεΐνη αρχίσει να εκτελεί τη λειτουργία της όσο και κατά τη διάρκεια της «εργασίας» της στο κύτταρο. Συχνά σε ζωντανούς οργανισμούς, πολλά μόρια πρωτεΐνης σχηματίζουν πολύπλοκα σύμπλοκα, για παράδειγμα, το φωτοσυνθετικό σύμπλοκο.

Προκειμένου να κατανοήσουμε την περίπλοκη διάταξη (αρχιτεκτονική) ενός μακρομορίου πρωτεΐνης, θα πρέπει να εξετάσουμε αρκετά επίπεδα οργάνωσης. Η κύρια, απλούστερη δομή είναι μια πολυπεπτιδική αλυσίδα, δηλαδή μια σειρά αμινοξέων που συνδέονται μεταξύ τους με πεπτιδικούς δεσμούς. Στην πρωτογενή δομή, όλοι οι δεσμοί μεταξύ των αμινοξέων είναι ομοιοπολικοί και επομένως ισχυροί. Στη συνέχεια, περισσότερα υψηλό επίπεδοΗ οργάνωση είναι μια δευτερεύουσα δομή όταν το πρωτεϊνικό νήμα συστρέφεται με τη μορφή σπείρας. Σχηματίζονται δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των ομάδων -COOH που βρίσκονται στη μία στροφή της έλικας και των ομάδων -NH2 στην άλλη στροφή. Προκύπτουν από το υδρογόνο, που τις περισσότερες φορές βρίσκεται ανάμεσα σε δύο αρνητικά άτομα. Οι δεσμοί υδρογόνου είναι πιο αδύναμοι από τους ομοιοπολικούς δεσμούς, αλλά με μεγάλο αριθμό από αυτούς εξασφαλίζουν το σχηματισμό μιας αρκετά ισχυρής δομής. Μια σειρά αμινοξέων (πολυπεπτίδιο) στη συνέχεια πήζει, σχηματίζοντας μια σφαίρα, ή ινίδιο ή σφαιρίδιο, ειδικό για κάθε πρωτεΐνη. Αυτό δημιουργεί μια πολύπλοκη διαμόρφωση που ονομάζεται τριτογενής δομή. Συνήθως προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της ανάλυσης περίθλασης ακτίνων Χ, η οποία καθιστά δυνατό τον καθορισμό της θέσης στο χώρο των ατόμων και των ομάδων ατόμων σε κρυστάλλους και σύνθετες ενώσεις.

Οι δεσμοί που υποστηρίζουν την τριτοταγή δομή της πρωτεΐνης είναι επίσης αδύναμοι. Προκύπτουν, ιδίως, λόγω υδρόφοβων αλληλεπιδράσεων. Αυτές είναι οι δυνάμεις έλξης μεταξύ μη πολικών μορίων ή μεταξύ μη πολικών περιοχών μορίων σε ένα υδατικό περιβάλλον. Τα υδρόφοβα υπολείμματα ορισμένων αμινοξέων σε ένα υδατικό διάλυμα έρχονται πιο κοντά μεταξύ τους, «κολλάνε μεταξύ τους» και έτσι σταθεροποιούν τη δομή της πρωτεΐνης. Εκτός από τις υδρόφοβες δυνάμεις, οι ηλεκτροστατικοί δεσμοί μεταξύ ηλεκτραρνητικών και ηλεκτροθετικών ριζών των υπολειμμάτων αμινοξέων παίζουν σημαντικό ρόλο στη διατήρηση της τριτοταγούς δομής μιας πρωτεΐνης. Η τριτοταγής δομή διατηρείται επίσης από έναν μικρό αριθμό ομοιοπολικών δισουλφιδικών -S-S δεσμών που εμφανίζονται μεταξύ των ατόμων θείου των αμινοξέων που περιέχουν θείο. Πρέπει να πω ότι είναι και τριτοβάθμιο? η δομή της πρωτεΐνης δεν είναι πεπερασμένη. Μακρομόρια της ίδιας πρωτεΐνης ή μόρια άλλων πρωτεϊνών συχνά συνδέονται με ένα μακρομόριο πρωτεΐνης. Για παράδειγμα, το πολύπλοκο μόριο της αιμοσφαιρίνης, μιας πρωτεΐνης που βρίσκεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια, αποτελείται από τέσσερα μακρομόρια σφαιρίνης: δύο αλυσίδες άλφα και δύο αλυσίδες βήτα, καθεμία από τις οποίες συνδέεται με αίμη που περιέχει σίδηρο. Ως αποτέλεσμα του συνδυασμού τους, σχηματίζεται ένα λειτουργικό μόριο αιμοσφαιρίνης. Μόνο σε μια τέτοια συσκευασία η αιμοσφαιρίνη λειτουργεί πλήρως, δηλαδή είναι σε θέση να μεταφέρει οξυγόνο. Λόγω της σύνδεσης πολλών πρωτεϊνικών μορίων μεταξύ τους, σχηματίζεται μια τεταρτοταγής δομή. Εάν οι πεπτιδικές αλυσίδες είναι διατεταγμένες με τη μορφή μπάλας, τότε τέτοιες πρωτεΐνες ονομάζονται σφαιρικές. Εάν οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες είναι διατεταγμένες σε δέσμες νημάτων, ονομάζονται ινιδιακές πρωτεΐνες. Ξεκινώντας από τη δευτερογενή δομή, η χωρική δομή (διαμόρφωση) των πρωτεϊνικών μακρομορίων, όπως διαπιστώσαμε, υποστηρίζεται κυρίως από ασθενείς χημικοί δεσμοί. Επηρεασμένος εξωτερικοί παράγοντες(αλλαγές στη θερμοκρασία, σύνθεση άλατος του περιβάλλοντος, pH, υπό την επίδραση ακτινοβολίας και άλλων παραγόντων) οι ασθενείς δεσμοί που σταθεροποιούν το μακρομόριο σπάνε και η δομή της πρωτεΐνης και επομένως οι ιδιότητές της αλλάζουν. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται μετουσίωση. Σπάσιμο ορισμένων αδύναμων δεσμών, αλλαγές στη διαμόρφωση και τις ιδιότητες της πρωτεΐνης συμβαίνουν επίσης υπό την επίδραση φυσιολογικών παραγόντων (για παράδειγμα, υπό την επίδραση ορμονών). Με αυτόν τον τρόπο ρυθμίζονται οι ιδιότητες των πρωτεϊνών: ένζυμα, υποδοχείς, μεταφορείς. Αυτές οι αλλαγές στη δομή της πρωτεΐνης είναι συνήθως εύκολα αναστρέψιμες. Το σπάσιμο ενός μεγάλου αριθμού αδύναμων δεσμών οδηγεί σε μετουσίωση της πρωτεΐνης, η οποία μπορεί να είναι μη αναστρέψιμη (για παράδειγμα, η πήξη των ασπράδιων αυγών κατά το βράσιμο των αυγών). Μερικές φορές η μετουσίωση πρωτεΐνης έχει βιολογικό νόημα. Για παράδειγμα, μια αράχνη εκκρίνει μια σταγόνα έκκρισης και την κολλάει σε κάποιο στήριγμα. Στη συνέχεια, συνεχίζοντας να εκκρίνει το έκκριμα, τραβάει ελαφρά το νήμα και αυτή η ασθενής τάση είναι αρκετή για να μετουσιωθεί η πρωτεΐνη, να περάσει από μια διαλυτή σε μια αδιάλυτη και το νήμα να αποκτήσει δύναμη.

35-36. Μονοσακχαρίτες(από τα ελληνικά monos: single, sacchar: ζάχαρη), - οργανικές ενώσεις, μια από τις κύριες ομάδες υδατανθράκων. η απλούστερη μορφή ζάχαρης? είναι συνήθως άχρωμα, υδατοδιαλυτά, διαφανή στερεά. Μερικοί μονοσακχαρίτες έχουν γλυκιά γεύση. Οι μονοσακχαρίτες, τα δομικά στοιχεία από τα οποία συντίθενται οι δισακχαρίτες (όπως η σακχαρόζη) και οι πολυσακχαρίτες (όπως η κυτταρίνη και το άμυλο), περιέχουν υδροξυλομάδες και μια ομάδα αλδεΰδης (αλδόζες) ή μια κετο ομάδα (κετόζες). Κάθε άτομο άνθρακα στο οποίο είναι συνδεδεμένη μια ομάδα υδροξυλίου (εκτός από το πρώτο και το τελευταίο) είναι χειρόμορφο, δημιουργώντας πολλές ισομερείς μορφές. Για παράδειγμα, η γαλακτόζη και η γλυκόζη είναι αλδοεξόσες, αλλά έχουν διαφορετικές χημικές και φυσικές ιδιότητες. Οι μονοσακχαρίτες, όπως όλοι οι υδατάνθρακες, περιέχουν μόνο 3 στοιχεία (C, O, H).

Οι μονοσακχαρίτες χωρίζονταισε τριόζες, τετρόζες, πεντόζες, εξόζες κ.λπ. (3, 4, 5, 6, κ.λπ. άτομα άνθρακα στην αλυσίδα). Δεν έχουν βρεθεί φυσικοί μονοσακχαρίτες με ανθρακική αλυσίδα που να περιέχει περισσότερα από 9 άτομα άνθρακα. Οι μονοσακχαρίτες που περιέχουν έναν 5-μελή δακτύλιο ονομάζονται φουρανόζες και εκείνοι που περιέχουν έναν 6-μελή δακτύλιο ονομάζονται πυρανόσες.

Ισομέρεια.Για μονοσακχαρίτες που περιέχουν n ασύμμετρα άτομα άνθρακα, είναι πιθανή η ύπαρξη 2n στερεοϊσομερών (βλ. Ισομέρεια).

38. Χημικές ιδιότητες.Οι μονοσακχαρίτες εισέρχονται σε χημικές αντιδράσεις χαρακτηριστικές των ομάδων καρβονυλίου και υδροξυλίου. Χαρακτηριστικό γνώρισμα των μονοσακχαριτών είναι η ικανότητα να υπάρχουν σε ανοιχτή (άκυκλη) και κυκλική μορφή και να δίνουν παράγωγα κάθε μορφής. Οι περισσότεροι μονοσάκοι κυκλοποιούνται σε υδατικό διάλυμα για να σχηματίσουν ημιακετάλες ή ημικετάλες (ανάλογα με το αν είναι αλδόζες ή κετόζες) μεταξύ της αλκοόλης και της καρβονυλικής ομάδας του ίδιου σακχάρου. Η γλυκόζη, για παράδειγμα, σχηματίζει εύκολα ημιακετάλες ενώνοντας τα C1 και O5 της για να σχηματίσουν έναν 6-μελή δακτύλιο που ονομάζεται πυρανοσίδη. Η ίδια αντίδραση μπορεί να λάβει χώρα μεταξύ C1 και O4 για να σχηματιστεί ένας 5-μελής φουρανοσίδης.

Μονοσακχαρίτες στη φύση.Οι μονοσακχαρίτες αποτελούν μέρος σύνθετων υδατανθράκων (γλυκοσίδες, ολιγοσακχαρίτες, πολυσακχαρίτες) και μικτών βιοπολυμερών που περιέχουν υδατάνθρακες (γλυκοπρωτεΐνες, γλυκολιπίδια κ.λπ.). Στην περίπτωση αυτή, οι μονοσακχαρίτες συνδέονται μεταξύ τους και με το μη υδατανθρακικό τμήμα του μορίου με γλυκοσιδικούς δεσμούς. Όταν υδρολύονται από οξέα ή ένζυμα, αυτοί οι δεσμοί μπορούν να σπάσουν για να απελευθερώσουν μονοσακχαρίτες. Στη φύση, οι ελεύθεροι μονοσακχαρίτες, με εξαίρεση τη D-γλυκόζη και τη D-φρουκτόζη, είναι σπάνιοι. Η βιοσύνθεση των μονοσακχαριτών από το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό συμβαίνει στα φυτά (βλ. Φωτοσύνθεση). Με τη συμμετοχή ενεργοποιημένων παραγώγων μονοσακχαριτών - διφωσφορικά σάκχαρα νουκλεοζίτη - λαμβάνει χώρα η βιοσύνθεση σύνθετων υδατανθράκων, κατά κανόνα. Η διάσπαση των μονοσακχαριτών στο σώμα (για παράδειγμα, αλκοολική ζύμωση, γλυκόλυση) συνοδεύεται από την απελευθέρωση ενέργειας.

Εφαρμογή.Μερικοί ελεύθεροι μονοσακχαρίτες και τα παράγωγά τους (για παράδειγμα, γλυκόζη, φρουκτόζη και τα διφωσφορικά της κ.λπ.) χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία τροφίμων και την ιατρική.

37. Γλυκόζη (C6H12O6)(«ζάχαρη σταφυλιού», δεξτρόζη) βρίσκεται στο χυμό πολλών φρούτων και μούρων, συμπεριλαμβανομένων των σταφυλιών, από όπου προέρχεται το όνομα αυτού του τύπου ζάχαρης. Είναι ένα εξα-υδροξυ σάκχαρο (εξόζη).

Φυσικές ιδιότητες. Λευκή κρυσταλλική ουσία με γλυκιά γεύση, πολύ διαλυτή στο νερό, αδιάλυτη στον αιθέρα, ελάχιστα διαλυτή στο αλκοόλ.

Μοριακή δομή

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

Η γλυκόζη μπορεί να υπάρχει με τη μορφή κύκλων (α και β γλυκόζη).

α και β γλυκόζη

Μετάβαση της γλυκόζης από την προβολή Fischer στην προβολή Haworth Η γλυκόζη είναι το τελικό προϊόν της υδρόλυσης των περισσότερων δισακχαριτών και πολυσακχαριτών.

Βιολογικός ρόλος.Η γλυκόζη είναι το κύριο προϊόν της φωτοσύνθεσης και σχηματίζεται στον κύκλο του Calvin.

Στο σώμα του ανθρώπου και των ζώων, η γλυκόζη είναι η κύρια και πιο καθολική πηγή ενέργειας για τις μεταβολικές διεργασίες. Όλα τα κύτταρα του σώματος των ζώων έχουν την ικανότητα να μεταβολίζουν τη γλυκόζη. Ταυτόχρονα, όχι όλα τα κύτταρα του σώματος, αλλά μόνο ορισμένοι τύποι τους, έχουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιούν άλλες πηγές ενέργειας - για παράδειγμα, ελεύθερα λιπαρά οξέα και γλυκερίνη, φρουκτόζη ή γαλακτικό οξύ.

Μεταφορά γλυκόζης από το εξωτερικό περιβάλλον στο εσωτερικό ζωικό κύτταροπραγματοποιείται με ενεργή διαμεμβρανική μεταφορά με τη βοήθεια ενός ειδικού μορίου πρωτεΐνης - ενός φορέα εξόζης (μεταφορέας).

Η γλυκόζη στα κύτταρα μπορεί να υποστεί γλυκόλυση για να παράγει ενέργεια με τη μορφή ATP. Το πρώτο ένζυμο στην αλυσίδα της γλυκόλυσης είναι η εξοκινάση. Η δραστηριότητα της κυτταρικής εξοκινάσης είναι υπό τη ρυθμιστική επίδραση των ορμονών - έτσι, η ινσουλίνη αυξάνει απότομα τη δραστηριότητα της εξοκινάσης και, κατά συνέπεια, τη χρήση της γλυκόζης από τα κύτταρα, και τα γλυκοκορτικοειδή μειώνουν τη δραστηριότητα της εξοκινάσης.

Πολλές πηγές ενέργειας εκτός από τη γλυκόζη μπορούν να μετατραπούν απευθείας σε γλυκόζη στο συκώτι - για παράδειγμα, γαλακτικό οξύ, πολλά ελεύθερα λιπαρά οξέα και γλυκερόλη ή ελεύθερα αμινοξέα, ειδικά τα πιο απλά όπως η αλανίνη. Η διαδικασία παραγωγής γλυκόζης στο ήπαρ από άλλες ενώσεις ονομάζεται γλυκονεογένεση.

Οι πηγές ενέργειας για τις οποίες δεν υπάρχει άμεση βιοχημική μετατροπή σε γλυκόζη μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τα ηπατικά κύτταρα για την παραγωγή ATP και την επακόλουθη παροχή ενέργειας για τις διαδικασίες γλυκονεογένεσης, επανασύνθεσης γλυκόζης από γαλακτικό οξύ ή παροχή ενέργειας για τη διαδικασία σύνθεσης πολυσακχαρίτη γλυκογόνου αποθέματα από μονομερή γλυκόζης. Η γλυκόζη παράγεται και πάλι εύκολα από το γλυκογόνο με απλή διάσπαση.

Λόγω της εξαιρετικής σημασίας της διατήρησης ενός σταθερού επιπέδου γλυκόζης στο αίμα, οι άνθρωποι και πολλά άλλα ζώα έχουν ένα πολύπλοκο σύστημα ορμονικής ρύθμισης των παραμέτρων μεταβολισμός υδατανθράκων. Όταν 1 γραμμάριο γλυκόζης οξειδωθεί σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό, απελευθερώνονται 17,6 kJ ενέργειας. Η αποθηκευμένη μέγιστη «δυνητική ενέργεια» σε ένα μόριο γλυκόζης με τη μορφή κατάστασης οξείδωσης −4 ατόμων άνθρακα (C−4) μπορεί να μειωθεί κατά τη διάρκεια των μεταβολικών διεργασιών σε C+4 (σε ένα μόριο CO2). Η επαναφορά του στο προηγούμενο επίπεδο μπορεί να πραγματοποιηθεί με αυτότροφους.

Φρουκτόζη ή ζάχαρη φρούτων C6H12O6- ένας μονοσακχαρίτης, ο οποίος υπάρχει σε ελεύθερη μορφή σχεδόν σε όλα τα γλυκά μούρα και φρούτα. Πολλοί άνθρωποι προτιμούν να αντικαταστήσουν τη ζάχαρη όχι με συνθετικά φάρμακα, αλλά με φυσική φρουκτόζη.

Σε αντίθεση με τη γλυκόζη, η οποία χρησιμεύει ως παγκόσμια πηγή ενέργειας, η φρουκτόζη δεν απορροφάται από τους ινσουλινοεξαρτώμενους ιστούς. Απορροφάται σχεδόν πλήρως και μεταβολίζεται από τα ηπατικά κύτταρα. Ουσιαστικά κανένα άλλο κύτταρο στο ανθρώπινο σώμα (εκτός από το σπέρμα) δεν μπορεί να χρησιμοποιήσει φρουκτόζη. Στα ηπατικά κύτταρα, η φρουκτόζη φωσφορυλιώνεται και στη συνέχεια διασπάται σε τριόζες, οι οποίες είτε χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση λιπαρών οξέων, που μπορεί να οδηγήσουν σε παχυσαρκία, καθώς και αυξημένα επίπεδα τριγλυκεριδίων (που με τη σειρά τους αυξάνουν τον κίνδυνο αθηροσκλήρωσης), είτε χρησιμοποιούνται για γλυκογόνο σύνθεση (μετατρέπεται επίσης εν μέρει σε γλυκόζη κατά τη διάρκεια της γλυκονεογένεσης). Ωστόσο, η μετατροπή της φρουκτόζης σε γλυκόζη είναι μια πολύπλοκη διαδικασία πολλαπλών σταδίων και η ικανότητα του ήπατος να επεξεργάζεται φρουκτόζη είναι περιορισμένη. Το ερώτημα εάν η φρουκτόζη πρέπει να περιλαμβάνεται στη διατροφή των διαβητικών, αφού η απορρόφησή της δεν απαιτεί ινσουλίνη, μελετάται εντατικά τα τελευταία χρόνια.

Αν και υγιές άτομοΗ φρουκτόζη δεν αυξάνει (ή αυξάνει ελαφρά) τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα· σε διαβητικούς ασθενείς, η φρουκτόζη συχνά οδηγεί σε αύξηση των επιπέδων γλυκόζης. Από την άλλη πλευρά, λόγω έλλειψης γλυκόζης στα κύτταρα, το σώμα των διαβητικών μπορεί να κάψει λίπος, οδηγώντας σε εξάντληση των αποθεμάτων λίπους. Σε αυτή την περίπτωση, η φρουκτόζη, η οποία μετατρέπεται εύκολα σε λίπος και δεν χρειάζεται ινσουλίνη, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποκατάστασή τους. Το πλεονέκτημα της φρουκτόζης είναι ότι μπορεί να προσδοθεί γλυκιά γεύση σε ένα πιάτο με σχετικά μικρές ποσότητες φρουκτόζης, αφού με την ίδια περιεκτικότητα σε θερμίδες με τη ζάχαρη (380 kcal/100 g), είναι 1,2-1,8 φορές πιο γλυκό. Ωστόσο, μελέτες δείχνουν ότι οι καταναλωτές φρουκτόζης δεν μειώνουν την πρόσληψη θερμίδων, αλλά καταναλώνουν πιο γλυκές τροφές.

39. Ολιγοσακχαρίτες- πρόκειται για ολιγομερή που αποτελούνται από πολλά (όχι περισσότερα από 20) μονομερή - μονοσακχαρίτες, σε αντίθεση με τους πολυσακχαρίτες, που αποτελούνται από δεκάδες, εκατοντάδες ή χιλιάδες μονοσακχαρίτες. - ενώσεις κατασκευασμένες από πολλά υπολείμματα μονοσακχαριτών (από 2 έως 10) που συνδέονται με γλυκοσιδικό δεσμό.

Μια πολύ σημαντική και ευρέως διαδεδομένη ειδική περίπτωση ολιγοσακχαριτών είναι οι δισακχαρίτες - διμερή που αποτελούνται από δύο μόρια μονοσακχαριτών.

Μπορείτε επίσης να μιλήσετε για τρι-, τετρα-, κ.λπ. σακχαρίτες

40. Δισακχαρίτες- η γενική ονομασία μιας υποκατηγορίας ολιγοσακχαριτών στην οποία το μόριο αποτελείται από δύο μονομερή - μονοσακχαρίτες. Οι δισακχαρίτες σχηματίζονται από μια αντίδραση συμπύκνωσης μεταξύ δύο μονοσακχαριτών, συνήθως εξόζες. Η αντίδραση συμπύκνωσης περιλαμβάνει την απομάκρυνση του νερού. Ο δεσμός μεταξύ μονοσακχαριτών που προκύπτει από την αντίδραση συμπύκνωσης ονομάζεται γλυκοσιδικός δεσμός.Τυπικά, αυτός ο δεσμός σχηματίζεται μεταξύ του 1ου και 4ου ατόμων άνθρακα γειτονικών μονάδων μονοσακχαρίτη (1,4-γλυκοσιδικός δεσμός).

Η διαδικασία της συμπύκνωσης μπορεί να επαναληφθεί αμέτρητες φορές, με αποτέλεσμα τον σχηματισμό τεράστιων μορίων πολυσακχαρίτη. Μόλις συνδυαστούν οι μονάδες μονοσακχαρίτη, ονομάζονται υπολείμματα. Οι πιο συνηθισμένοι δισακχαρίτες είναι η λακτόζη και η σακχαρόζη.

Μετάλλαξη(από τα λατινικά muto-change και rotatio - rotation), αλλαγή στην οπτική τιμή. περιστροφή διαλυμάτων οπτικά ενεργών ενώσεων λόγω του επιμερισμού τους. Χαρακτηριστικό μονοσακχαριτών, αναγωγικών ολιγοσακχαριτών, λακτονών κ.λπ. Η μεταλλαξίωση μπορεί να καταλυθεί από οξέα και βάσεις. Στην περίπτωση της γλυκόζης, η μεταλλαξίωση εξηγείται με την εδραίωση της ισορροπίας: Στην ισορροπία, υπάρχει το 38% της άλφα μορφής και το 62% της βήτα μορφής. Ενδιάμεσος η μορφή αλδεΰδης περιέχεται σε αμελητέα μικρές συγκεντρώσεις. Πλεονεκτήματα, ο σχηματισμός της β-μορφής εξηγείται από το γεγονός ότι είναι πιο θερμοδυναμικά σταθερή.

Οι αντιδράσεις «ασημένιος καθρέφτης» και «χάλκινος καθρέφτης» είναι χαρακτηριστικές των αλδεΰδων

1) Αντίδραση «Silver Mirror», σχηματισμός ιζήματος Ag στα τοιχώματα του δοκιμαστικού σωλήνα

2) Αντίδραση «χάλκινου καθρέφτη», καθίζηση κόκκινου ιζήματος Cu2O

40. Με τη σειρά τους, οι δισακχαρίτες, οι οποίοι προκύπτουν σε ορισμένες περιπτώσεις κατά τη διάρκεια υδρόλυση πολυσακχαριτών(μαλτόζη κατά την υδρόλυση αμύλου, κελλοβιόζη κατά την υδρόλυση κυτταρίνης) ή που υπάρχουν στο σώμα σε ελεύθερη μορφή (λακτόζη, σακχαρόζη, τρεαλόζη κ.λπ.), υδρολύονται υπό την καταλυτική δράση των ο- και π-γλυκοσιδασών σε μεμονωμένους μονοσακχαρίτες . Όλες οι γλυκοσιδάσες, με εξαίρεση την τρεαλάση (ot, omrehalose-glucohydroxygases), διακρίνονται από ένα ευρύ φάσμα ειδικότητας, επιταχύνοντας την υδρόλυση σχεδόν οποιωνδήποτε γλυκοσιδών που είναι παράγωγα του ενός ή του άλλου α- ή (3-μονοσακχαρίτη. Έτσι, ένα -γλυκοσιδάση επιταχύνει την αντίδραση υδρόλυσης των α-γλυκοσιδών, συμπεριλαμβανομένης της μαλτόζης· της ρ-γλυκοσιδάσης - των ρ-γλυκοσιδών, συμπεριλαμβανομένης της σελλοβιόζης· της Β-γαλακτοσιδάσης - των Β-γαλακτοσιδών και μεταξύ αυτών λακτόζη κ.λπ. Παραδείγματα της δράσης των α και Ρ-γλυκοσιδασών ήταν δόθηκε νωρίτερα

41. Σύμφωνα με την αποτυχία χημική δομή των δισακχαριτώνΟ τύπος τρεαλόζης (γλυκοσίδη-γλυκοσίδες) και ο τύπος μαλτόζης (γλυκοσίδη-γλυκόζη) έχουν σημαντικά διαφορετικές χημικές ιδιότητες: οι πρώτες δεν δίνουν καμία αντίδραση χαρακτηριστική της ομάδας αλδεΰδης ή κετόνης, δηλαδή δεν οξειδώνονται, δεν ανάγεται, δεν σχηματίζουν οζαζόνες , εισέρχονται σε αντίδραση πολυκωδικοποίησης (δεν γίνεται ρητίνη), μην μεταλλαξιώνονται κ.λπ. Για δισακχαρίτες όπως η μαλτόζη, όλες οι αναφερόμενες αντιδράσεις, αντίθετα, είναι πολύ χαρακτηριστικές. Ο λόγος αυτής της διαφοράς είναι αρκετά σαφής από όσα αναφέρθηκαν παραπάνω σχετικά με τους δύο τύπους δομής δισακχαρίτη και τις ιδιότητες των υπολειμμάτων μονοσακχαρίτη που περιλαμβάνονται στη σύνθεσή τους. Βρίσκεται στο γεγονός ότι μόνο σε δισακχαρίτες όπως η μαλτόζη είναι δυνατός ο δακτυλιωτός ταυτομερισμός, ως αποτέλεσμα του οποίου σχηματίζεται μια ελεύθερη ομάδα αλδεΰδης ή κετόνης, η οποία εμφανίζει τις χαρακτηριστικές της ιδιότητες.

Για τα αλκοολούχα υδροξύλια, και οι δύο τύποι δισακχαριτών δίνουν τις ίδιες αντιδράσεις: σχηματίζουν αιθέρες και εστέρες και αλληλεπιδρούν με ένυδρα οξείδια μετάλλων.

Υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός δισακχαριτών στη φύση. Οι σημαντικότερες από αυτές είναι η προαναφερθείσα τρεαλόζη και μαλτόζη, καθώς και σακχαρόζη, κελλοβιόζη και λακτόζη.

42. Μαλτόζη(από το αγγλικό malt - malt) - ζάχαρη βύνης, ένας φυσικός δισακχαρίτης που αποτελείται από δύο υπολείμματα γλυκόζης. που περιέχονται σε μεγάλες ποσότητεςσε φυτρωμένους κόκκους (βύνη) κριθαριού, σίκαλης και άλλων σιτηρών. βρίσκεται επίσης στις ντομάτες, τη γύρη και το νέκταρ πολλών φυτών. Το Μ. είναι εύκολα διαλυτό στο νερό και έχει γλυκιά γεύση. είναι αναγωγικό σάκχαρο επειδή έχει μια μη υποκατεστημένη υδροξυλική ομάδα ημιακετάλης. Η βιοσύνθεση του Μ. από β-D-γλυκοπυρανοσυλφωσφορικό και D-γλυκόζη είναι γνωστή μόνο σε ορισμένα είδη βακτηρίων. Στους ζωικούς και φυτικούς οργανισμούς, το μαγνήσιο σχηματίζεται από την ενζυματική διάσπαση του αμύλου και του γλυκογόνου (βλέπε Αμυλάση). Η διάσπαση του Μ. σε δύο υπολείμματα γλυκόζης συμβαίνει ως αποτέλεσμα της δράσης του ενζύμου α-γλυκοσιδάση, ή μαλτάση, που βρίσκεται στους πεπτικούς χυμούς ζώων και ανθρώπων, σε φυτρωμένους κόκκους, σε καλούπια και μαγιά. Η γενετικά καθορισμένη απουσία αυτού του ενζύμου στον ανθρώπινο εντερικό βλεννογόνο οδηγεί σε συγγενή δυσανεξία στο M. - σοβαρή ασθένεια, που απαιτεί τον αποκλεισμό του Μ., του αμύλου και του γλυκογόνου από τη διατροφή ή την προσθήκη του ενζύμου μαλτάση στα τρόφιμα.

Όταν η μαλτόζη βράζεται με αραιό οξύ και υπό τη δράση ενός ενζύμου, η μαλτάση υδρολύεται (σχηματίζονται δύο μόρια γλυκόζης C6H12O6). Η μαλτόζη απορροφάται εύκολα από τον ανθρώπινο οργανισμό. Μοριακό βάρος - 342,32 Τ σημείο τήξης - 108 (άνυδρο)

43. Λακτόζη(από το λατινικό lactis - γάλα) C12H22O11 - ένας υδατάνθρακας της ομάδας των δισακχαριτών, που βρίσκεται στο γάλα και τα γαλακτοκομικά προϊόντα. Το μόριο λακτόζης αποτελείται από υπολείμματα μορίων γλυκόζης και γαλακτόζης. Η λακτόζη ονομάζεται μερικές φορές ζάχαρη γάλακτος.

Χημικές ιδιότητες.Όταν βράζεται με αραιό οξύ, η λακτόζη υδρολύεται.

Η λακτόζη λαμβάνεται από ορό γάλακτος.

Εφαρμογή.Χρησιμοποιείται για την παρασκευή μέσων καλλιέργειας, για παράδειγμα στην παραγωγή πενικιλίνης. Που χρησιμοποιείται ως έκδοχο(έκδοχο) στη φαρμακοβιομηχανία.

Από τη λακτόζη, λαμβάνεται η λακτουλόζη - ένα πολύτιμο φάρμακο για τη θεραπεία εντερικών διαταραχών, όπως η δυσκοιλιότητα.

44. Σακχαρόζη C12H22O11, ή ζάχαρη τεύτλων, ζάχαρη από ζαχαροκάλαμο, στην καθημερινή ζωή μόνο ζάχαρη - ένας δισακχαρίτης που αποτελείται από δύο μονοσακχαρίτες - α-γλυκόζη και β-φρουκτόζη.

Η σακχαρόζη είναι ένας πολύ κοινός δισακχαρίτης στη φύση· βρίσκεται σε πολλά φρούτα, φρούτα και μούρα. Η περιεκτικότητα σε σακχαρόζη είναι ιδιαίτερα υψηλή στα ζαχαρότευτλα και το ζαχαροκάλαμο, τα οποία χρησιμοποιούνται για τη βιομηχανική παραγωγή επιτραπέζιας ζάχαρης.

Η σακχαρόζη έχει υψηλή διαλυτότητα. Χημικά, η φρουκτόζη είναι αρκετά αδρανής, δηλ. όταν μετακινείται από το ένα μέρος στο άλλο, σχεδόν δεν εμπλέκεται στο μεταβολισμό. Μερικές φορές η σακχαρόζη αποθηκεύεται ως αποθεματικό θρεπτικό συστατικό.

Η σακχαρόζη, εισερχόμενη στο έντερο, υδρολύεται γρήγορα από την άλφα-γλυκοσιδάση στο λεπτό έντερο σε γλυκόζη και φρουκτόζη, οι οποίες στη συνέχεια απορροφώνται στο αίμα. Οι αναστολείς της α-γλυκοσιδάσης, όπως η ακαρβόζη, αναστέλλουν τη διάσπαση και την απορρόφηση της σακχαρόζης, καθώς και άλλων υδατανθράκων που υδρολύονται από την άλφα-γλυκοσιδάση, ιδίως του αμύλου. Χρησιμοποιείται στη θεραπεία του διαβήτη τύπου 2. Συνώνυμα: άλφα-D-γλυκοπυρανοσυλ-βήτα-D-φρουκτοφουρανοσίδη, ζάχαρη τεύτλων, ζάχαρη από ζαχαροκάλαμο.

Χημικές και φυσικές ιδιότητες.Μοριακό βάρος 342,3 amu. Μικτός τύπος (σύστημα Hill): C12H22O11. Η γεύση είναι γλυκιά. Διαλυτότητα (γραμμάρια ανά 100 γραμμάρια): σε νερό 179 (0°C) και 487 (100°C), σε αιθανόλη 0,9 (20°C). Ελαφρώς διαλυτό σε μεθανόλη. Αδιάλυτο σε διαιθυλαιθέρα. Πυκνότητα 1,5879 g/cm3 (15°C). Ειδική περιστροφή για τη γραμμή D νατρίου: 66,53 (νερό, 35 g/100 g, 20°C). Όταν ψύχεται με υγρό αέρα και φωτίζεται με έντονο φως, οι κρύσταλλοι σακχαρόζης φωσφορίζουν. Δεν παρουσιάζει αναγωγικές ιδιότητες - δεν αντιδρά με το αντιδραστήριο Tollens και το αντιδραστήριο Fehling. Η παρουσία ομάδων υδροξυλίου στο μόριο σακχαρόζης επιβεβαιώνεται εύκολα με αντίδραση με υδροξείδια μετάλλων. Εάν προστεθεί διάλυμα σακχαρόζης στο υδροξείδιο του χαλκού(II), σχηματίζεται ένα φωτεινό μπλε διάλυμα σακχαρόζης χαλκού. Δεν υπάρχει ομάδα αλδεΰδης στη σακχαρόζη: όταν θερμαίνεται με διάλυμα αμμωνίας οξειδίου του αργύρου (I), δεν δίνει «ασημένιο καθρέφτη»· όταν θερμαίνεται με υδροξείδιο χαλκού (II), δεν σχηματίζει κόκκινο οξείδιο του χαλκού (I). . Μεταξύ των ισομερών της σακχαρόζης με μοριακό τύπο C12H22O11, διακρίνονται η μαλτόζη και η λακτόζη.

Αντίδραση σακχαρόζης με νερό.Εάν βράσετε ένα διάλυμα σακχαρόζης με μερικές σταγόνες υδροχλωρικού ή θειικού οξέος και εξουδετερώσετε το οξύ με αλκάλι και στη συνέχεια θερμάνετε το διάλυμα, εμφανίζονται μόρια με ομάδες αλδεΰδης, τα οποία ανάγουν το υδροξείδιο του χαλκού (II) σε οξείδιο του χαλκού (Ι). Αυτή η αντίδραση δείχνει ότι η σακχαρόζη υφίσταται υδρόλυση υπό την καταλυτική δράση του οξέος, με αποτέλεσμα το σχηματισμό γλυκόζης και φρουκτόζης: C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6

Φυσικές και ανθρωπογενείς πηγές.Περιέχεται σε ζαχαροκάλαμο, ζαχαρότευτλα (έως 28% ξηρά ουσία), χυμούς φυτών και φρούτα (για παράδειγμα, σημύδα, σφένδαμο, πεπόνι και καρότα). Η πηγή σακχαρόζης - από τεύτλα ή ζαχαροκάλαμο - καθορίζεται από την αναλογία της περιεκτικότητας των σταθερών ισοτόπων άνθρακα 12C και 13C. Τα ζαχαρότευτλα έχουν μηχανισμό C3 για την αφομοίωση του διοξειδίου του άνθρακα (μέσω φωσφογλυκερικού οξέος) και απορροφούν κατά προτίμηση το ισότοπο 12C. Το ζαχαροκάλαμο έχει μηχανισμό C4 για την απορρόφηση του διοξειδίου του άνθρακα (μέσω οξαλοξικού οξέος) και απορροφά κατά προτίμηση το ισότοπο 13C.

45. Κελλοβιόζη- ένας υδατάνθρακας από την ομάδα των δισακχαριτών, που αποτελείται από δύο υπολείμματα γλυκόζης που συνδέονται με β-γλυκοσιδικό δεσμό· η κύρια δομική μονάδα της κυτταρίνης.

Λευκή κρυσταλλική ουσία, εξαιρετικά διαλυτή στο νερό. Η κυτταροβιόζη χαρακτηρίζεται από αντιδράσεις που περιλαμβάνουν μια ομάδα αλδεΰδης (ημιακετάλη) και ομάδες υδροξυλίου. Κατά την όξινη υδρόλυση ή υπό τη δράση του ενζύμου β-γλυκοσιδάση, η κυτταροβιόζη διασπάται για να σχηματίσει 2 μόρια γλυκόζης.

Η κυτταρίνη λαμβάνεται με μερική υδρόλυση της κυτταρίνης. Η Cellobiose βρίσκεται σε ελεύθερη μορφή στο χυμό ορισμένων δέντρων.

46. ​​Πολυσακχαρίτες- η γενική ονομασία για μια κατηγορία σύνθετων υψηλομοριακών υδατανθράκων, τα μόρια των οποίων αποτελούνται από δεκάδες, εκατοντάδες ή χιλιάδες μονομερή - μονοσακχαρίτες.

Οι πολυσακχαρίτες είναι απαραίτητοι για τη ζωή των ζωικών και φυτικών οργανισμών. Αποτελούν μια από τις κύριες πηγές ενέργειας που παράγεται ως αποτέλεσμα του μεταβολισμού του σώματος. Συμμετέχουν σε ανοσολογικές διεργασίες, παρέχουν κυτταρική προσκόλληση στους ιστούς και αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος της οργανικής ύλης στη βιόσφαιρα.

Η ποικιλόμορφη βιολογική δράση των πολυσακχαριτών φυτικής προέλευσης έχει τεκμηριωθεί: αντιβιοτικό, αντιιικό, αντικαρκινικό, αντίδοτο [δεν προσδιορίζεται πηγή 236 ημέρες]. Οι πολυσακχαρίτες φυτικής προέλευσης παίζουν σημαντικό ρόλο στη μείωση της λιπαιμίας και της αγγειακής αθηρωματώσεως λόγω της ικανότητάς τους να σχηματίζουν σύμπλοκα με πρωτεΐνες και λιποπρωτεΐνες στο πλάσμα του αίματος.

Οι πολυσακχαρίτες περιλαμβάνουν ειδικότερα:

Η δεξτρίνη είναι ένας πολυσακχαρίτης, προϊόν υδρόλυσης αμύλου.

Το άμυλο είναι ο κύριος πολυσακχαρίτης που εναποτίθεται ως ενεργειακό απόθεμα στους φυτικούς οργανισμούς.

Το γλυκογόνο είναι ένας πολυσακχαρίτης που εναποτίθεται ως ενεργειακό απόθεμα στα κύτταρα των ζωικών οργανισμών, αλλά βρίσκεται σε μικρές ποσότητες στους φυτικούς ιστούς.

Η κυτταρίνη είναι ο κύριος δομικός πολυσακχαρίτης των φυτικών κυτταρικών τοιχωμάτων.

γαλακτομαννάνες - πολυσακχαρίτες αποθήκευσης ορισμένων φυτών της οικογένειας των ψυχανθών, όπως το γκουαράνα και το κόμμι χαρουπιών.

Η γλυκομαννάνη είναι ένας πολυσακχαρίτης που λαμβάνεται από κόνδυλους konjac, που αποτελείται από εναλλασσόμενες μονάδες γλυκόζης και μαννόζης, μια διαλυτή διαιτητική ίνα που μειώνει την όρεξη.

αμυλοειδές - χρησιμοποιείται στην παραγωγή λαδόχαρτου.

Κυτταρίνη (από λατ. κυτταρίνη - κύτταρο, το ίδιο με την ίνα) - [C6H7O2(OH)3]n, πολυσακχαρίτης. το κύριο συστατικό των κυτταρικών μεμβρανών όλων των ανώτερων φυτών.

Η κυτταρίνη αποτελείται από υπολείμματα μορίων γλυκόζης, τα οποία σχηματίζονται κατά την όξινη υδρόλυση της κυτταρίνης:

(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6

Η κυτταρίνη είναι ένα μακρύ νήμα που περιέχει 300-2500 υπολείμματα γλυκόζης, χωρίς πλευρικά κλαδιά. Αυτά τα νήματα συνδέονται μεταξύ τους με πολλούς δεσμούς υδρογόνου, γεγονός που δίνει στην κυτταρίνη μεγαλύτερη μηχανική αντοχή. Τα θηλαστικά (όπως τα περισσότερα άλλα ζώα) δεν έχουν ένζυμα που μπορούν να διασπάσουν την κυτταρίνη. Ωστόσο, πολλά φυτοφάγα (για παράδειγμα, μηρυκαστικά) έχουν συμβιωτικά βακτήρια στην πεπτική οδό που διασπώνται και βοηθούν τους ξενιστές να απορροφήσουν αυτόν τον πολυσακχαρίτη.

Με βιομηχανική μέθοδο, η κυτταρίνη παράγεται με μαγείρεμα σε εργοστάσια χαρτοπολτού που αποτελούν μέρος βιομηχανικών συγκροτημάτων (μύλοι). Με βάση τον τύπο των αντιδραστηρίων που χρησιμοποιούνται, διακρίνονται οι ακόλουθες μέθοδοι μαγειρέματος πολτού:

Θειώδες άλας. Το μαγειρικό διάλυμα περιέχει θειικό οξύ και το άλας του, για παράδειγμα υδροθειώδες νάτριο. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για τη λήψη κυτταρίνης από είδη ξύλου χαμηλής ρητίνης: έλατο, έλατο.

Αλκαλική:

Natronny. Χρησιμοποιείται διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου. Η μέθοδος της σόδας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη λήψη κυτταρίνης από φυλλοβόλο ξύλο και ετήσια φυτά.

Θειικό άλας. Η πιο διαδεδομένη μέθοδος σήμερα. Το αντιδραστήριο που χρησιμοποιείται είναι ένα διάλυμα που περιέχει υδροξείδιο του νατρίου και θειούχο νάτριο, που ονομάζεται λευκό υγρό. Η μέθοδος πήρε το όνομά της από το θειικό νάτριο, από το οποίο λαμβάνεται το σουλφίδιο για το λευκό υγρό σε εργοστάσια χαρτοπολτού. Η μέθοδος είναι κατάλληλη για την παραγωγή κυτταρίνης από οποιοδήποτε είδος φυτικού υλικού. Το μειονέκτημά του είναι η απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας δύσοσμων ενώσεων θείου: μεθυλμερκαπτάνη, διμεθυλοσουλφίδιο κ.λπ. ως αποτέλεσμα ανεπιθύμητων ενεργειών.

Η τεχνική κυτταρίνη που λαμβάνεται μετά το μαγείρεμα περιέχει διάφορες ακαθαρσίες: λιγνίνη, ημικυτταρίνες. Εάν η κυτταρίνη προορίζεται για χημική επεξεργασία (για παράδειγμα, για την παραγωγή τεχνητών ινών), τότε υποβάλλεται σε διύλιση - επεξεργασία με κρύο ή ζεστό αλκαλικό διάλυμα για την απομάκρυνση των ημικυτταρινών.

Για να αφαιρεθεί η υπολειμματική λιγνίνη και να γίνει λευκός ο πολτός, γίνεται λεύκανση. Η παραδοσιακή λεύκανση με χλώριο περιλαμβάνει δύο βήματα:

επεξεργασία χλωρίου - για την καταστροφή των μακρομορίων λιγνίνης.

επεξεργασία αλκαλίων - για την εξαγωγή των προϊόντων που προκύπτουν από την καταστροφή της λιγνίνης.

47. Άμυλο- πολυσακχαρίτες αμυλόζης και αμυλοπηκτίνης, το μονομερές των οποίων είναι η άλφα-γλυκόζη. Το άμυλο, που συντίθεται από διαφορετικά φυτά υπό την επίδραση του φωτός (φωτοσύνθεση), έχει πολλές διαφορετικές συνθέσεις και δομές κόκκων.

Βιολογικές ιδιότητες.Το άμυλο, ως ένα από τα προϊόντα της φωτοσύνθεσης, είναι ευρέως διαδεδομένο στη φύση. Για τα φυτά είναι αποθεματικό ΘΡΕΠΤΙΚΕΣ ουσιεςκαι βρίσκεται κυρίως σε φρούτα, σπόρους και κόνδυλους. Οι κόκκοι των φυτών δημητριακών είναι οι πλουσιότεροι σε άμυλο: ρύζι (έως 86%), σιτάρι (έως 75%), καλαμπόκι (έως 72%) και κόνδυλοι πατάτας (έως 24%).

Για τον ανθρώπινο οργανισμό, το άμυλο, μαζί με τη σακχαρόζη, χρησιμεύει ως ο κύριος προμηθευτής υδατανθράκων - ένα από τα πιο σημαντικά συστατικά των τροφίμων. Υπό τη δράση των ενζύμων, το άμυλο υδρολύεται σε γλυκόζη, η οποία οξειδώνεται στα κύτταρα σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό, απελευθερώνοντας ενέργεια απαραίτητη για τη λειτουργία ενός ζωντανού οργανισμού.

Βιοσύνθεση.Μέρος της γλυκόζης που παράγεται στα πράσινα φυτά κατά τη φωτοσύνθεση μετατρέπεται σε άμυλο:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6 (γλυκόζη) → (C6H10O5)n + nH2O

Γενικά, αυτό μπορεί να γραφτεί ως 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n 6nO2.

Το άμυλο συσσωρεύεται σε κονδύλους, φρούτα και σπόρους φυτών ως αποθεματική διατροφή. Έτσι, οι κόνδυλοι πατάτας περιέχουν έως και 24% άμυλο, οι σπόροι σιταριού - έως και 64%, το ρύζι - 75%, το καλαμπόκι - 70%.

Το γλυκογόνο είναι ένας πολυσακχαρίτηςπου σχηματίζεται από υπολείμματα γλυκόζης. ο κύριος υδατάνθρακας αποθήκευσης σε ανθρώπους και ζώα. Το γλυκογόνο (που μερικές φορές ονομάζεται επίσης ζωικό άμυλο, παρά την ανακρίβεια αυτού του όρου) είναι η κύρια μορφή αποθήκευσης γλυκόζης στα ζωικά κύτταρα. Εναπόθεση με τη μορφή κόκκων στο κυτταρόπλασμα σε πολλούς τύπους κυττάρων (κυρίως ήπαρ και μύες). Το γλυκογόνο σχηματίζει ένα ενεργειακό απόθεμα που μπορεί να κινητοποιηθεί γρήγορα εάν είναι απαραίτητο για να αντισταθμίσει την ξαφνική έλλειψη γλυκόζης. Ωστόσο, η αποθήκευση γλυκογόνου δεν είναι τόσο πυκνή σε θερμίδες ανά γραμμάριο όσο η αποθήκευση τριγλυκεριδίων (λίπος). Μόνο το γλυκογόνο που είναι αποθηκευμένο στα ηπατικά κύτταρα (ηπατοκύτταρα) μπορεί να μετατραπεί σε γλυκόζη για να τροφοδοτήσει ολόκληρο το σώμα και τα ηπατοκύτταρα μπορούν να αποθηκεύσουν έως και το 8 τοις εκατό του βάρους τους με τη μορφή γλυκογόνου, που είναι η υψηλότερη συγκέντρωση από οποιονδήποτε τύπο κυττάρου. Η συνολική μάζα γλυκογόνου στο ήπαρ μπορεί να φτάσει τα 100-120 γραμμάρια στους ενήλικες. Στους μύες, το γλυκογόνο μετατρέπεται σε γλυκόζη αποκλειστικά για τοπική κατανάλωση και συσσωρεύεται σε πολύ χαμηλότερες συγκεντρώσεις (όχι περισσότερο από 1% του συνολική μάζαμύες), την ίδια στιγμή, το συνολικό απόθεμα μυών του μπορεί να υπερβαίνει το απόθεμα που συσσωρεύεται στα ηπατοκύτταρα. Δεν ένας μεγάλος αριθμός απόΤο γλυκογόνο βρίσκεται στα νεφρά, και ακόμη λιγότερο βρίσκεται σε ορισμένους τύπους εγκεφαλικών κυττάρων (γλοιακά) και λευκά αιμοσφαίρια.

48. Χιτίνη (C8H13O5N) (Γαλλική χιτίνη, από το ελληνικό chiton: chiton - ρούχα, δέρμα, κέλυφος) - μια φυσική ένωση από την ομάδα των πολυσακχαριτών που περιέχουν άζωτο. Χημική ονομασία: πολυ-Ν-ακετυλο-D-γλυκόζη-2-αμίνη, ένα πολυμερές υπολειμμάτων Ν-ακετυλογλυκοζαμίνης συνδεδεμένο με β-(1,4)-γλυκοσιδικούς δεσμούς. Το κύριο συστατικό του εξωσκελετού (επιδερμίδα) των αρθρόποδων και ορισμένων άλλων ασπόνδυλων, είναι μέρος του κυτταρικού τοιχώματος των μυκήτων και των βακτηρίων.

Κατανομή στη φύση.Η χιτίνη είναι ένας από τους πιο διαδεδομένους πολυσακχαρίτες στη φύση· κάθε χρόνο στη Γη σχηματίζονται και αποσυντίθενται περίπου 10 γιγατόνοι χιτίνης σε ζωντανούς οργανισμούς.

Εκτελεί προστατευτικές και υποστηρικτικές λειτουργίες, διασφαλίζοντας την ακαμψία των κυττάρων - που βρίσκονται στα κυτταρικά τοιχώματα των μυκήτων.

Το κύριο συστατικό του εξωσκελετού των αρθροπόδων.

Η χιτίνη σχηματίζεται επίσης στα σώματα πολλών άλλων ζώων - διάφορα σκουλήκια, συνεντερικά κ.λπ.

Σε όλους τους οργανισμούς που παράγουν και χρησιμοποιούν χιτίνη, δεν βρίσκεται σε καθαρή μορφή, αλλά σε συνδυασμό με άλλους πολυσακχαρίτες και πολύ συχνά συνδέεται με πρωτεΐνες. Παρά το γεγονός ότι η χιτίνη είναι μια ουσία πολύ παρόμοια στη δομή, ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣκαι βιολογικό ρόλο στην κυτταρίνη, η χιτίνη δεν μπορούσε να βρεθεί σε οργανισμούς που σχηματίζουν κυτταρίνη (φυτά, ορισμένα βακτήρια).

Χημεία της χιτίνης.Στη φυσική τους μορφή, οι χιτίνες από διαφορετικούς οργανισμούς διαφέρουν κάπως ως προς τη σύνθεση και τις ιδιότητες. Το μοριακό βάρος της χιτίνης φτάνει τις 260.000.

Η χιτίνη είναι αδιάλυτη στο νερό και ανθεκτική σε αραιά οξέα, αλκάλια, αλκοόλ και άλλους οργανικούς διαλύτες. Διαλυτό σε συμπυκνωμένα διαλύματα ορισμένων αλάτων (χλωριούχος ψευδάργυρος, θειοκυανικό λίθιο, άλατα ασβεστίου).

Όταν θερμαίνεται με συμπυκνωμένα διαλύματα ανόργανων οξέων, καταστρέφεται (υδρολύεται), εξαλείφοντας τις ακετυλομάδες.

Πρακτική χρήση.Ένα από τα παράγωγα της χιτίνης, που λαμβάνεται από αυτήν βιομηχανικά, είναι η χιτοζάνη. Οι πρώτες ύλες για την παραγωγή του είναι κοχύλια καρκινοειδών (κριλ, καβούρι βασιλιάς), καθώς και προϊόντα μικροβιολογικής σύνθεσης.

49. Αρωματικοί υδρογονάνθρακες, οργανικές ενώσεις που αποτελούνται από άνθρακα και υδρογόνο και περιέχουν πυρήνες βενζολίου. Οι απλούστεροι και σημαντικότεροι εκπρόσωποι του A. u. - βενζόλιο (Ι) και τα ομόλογά του: μεθυλβενζόλιο ή τολουόλιο (II), διμεθυλβενζόλιο ή ξυλόλιο κ.λπ. περιλαμβάνουν επίσης παράγωγα βενζολίου με ακόρεστες πλευρικές αλυσίδες, για παράδειγμα στυρόλιο (III). Υπάρχουν πολλά γνωστά A.u. με αρκετούς πυρήνες βενζολίου στο μόριο, για παράδειγμα διφαινυλομεθάνιο (IV), διφαινύλιο C6H5-C6H5, όπου και οι δύο πυρήνες βενζολίου συνδέονται άμεσα μεταξύ τους. στη ναφθαλίνη (V) και οι δύο δακτύλιοι μοιράζονται 2 άτομα άνθρακα. τέτοιοι υδρογονάνθρακες ονομάζονται A.u. με συμπυκνωμένους πυρήνες.

Βενζόλιο C6H6, PhH) είναι μια οργανική χημική ένωση, ένα άχρωμο υγρό με ευχάριστη γλυκιά οσμή. Αρωματικός υδρογονάνθρακας. Το βενζόλιο είναι συστατικό της βενζίνης, χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία και είναι πρώτη ύλη για την παραγωγή φαρμάκων, διαφόρων πλαστικών, συνθετικού καουτσούκ και βαφών. Αν και το βενζόλιο είναι συστατικό του αργού πετρελαίου, συντίθεται σε βιομηχανική κλίμακα από άλλα συστατικά. Τοξικό, καρκινογόνο.

Ομόλογα- Ενώσεις που ανήκουν στην ίδια κατηγορία, αλλά διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τη σύνθεση κατά ακέραιο αριθμό ομάδων CH2. Το σύνολο όλων των ομολόγων σχηματίζει μια ομολογική σειρά.

Φυσικές ιδιότητες.Άχρωμο υγρό με ιδιόμορφη πικάντικη οσμή. Σημείο τήξεως = 5,5 °C, σημείο βρασμού = 80,1 °C, πυκνότητα = 0,879 g/cm³, μοριακό βάρος = 78,11 g/mol. Όπως όλοι οι υδρογονάνθρακες, το βενζόλιο καίει και παράγει πολλή αιθάλη. Σχηματίζει εκρηκτικά μείγματα με τον αέρα, αναμιγνύεται καλά με αιθέρες, βενζίνη και άλλους οργανικούς διαλύτες· με το νερό σχηματίζει ένα αζεοτροπικό μείγμα με σημείο βρασμού 69,25 °C. Διαλυτότητα στο νερό 1,79 g/l (στους 25 °C).

Δομή.Το βενζόλιο στη σύνθεση ανήκει σε ακόρεστους υδρογονάνθρακες (ομόλογη σειρά CnH2n-6), αλλά σε αντίθεση με τους υδρογονάνθρακες της σειράς αιθυλενίου, το C2H4 παρουσιάζει τις ιδιότητες που είναι εγγενείς στους κορεσμένους υδρογονάνθρακες υπό σκληρές συνθήκες, αλλά το βενζόλιο είναι πιο επιρρεπές σε αντιδράσεις υποκατάστασης. Αυτή η «συμπεριφορά» του βενζολίου εξηγείται από την ειδική δομή του: την παρουσία ενός συζευγμένου νέφους 6π-ηλεκτρονίων στη δομή. Η σύγχρονη κατανόηση της ηλεκτρονικής φύσης των δεσμών στο βενζόλιο βασίζεται στην υπόθεση του Linus Pauling, ο οποίος πρότεινε να απεικονιστεί το μόριο του βενζολίου ως εξάγωνο με εγγεγραμμένο κύκλο, τονίζοντας έτσι την απουσία σταθερών διπλών δεσμών και την παρουσία ενός μόνο ηλεκτρονίου σύννεφο που καλύπτει και τα έξι άτομα άνθρακα του κύκλου.

50. Αρωματικές ενώσεις (αρένες)- κυκλικές οργανικές ενώσεις που περιέχουν ένα σύστημα αρωματικών δεσμών. Μπορεί να έχουν κορεσμένες ή ακόρεστες πλευρικές αλυσίδες.

Οι πιο σημαντικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες περιλαμβάνουν το βενζόλιο C6H6 και τα ομόλογά του: τολουόλιο C6H5CH3, ξυλόλιο C6H4(CH3)2, κ.λπ. ναφθαλίνη C10H8, ανθρακένιο C14H10 και τα παράγωγά τους. Χαρακτηριστικές χημικές ιδιότητες- αυξημένη σταθερότητα του αρωματικού πυρήνα και τάση για αντιδράσεις υποκατάστασης. Οι κύριες πηγές αρωματικών υδρογονανθράκων είναι η λιθανθρακόπισσα, το πετρέλαιο και τα προϊόντα πετρελαίου. Οι συνθετικές μέθοδοι παραγωγής έχουν μεγάλη σημασία. Οι αρωματικοί υδρογονάνθρακες είναι τα αρχικά προϊόντα για την παραγωγή κετονών, αλδεΰδων και αρωματικών οξέων, καθώς και πολλών άλλων ουσιών. Υπάρχουν επίσης ετεροκυκλικές αρένες, μεταξύ των οποίων οι πιο συχνά βρίσκονται σε καθαρή μορφή και σε μορφή ενώσεων είναι η πυριδίνη, η πυρρόλη, το φουράνιο και το θειοφαίνιο, η ινδόλη, η πουρίνη, η κινολίνη.

Το βοραζόλη («ανόργανο βενζόλιο») είναι επίσης αρωματικό, αλλά οι ιδιότητές του διαφέρουν σημαντικά από εκείνες των οργανικών αρένων.

Ηλεκτρόφιλες αντιδράσεις υποκατάστασης»(αγγλ. ηλεκτροφιλική αντίδραση υποκατάστασης) - αντιδράσεις υποκατάστασης στις οποίες η επίθεση πραγματοποιείται από ένα ηλεκτρόφιλο - ένα σωματίδιο που είναι θετικά φορτισμένο ή έχει ανεπάρκεια ηλεκτρονίων. Όταν σχηματίζεται ένας νέος δεσμός, το εξερχόμενο σωματίδιο, ο ηλεκτροφάγος, διασπάται χωρίς το ζεύγος ηλεκτρονίων του. Η πιο δημοφιλής αποχωρούσα ομάδα είναι το πρωτόνιο Η+.

51-52. Αρωματικές αντιδράσεις ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης

Για τα αρωματικά συστήματα, υπάρχει στην πραγματικότητα ένας μηχανισμός ηλεκτροφιλικής υποκατάστασης - SEAR. Ο μηχανισμός SE1 (παρόμοιος με τον μηχανισμό SN1) είναι εξαιρετικά σπάνιος και ο SE2 (παρόμοιος με τον μηχανισμό SN2) δεν βρίσκεται καθόλου.

Μηχανισμός αντίδρασης SEARή αρωματική αντίδραση ηλεκτροφιλικής υποκατάστασης (eng. substitution electrophilic aromatic) είναι η πιο κοινή και σημαντικότερη μεταξύ των αντιδράσεων υποκατάστασης αρωματικών ενώσεων και αποτελείται από δύο στάδια. Στο πρώτο στάδιο προστίθεται το ηλεκτρόφιλο και στο δεύτερο στάδιο διαχωρίζεται ο ηλεκτροφυγόκεντρος.

Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, σχηματίζεται ένα θετικά φορτισμένο ενδιάμεσο (στο Σχήμα 2β). Ονομάζεται ενδιάμεσο Ueland, ιόν αρωνίου ή σύμπλοκο σ. Αυτό το σύμπλοκο είναι γενικά πολύ αντιδραστικό και σταθεροποιείται εύκολα, εξαλείφοντας γρήγορα το κατιόν. Το βήμα περιορισμού του ρυθμού στη συντριπτική πλειοψηφία των αντιδράσεων SEAR είναι το πρώτο βήμα.

Ταχύτητα αντίδρασης = k**

Το είδος που επιτίθεται είναι συνήθως σχετικά αδύναμα ηλεκτρόφιλα, έτσι στις περισσότερες περιπτώσεις η αντίδραση SEAR προχωρά υπό τη δράση ενός καταλύτη - οξέος Lewis. Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα είναι τα AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2.

Σε αυτή την περίπτωση, ο μηχανισμός αντίδρασης είναι ο ακόλουθος (χρησιμοποιώντας το παράδειγμα χλωρίωσης βενζολίου, καταλύτη FeCl3):

1. Στο πρώτο στάδιο, ο καταλύτης αλληλεπιδρά με το επιτιθέμενο σωματίδιο για να σχηματίσει έναν ενεργό ηλεκτροφιλικό παράγοντα

Στο δεύτερο στάδιο, μάλιστα, εφαρμόζεται ο μηχανισμός SEAR

53. Ετεροκυκλικές ενώσεις(ετερόκυκλοι) - οργανικές ενώσεις που περιέχουν κύκλους, οι οποίοι, μαζί με τον άνθρακα, περιλαμβάνουν επίσης άτομα άλλων στοιχείων. Μπορούν να θεωρηθούν ως καρβοκυκλικές ενώσεις με ετερουποκαταστάτες (ετεροάτομα) στον δακτύλιο. Οι πιο διαφορετικές και καλά μελετημένες είναι οι αρωματικές ετεροκυκλικές ενώσεις που περιέχουν άζωτο. Περιοριστικές περιπτώσεις ετεροκυκλικών ενώσεων είναι ενώσεις που δεν περιέχουν άτομα άνθρακα στον δακτύλιο, για παράδειγμα, πενταζόλη.

Πυρρόλιο- ένας αρωματικός πενταμελής ετερόκυκλος αζώτου, έχει ασθενείς βασικές ιδιότητες. Περιέχεται σε οστεέλαιο (το οποίο λαμβάνεται με ξηρή απόσταξη οστών), καθώς και σε λιθανθρακόπισσα. Οι δακτύλιοι πυρρολίου αποτελούν μέρος των πορφυρινών - φυτική χλωροφύλλη, αίμη αιμοσφαιρινών και κυτοχρωμάτων και μια σειρά από άλλες βιολογικά σημαντικές ενώσεις.

Δομή και ιδιότητες.Η πυρρόλη είναι ένα άχρωμο υγρό με οσμή παρόμοια με το χλωροφόρμιο, το οποίο σκουραίνει αργά όταν εκτίθεται στον αέρα. Είναι ελαφρώς υγροσκοπικό, ελαφρώς διαλυτό στο νερό και εξαιρετικά διαλυτό στους περισσότερους οργανικούς διαλύτες. Η δομή της πυρρόλης προτάθηκε το 1870 από την Bayer, με βάση την οξείδωση της με χρωμικό οξύ σε μηλεϊμίδιο και το σχηματισμό της κατά την απόσταξη ηλεκτριμιδίου με σκόνη ψευδαργύρου.

Οξύτητα και μετάλλωση.Η πυρρόλη είναι ένα ασθενές οξύ NH (pKa 17,5 στο νερό) και αντιδρά με αλκαλιμέταλλα και τα αμίδια τους σε υγρή αμμωνία ή αδρανείς διαλύτες, αποπρωτονιώνοντας στη θέση 1 και σχηματίζοντας τα αντίστοιχα άλατα. Η αντίδραση με τα αντιδραστήρια Grignard προχωρά παρόμοια, στην οποία σχηματίζονται άλατα Ν-μαγνήσιου. Οι Ν-υποκατεστημένες πυρρόλες αντιδρούν με βουτύλιο και φαινυλλίθιο, μεταλλοποιώντας στην α-θέση.

54. INDOL (βενζο[b]πυρρόλιο), μολ. μ. 117,18; άχρωμος κρύσταλλοι με ελαφριά οσμή ναφθαλίνης. σ.τ. 52,5 °C, bp. 254 °C; d456 1,0718; εξαχνώνεται όταν θερμαίνεται. έως 150°C. m 7.03.10-30 Kl.m (βενζόλιο, 25°C); αποστάζει με υδρατμούς, διαιθυλαιθέρα και NH3. καλά sol. σε οργ. r-λιανοπωλητές, ζεστό νερό, υγρή ΝΗ3. Το μόριο έχει επίπεδη διαμόρφωση.

Η ινδόλη είναι αδύναμη βάση (pKa -2,4). Όταν πρωτονιωθεί, σχηματίζει ένα κατιόν 3Η-ινδολίου (μορφή Ι), το οποίο κατά την αλληλεπίδραση. με ουδέτερο μόριο, η ινδόλη δίνει διμερές (II). Ως αδύναμη ένωση (pKa 17), η ινδόλη με Na σε υγρή ΝΗ3 σχηματίζει Ν-νδόλη νατρίου, με ΚΟΗ στους 130°C - Ν-ινδόλη καλίου. Είναι αρωματικό. Άγιε εσύ. Ηλεκτροφ. η αντικατάσταση πηγαίνει Ch. αρ. στη θέση 3. Η νίτρωση πραγματοποιείται συνήθως με νιτρικό βενζοϋλ, σουλφονίωση με σουλφοτριοξείδιο πυριδίνης, βρωμίωση με διβρωμιούχο διοξάνιο, χλωρίωση με SO2Cl2, αλκυλίωση με ενεργά αλκυλαλογονίδια. Η ακετυλίωση σε οξικό οξύ συμβαίνει επίσης στη θέση 3, παρουσία. CH3COONa - στη θέση 1; Η 1,3-διακετυλινδόλη σχηματίζεται σε οξικό ανυδρίτη. Η ινδόλη συνδέεται εύκολα με τον διπλό δεσμό α,β-ακόρεστων κετονών και νιτριλίων.

Η αμινομεθυλίωση (διάλυμα Mannich) λαμβάνει χώρα στη θέση 1 υπό ήπιες συνθήκες και στη θέση 3 σε σκληρές συνθήκες. Η υποκατάσταση στον δακτύλιο βενζολίου (κυρίως στις θέσεις 4 και 6) συμβαίνει μόνο σε όξινα περιβάλλοντα όταν η θέση 3 είναι μπλοκαρισμένη. Το H2O2, τα υπεροξέα ή στο φως, η ινδόλη οξειδώνεται σε ινδοξύλιο, το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται. σε τρίμερ ή λουλακί. Η πιο σοβαρή οξείδωση υπό την επίδραση του O3, MnO2 οδηγεί στη ρήξη του δακτυλίου της πυρρόλης με το σχηματισμό 2-φορμαμιδοβενζαλδεΰδης. Όταν η ινδόλη υδρογονώνεται με υδρογόνο κάτω από ήπιες συνθήκες, ο δακτύλιος πυρρολίου μειώνεται και υπό σκληρότερες συνθήκες, ο δακτύλιος βενζολίου μειώνεται επίσης.

Η ινδόλη βρίσκεται σε αιθέρια έλαιαγιασεμί και εσπεριδοειδή, αποτελεί μέρος του Καμ.-Ουγ. ρητίνη. Ο δακτύλιος ινδόλης είναι ένα θραύσμα σημαντικών φυσικών μορίων. ενώσεις (π.χ. τρυπτοφάνη, σεροτονίνη, μελατονίνη, βουφοτενίνη). Τυπικά, η ινδόλη απομονώνεται από το κλάσμα ναφθαλίνης του Kam.-Ug. ρητίνη ή λαμβάνεται με αφυδρογόνωση ο-αιθυλανιλίνης με το τελευταίο. κυκλοποίηση του προκύπτοντος προϊόντος. Η ινδόλη και τα παράγωγά της συντίθενται επίσης με κυκλοποίηση αρυλυδραζονών καρβονυλικών ενώσεων. (περιοχή Fischer), αλληλεπίδραση. αρυλαμίνες με α-αλο- ή α-υδροξυκαρβονυλ ενώσεις. (περιοχή Bishler), κ.λπ. Ο πυρήνας της ινδόλης είναι μέρος των αλκαλοειδών της ινδόλης. Η ίδια η ινδόλη είναι σταθεροποιητής οσμών στην αρωματοποιία. Τα παράγωγά του χρησιμοποιούνται στην παραγωγή βιολογικά ενεργών ενώσεων. (ορμόνες, παραισθησιογόνα) και φάρμακα. Τετ (π.χ. indopan, indomethacin).

55. Ιμιδαζόλη- μια οργανική ένωση της κατηγορίας των ετεροκυκλικών, ένας πενταμελής δακτύλιος με δύο άτομα αζώτου και τρία άτομα άνθρακα στον δακτύλιο, ισομερής προς πυραζόλη.

Ιδιότητες.Στο μη υποκατεστημένο ιμιδαζόλιο, οι θέσεις 4 και 5 (άτομα άνθρακα) είναι ισοδύναμες λόγω ταυτομερισμού. Αρωματικό, αντιδρά με άλατα διαζωνίου (συνδυασμός). Νιτρώνεται και σουλφονώνεται μόνο σε όξινο περιβάλλον στη θέση 4, αλογόνα εισέρχονται στη θέση 2 σε αλκαλικό περιβάλλον και στη θέση 4 σε όξινο περιβάλλον. Αλκυλιώνεται εύκολα και ακυλιώνεται στην ιμίνη Ν, ανοίγει τον κύκλο όταν αλληλεπιδρά με διαλύματα ισχυρών οξέων και υπεροξειδίων. Καταλύει την υδρόλυση δύσκολα σαπωνοποιημένων εστέρων και αμιδίων καρβοξυλικών οξέων.

Ένας μεγάλος αριθμός διαφορετικών ιοντικών υγρών παράγεται με βάση την ιμιδαζόλη.

Μέθοδοι παραλαβής.Από ορθο-φαινυλενοδιαμίνη μέσω βενζιμιδαζόλης και 4,5-ιμιδαζολικό δικαρβοξυλικό οξύ.

Η αλληλεπίδραση της γλυοξάλης (οξαλαλδεΰδης) με την αμμωνία και τη φορμαλδεΰδη.

Βιολογικός ρόλος.Ο κύκλος της ιμιδαζόλης είναι μέρος του απαραίτητου αμινοξέος ιστιδίνη. Δομικό θραύσμα ισταμίνης, πουρινικές βάσεις, διβαζόλη.

56. Πυριδίνη- ένας εξαμελής αρωματικός ετερόκυκλος με ένα άτομο αζώτου, ένα άχρωμο υγρό με έντονη δυσάρεστη οσμή. αναμιγνύεται με νερό και οργανικούς διαλύτες. Η πυριδίνη είναι αδύναμη βάση, δίνει άλατα με ισχυρά μεταλλικά οξέα και σχηματίζει εύκολα διπλά άλατα και σύνθετες ενώσεις.

Παραλαβή.Η κύρια πηγή πυριδίνης είναι η λιθανθρακόπισσα.

Χημικές ιδιότητες.Η πυριδίνη εμφανίζει ιδιότητες χαρακτηριστικές των τριτοταγών αμινών: σχηματίζει Ν-οξείδια, άλατα Ν-αλκυλοπυριδινίου και μπορεί να δράσει ως πρόσδεμα δότη σίγμα.

Ταυτόχρονα, η πυριδίνη έχει εμφανείς αρωματικές ιδιότητες. Ωστόσο, η παρουσία ενός ατόμου αζώτου στον δακτύλιο σύζευξης οδηγεί σε σοβαρή ανακατανομή της πυκνότητας ηλεκτρονίων, η οποία οδηγεί σε ισχυρή μείωση της δραστηριότητας της πυριδίνης στις ηλεκτρόφιλες αντιδράσεις αρωματικής υποκατάστασης. Σε τέτοιες αντιδράσεις, οι μετα-θέσεις του δακτυλίου αντιδρούν κυρίως.

Η πυριδίνη χαρακτηρίζεται από αρωματικές πυρηνόφιλες αντιδράσεις υποκατάστασης που συμβαίνουν κυρίως στις ορθο-παρά θέσεις του δακτυλίου. Αυτή η αντιδραστικότητα υποδεικνύει την έλλειψη ηλεκτρονίων φύση του δακτυλίου πυριδίνης, η οποία μπορεί να συνοψιστεί στον ακόλουθο εμπειρικό κανόνα: η αντιδραστικότητα της πυριδίνης ως αρωματικής ένωσης αντιστοιχεί κατά προσέγγιση με την αντιδραστικότητα του νιτροβενζολίου.

Εφαρμογή.Χρησιμοποιείται στη σύνθεση βαφών, φαρμακευτικών ουσιών, εντομοκτόνων, στην αναλυτική χημεία, ως διαλύτης για πολλές οργανικές και μερικές ανόργανες ουσίες και για μετουσιωτική αλκοόλη.

Ασφάλεια.Η πυριδίνη είναι τοξική και επηρεάζει το νευρικό σύστημα και το δέρμα.

57. Βιολογικός ρόλος.Το νικοτινικό οξύ είναι ένα παράγωγο πυριδίνης. Απορροφάται στο στομάχι και το δωδεκαδάκτυλο, και στη συνέχεια υφίσταται αμίνωση, με αποτέλεσμα τη νικοτιναμίδη, η οποία στον οργανισμό, σε συνδυασμό με πρωτεΐνες, σχηματίζει περισσότερα από 80 ένζυμα. Αυτός είναι ο κύριος φυσιολογικός ρόλος της βιταμίνης Β5. Έτσι, το νικοτινικό οξύ αποτελεί μέρος τόσο σημαντικών οξειδοαναγωγικών ενζύμων όπως η αφυδρογένεση, τα οποία καταλύουν την απομάκρυνση του υδρογόνου από οργανικές ουσίες που οξειδώνονται. Το υδρογόνο που απομακρύνεται με αυτόν τον τρόπο περνά από αυτά τα ένζυμα σε ένζυμα οξειδοαναγωγής, τα οποία περιλαμβάνουν ριβοφλαβίνη. Επιπλέον, στο σώμα των θηλαστικών, τα νουκλεοτίδια πυριδίνης σχηματίζονται από νικοτιναμίδιο (νιασίνη) και νικοτινικό οξύ, τα οποία χρησιμεύουν ως συνένζυμα NAD και NADP. Η ανεπάρκεια αυτών των πρόδρομων ουσιών στα ζώα προκαλεί πελλάγρα, μια ασθένεια που εκδηλώνεται με συμπτώματα του δέρματος, του γαστρεντερικού σωλήνα και νευρικό σύστημα(δερματίτιδα, διάρροια, άνοια). Ως συνένζυμα, το NAD και το NADP, πρόδρομες ουσίες νιασίνης, εμπλέκονται σε πολλές αντιδράσεις οξειδοαναγωγής που καταλύονται από αφυδρογονάσες. Η βιολογική επίδραση του νικοτινικού οξέος εκδηλώνεται με τη μορφή διέγερσης της εκκριτικής λειτουργίας του στομάχου και των πεπτικών αδένων (παρουσία του στο στομάχι αυξάνεται η συγκέντρωση του ελεύθερου υδροχλωρικού οξέος). Υπό την επίδραση της βιταμίνης Β5, η βιοσύνθεση γλυκογόνου αυξάνεται και η υπεργλυκαιμία μειώνεται, η αποτοξινωτική λειτουργία του ήπατος αυξάνεται, τα αιμοφόρα αγγεία διαστέλλονται και η μικροκυκλοφορία του αίματος βελτιώνεται.

Υπάρχει σύνδεση μεταξύ του νικοτινικού οξέος και των αμινοξέων που περιέχουν θείο. Η αυξημένη απέκκριση της μεθυλνικοτιναμίδης στα ούρα σε περίπτωση ανεπάρκειας πρωτεΐνης ομαλοποιείται με την ένταξη στη διατροφή αμινοξέων που περιέχουν θείο. Ταυτόχρονα, η περιεκτικότητα σε φωσφοπυρινουκλεοτίδια στο ήπαρ ομαλοποιείται επίσης.

58. Πυριμιδίνη (C4N2H4, Pyrimidine, 1,3- ή m-diazine, miazin) είναι μια ετεροκυκλική ένωση με επίπεδο μόριο, ο απλούστερος εκπρόσωπος των 1,3-διαζινών.

Φυσικές ιδιότητες.Η πυριμιδίνη είναι άχρωμοι κρύσταλλοι με χαρακτηριστική οσμή.

Χημικές ιδιότητες.Το μοριακό βάρος της πυριμιδίνης είναι 80,09 g/mol. Η πυριμιδίνη εμφανίζει τις ιδιότητες μιας ασθενούς βάσης διόξινου, καθώς τα άτομα αζώτου μπορούν να προσθέσουν πρωτόνια μέσω δεσμών δότη-δέκτη, αποκτώντας έτσι θετικό φορτίο. Η αντιδραστικότητα στις αντιδράσεις ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης της πυριμιδίνης μειώνεται λόγω της μείωσης της πυκνότητας ηλεκτρονίων στις θέσεις 2,4,6 που προκαλείται από την παρουσία δύο ατόμων αζώτου στον δακτύλιο. Η υποκατάσταση καθίσταται δυνατή μόνο με την παρουσία υποκαταστατών που δότες ηλεκτρονίων και κατευθύνεται στη λιγότερο απενεργοποιημένη θέση 5. Ωστόσο, αντίθετα, η πυριμιδίνη είναι ενεργή έναντι των πυρηνόφιλων αντιδραστηρίων που προσβάλλουν τους άνθρακες 2, 4 και 6 στον δακτύλιο.

Παραλαβή.Η πυριμιδίνη λαμβάνεται με αναγωγή των αλογονωμένων παραγώγων πυριμιδίνης. Ή από 2,4,6-τριχλωροπυριμιδίνη, που λαμβάνεται με επεξεργασία βαρβιτουρικού οξέος με χλωροξείδιο του φωσφόρου.

Παράγωγα πυριμιδίνηςευρέως διαδεδομένα στη ζωντανή φύση, όπου συμμετέχουν σε πολλές σημαντικές βιολογικές διεργασίες. Συγκεκριμένα, παράγωγα όπως η κυτοσίνη, η θυμίνη, η ουρακίλη αποτελούν μέρος των νουκλεοτιδίων, τα οποία είναι οι δομικές μονάδες των νουκλεϊκών οξέων· ο πυρήνας της πυριμιδίνης είναι μέρος ορισμένων βιταμινών Β, ιδίως Β1, συνένζυμων και αντιβιοτικών.

59. Πουρίνη (C5N4H4, Πουρίνη)- μια ετεροκυκλική ένωση, ο απλούστερος εκπρόσωπος των ιμιδαζοπυριμιδινών.

Τα παράγωγα πουρίνης παίζουν σημαντικό ρόλο στη χημεία των φυσικών ενώσεων (πουρινικές βάσεις DNA και RNA, συνένζυμο NAD, αλκαλοειδή, καφεΐνη, θεοφυλλίνη και θεοβρωμίνη, τοξίνες, σαξιτοξίνη και σχετικές ενώσεις, ουρικό οξύ) και, ως εκ τούτου, στα φαρμακευτικά προϊόντα.

Αδενίνη- αζωτούχα βάση, αμινοπαράγωγο πουρίνης (6-αμινοπουρίνη). Σχηματίζει δύο δεσμούς υδρογόνου με την ουρακίλη και τη θυμίνη (συμπληρωματικότητα).

Φυσικές ιδιότητες.Η αδενίνη είναι άχρωμοι κρύσταλλοι που λιώνουν σε θερμοκρασία 360-365 C. Έχει χαρακτηριστική μέγιστη απορρόφηση (λmax) στα 266 mmk (pH 7) με μοριακό συντελεστή απόσβεσης (εmax) 13500.

Χημικός τύπος C5H5N5, μοριακό βάρος 135,14 g/mol. Η αδενίνη εμφανίζει βασικές ιδιότητες (pKa1=4,15, pKa2=9,8). Όταν αλληλεπιδρά με το νιτρικό οξύ, η αδενίνη χάνει την αμινομάδα της, μετατρέπεται σε υποξανθίνη (6-υδροξυπουρίνη). Σε υδατικά διαλύματα κρυσταλλώνεται σε κρυσταλλικό ένυδρο με τρία μόρια νερού.

Διαλυτότητα.Είναι πολύ διαλυτό στο νερό, ιδιαίτερα στο ζεστό νερό· καθώς μειώνεται η θερμοκρασία του νερού, μειώνεται η διαλυτότητα της αδενίνης σε αυτό. Δυσδιάλυτο σε αλκοόλη, χλωροφόρμιο, αιθέρα, καθώς και σε οξέα και αλκάλια - αδιάλυτα.

Επικράτηση και σημασία στη φύση.Η αδενίνη είναι μέρος πολλών ενώσεων ζωτικής σημασίας για τους ζωντανούς οργανισμούς, όπως: αδενίνη, φωσφωτάσες αδενοσίνης, φωσφορικά οξέα αδενοσίνης, νουκλεϊκά οξέα, νουκλεοτίδια αδενίνης κ.λπ. Με τη μορφή αυτών των ενώσεων, η αδενίνη είναι ευρέως διανεμημένη στη ζωντανή φύση.

Γουανίνη- μια αζωτούχα βάση, ένα αμινοπαράγωγο της πουρίνης (6-υδροξυ-2-αμινοπουρίνη), είναι αναπόσπαστο μέροςνουκλεϊκά οξέα. Στο DNA, κατά την αντιγραφή και τη μεταγραφή, σχηματίζει τρεις δεσμούς υδρογόνου με την κυτοσίνη (συμπληρωματικότητα). Πρώτα απομονώθηκε από γκουάνο.

Φυσικές ιδιότητες.Άχρωμη, άμορφη κρυσταλλική σκόνη. Σημείο τήξεως 365 °C. Ένα διάλυμα γουανίνης σε HCl φθορίζει. Σε αλκαλικά και όξινα περιβάλλοντα έχει δύο μέγιστα απορρόφησης (λmax) στο υπεριώδες φάσμα: στα 275 και 248 mmk (pH 2) και 246 και 273 mmk (pH 11).

Χημικές ιδιότητες.Χημικός τύπος - C5H5N5O, μοριακό βάρος - 151,15 g/mol. Εμφανίζει βασικές ιδιότητες, pKa1= 3,3; pKa2= 9,2; pKa3=12,3. Αντιδρά με οξέα και αλκάλια σχηματίζοντας άλατα.

Διαλυτότητα.Καλά διαλυτό σε οξέα και αλκάλια, ελάχιστα διαλυτό σε αιθέρα, αλκοόλη, αμμωνία και ουδέτερα διαλύματα, αδιάλυτο στο νερό .

Ποιοτικές αντιδράσεις.Για τον προσδιορισμό της γουανίνης, κατακρημνίζεται με μεταφωσφορικό και πικρινικό οξύ· με διαζοσουλφονικό οξύ σε διάλυμα Na2CO3 δίνει κόκκινο χρώμα.

Κατανομή στη φύση και τη σημασία.Μέρος των νουκλεϊκών οξέων.

60. Νουκλεοζίτεςείναι γλυκοζυλαμίνες που περιέχουν μια αζωτούχα βάση συνδεδεμένη με ένα σάκχαρο (ριβόζη ή δεοξυριβόζη).

Οι νουκλεοσίδες μπορούν να φωσφορυλιωθούν από τις κυτταρικές κινάσες στην ομάδα πρωτοταγούς αλκοόλης του σακχάρου, με αποτέλεσμα το σχηματισμό των αντίστοιχων νουκλεοτιδίων.

Νουκλεοτίδια- φωσφορικοί εστέρες νουκλεοζιτών, φωσφορικοί νουκλεοζίτες. Τα ελεύθερα νουκλεοτίδια, ιδιαίτερα τα ATP, cAMP, ADP, παίζουν σημαντικό ρόλο στις ενεργειακές και πληροφοριακές ενδοκυτταρικές διεργασίες και είναι επίσης συστατικά νουκλεϊκών οξέων και πολλών συνενζύμων.

Τα νουκλεοτίδια είναι εστέρες νουκλεοζιτών και φωσφορικών οξέων. Οι νουκλεοσίδες, με τη σειρά τους, είναι Ν-γλυκοσίδες που περιέχουν ένα ετεροκυκλικό θραύσμα συνδεδεμένο μέσω ενός ατόμου αζώτου με το άτομο C-1 ενός υπολείμματος σακχάρου.

Η δομή των νουκλεοτιδίων.Στη φύση, τα πιο κοινά νουκλεοτίδια είναι οι β-Ν-γλυκοσίδες των πουρινών ή των πυριμιδινών και οι πεντόζες - D-ριβόζη ή D-2-ριβόζη. Ανάλογα με τη δομή της πεντόζης, γίνεται διάκριση μεταξύ ριβονουκλεοτιδίων και δεοξυριβονουκλεοτιδίων, τα οποία είναι μονομερή μορίων σύνθετων βιολογικών πολυμερών (πολυνουκλεοτίδια) - RNA ή DNA, αντίστοιχα.

Το φωσφορικό υπόλειμμα στα νουκλεοτίδια συνήθως σχηματίζει έναν εστερικό δεσμό με τις 2", 3" ή 5" υδροξυλομάδες των ριβονουκλεοζιτών· στην περίπτωση των 2" δεοξυνουκλεοζιτών, οι 3" ή 5" υδροξυλομάδες εστεροποιούνται.

Οι ενώσεις που αποτελούνται από δύο μόρια νουκλεοτιδίων ονομάζονται δινουκλεοτίδια, τρία - τρινουκλεοτίδια, ένας μικρός αριθμός - ολιγονουκλεοτίδια και πολλά - πολυνουκλεοτίδια, ή νουκλεϊκά οξέα.

Τα ονόματα των νουκλεοτιδίων είναι συντομογραφίες με τη μορφή τυπικών κωδικών τριών ή τεσσάρων γραμμάτων.

Εάν η συντομογραφία ξεκινά με ένα πεζό γράμμα "d" (Αγγλικά d), σημαίνει δεοξυριβονουκλεοτίδιο. η απουσία του γράμματος "d" σημαίνει ριβονουκλεοτίδιο. Εάν η συντομογραφία ξεκινά με το πεζό γράμμα "c" (Αγγλικά c), τότε μιλάμε για την κυκλική μορφή του νουκλεοτιδίου (για παράδειγμα, cAMP).

Το πρώτο κεφαλαίο γράμμα της συντομογραφίας υποδεικνύει μια συγκεκριμένη αζωτούχα βάση ή ομάδα πιθανών νουκλεϊνικών βάσεων, το δεύτερο γράμμα υποδεικνύει τον αριθμό των υπολειμμάτων φωσφορικού οξέος στη δομή (Μ - μονο-, D - δι-, Τ - τρι-) και το τρίτο κεφαλαίο γράμμα είναι πάντα το γράμμα F ("-phosphate"; αγγλικά P).

Λατινικοί και ρωσικοί κώδικες για νουκλεϊκές βάσεις:

Α - Α: Αδενίνη. G - G: Γουανίνη; C - C: Κυτοσίνη; T - T: Η θυμίνη (5-μεθυλουρακίλη), που δεν βρίσκεται στο RNA, παίρνει τη θέση της ουρακίλης στο DNA. U - U: Η ουρακίλη, που δεν βρίσκεται στο DNA, παίρνει τη θέση της θυμίνης στο RNA.