Teorija prema kojoj je većina tvari organska. Pojam izomerije

Slajd 1>

Ciljevi predavanja:

• Obrazovni:
  • formirati pojmove o biti teorije kemijske strukture organska tvar, oslanjajući se na znanje učenika o elektroničkoj strukturi atoma elemenata, njihovom položaju u periodnom sustavu D.I. Mendeljejev, o stupnju oksidacije, prirodi kemijske veze i drugim glavnim teoretskim načelima:
    • slijed rasporeda ugljikovih atoma u lancu,
    • međusobni utjecaj atoma u molekuli,
    • ovisnost svojstava organskih tvari o građi molekula;
  • stvoriti predodžbu o napretku razvoja teorija u organskoj kemiji;
  • ovladati pojmovima: izomeri i izomerija;
  • objasniti značenje strukturnih formula organskih tvari i njihove prednosti u odnosu na molekulske;
  • pokazati potrebu i preduvjete za stvaranje teorije kemijske strukture;
  • Nastavite razvijati vještine bilježenja.
• Razvojni:
  • razvijati mišljenje tehnike analize, usporedbe, generalizacije;
  • razvijati apstraktno mišljenje;
  • osposobljavati pozornost učenika pri opažanju velike količine materijala;
  • razvijati sposobnost analize informacija i isticanja najvažnijeg gradiva.
• Obrazovni:
  • u svrhu domoljubnog i međunarodnog odgoja učenicima pružiti povijesne podatke o životu i radu znanstvenika.

TIJEKOM NASTAVE

1. Organizacijski dio

- Lijep pozdrav
– Priprema učenika za nastavu
– Zaprimanje informacija o odsutnim osobama.

2. Učenje novih stvari

Okvirni sadržaj predavanja:<Prilog 1 . Slajd 2>

I. Predstrukturne teorije:
– vitalizam;
– teorija radikala;
– teorija tipova.
II. Kratke informacije o stanju kemijske znanosti do 60-ih godina XIX stoljeća. Uvjeti za stvaranje teorije kemijske strukture tvari:
– potreba za stvaranjem teorije;
– preduvjeti za teoriju kemijske strukture.
III. Bit teorije kemijske strukture organskih tvari A.M. Butlerov. Pojam izomerije i izomeri.
IV. Značenje teorije kemijske strukture organskih tvari A.M. Butlerov i njegov razvoj.

3. Domaća zadaća: sažetak, stavak 2.

4. Predavanje

I. Znanja o organskim tvarima postupno su se prikupljala od davnina, ali se organska kemija kao samostalna znanost pojavila tek početkom 19. stoljeća. Uspostava neovisnosti organizacijske kemije povezana je s imenom švedskog znanstvenika J. Berzeliusa.<Prilog 1 . Slajd 3>. Godine 1808-1812 objavio je svoj veliki priručnik iz kemije, u kojemu je isprva namjeravao, uz minerale, razmatrati i tvari životinjskog i biljnog podrijetla. Ali dio udžbenika posvećen organskim tvarima pojavio se tek 1827. godine.
Najznačajniju razliku između anorganskih i organskih tvari J. Berzelius je vidio u tome što se prve mogu dobiti u laboratorijima sintetski, dok druge navodno nastaju samo u živim organizmima pod utjecajem određene “životne sile” - kemijskog sinonima. za “dušu”, “duh”, “božansko podrijetlo” živih organizama i njihovih sastavnih organskih tvari.
Teorija koja je objašnjavala nastanak organskih spojeva intervencijom “životne sile” nazvana je vitalizam. Bila je popularna neko vrijeme. U laboratoriju je bilo moguće sintetizirati samo najjednostavnije tvari koje sadrže ugljik, kao što su ugljični dioksid - CO 2, kalcijev karbid - CaC 2, kalijev cijanid - KCN.
Tek je 1828. njemački znanstvenik Wöhler<Prilog 1 . Slajd 4> uspio je dobiti organsku tvar ureu iz anorganske soli - amonijevog cijanata - NH 4 CNO.
NH 4 CNO –– t –> CO(NH 2) 2
Godine 1854. francuski znanstvenik Berthelot<Prilog 1 . Slajd 5>primljeni triglicerid. To je zahtijevalo promjenu definicije organske kemije.
Znanstvenici su pokušali, na temelju sastava i svojstava, razotkriti prirodu molekula organskih tvari i nastojali su stvoriti sustav koji bi omogućio povezivanje različitih činjenica koje su se nakupile do početka 19. stoljeća.
Prvi pokušaj stvaranja teorije koja je nastojala generalizirati dostupne podatke o organskim tvarima povezan je s imenom francuskog kemičara J. Dumasa.<Prilog 1 . Slajd 6>. Ovo je bio pokušaj da se s jedinstvenog gledišta razmotri prilično velika skupina organskih spojeva, koje bismo danas nazvali derivatima etilena. Ispostavilo se da su organski spojevi derivati ​​nekog radikala C 2 H 4 - etera:
C 2 H 4 * HCl – etil klorid (eterin hidroklorid)
Ideja sadržana u ovoj teoriji - pristup organskoj tvari koja se sastoji od 2 dijela - kasnije je formirala osnovu šire teorije o radikalima (J. Berzelius, J. Liebig, F. Wöhler). Ova teorija temelji se na ideji "dualističke strukture" tvari. J. Berzelius je napisao: “svaka organska tvar sastoji se od 2 komponente koje nose suprotni električni naboj.” J. Berzelius je smatrao da je kisik jedna od tih komponenti, i to elektronegativni dio, dok je ostatak, zapravo organski, trebao biti elektropozitivni radikal.

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

– sastav organskih tvari uključuje radikale koji nose pozitivan naboj;
– radikali su uvijek konstantni, ne mijenjaju se, prelaze iz jedne molekule u drugu bez promjena;
– radikali mogu postojati u slobodnom obliku.

Postupno je znanost akumulirala činjenice koje su proturječile teoriji radikala. Tako je J. Dumas zamijenio vodik klorom u radikalima ugljikovodika. Znanstvenicima koji su pristaše radikalne teorije činilo se nevjerojatnim da bi klor, nabijen negativno, mogao igrati ulogu vodika, nabijenog pozitivno, u spojevima. Godine 1834. J. Dumas dobio je zadatak istražiti nemili događaj za vrijeme bala u palači francuskog kralja: svijeće su pri gorenju ispuštale zagušljiv dim. J. Dumas je utvrdio da je vosak od kojeg su izrađene svijeće proizvođač tretirao klorom za izbjeljivanje. U ovom slučaju, klor je ušao u molekulu voska, zamjenjujući dio vodika koji se nalazi u njemu. Ispostavilo se da su zagušljive pare koje su uplašile kraljevske goste bile klorovodik (HCl). Kasnije je J. Dumas iz octene kiseline dobio trikloroctenu kiselinu.
Tako je elektropozitivni vodik zamijenjen izrazito elektronegativnim elementom klorom, a svojstva spoja ostala su gotovo nepromijenjena. Tada je J. Dumas zaključio da dualistički pristup treba zamijeniti pristupom organizacijskoj povezanosti kao jedinstvene cjeline.

Radikalna teorija postupno je odbačena, ali je ostavila dubok trag u organskoj kemiji:<Prilog 1 . Slajd 8>
– pojam “radikal” čvrsto se ustalio u kemiji;
– tvrdnja o mogućnosti postojanja radikala u slobodnom obliku, o prijelazu u velikom broju reakcija pojedinih skupina atoma iz jednog spoja u drugi, pokazala se istinitom.

U 40-ima XIX stoljeće Pokrenuto je proučavanje homologije, što je omogućilo razjašnjenje nekih odnosa između sastava i svojstava spojeva. Identificiran homologne serije, homologna razlika, koja je omogućila klasifikaciju organskih tvari. Klasifikacija organskih tvari na temelju homologije dovela je do nastanka teorije tipova (40-50-e godine 19. stoljeća, C. Gerard, A. Kekule i dr.)<Prilog 1 . Slajd 9>

Bit teorije tipova<Prilog 1 . Slajd 10>

– teorija se temelji na analogiji u reakcijama između organskih i nekih anorganskih tvari, prihvaćenih kao vrste (vrste: vodik, voda, amonijak, klorovodik itd.). Zamjenom atoma vodika u vrsti tvari s drugim skupinama atoma znanstvenici su predvidjeli razne derivate. Na primjer, zamjena atoma vodika u molekuli vode metilnim radikalom rezultira stvaranjem molekule alkohola. Supstitucijom dva atoma vodika nastaje molekula etera<Prilog 1 . Slajd 11>

C. Gerard je u tom smislu izravno rekao da je formula tvari samo skraćeni zapis njezinih reakcija.

Sve org. tvari su se smatrale derivatima najjednostavnijih anorganskih tvari - vodika, klorovodika, vode, amonijaka<Prilog 1 . Slajd 12>

<Prilog 1 . Slajd 13>

– molekule organskih tvari su sustav koji se sastoji od atoma čiji redoslijed povezanosti nije poznat; na svojstva spojeva utječe ukupnost svih atoma molekule;
– nemoguće je znati strukturu tvari, jer se molekule mijenjaju tijekom reakcije. Formula tvari ne odražava strukturu, već reakcije kojima tvar prolazi. Za svaku tvar možete napisati koliko god racionalnih formula različite vrste transformacije koje tvar može doživjeti. Teorija tipova dopuštala je mnoštvo "racionalnih formula" za tvari, ovisno o tome kakve su reakcije željele izraziti tim formulama.

Teorija tipova odigrala je veliku ulogu u razvoju organske kemije <Prilog 1 . Slajd 14>

– omogućilo predviđanje i otkrivanje niza tvari;
- pod uvjetom pozitivan utjecaj o razvoju doktrine valencije;
– posvetili su pozornost proučavanju kemijskih transformacija organskih spojeva, što je omogućilo dublje proučavanje svojstava tvari, kao i svojstava predviđenih spojeva;
- stvorio sistematizaciju organskih spojeva koja je bila savršena za ono vrijeme.

Ne treba zaboraviti da su u stvarnosti teorije nastale i zamjenjivale jedna drugu, ne uzastopno, već su postojale istovremeno. Kemičari se često nisu dobro razumjeli. F. Wöhler je 1835. rekao da “organska kemija danas svakoga može izluditi. Čini mi se kao gusta šuma puna divnih stvari, ogromna šikara bez izlaza, bez kraja, u koju se ne usuđuješ prodrijeti...”

Nijedna od ovih teorija nije postala teorija organske kemije u punom smislu te riječi. Glavni razlog neuspjeha ovih ideja bila je njihova idealistička bit: unutarnja struktura molekula smatrala se fundamentalno nespoznatljivom, a svako nagađanje o njoj smatralo se nadriliječništvom.

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

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

– povećani industrijski zahtjevi za organsku kemiju. Trebalo je tekstilnu industriju opskrbiti bojama. Za razvoj prehrambene industrije bilo je potrebno poboljšati metode prerade poljoprivrednih proizvoda.
U vezi s tim problemima počele su se razvijati nove metode za sintezu organskih tvari. Međutim, znanstvenici su imali ozbiljnih poteškoća u znanstvenom potkrijepljenju ovih sinteza. Na primjer, bilo je nemoguće objasniti valenciju ugljika u spojevima pomoću stare teorije.
Ugljik nam je poznat kao 4-valentni element (To je eksperimentalno dokazano). Ali ovdje se čini da zadržava ovu valenciju samo u CH4 metanu. U etanu C 2 H 6, ako slijedimo naše ideje, trebao bi biti ugljik. 3-valentna, au propanu C 3 H 8 - frakcijska valencija. (A znamo da se valencija mora izražavati samo cijelim brojevima).
Koja je valencija ugljika u organskim spojevima?

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

Predstrukturne teorije nisu mogle objasniti raznolikost organskih tvari. (Zašto ugljik i vodik, dva elementa, mogu tvoriti toliko različitih spojeva?).

Bilo je potrebno sistematizirati postojeće znanje s jedinstvenog stajališta i razviti jedinstvenu kemijsku simboliku.

Znanstveno utemeljen odgovor na ova pitanja dala je teorija kemijske strukture organskih spojeva, koju je stvorio ruski znanstvenik A.M. Butlerov.

Osnovni preduvjeti, koji su pripremili teren za nastanak teorije kemijske strukture bili su<Prilog 1 . Slajd 18>

– doktrina valencije. Godine 1853. E. Frankland je uveo pojam valencije i utvrdio valentnost za niz metala proučavajući organometalne spojeve. Postupno je koncept valencije proširen na mnoge elemente.

Za organsku kemiju važno otkriće bila je hipoteza o sposobnosti ugljikovih atoma da tvore lance (A. Kekule, A. Cooper).

Jedan od preduvjeta bio je razvoj ispravnog razumijevanja atoma i molekula. Sve do 2. polovice 50-ih. XIX stoljeće Nije bilo općeprihvaćenih kriterija za definiranje pojmova: "atom", "molekula", "atomska masa", "molekulska masa". Tek su na međunarodnom kongresu kemičara u Karlsruheu (1860.) ti pojmovi jasno definirani, što je predodredilo razvoj teorije valencije i nastanak teorije kemijske strukture.

Temeljna načela teorije kemijske strukture A.M. Butlerov(1861)

prije podne Butlerov je najvažnije ideje teorije strukture organskih spojeva formulirao u obliku osnovnih načela koja se mogu podijeliti u 4 skupine.<Prilog 1 . Slajd 19>

1. Svi atomi koji tvore molekule organskih tvari povezani su u određenom nizu prema svojoj valenciji (tj. molekula ima strukturu).

<Prilog 1 . Slajdovi 19, 20>

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

Takav shematski prikaz strukture molekula naziva se strukturnim formulama i formulama. Na temelju odredbi o 4-valentnosti ugljika i sposobnosti njegovih atoma da tvore lance i cikluse, strukturne formule organskih tvari mogu se prikazati na sljedeći način:<Prilog 1 . Slajd 20>

U ovim spojevima ugljik je četverovalentan. (Crta simbolizira kovalentnu vezu, par elektrona).

2. Svojstva tvari ne ovise samo o tome koji su atomi i koliko ih je uključeno u molekule, već i o redoslijedu veza atoma u molekulama (tj. svojstva ovise o strukturi) <Prilog 1 . Slajd 19>

Ovo stajalište teorije strukture organskih tvari objasnilo je, posebno, fenomen izomerije. Postoje spojevi koji sadrže isti broj atoma istih elemenata, ali su vezani drugačijim redoslijedom. Takvi spojevi imaju različita svojstva i nazivaju se izomeri.
Pojava postojanja tvari istog sastava, ali različite strukture i svojstava naziva se izomerija.<Prilog 1 . Slajd 21>

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

Tako, na primjer, sastav C 4 H 10 odgovara dvjema strukturnim formulama:<Prilog 1 . Slajd 22>

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

3. Po svojstvima dane tvari može se odrediti struktura njezine molekule, a po strukturi molekule mogu se predvidjeti svojstva. <Prilog 1 . Slajd 19>

Iz kolegija anorganske kemije poznato je da svojstva anorganskih tvari ovise o strukturi kristalnih rešetki. Karakteristike atoma od iona objašnjavaju se njihovom strukturom. U budućnosti ćemo se pobrinuti da se organske tvari s istim molekulskim formulama, ali različite strukture razlikuju ne samo u fizikalnim, već iu kemijskim svojstvima.

4. Atomi i skupine atoma u molekulama tvari međusobno utječu jedni na druge.

<Prilog 1 . Slajd 19>

Kao što već znamo, svojstva anorganskih spojeva koji sadrže hidrokso skupine ovise s kojim su atomima povezani - s atomima metala ili nemetala. Na primjer, i baze i kiseline sadrže hidrokso skupinu:<Prilog 1 . Slajd 23>

Međutim, svojstva ovih tvari su potpuno različita. Razlog različitog kemijskog karaktera OH skupine (u vodenoj otopini) je zbog utjecaja atoma i skupina atoma povezanih s njom. S povećanjem nemetalnih svojstava središnjeg atoma, disocijacija prema baznom tipu slabi, a disocijacija prema kiselom tipu raste.

Organski spojevi također mogu imati različita svojstva, koja ovise o tome na koje su atome ili skupine atoma vezane hidroksilne skupine.

Pitanje međusobnog spajanja atoma A.M. Butlerov je o tome detaljno raspravljao 17. travnja 1879. na sastanku Ruskog fizikalno-kemijskog društva. Rekao je da ako su dva različita elementa povezana s ugljikom, na primjer, Cl i H, tada “oni ne ovise jedan o drugome u istoj mjeri kao o ugljiku: ne postoji ovisnost između njih, veza koja postoji u čestici klorovodične kiseline ... Ali slijedi li iz ovoga da u spoju CH 2 Cl 2 ne postoji odnos između vodika i klora? Na ovo odgovaram odlučnim demantijem.”

Kao konkretan primjer dalje navodi povećanje mobilnosti klora tijekom transformacije CH 2 Cl skupine u COCl i tom prilikom kaže: „Očito je da je karakter klora prisutnog u čestici promijenjen pod utjecajem utjecaj kisika, iako se potonji nije izravno spojio s klorom.”<Prilog 1 . Slajd 23>

Pitanje međusobnog utjecaja izravno nevezanih atoma bilo je glavna teorijska jezgra radova V.V. Morkovnikova.

U povijesti čovječanstva relativno je malo znanstvenika čija su otkrića od svjetskog značaja. Na području organske kemije takve zasluge pripadaju A.M. Butlerov. Prema značaju teorije A.M. Butlerov se uspoređuje s periodičnim zakonom.

Teorija kemijske strukture A.M. Butlerova:<Prilog 1 . Slajd 24>

– omogućila sistematizaciju organskih tvari;
– odgovorio na sva pitanja koja su se do tada pojavila u organskoj kemiji (vidi gore);
– omogućilo teoretsko predviđanje postojanja nepoznatih tvari i pronalaženje načina njihove sinteze.

Prošlo je gotovo 140 godina otkako je TCS organskih spojeva stvorio A.M. Butlerov, ali ga čak i sada kemičari iz svih zemalja koriste u svom radu. Najnovija dostignuća znanosti nadopunjuju ovu teoriju, pojašnjavaju je i pronalaze nove potvrde ispravnosti njezinih osnovnih ideja.

Teorija kemijske strukture i danas je temelj organske kemije.

TCS organskih spojeva A.M. Butlerova je dala značajan doprinos stvaranju opće znanstvene slike svijeta, pridonijela je dijalektičko-materijalističkom razumijevanju prirode:<Prilog 1 . Slajd 25>

– zakon prijelaza kvantitativnih promjena u kvalitativne može se vidjeti na primjeru alkana:<Prilog 1 . Slajd 25>.

Mijenja se samo broj ugljikovih atoma.

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

Jedinstvo – u sastavu (identično), smještaju u prostoru.
Suprotno je u strukturi i svojstvima (drugačiji redoslijed rasporeda atoma).
Ove dvije tvari koegzistiraju zajedno.

– zakon negacije negacije - o izomeriji.<Prilog 1 . Slajd 27>

Izomeri koji koegzistiraju negiraju jedni druge svojim postojanjem.

Razvivši teoriju, A.M. Butlerov ga nije smatrao apsolutnim i nepromjenjivim. Tvrdio je da se mora razvijati. TCS organskih spojeva nije ostao nepromijenjen. Njegov daljnji razvoj odvijao se uglavnom u dva međusobno povezana smjera:<Prilog 1 . Slajd 28>

Stereokemija je proučavanje prostorne strukture molekula.

Doktrina elektroničke strukture atoma (omogućila nam je razumijevanje prirode kemijske veze atoma, suštinu međusobnog utjecaja atoma i objasniti razlog manifestacije određenih kemijskih svojstava tvari).

Teorija A.M. Butlerov

1. Atomi u molekulama međusobno su povezani u određenom nizu kemijskim vezama u skladu sa svojom valencijom. Redoslijed kojim se atomi vezuju naziva se njihova kemijska struktura. Ugljik je u svim organskim spojevima četverovalentan.

2. Svojstva tvari određena su ne samo kvalitativnim i kvantitativnim sastavom molekula, već i njihovom strukturom.

3. Atomi ili skupine atoma međusobno utječu jedni na druge što određuje reaktivnost molekule.

4. Struktura molekula može se ustanoviti na temelju proučavanja njihovih kemijskih svojstava.

Organski spojevi imaju niz karakterističnih svojstava po kojima se razlikuju od anorganskih. Gotovo svi (uz rijetke iznimke) su zapaljivi; Većina organskih spojeva ne disocira na ione, što je zbog prirode kovalentnih veza u organskim tvarima. Ionski tip veze ostvaruje se samo u solima organskih kiselina, na primjer, CH3COONa.

Homologne serije- ovo je beskonačan niz organskih spojeva koji imaju sličnu strukturu i, prema tome, slični Kemijska svojstva a međusobno se razlikuju bilo kojim brojem CH2– skupina (homologna razlika).

I prije nastanka teorije strukture bile su poznate tvari istog elementarnog sastava, ali različitih svojstava. Takve tvari su nazvane izomeri, a sama ova pojava izomerija.

Osnova izomerije, kako je pokazao A.M. Butlerov, leži razlika u strukturi molekula koje se sastoje od istog skupa atoma.

Izomerija- to je pojava postojanja spojeva koji imaju isti kvalitativni i kvantitativni sastav, ali različite strukture, a time i različita svojstva.

Postoje 2 vrste izomerije: strukturalni izomerija i prostorni izomerija.

Strukturna izomerija

Strukturni izomeri– spojevi istog kvalitativnog i kvantitativnog sastava, koji se razlikuju po redoslijedu vezanja atoma, odnosno kemijskoj strukturi.

Prostorna izomerija

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

Cis-trans izomerija

leži u mogućnosti postavljanja supstituenata na jednoj ili suprotnim stranama ravnine dvostruke veze ili nearomatskog prstena. B cis izomeri supstituenti su na jednoj strani ravnine prstena ili dvostruke veze, in trans izomeri- na različite načine.

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

Optička izomerija

Pojavljuje se kada ugljik ima četiri različita supstituenta.
Ako zamijenite bilo koja dva od njih, dobit ćete još jedan prostorni izomer istog sastava. Fizikalno-kemijska svojstva takvih izomera značajno se razlikuju. Spojevi ovog tipa odlikuju se svojom sposobnošću da rotiraju ravninu polarizirane svjetlosti propuštene kroz otopinu takvih spojeva za određenu količinu. U tom slučaju jedan izomer rotira ravninu polarizirane svjetlosti u jednom smjeru, a njegov izomer rotira u suprotnom smjeru. Zbog takvih optičkih učinaka ova se vrsta izomerije naziva optička izomerija.

Vrsta vodika:

Takve su formule donekle slične modernima. Ali pristaše teorije tipa nisu smatrali da odražavaju stvarnu strukturu tvari i napisali su mnogo različitih formula za jedan spoj ovisno o kemijskim reakcijama koje su pokušali napisati pomoću tih formula. Smatrali su strukturu molekula fundamentalno nespoznatljivom, što je štetilo razvoju znanosti.

3. J. Berzelius je 1830. godine uveo termin "izomerija" za pojavu postojanja tvari istog sastava s različitim svojstvima.

4. Napredak u sintezi organskih spojeva, uslijed kojeg je razbijena doktrina vitalizma, odnosno "životne sile", pod čijim utjecajem se navodno stvaraju organske tvari u tijelu živih bića:

Godine 1828. F. Wöhler je sintetizirao ureu iz anorganske tvari (amonijev cijanat);

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

Godine 1845. njemački kemičar A. Kolbe sintetizirao je octenu kiselinu;

Godine 1854. francuski kemičar M. Berthelot sintetizirao je masti, a konačno

Sam A.M. Butlerov je 1861. sintetizirao tvar sličnu šećeru.

5. Sredinom 18.st. kemija postaje stroža znanost. Kao rezultat rada E. Franklanda i A. Kekulea uspostavljen je koncept valencije atoma kemijski elementi. Kekule je razvio ideju četverovalentnosti ugljika. Zahvaljujući Cannizzarovim radovima, pojmovi atomske i molekularne mase postali su jasniji, razjašnjena su njihova značenja i metode određivanja.

Godine 1860. više od 140 vodećih kemičara iz različitih europskih zemalja okupilo se na međunarodnom kongresu u Karlsruheu. Kongres je postao vrlo važan događaj u povijesti kemije: poopćeni su uspjesi znanosti i pripremljeni uvjeti za novu etapu u razvoju organske kemije - pojava teorije o kemijskoj strukturi organskih tvari A. M. Butlerova (1861.), kao i za temeljno otkriće D. I. Mendeljejeva - Periodni zakon i sustavi kemijskih elemenata (1869).

Godine 1861. A. M. Butlerov je govorio na kongresu liječnika i prirodnih znanstvenika u Speyeru s izvješćem "O kemijskoj strukturi tijela". U njemu je iznio temelje svoje teorije o kemijskoj strukturi organskih spojeva. Po kemijskoj strukturi, znanstvenik je razumio redoslijed povezivanja atoma u molekulama.

Osobne kvalitete A. M. Butlerova

A. M. Butlerov odlikovao se enciklopedizmom kemijsko znanje, sposobnost analize i sažimanja činjenica, predviđanja. Predvidio je postojanje izomera butana, a potom ga i dobio, kao i izomera butilena – izobutilena.

Butlerov Aleksandar Mihajlovič (1828.-1886.)

Ruski kemičar, akademik Petrogradske akademije znanosti (od 1874). Diplomirao na sveučilištu u Kazanu (1849). Tu je djelovao (od 1857. - profesor, 1860. i 1863. - rektor). Tvorac je teorije o kemijskoj strukturi organskih spojeva, koja je temelj moderne kemije. Potkrijepio je ideju o međusobnom utjecaju atoma u molekuli. Predvidio i objasnio izomeriju mnogih organskih spojeva. Napisao “Uvod u cjelovito proučavanje organske kemije” (1864.), prvi priručnik u povijesti znanosti temeljen na teoriji kemijske strukture. Predsjednik Odjela za kemiju Ruskog fizikalno-kemijskog društva (1878.-1882.).

A. M. Butlerov stvorio je prvu školu organskih kemičara u Rusiji iz koje su izašli briljantni znanstvenici: V. V. Markovnikov, D. P. Konovalov, A. E. Favorski i drugi.

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

Temeljna načela teorije strukture kemijskih spojeva

Teorija kemijske strukture organskih spojeva, koju je iznio A. M. Butlerov u drugoj polovici prošlog stoljeća (1861.), potvrđena je radovima mnogih znanstvenika, uključujući Butlerovljeve učenike i njega samog. Pokazalo se da je na njegovoj osnovi moguće objasniti mnoge fenomene koji još nisu bili protumačeni: izomerija, homologija, manifestacija četverovalentnosti atoma ugljika u organskim tvarima. Teorija je ispunila i svoju prediktivnu funkciju: na temelju nje znanstvenici su predvidjeli postojanje još nepoznatih spojeva, opisali njihova svojstva i otkrili ih.

Dakle, 1862.-1864. A. M. Butlerov ispitao je izomerizam propilnog, butilnog i amilnog alkohola, odredio broj mogućih izomera i izveo formule tih tvari. Njihovo postojanje kasnije je eksperimentalno dokazano, a neke od izomera sintetizirao je sam Butlerov.

Tijekom 20.st. odredbe teorije kemijske strukture kemijskih spojeva razvijene su na temelju novih pogleda koji su se proširili u znanosti: teorija strukture atoma, teorija kemijskih veza, ideje o mehanizmima kemijskih reakcija. Trenutno je ova teorija univerzalna, odnosno vrijedi ne samo za organske tvari, već i za anorganske.

Prva pozicija. Atomi u molekulama kombinirani su određenim redoslijedom prema svojoj valenciji. Ugljik u svim organskim i većini anorganskih spojeva je četverovalentan.

Očito, posljednji dio prvog stava teorije može se lako objasniti činjenicom da su u spojevima atomi ugljika u pobuđenom stanju:

a) četverovalentni atomi ugljika mogu se međusobno spajati tvoreći različite lance:

Otvoreno razgranato
- otvoren nerazgranat
- zatvoreno

b) redoslijed povezivanja ugljikovih atoma u molekule može biti različit i ovisi o vrsti kovalentne kemijske veze između ugljikovih atoma – jednostruka ili višestruka (dvostruka i trostruka).

Druga pozicija. Svojstva tvari ovise ne samo o njihovom kvalitativnom i kvantitativnom sastavu, već i o strukturi njihovih molekula.

Ovo stajalište objašnjava pojavu izomerije. Tvari koje imaju isti sastav, ali različite kemijske ili prostorne strukture, a time i različita svojstva, nazivaju se izomeri. Glavne vrste izomerije:

Strukturna izomerija, u kojoj se tvari razlikuju prema redoslijedu vezanja atoma u molekulama:

1) izomerija ugljikovog skeleta

3) izomerija homolognih serija (interklasa)

Prostorna izomerija, u kojoj se molekule tvari razlikuju ne po redoslijedu vezanja atoma, već po položaju u prostoru: cis-trans izomerija (geometrijska).

Ova izomerija je karakteristična za tvari čije molekule imaju ravnu strukturu: alkene, cikloalkane itd.

U prostornu izomeriju spada i optička (zrcalna) izomerija.

Četiri jednostruke veze oko atoma ugljika, kao što već znate, raspoređene su tetraedarski. Ako je atom ugljika vezan na četiri različita atoma ili skupine, tada su mogući različiti rasporedi tih skupina u prostoru, odnosno dva prostorna izomerna oblika.

Dvije zrcalne slike aminokiseline alanina (2-aminopropanske kiseline) prikazane su na slici 17.

Zamislite da je molekula alanina postavljena ispred ogledala. Skupina -NH2 je bliža zrcalu, pa će u odrazu biti ispred, a skupina -COOH u pozadini itd. (vidi sliku desno). Alanya postoji u dva prostorna oblika, koji se, kada se preklapaju, ne spajaju jedan s drugim.

Univerzalnost drugog stava teorije strukture kemijskih spojeva potvrđuje postojanje anorganskih izomera.

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

Ako atom kisika u urei zamijenite atomom sumpora, dobit ćete tioureu, koja je izomerna amonijevom tiocijanatu, dobro poznatom reagensu za Fe 3+ ione. Očito, tiourea ne daje ovu kvalitativnu reakciju.

Treća pozicija. Svojstva tvari ovise o međusobnom utjecaju atoma u molekulama.

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

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

Da bismo provjerili univerzalnost stava teorije strukture o ovisnosti svojstava tvari o međusobnom utjecaju atoma u molekulama, koji postoji ne samo u organskim, već iu anorganskim spojevima, usporedimo svojstva atoma vodika u vodikovim spojevima nemetala. Imaju molekularnu strukturu i pod normalnim su uvjetima plinovi ili hlapljive tekućine. Ovisno o položaju nemetala u periodnom sustavu D. I. Mendelejeva, može se identificirati obrazac u promjeni svojstava takvih spojeva:

Metan ne stupa u interakciju s vodom. Nedostatak osnovnih svojstava metana objašnjava se zasićenjem valentnih mogućnosti ugljikovog atoma.

Amonijak pokazuje osnovna svojstva. Njegova molekula je sposobna vezati vodikov ion na sebe zbog svoje privlačnosti prema slobodnom elektronskom paru atoma dušika (donor-akceptorski mehanizam stvaranja veze).

Fosfin PH3 ima slabo izražena bazična svojstva, što je povezano s polumjerom atoma fosfora. Mnogo je veći od polumjera atoma dušika, pa atom fosfora slabije privlači atom vodika.

U periodama slijeva nadesno rastu naboji atomskih jezgri, smanjuju se polumjeri atoma, raste odbojna sila atoma vodika s djelomičnim pozitivnim nabojem §+, pa se stoga povećavaju kiselinska svojstva vodikovih spojeva nemetala.

U glavnim podskupinama polumjeri atoma elemenata rastu odozgo prema dolje, atomi nemetala s 5- slabije privlače atome vodika s 5+, jakost vodikovih spojeva opada, oni lako disociraju, pa im se stoga povećavaju kisela svojstva. .

Različita sposobnost vodikovih spojeva nemetala da eliminiraju ili dodaju vodikove katione u otopinama objašnjava se nejednakim utjecajem atoma nemetala na atome vodika.

Različitim utjecajem atoma u molekulama hidroksida koje tvore elementi istog perioda također se objašnjava promjena njihovih kiselo-baznih svojstava.

Osnovna svojstva hidroksilnih oksida opadaju, a kisela se povećavaju, s povećanjem oksidacijskog stanja središnjeg atoma, dakle, energija njegovog vezanja s atomom kisika (8-) i njegovog odbijanja atoma vodika (8+) povećava se.

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

U perklorna kiselina HClO 4 atom klora s relativno velikim pozitivnim nabojem je čvršće vezan za atom kisika i jače odbija atom vodika sa 6+. Disocijacija se odvija prema vrsti kiseline.

Glavni pravci razvoja teorije strukture kemijskih spojeva i njezino značenje

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

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

Skraćene strukturne formule

Zatim, kako su se razvijale spoznaje o prirodi kemijskih veza i utjecaju elektronske strukture molekula organskih tvari na njihova svojstva, počeli su koristiti elektroničke formule u kojima je kovalentna veza konvencionalno označena s dvije točke. Takve formule često pokazuju smjer pomaka elektronskih parova u molekuli.

Elektronska struktura tvari objašnjava mezomerne i induktivne učinke.

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

Indukcijski učinak atoma (ili skupine atoma) je negativan (-/), ako taj atom ima visoku elektronegativnost (halogeni, kisik, dušik), privlači elektrone gama veze i dobiva djelomično negativan naboj. Atom (ili skupina atoma) ima pozitivan induktivni učinak (+/) ako odbija elektrone gama veze. Neki ograničavajući radikali C2H5) imaju ovo svojstvo. Sjetite se Markovnikovljeva pravila o tome kako se vodik i halogen vodikovog halida dodaju alkenima (propenu) i shvatit ćete da je to pravilo posebne prirode. Usporedite ove dvije primjere jednadžbi reakcije:

[[Teorija_strukture_kemijskih_spojeva_A._M._Butlerov| ]]

U molekulama pojedinih tvari istovremeno se pojavljuju i induktivni i mezomerni učinci. U tom slučaju, oni se ili međusobno jačaju (u aldehidima, karboksilnim kiselinama) ili slabe (u vinil kloridu).

Rezultat međusobnog utjecaja atoma u molekulama je preraspodjela elektronske gustoće.

Ideju o prostornom smjeru kemijskih veza prvi su izrazili francuski kemičar J. A. Le Bel i nizozemski kemičar J. X. Van't Hoff 1874. godine. Pretpostavke znanstvenika u potpunosti je potvrdila kvantna kemija. Na svojstva tvari bitno utječe prostorna struktura njihovih molekula. Na primjer, već smo dali formule cis- i trans-izomera butena-2, koji se razlikuju po svojim svojstvima (vidi sliku 16).

Prosječna energija veze koja se mora prekinuti pri prelasku iz jednog oblika u drugi je približno 270 kJ/mol; Na sobnoj temperaturi nema tako velike količine energije. Za međusobni prijelaz oblika butena-2 iz jednog u drugi, potrebno je raskinuti jednu kovalentnu vezu i zauzvrat formirati drugu. Drugim riječima, ovaj proces je primjer kemijske reakcije, a oba oblika butena-2 o kojima se raspravlja su različiti kemijski spojevi.

Očito se sjećate da je najvažniji problem u sintezi kaučuka bilo dobivanje kaučuka stereopravilne strukture. Bilo je potrebno stvoriti polimer u kojem bi strukturne jedinice bile raspoređene u strogom redoslijedu (prirodna guma, na primjer, sastoji se samo od cis jedinica), jer o tome ovisi tako važno svojstvo gume kao što je njezina elastičnost.

Suvremena organska kemija razlikuje dvije glavne vrste izomerije: strukturnu (lančana izomerija, izomerija položaja višestrukih veza, izomerija homolognih nizova, izomerija položaja funkcionalnih skupina) i stereoizomerija (geometrijska ili cis-trans izomerija, optička ili zrcalna izomerija). ).

Dakle, uspjeli ste provjeriti da je drugo stajalište teorije kemijske strukture, koje je jasno formulirao A.M. Butlerov, nepotpuno. Sa suvremenog gledišta, ova odredba zahtijeva dodatak:
Svojstva tvari ovise ne samo o njihovom kvalitativnom i kvantitativnom sastavu, već io njihovom:

kemijski,

Elektronička,

Prostorna struktura.

Stvaranje teorije o građi tvari odigralo je presudnu ulogu u razvoju organske kemije. Od pretežno deskriptivne znanosti, ona se pretvara u stvaralačku, sintetizirajuću znanost, postalo je moguće prosuđivati ​​međusobni utjecaj atoma u molekulama različitih tvari (vidi tablicu 10). Teorija strukture stvorila je preduvjete za objašnjenje i predviđanje raznih vrsta izomerije organskih molekula, kao i smjerova i mehanizama kemijskih reakcija.

Na temelju ove teorije organski kemičari stvaraju tvari koje ne samo da zamjenjuju prirodne, već ih znatno nadmašuju po svojim svojstvima. Dakle, sintetičke boje su puno bolje i jeftinije od mnogih prirodnih, na primjer, alizarina i indiga, poznatih u antičko doba. U velike količine proizvode sintetičke gume sa širokim rasponom svojstava. Široku primjenu imaju plastika i vlakna, proizvodi od kojih se koriste u tehnologiji, svakodnevnom životu, medicini i poljoprivredi.

Značenje teorije kemijske strukture A. M. Butlerova za organsku kemiju može se usporediti sa značenjem periodnog zakona i periodnog sustava kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva za anorgansku kemiju. Nije uzalud obje teorije toliko zajedničkog u načinima nastanka, pravcima razvoja i općem znanstvenom značaju. Međutim, u povijesti bilo koje druge vodeće znanstvena teorija(teorija Charlesa Darwina, genetika, kvantna teorija itd.) mogu se naći takvi opći stupnjevi.

1. Uspostavite paralele između dviju vodećih teorija kemije - Periodnog zakona i Periodnog sustava kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva i teorije kemijske strukture organskih spojeva A. M. Butlerova prema sljedećim karakteristikama: uobičajeno u prostorijama, zajedničko u pravcima njihova razvoja, zajedničkim u prognostičkim ulogama.

2. Kakvu je ulogu imala teorija o građi kemijskih spojeva u nastanku Periodnog zakona?

3. Koji primjeri iz anorganske kemije potvrđuju univerzalnost svake od odredbi teorije o građi kemijskih spojeva?

4. Fosforna kiselina H3PO3 je dvobazna kiselina. Predložite njezinu strukturnu formulu i razmotrite međusobni utjecaj atoma u molekuli te kiseline.

5. Napiši izomere sastava C3H8O. Imenujte ih sustavnom nomenklaturom. Odredite vrste izomerije.

6. Poznate su sljedeće formule kristalohidrata krom(III) klorida: [Cr(H20)6]Cl3; [Cr(H20)5Cl]Cl2H20; [Cr(H20)4 * C12]Cl 2H2O. Kako biste nazvali opisani fenomen?

1. Temeljna načela teorije kemijske strukture A.M. Butlerov

1. Atomi u molekulama međusobno su povezani u određenom nizu prema svojim valencijama. Redoslijed međuatomskih veza u molekuli naziva se njezina kemijska struktura i odražava se jednom strukturnom formulom (formula strukture).

2. Kemijska struktura se može odrediti kemijskim metodama. (Trenutno se koriste i suvremene fizikalne metode).

3. Svojstva tvari ovise o njihovoj kemijskoj strukturi.

4. Na temelju svojstava dane tvari može se odrediti struktura njezine molekule, a na temelju strukture molekule mogu se predvidjeti svojstva.

5. Atomi i skupine atoma u molekuli međusobno utječu jedni na druge.

Molekula organskog spoja skup je atoma povezanih određenim redoslijedom, obično kovalentnim vezama. U ovom slučaju, vezani atomi mogu se razlikovati u elektronegativnosti. Vrijednosti elektronegativnosti u velikoj mjeri određuju tako važne karakteristike veze kao što su polaritet i snaga (energija stvaranja). S druge strane, polaritet i snaga veza u molekuli u velikoj mjeri određuju sposobnost molekule da uđe u određene kemijske reakcije.

Elektronegativnost ugljikovog atoma ovisi o njegovom hibridizacijskom stanju. To je zbog udjela s orbitale u hibridnoj orbitali: manja je za sp3, a veća za sp2 i sp hibridne atome.

Svi atomi koji čine molekulu međusobno su povezani i međusobno utječu. Taj se utjecaj prenosi uglavnom kroz sustav kovalentnih veza, koristeći takozvane elektroničke efekte.

Elektronički efekti nazivaju se pomaci elektronske gustoće u molekuli pod utjecajem supstituenata.

Atomi povezani polarnom vezom nose djelomične naboje, koji se označavaju grčkim slovom delta (d). Atom koji “vuče” elektronsku gustoću s-veze u svom smjeru dobiva negativan naboj d-. Kada se razmatra par atoma povezanih kovalentnom vezom, elektronegativniji atom naziva se akceptor elektrona. Njegov partner u s-vezi će prema tome imati manjak gustoće elektrona jednake veličine, tj. djelomični pozitivni naboj d+ nazvat ćemo donor elektrona.

Pomak gustoće elektrona duž lanca s-veza naziva se induktivni učinak i označava se I.

2. Izomerija- postojanje spojeva (uglavnom organskih), identičnih u elementarnom sastavu i molekularnoj težini, ali različitih u fizikalnim i kemijskim svojstvima. Takvi spojevi nazivaju se izomeri.

Strukturna izomerija- rezultat razlika u kemijskoj strukturi. Ova vrsta uključuje:

Izomerija ugljikovog skeleta, zbog različitog reda vezivanja ugljikovih atoma. Najjednostavniji primjer je butan CH3-CH2-CH2-CH3 i izobutan (CH3)3CH. Ostali primjeri: antracen i fenantren (formule I i II), ciklobutan i metilciklopropan (III i IV).

Valentna izomerija je posebna vrsta strukturne izomerije u kojoj se izomeri mogu pretvoriti jedni u druge samo preraspodjelom veza. Na primjer, valentni izomeri benzena (V) su bicikloheksa-2,5-dien (VI, "Dewar benzen"), prizman (VII, "Ladenburg benzen") i benzvalen (VIII).

Izomerija funkcionalne skupine - Razlikuje se u prirodi funkcionalne skupine; na primjer, etanol (CH3-CH2-OH) i dimetil eter (CH3-O-CH3).

Izomerija položaja- Vrsta strukturne izomerije, karakterizirana razlikom u položaju identičnih funkcionalnih skupina ili dvostrukih veza s istim ugljikovim kosturom. Primjer: 2-klorobutanska kiselina i 4-klorobutanska kiselina.

Enantiomeri (optički izomeri, zrcalni izomeri) su parovi optičkih antipoda - tvari koje karakteriziraju suprotni predznaci i jednaki po veličini rotacije ravnine polarizacije svjetlosti uz istovjetnost svih ostalih fizikalnih i kemijskih svojstava (osim reakcija s drugim optički aktivnim tvarima). tvari i fizikalna svojstva u kiralnom okruženju). Nužan i dovoljan razlog za pojavu optičkih antipoda je da molekula pripada jednoj od sljedećih skupina točkaste simetrije: Cn, Dn, T, O ili I (kiralnost). Češće govorimo o o asimetričnom ugljikovom atomu, odnosno atomu povezanom s četiri različita supstituenta.

3. sp³-hibridizacija - Javlja se kada se pomiješaju jedna s i tri p orbitale. Pojavljuju se četiri identične orbitale, smještene jedna u odnosu na drugu pod tetraedarskim kutovima od 109° 28' (109,47°), duljine 0,154 nm.

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

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

alkani(zasićeni ugljikovodici, parafini, alifatski spojevi) - aciklički ugljikovodici linearne ili razgranate strukture, koji sadrže samo jednostavne veze i tvore homologni niz s općom formulom CnH2n+2 .Kemijska struktura alkina(redoslijed veza atoma u molekulama) najjednostavnijih alkana - metana, etana i propana - prikazan je njihovim strukturnim formulama danim u odjeljku 2. Iz ovih formula jasno je da postoje dvije vrste kemijskih veza u alkanima:

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

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

Vezni kut- kut koji čine pravci kemijskih veza koji izlaze iz jednog atoma. Poznavanje veznih kutova neophodno je za određivanje geometrije molekula. Vezni kutovi ovise o jednom i o drugom individualne karakteristike vezanih atoma, te iz hibridizacije atomskih orbitala središnjeg atoma. Za jednostavne molekule, vezni kut, kao i drugi geometrijski parametri molekule, može se izračunati pomoću metoda kvantne kemije. Oni se određuju eksperimentalno iz vrijednosti momenata tromosti molekula dobivenih analizom njihovih rotacijskih spektara (vidi Infracrvena spektroskopija, Molekularni spektri, Mikrovalna spektroskopija). Vezni kut složenih molekula određuje se metodama difrakcijske strukturne analize.

4. sp2-hibridizacija (planarno-trigonalno) Jedna s i dvije p-orbitale se miješaju i tvore tri ekvivalentne sp2 hibridne orbitale smještene u istoj ravnini pod kutom od 120° (označeno plavom bojom). Mogu tvoriti tri σ veze. Treća p-orbitala ostaje nehibridizirana i orijentirana je okomito na ravninu položaja hibridnih orbitala. Ovaj p-AO je uključen u stvaranje π veze . Za elemente 2. razdoblja, proces sp2 hibridizacije odvija se prema sljedećoj shemi:

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

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

5. sp-hibridizacija (linearna) Jedna s i jedna p orbitala se miješaju i tvore dvije jednake sp orbitale koje se nalaze pod kutom od 180, tj. na jednoj osi. Hibridne sp orbitale sudjeluju u stvaranju dviju σ veza. Dvije p-orbitale nisu hibridizirane i nalaze se u međusobno okomitim ravninama. -Orbitale tvore dvije π veze u spojevima.

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

2s + 2px= 2 (2sp)

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

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

Ugljikovi atomi u acetilenu su sp-hibridizirani. Spajaju se jednom ili dvije veze, max. gustoće koje se nalaze u dva međusobno okomita područja, tvoreći cilindrični. oblak elektronske gustoće; izvan njega postoje atomi H.

METILACETILEN(propin, alilen) CH3C=CH. Prema kemiji Holy M. je tipičan predstavnik acetilenskih ugljikovodika. Lako ulazi u elektrof., nukleof. i radikalna adicija na trostrukoj vezi, na primjer. prilikom interakcije s metanolom stvara metilizopropenil eter.

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

Ionska veza- jaka kemijska veza nastala između atoma s velikom razlikom u elektronegativnosti, pri čemu se zajednički elektronski par potpuno prenosi na atom s većom elektronegativnošću. Primjer je spoj CsF, u kojem je "stupanj ionizacije" 97%.

ekstremni slučaj polarizacije polarne kovalentne veze. Nastaje između tipičnog metala i nemetala. U tom slučaju elektroni iz metala potpuno prelaze na nemetal. Nastaju ioni.

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

Kovalentna veza(atomic bond, homeopolar bond) - kemijska veza nastala preklapanjem (dijeljenjem) para oblaka valentnih elektrona. Elektronski oblaci (elektroni) koji omogućuju komunikaciju nazivaju se zajedničkim elektronskim parom.

Jednostavna kovalentna veza formirana je od dva nesparena valentna elektrona, po jedan iz svakog atoma:

Kao rezultat socijalizacije, elektroni formiraju ispunjenu energetsku razinu. Veza nastaje ako je njihova ukupna energija na ovoj razini manja nego u početnom stanju (a razlika u energiji neće biti ništa više od energije veze).

Ispunjavanje elektronima atomskih (na rubovima) i molekularnih (u sredini) orbitala u molekuli H2. Okomita os odgovara razini energije, elektroni su označeni strelicama koje odražavaju njihove spinove.

Prema teoriji molekularnih orbitala, preklapanje dviju atomskih orbitala dovodi, u najjednostavnijem slučaju, do stvaranja dviju molekularnih orbitala (MO): vezne MO i protuvezne (antivezne) MO. Zajednički elektroni nalaze se na veznom MO niže energije.

7. alkani- aciklički ugljikovodici linearne ili razgranate strukture, koji sadrže samo jednostavne veze i tvore homologni niz s općom formulom CnH2n+2.

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

Izomerija zasićenih ugljikovodika posljedica je najjednostavnijeg tipa strukturne izomerije - izomerije ugljikovog skeleta. Homologni razlika - -CH2-. Alkani s više od tri ugljikova atoma imaju izomere. Broj ovih izomera raste ogromnom brzinom kako se povećava broj ugljikovih atoma. Za alkane s n = 1...12, broj izomera je 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.

Nomenklatura - Racionalno. Jedan od atoma ugljikovog lanca je odabran, smatra se da je supstituiran metanom, a na njemu se temelji naziv alkil1alkil2alkil3alkil4metan

Priznanica. Redukcija halogeniranih alkana. Smanjenje alkohola. Redukcija karbonilnih spojeva. Hidrogenacija nezasićenih ugljikovodika. Kolbeova sinteza. Rasplinjavanje krutog goriva. Wurtz reakcija. Fischer-Tropschova sinteza.

8. alkani imaju nisku kemijsku aktivnost. To se objašnjava činjenicom da su jednostruke C-H i C-C veze relativno jake i teško ih je prekinuti.

Reakcije radikalne supstitucije.

Halogeniranje alkana odvija se radikalnim mehanizmom. Da bi se započela reakcija, smjesa alkana i halogena mora se ozračiti UV svjetlom ili zagrijati. Kloriranje metana ne prestaje u fazi dobivanja metil klorida (ako se uzmu ekvimolarne količine klora i metana), već dolazi do stvaranja svih mogućih supstitucijskih produkata, od metil klorida do ugljikovog tetraklorida.

Nitriranje (Konovalovljeva reakcija)

Alkani reagiraju s 10%-tnom otopinom dušične kiseline ili dušikovim oksidom N2O4 u plinovitoj fazi pri čemu nastaju nitro derivati:

RH + HNO3 = RNO2 + H2O

Svi dostupni podaci ukazuju na mehanizam slobodnih radikala. Kao rezultat reakcije nastaju smjese produkata.

Reakcije oksidacije. Izgaranje

Glavno kemijsko svojstvo zasićenih ugljikovodika, koje određuje njihovu upotrebu kao goriva, je reakcija izgaranja. Primjer: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

U slučaju nedostatka kisika, umjesto ugljičnog dioksida nastaje ugljični monoksid ili ugljen (ovisno o koncentraciji kisika).

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

Katalitička oksidacija

Mogu nastati alkoholi, aldehidi i karboksilne kiseline.

Toplinske transformacije alkana. Raspad

Reakcije razgradnje odvijaju se samo pod utjecajem visokih temperatura. Povećanje temperature dovodi do pucanja ugljikovih veza i stvaranja slobodnih radikala.

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

Pucanje

Kada se zagriju iznad 500 °C, alkani se pirolitičkom razgradnjom tvore složenu smjesu produkata, čiji sastav i omjer ovise o temperaturi i vremenu reakcije.

Dehidrogenacija

Stvaranje alkena i razvijanje vodika

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

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

butan (C4H10) u interakciji s aluminijevim kloridom (AlCl3) pretvara se iz n-butana u 2-metilpropan.

Pretvorba metana

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

Alkani ne stupaju u interakciju s kalijevim permanganatom (KMnO4) i bromnom vodom (Br2).

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

Alkeni s više od tri ugljikova atoma imaju izomere. Alkene karakterizira izomerija ugljikovog skeleta, položaji dvostrukih veza, međurazredni i prostorni. eten (etilen) C2H4, propen C3H6, buten C4H8, penten C5H10, heksen C6H12,

Metode dobivanja alkena - Glavna industrijska metoda za proizvodnju alkena je katalitičko i visokotemperaturno krekiranje ugljikovodika nafte i prirodnog plina. Za proizvodnju nižih alkena također se koristi reakcija dehidracije odgovarajućih alkohola.

U laboratorijskoj praksi obično se koristi metoda dehidracije alkohola u prisutnosti jakih mineralnih kiselina, dehidrohalogenacije i dehalogenacije odgovarajućih halogenih derivata; sinteze Hoffmanna, Chugaeva, Wittiga i Copea.

10. Kemijska svojstva alkena Alkeni su kemijski aktivni. Njihova kemijska svojstva uvelike su određena prisutnošću dvostruke veze. Najčešće reakcije za alkene su reakcije elektrofilne adicije i reakcije radikalske adicije. Reakcije nukleofilne adicije obično zahtijevaju prisutnost jakog nukleofila i nisu tipične za alkene.

Alkene također karakteriziraju reakcije cikloadicije i metateze.

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

Reakcije elektrofilne adicije. U tim reakcijama čestica koja napada je elektrofil. Glavni članak: Elektrofilne adicijske reakcije

Halogeniranje alkena, koja se odvija u odsutnosti inicijatora radikalne reakcije, tipična je elektrofilna adicijska reakcija. Provodi se u okruženju nepolarnih inertnih otapala (na primjer: CCl4):

Reakcija halogeniranja je stereospecifična - adicija se događa sa suprotne strane u odnosu na ravninu molekule alkena

Hidrohalogeniranje. Elektrofilna adicija halogenovodika na alkene odvija se prema Markovnikovljevom pravilu:

Hidroboracija. Adicija se odvija u više koraka uz stvaranje intermedijarnog cikličkog aktiviranog kompleksa, a adicija bora se događa suprotno Markovnikovljevom pravilu - na najhidrogeniraniji atom ugljika

Hidratacija. Adicija vode na alkene događa se u prisutnosti sumporne kiseline

Alkiliranje. Dodavanje alkana alkenima u prisutnosti kiselinskog katalizatora (HF ili H2SO4) na niskim temperaturama dovodi do stvaranja ugljikovodika veće molekulske mase i često se koristi u industriji

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

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

Glavni industrijski način dobivanja acetilen je elektro- ili toplinsko krekiranje metana, piroliza prirodnog plina i karbidna metoda

12. DIENSKI UGLJIKOVODICI(dieni), nezasićeni ugljikovodici s dvije dvostruke veze. Alifatić. dieni SnN2n_2 tzv alkadieni, aliciklički SnN2n_4 - cikloalkadieni. U članku se govori o dienskim ugljikovodicima s konjugiranim dvostrukim vezama [konjugirani dieni; vidi tablicu]. Dieni s izoliranim dvostrukim vezama prema kemiji. Sveto ti u glavnom ne razlikuje se od olefina. O vezi s kumuliranim dvostrukim vezama, vidi Allens. U dienskim ugljikovodicima sva četiri ugljikova atoma konjugiranog sustava imaju sp2 hibridizaciju i leže u istoj ravnini. Četiri p-elektrona (jedan iz svakog atoma ugljika) spajaju se u četiri p-molekularne orbitale (dvije vezne - zauzete i dvije antivezne - slobodne), od kojih je samo najniža delokalizirana preko svih atoma ugljika. Djelomična delokalizacija p-elektrona uzrokuje učinak konjugacije, koji se očituje u smanjenju energije sustava (za 13-17 kJ/mol u usporedbi sa sustavom izoliranih dvostrukih veza), izjednačavanju međuatomskih udaljenosti: dvostruke veze su nešto duže ( 0,135 nm), a jednostruke veze su kraće (0,146 nm) nego u molekulama bez konjugacije (0,133 odnosno 0,154 nm), povećane polarizabilnosti, egzaltacije molekularne refrakcije itd. fizikalne. učinci. Dienski ugljikovodici postoje u dvije konformacije koje se transformiraju jedna u drugu, pri čemu je s-trans oblik stabilniji

13. Alkoholi su spojevi koji sadrže jednu ili više hidroksilnih skupina. Prema broju alkoholi se dijele na jedno-, dvoatomne, troatomne itd. Duljine veza i vezni kutovi u metilnom alkoholu.

Za alkohole postoji nekoliko načina za imenovanje. U modernoj IUPAC nomenklaturi, nazivu ugljikovodika za naziv alkohola dodaje se završetak "ol". Najduži lanac koji sadrži OH funkcionalnu skupinu numeriran je od kraja kojemu je najbliža hidroksilna skupina, a supstituenti su označeni prefiksom.

Priznanica. Hidratacija alkena. Kada alkeni reagiraju s razrijeđenim vodenim otopinama kiselina, glavni proizvod je alkohol.

Hidroksimerkuracija-demerkuracija alkena. Ova reakcija nije popraćena preraspodjelom i dovodi do stvaranja pojedinačnih alkohola. Smjer reakcije odgovara Markovnikovljevom pravilu, reakcija se provodi u blagim uvjetima s prinosima bliskim kvantitativnim.

Hidroboriranje alkena i naknadna oksidacija borana s otopinom vodikovog peroksida u alkalnom mediju u konačnici dovodi do anti-Markovnikovog produkta adicije vode na dvostruku vezu.

Redukcija aldehida i ketona litij aluminijevim hidridom ili natrijevim borohidridom

LiAlH4 i NaBH4 reduciraju aldehide u primarne alkohole, a ketone u sekundarne, a prednost daje natrijev borohidrid zbog veće sigurnosti pri rukovanju: može se koristiti čak i u vodenim i alkoholne otopine. Litij aluminijev hidrid eksplozivno reagira s vodom i alkoholom i eksplozivno se raspada kada se zagrije iznad 120° u suhom stanju.

Redukcija estera i karboksilnih kiselina u primarne alkohole. Primarni alkoholi nastaju redukcijom estera i karboksilnih kiselina litij aluminijevim hidridom u eteru ili THF. Metoda redukcije estera s litij aluminijevim hidridom posebno je pogodna s preparativnog gledišta. Treba napomenuti da natrijev borohidrid ne reducira esterske i karboksilne skupine. To omogućuje selektivnu redukciju karbonilne skupine s NaBH4 u prisutnosti esterskih i karboksilnih skupina. Prinosi dobivenog proizvoda rijetko su ispod 80%. Litijev borohidrid, za razliku od NaBH4, reducira estere u primarne alkohole.

14. Polihidrični alkoholi. Glicerol- kemijski spoj formule HOCH2CH(OH)-CH2OH ili C3H5(OH)3. Najjednostavniji predstavnik trihidričnih alkohola. Viskozan je bistra tekućina. Lako nastaje hidrolizom prirodnih (biljnih ili životinjskih) masti i ulja (triglicerida), prvi ga je dobio Karl Scheele 1779. godine tijekom saponifikacije masti.

Fizička svojstva. Glicerol- bezbojna, viskozna, higroskopna tekućina, neograničeno topiva u vodi. Slatkastog je okusa, po čemu je i dobio naziv (glycos - sladak). Dobro otapa mnoge tvari.

Kemijska svojstva glicerol su tipični za polihidrične alkohole. Interakcija glicerola s halogenovodicima ili fosfornim halidima dovodi do stvaranja mono- i dihalohidrina. Glicerol se esterificira s karboksilnim i mineralnim kiselinama pri čemu nastaju odgovarajući esteri. Da, sa dušična kiselina glicerin tvori trinitrat - nitroglicerin (dobio 1847. Ascanio Sobrero), koji se trenutno koristi u proizvodnji bezdimnog baruta.

Kada se dehidrira, nastaje akrolein:

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

Etilen glikol, HO—CH2—CH2—OH je najjednostavniji predstavnik polivalentnih alkohola. Kada se pročisti, to je bistra, bezbojna tekućina blago uljaste konzistencije. Bez mirisa je i slatkastog okusa. Toksičan. Gutanje etilenglikola ili njegovih otopina može dovesti do nepovratnih promjena u tijelu i smrti.

U industriji, etilen glikol dobiven hidratacijom etilen oksid na 10 atm i 190-200°C ili na 1 atm i 50-100°C u prisutnosti 0,1-0,5% sumporne (ili fosforne) kiseline, postižući 90% prinosa. Nusprodukti su dietilen glikol, trietilen glikol i mala količina viših polimernih homologa etilen glikola.

15. Aldehidi- alkohol bez vodika; organski spojevi koji sadrže karbonilnu skupinu (C=O) s jednim supstituentom.

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

Ovo razdvajanje naboja potvrđeno je metodama fizikalnih istraživanja i uvelike određuje reaktivnost aldehida kao izrazitih elektrofila. Općenito, kemijska svojstva aldehida su slična ketonima, međutim, aldehidi pokazuju veću aktivnost, što je povezano s većom polarizacijom veze. Osim toga, aldehide karakteriziraju reakcije koje nisu karakteristične za ketone, primjerice hidratacija u vodenoj otopini: u metanalu je zbog još veće polarizacije veza potpuna, a u ostalim aldehidima djelomična:

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

Najjednostavniji aldehidi imaju oštar karakterističan miris (npr. benzaldehid ima miris badema).

Pod utjecajem hidroksilamina prelaze u oksime: CH3CHO + NH2OH = CH3C(=NOH)H + H2O

Formaldehid (od lat. formica - mrav), mravlja aldehid, CH2O, prvi član homolognog niza alifatskih aldehida; bezbojni plin oštrog mirisa, vrlo topiv u vodi i alkoholu, vrelište - 19 °C. U industriji se fosfor proizvodi oksidacijom metilnog alkohola ili metana s atmosferskim kisikom. F. lako polimerizira (osobito na temperaturama do 100 ° C), pa se skladišti, transportira i koristi uglavnom u obliku formaldehida i čvrstih niskomolekularnih polimera - trioksana (vidi Trioksimetilen) i paraforma (vidi Paraformaldehid).

F. je vrlo reaktivan; mnoge njegove reakcije temelj su industrijskih metoda za dobivanje niza važnih proizvoda. Tako, u interakciji s amonijakom, F. tvori urotropin (vidi Heksametilentetramin), s ureom - urea-formaldehidne smole, s melaminom - melamin-formaldehidne smole, s fenolima - fenol-formaldehidne smole (vidi Fenol-formaldehidne smole), s fenolom - i naftalensulfonske kiseline - sredstva za štavljenje, s ketenom - b-propiolakton. F. se također koristi za proizvodnju polivinilformala (vidi Polivinil acetali), izoprena, pentaeritritola, ljekovite tvari, bojila, za štavljenje kože, kao dezinfekcijsko sredstvo i dezodorans. Polimerizacijom poliformaldehida dobiva se poliformaldehid. F. je toksičan; najveća dopuštena koncentracija u zraku je 0,001 mg/l.

Acetaldehid, acetaldehid, CH3CHO, organski spoj, bezbojna tekućina oštra mirisa; vrelište 20,8°C. Talište - 124 ° C, gustoća 783 kg / m3 ", miješa se u svim pogledima s vodom, alkoholom, eterom. A. ima sva tipična svojstva aldehida. U prisutnosti mineralnih kiselina polimerizira u tekući trimerni paraldehid (CH3CHO )3 i kristalni tetramerni metaldehid (CH3CHO) 4. Kada se oba polimera zagrijavaju u prisutnosti sumporne kiseline, oslobađa se A.

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

16. Ketoni- to su organske tvari u molekulama kojih je karbonilna skupina povezana s dva ugljikovodična radikala.

Opća formula ketona je R1-CO-R2. Među ostalim karbonilnim spojevima, prisutnost u ketonima točno dva ugljikova atoma izravno vezana na karbonilnu skupinu razlikuje ih od karboksilnih kiselina i njihovih derivata, kao i od aldehida.

Fizička svojstva. Ketoni su hlapljive tekućine ili taljive krutine koje se dobro miješaju s vodom. Nemogućnost stvaranja međumolekulskih vodikovih veza uzrokuje njihovu neznatno veću hlapljivost nego kod alkohola i karboksilnih kiselina iste molekulske mase.

Metode sinteze. Oksidacija sekundarnih alkohola.

Iz tercijarnih peroksoetera Krigeovom pregradnjom.

Cikloketoni se mogu dobiti Ružičkinom ciklizacijom.

Aromatski ketoni mogu se pripraviti Friedel-Craftsovom reakcijom

Kemijska svojstva. Postoje tri glavne vrste ketonskih reakcija.

Prvi je povezan s nukleofilnim napadom na ugljikov atom karbonilne skupine. Na primjer, interakcija ketona s cijanidnim anionom ili organometalnim spojevima. Isti tip (nukleofilna adicija) uključuje interakciju karbonilne skupine s alkoholima, što dovodi do acetala i poluacetala.

Interakcija s alkoholima:

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

s Grignardovim reagensima:

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

Ketoni također reagiraju s dušikovim bazama, na primjer, s amonijakom i primarnim aminima u obliku imina:

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

Drugi tip reakcije je deprotonacija beta ugljikovog atoma u odnosu na karbonilnu skupinu. Nastali karbanion se stabilizira zbog konjugacije s karbonilnom skupinom, povećava se lakoća uklanjanja protona, pa su karbonilni spojevi relativno jak S-N kiseline.

Treći je koordinacija elektrofila na slobodnom paru atoma kisika, na primjer, Lewisove kiseline kao što je AlCl3

Zaseban tip reakcije uključuje redukciju ketona - Leuckartovu redukciju s prinosima bliskim kvantitativnim.

17.usporedite pitanja 15 i 16.

18. Jednobazične zasićene karboksilne kiseline(monobasic saturated carboxylic acids) - karboksilne kiseline u kojima je zasićeni ugljikovodični radikal vezan na jednu karboksilnu skupinu -COOH. Svi oni imaju opću formulu SnH2n+1COOH, gdje je n = 0, 1, 2, ...

Nomenklatura. Sustavni nazivi jednobazičnih zasićenih karboksilnih kiselina dani su imenom odgovarajućeg alkana uz dodatak sufiksa -ova i riječi kiselina.

Skeletna izomerija u radikalu ugljikovodika se očituje, počevši od butanske kiseline, koja ima dva izomera:

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

Međuklasna izomerija pojavljuje se počevši od octene kiseline:

CH3-COOH octena kiselina; H-COO-CH3 metil format (metilni ester mravlje kiseline); HO-CH2-COH hidroksietanal (hidroksiocteni aldehid); HO-CHO-CH2 hidroksietilen oksid.

19. Esteri- organski spojevi, derivati ​​karboksilnih ili mineralnih kiselina, u kojima je hidroksilna skupina -OH kiselinske funkcije zamijenjena alkoholnim ostatkom. Razlikuju se od etera u kojima su dva ugljikovodična radikala povezana atomom kisika (R1-O-R2).

Masti, odnosno trigliceridi- prirodni organski spojevi, potpuni esteri glicerola i monobazičnih masnih kiselina; pripadaju klasi lipida. Uz ugljikohidrate i bjelančevine, masti su jedan od glavnih sastojaka stanica životinja, biljaka i mikroorganizama. Tekuće masti biljnog porijekla obično naziva uljima – isto što i maslac.

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

Masnoća je dobar toplinski izolator, pa se kod mnogih toplokrvnih životinja taloži u potkožnom masnom tkivu, čime se smanjuje gubitak topline. Posebno debeo potkožni masni sloj karakterističan je za vodene sisavce (kitove, morževe itd.). Istodobno, kod životinja koje žive u vrućim klimatskim uvjetima (deve, jerboa) talože se rezerve masti

Strukturna funkcija

Fosfolipidi čine osnovu dvosloja staničnih membrana, kolesterol - regulatori fluidnosti membrane. Kod arheja, membrane sadrže derivate izoprenoidnih ugljikovodika. Voskovi tvore kutikulu na površini nadzemnih organa (lišća i mladica) biljaka. Proizvode ih i mnogi kukci (npr. pčele od njih grade saće, a ljuskari i štipavci stvaraju zaštitne pokrove).

Regulatorni

Vitamini - lipidi (A, D, E)

Hormonalni (steroidi, eikozanoidi, prostaglandini itd.)

Kofaktori (dolihol)

Signalne molekule (digliceridi, jasmonska kiselina; MP3 kaskada)

Zaštitna (amortizacija udaraca)

Debeli sloj masti štiti unutarnje organe mnogih životinja od oštećenja tijekom udaraca (na primjer, morski lavovi težine do tone mogu skočiti na stjenovitu obalu s litica visokih 4-5 m).

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

Nomenklatura, izomerija. U skupini nezasićenih kiselina najčešće se koriste empirijski nazivi: CH2=CH-COOH - akrilna (propenska) kiselina, CH2=C(CH3)-COOH - metakrilna (2-metilpropenska) kiselina. Izomerija u skupini nezasićenih monobazičnih kiselina povezana je s:

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

Metode dobivanja.1. Dehidrohalogeniranje halogeniranih kiselina:

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

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

Fizička svojstva. Niže nezasićene kiseline su tekućine topive u vodi jakog oštrog mirisa; viši - čvrste, u vodi netopljive tvari bez mirisa.

Kemijska svojstva nezasićene karboksilne kiseline posljedica su i svojstava karboksilne skupine i svojstava dvostruke veze. Specifična svojstva imaju kiseline s dvostrukom vezom blizu karboksilne skupine – alfa, beta-nezasićene kiseline. U tim kiselinama, adicija halogenovodika i hidratacija protivni su Markovnikovljevom pravilu: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH

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

Tijekom snažne oksidacije dolazi do kidanja dvostruke veze i stvaranja smjese različitih produkata iz koje se može odrediti položaj dvostruke veze. Oleinska kiselina C17H33COOH jedna je od najvažnijih viših nezasićenih kiselina. To je bezbojna tekućina koja se stvrdnjava kada je hladna. Njegova strukturna formula: CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH.

23. Dvobazične zasićene karboksilne kiseline(dibasic saturated carboxylic acids) - karboksilne kiseline u kojima je zasićeni ugljikovodični radikal vezan za dvije karboksilne skupine -COOH. Svi oni imaju opću formulu HOOC(CH2)nCOOH, gdje je n = 0, 1, 2, ...

Nomenklatura. Sustavni nazivi dibazičnih zasićenih karboksilnih kiselina dani su imenom odgovarajućeg alkana uz dodatak sufiksa -dioična i riječi kiselina.

Skeletna izomerija u radikalu ugljikovodika pojavljuje se počevši od butandioične kiseline koja ima dva izomera:

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

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

24-25 (prikaz, ostalo). OKSI KISELINE (hidroksikarboksilne kiseline), imaju u molekuli uz karboksilnu skupinu - COOH, npr. hidroksilnu skupinu - OH. HOCH2COOH (glikolna kiselina). Sadržano u biljnim i životinjskim organizmima (mliječna, limunska, vinska i druge kiseline).

Rasprostranjenost u prirodi

Hidroksi kiseline su vrlo raširene; Tako se vinska, limunska, jabučna, mliječna i druge kiseline svrstavaju u hidroksi kiseline, a njihov naziv odražava primarni prirodni izvor u kojem je tvar pronađena.

Metode sinteze

Reakcija po Reformatskyju je metoda za sintezu estera β-hidroksikarboksilne kiseline.

"Voćne kiseline." Mnoge hidroksi kiseline koriste se u kozmetici kao keratolitici. Međutim, trgovci su malo promijenili naziv - kako bi ih učinili privlačnijim u kozmetologiji, često ih nazivaju "voćne kiseline".

26-27. OKSI KISELINE (alkoholne kiseline), spojevi s dvostrukom funkcijom, i alkoholi i kiseline, koji sadrže i vodeni ostatak i karboksilnu skupinu. Ovisno o položaju OH u odnosu na COOH (jedna do druge, na jednom, dva, tri mjesta) razlikuju se a-, /?-, y-, b-hidroksi kiseline. Za dobivanje kisika postoje mnoge metode, od kojih je najvažnija pažljiva oksidacija glikola: CH3.CH(OH).CH2.OH + 02 = CH3. .CH(OH).COOH; saponifikacija oksinitrila CH3.CH(OH).CN -* CH3.CH(OH).COOH; izmjena halogena u halogenim kiselinama za OH: CH2C1.COOH + KOH = CH2(OH).COOH + + KS1, djelovanje HN02 na aminokiseline: CH2(NH2). COOH + HN02 = CH2(OH) + N2 + + H20. U životinjskom tijelu hidroksi kiseline nastaju tijekom deaminacije (vidi) aminokiselina, tijekom oksidacije one masne(vidi Acetonska tijela, Metabolizam—protein), tijekom glikolize (vidi), fermentacije (vidi) i drugih kemikalija. procesima. Hidroksi kiseline su guste tekućine ili kristalne. tvari. U kem. u odnosu na O. reagiraju i kao alkoholi i kao droge: daju npr. i eteri i esteri; pod utjecajem halogenih spojeva fosfora, oba OH su zamijenjena halogenom; Halovodične kiseline reagiraju samo s alkoholom OH.—Posebne reakcije karakteriziraju a-, i)-, y- i b-hidroksi kiseline: a-hidroksi kiseline, gubeći vodu iz dvije molekule, daju cikličke estere, laktide: 2CH2(OH).COOH = 2H20 + CH2.O.CO (glikolid); s.o.sn2 /Z-O., otpuštajući vodu, tvore nezasićene spojeve: CH2(OH).CH2.COOH-H20 = CH2:CH. .COOH; y- i d-hidroksi kiseline tvore anhidride - laktone: CH3.CH(OH).CH2.CH2.COOH= =H2O+CH3.CH.CH2.CH2.CO. O. su široko rasprostranjeni u životinjskim i biljnim organizmima. Predstavnici alifatskih a-O. su glikolna kiselina, CH2OH.COOH (hidroksioctena kiselina), mliječna kiselina; od /?-hidroksi kiselina - hidrakrilna, CH2OH.CH2COOH, /9-hidroksi-maslačna kiselina; U-O. nisu poznati u slobodnom obliku, budući da gube vodu i postaju laktoni. Među dvobazičnim O. važno ima okus jabuke (hidroksi-jantar); COOH.CHON.CH2.COOH, široko rasprostranjen u biljkama; ima lijevu rotaciju u slabim otopinama, desnu rotaciju u jakim; sintetičke su neaktivne. Dvobazične tetraatomske kiseline uključuju vinsku kiselinu (dioksisukcinske kiseline). Od ostalih O.—limun, HO.CO.CH2. .(SON)(COOH).CH2.COOH, vrlo čest u biljnom svijetu (u grožđu, limunu) i nalazi se u životinja (u mlijeku); u obliku željeznog citrata koristi se u medicini. Od aromatskih kiselina (fenolnih kiselina) u medicini su važne salicilna kiselina, galna kiselina i njihovi derivati; fenil ester salicilne kiseline (salol), sulfosalicilna kiselina, C6H3.OH.S03H.COOH (proteinski reagens), acetilsalicilna kiselina (aspirin). U biljkama postoji mnogo različitih O. aromatske serije, čiji derivati ​​uključuju, između ostalog, tanine, koji su od važne tehničke važnosti. O biol. značaj pojedinih O. i metode njihova kvantitativnog određivanja — vidi. Acetonska tijela, bro-glikoliza, deaminacija, krv, mliječna kiselina, urin, mišići, beta(^)-hidroksimaslačna kiselina.

28-29 (prikaz, ostalo). u molekuli amonijaka sukcesivno zamijenite vodikove atome ugljikovodičnim radikalima, dobivate spojeve koji pripadaju klasi amina. Prema tome, amini su primarni (RNH2), sekundarni (R2NH), tercijarni (R3N). -NH2 skupina naziva se amino skupina.

Postoje alifatski, aromatski, aliciklički i heterociklički amini ovisno o tome koji su radikali povezani s atomom dušika.

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

Metode dobivanja:1. Hoffmannova reakcija. Jedna od prvih metoda za proizvodnju primarnih amina bila je alkilacija amonijaka s alkil halidima. . 2. Zininova reakcija- prikladan način dobivanja aromatskih amina redukcijom aromatskih nitro spojeva. Kao redukcijska sredstva koriste se: H2 (na katalizatoru). Ponekad se vodik stvara izravno u vrijeme reakcije, za što se metali (cink, željezo) tretiraju razrijeđenom kiselinom.

Fizikalna svojstva amina. Prisutnost usamljenog elektronskog para na atomu dušika uzrokuje viša vrelišta od onih odgovarajućih alkana. Amini imaju neugodan, oštar miris. Na sobnoj temperaturi i atmosferskom tlaku prvi predstavnici niza primarnih amina su plinovi koji se dobro otapaju u vodi. Kako se ugljikov radikal povećava, vrelište se povećava, a topljivost u vodi opada.

Kemijska svojstva amina. Osnovna svojstva amina

Amini su baze jer atom dušika može osigurati elektronski par za stvaranje veza sa vrstama kojima nedostaje elektrona putem donor-akceptorskog mehanizma (u skladu s Lewisovom definicijom bazičnosti). Stoga, amini, poput amonijaka, mogu djelovati s kiselinama i vodom, dodajući proton da bi se formirale odgovarajuće amonijeve soli.

Amonijeve soli su visoko topljive u vodi, ali slabo topljive u organskim otapalima. Vodene otopine amina imaju alkalnu reakciju.

Osnovna svojstva amina ovise o prirodi supstituenata. Konkretno, aromatski amini su slabije baze od alifatskih, jer slobodni elektronski par dušika ulazi u konjugaciju s -sustavom aromatske jezgre čime se smanjuje gustoća elektrona na atomu dušika (-M efekt). Naprotiv, alkilna skupina je dobar donor elektronske gustoće (+I-efekt).

Oksidacija amina. Izgaranje amina prati stvaranje ugljičnog dioksida, dušika i vode: 4CH3NH2+9O2=4SO2+2N2+10N2O

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

Adicija alkilhalogenida Amini pridružuju haloalkane da bi nastala sol

Interakcija amina s dušikastom kiselinom Od velike je važnosti reakcija diazotiranja primarnih aromatskih amina pod utjecajem dušikaste kiseline, dobivenih in situ reakcijom natrijeva nitrita s klorovodičnom kiselinom.

Primarni alifatski amini reagiraju s dušikastom kiselinom pri čemu nastaju alkoholi, a sekundarni alifatski i aromatski amini daju N-nitrozo derivate: R-NH2 + NaNO2+HCl=R-OH+N2+NaCl+H2O; NH+NaNO2+HCl=R2N-N=O+NaCl+H2O

U aromatskim aminima, amino skupina olakšava supstituciju na orto i para položajima benzenskog prstena. Stoga se halogeniranje anilina odvija brzo i u odsutnosti katalizatora, a tri vodikova atoma benzenskog prstena se zamjenjuju odjednom, a taloži se bijeli talog 2,4,6-tribromoanilina:

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

Primjena

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

30. Aminokiseline (aminokarboksilne kiseline)- organski spojevi, čija molekula istodobno sadrži karboksilne i aminske skupine. Aminokiseline se mogu smatrati derivatima karboksilnih kiselina u kojima je jedan ili više vodikovih atoma zamijenjeno amino skupinama.

Opća kemijska svojstva. 1. Aminokiseline mogu pokazivati ​​i kisela svojstva zbog prisutnosti karboksilne skupine -COOH u njihovim molekulama i bazična svojstva zbog amino skupine -NH2. Zbog toga otopine aminokiselina u vodi imaju svojstva puferskih otopina.

Zwitterion je molekula aminokiseline u kojoj je amino skupina predstavljena kao -NH3+, a karboksi skupina predstavljena je kao -COO-. Takva molekula ima značajan dipolni moment s nultim neto nabojem. Upravo od takvih molekula građeni su kristali većine aminokiselina.

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

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

3. Izoelektrična točka aminokiseline je pH vrijednost pri kojoj najveći udio molekula aminokiselina ima nula naboja. Pri ovom pH, aminokiselina je najmanje pokretna u električnom polju, a to se svojstvo može koristiti za odvajanje aminokiselina, kao i proteina i peptida.

4. Aminokiseline obično mogu proći kroz sve reakcije karakteristične za karboksilne kiseline i amine.

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

Ovu značajku "živih" aminokiselina vrlo je teško objasniti, jer u reakcijama između optički neaktivnih tvari ili racemata (koje su, očito, bile predstavljene organskim molekulama na drevnoj Zemlji), L i D oblici nastaju u jednakim količinama. Može biti. odabir jednog od oblika (L ili D) jednostavno je rezultat slučajne podudarnosti: prve molekule s kojima je mogla započeti sinteza šablona imale su određeni oblik i njima su se odgovarajući enzimi "prilagođivali".

31. Aminokiseline su organski amfoterni spojevi. Sadrže dvije funkcionalne skupine suprotne prirode u molekuli: amino skupinu s bazičnim svojstvima i karboksilnu skupinu s kiselim svojstvima. Aminokiseline reagiraju i s kiselinama i s bazama:

H2N-CH2-COOH + HCl→ Cl[H3N-CH2-COOH],

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

Kada se aminokiseline otope u vodi, karboksilna skupina uklanja vodikov ion, koji se može vezati za amino skupinu. U ovom slučaju nastaje unutarnja sol, čija je molekula bipolarni ion:

H2N-CH2—COOH +H3N-CH2—COO-.

Vodene otopine aminokiselina imaju neutralnu, alkalnu ili kiselu okolinu ovisno o broju funkcionalnih skupina. Tako glutaminska kiselina stvara kiselu otopinu (dvije -COOH skupine, jedna -NH2), lizin stvara alkalnu otopinu (jedna -COOH, dvije -NH2 skupine).

Poput primarnih amina, aminokiseline reagiraju s dušikastom kiselinom, pri čemu se amino skupina pretvara u hidrokso skupinu, a aminokiselina u hidroksi kiselinu: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2+ H2O

Mjerenje volumena oslobođenog dušika omogućuje određivanje količine aminokiselina (metoda Van-Slyke).

Aminokiseline mogu reagirati s alkoholima u prisutnosti plina klorovodika, pretvarajući se u ester (točnije, hidrokloridnu sol estera): H2N-CH(R)-COOH + R"OH H2N-CH(R)-COOR " + H2O.

Esteri aminokiselina nemaju bipolarnu strukturu i hlapljivi su spojevi. Najvažnije svojstvo aminokiselina je njihova sposobnost kondenzacije u obliku peptida.

32. Karboksilna skupina spaja dvije funkcionalne skupine - karbonil =CO i hidroksil -OH, međusobno utječući jedna na drugu.

Kisela svojstva karboksilnih kiselina posljedica su pomaka u gustoći elektrona prema karbonilnom kisiku i rezultirajuće dodatne (u usporedbi s alkoholima) polarizacije O-H veze.

U vodenoj otopini karboksilne kiseline disociraju na ione: R-COOH = R-COO- + H+

Topivost u vodi i visoka vrelišta kiselina posljedica su stvaranja međumolekulskih vodikovih veza.

Amino skupina - monovalentna skupina -NH2, ostatak amonijaka (NH3). Amino skupina se nalazi u mnogim organskim spojevima - aminima, aminokiselinama, aminoalkoholima itd. Spojevi koji sadrže -NH2 skupinu u pravilu su bazne prirode, zbog prisutnosti slobodnog elektronskog para na atomu dušika.

U reakcijama elektrofilne supstitucije u aromatskim spojevima, amino skupina je orijentacijski agens prve vrste, tj. aktivira orto- i para-pozicije u benzenskom prstenu.

33. Polikondenzacija- proces sintetiziranja polimera iz polifunkcionalnih (najčešće bifunkcionalnih) spojeva, obično popraćen oslobađanjem nusproizvoda niske molekulske mase (voda, alkoholi itd.) tijekom interakcije funkcionalnih skupina.

Molekularna težina polimera nastalog tijekom procesa polikondenzacije ovisi o omjeru polaznih komponenti i uvjetima reakcije.

Reakcije polikondenzacije mogu uključivati ​​ili jedan monomer s dvije različite funkcionalne skupine: na primjer, sinteza poli-ε-kaproamida (najlon-6, kapron) iz ε-aminokapronske kiseline, ili dva monomera koji nose različite funkcionalne skupine, na primjer, sinteza od najlona-6 66 polikondenzacijom adipinske kiseline i heksametilendiamina; u tom slučaju nastaju polimeri linearne strukture (linearna polikondenzacija, vidi sl. 1). Ako monomer (ili monomeri) nosi više od dvije funkcionalne skupine, nastaju umreženi polimeri s trodimenzionalnom mrežastom strukturom (trodimenzionalna polikondenzacija). Da bi se dobili takvi polimeri, u smjesu monomera često se dodaju “umrežene” polifunkcionalne komponente.

Posebno treba istaknuti reakcije sinteze polimera iz cikličkih monomera pomoću mehanizma otvaranja prstena - adicija, na primjer, sinteza najlona-6 iz kaprolaktama (ciklički amid ε-aminokapronske kiseline); Unatoč činjenici da ne dolazi do oslobađanja niskomolekularnog fragmenta, takve se reakcije češće nazivaju polikondenzacija.

Peptidna veza- vrsta amidne veze koja nastaje tijekom stvaranja proteina i peptida kao rezultat interakcije α-amino skupine (-NH2) jedne aminokiseline s α-karboksilnom skupinom (-COOH) druge aminokiseline.

C-N veza u peptidnoj vezi djelomično je dvostruke prirode, što se posebno očituje u smanjenju njezine duljine na 1,32 angstrema. To rezultira sljedećim svojstvima:

4 atoma veze (C, N, O i H) i 2 α-ugljika nalaze se u istoj ravnini. R-skupine aminokiselina i vodikovi kod α-ugljika su izvan ove ravnine.

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

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

peptidi (grč. πεπτος – hranjiv) – porodica tvari čije su molekule građene od ostataka α-aminokiselina povezanih u lanac peptidnim (amidnim) vezama -C(O)NH-.

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

Kako bismo razumjeli zamršeni raspored (arhitektoniku) proteinske makromolekule, trebali bismo razmotriti nekoliko razine organizacije. Primarna, najjednostavnija struktura je polipeptidni lanac, tj. niz aminokiselina međusobno povezanih peptidnim vezama. U primarna struktura sve veze između aminokiselina su kovalentne i stoga jake. Dalje, više visoka razina organizacija je sekundarna struktura kada je proteinska nit uvijena u obliku spirale. Vodikove veze nastaju između -COOH skupina koje se nalaze na jednom zavoju spirale i -NH2 skupina na drugom zavoju. Nastaju od vodika, najčešće između dva negativna atoma. Vodikove veze su slabije od kovalentnih veza, ali s velikim brojem osiguravaju stvaranje prilično čvrste strukture. Niz aminokiselina (polipeptid) zatim koagulira, tvoreći kuglicu, fibril ili globulu, specifičnu za svaki protein. To stvara složenu konfiguraciju koja se naziva tercijarna struktura. Obično se određuje metodom rendgenske difrakcijske analize, koja omogućuje određivanje položaja atoma i skupina atoma u prostoru u kristalima i složenim spojevima.

Veze koje podupiru tercijarnu strukturu proteina također su slabe. Nastaju, posebice, zbog hidrofobnih interakcija. To su sile privlačenja između nepolarnih molekula ili između nepolarnih područja molekula u vodenom okolišu. Hidrofobni ostaci nekih aminokiselina u vodenoj otopini se zbliže, "slijepe" i tako stabiliziraju strukturu proteina. Osim hidrofobnih sila, u održavanju tercijarne strukture proteina značajnu ulogu igraju elektrostatske veze između elektronegativnih i elektropozitivnih radikala aminokiselinskih ostataka. Tercijarna struktura također se održava malim brojem kovalentnih disulfidnih -S-S veza koje se javljaju između atoma sumpora aminokiselina koje sadrže sumpor. Moram reći da je i tercijarno; struktura proteina nije konačna. Na makromolekulu proteina često su vezane makromolekule istog proteina ili molekule drugih proteina. Na primjer, složena molekula hemoglobina, proteina koji se nalazi u crvenim krvnim stanicama, sastoji se od četiri globinske makromolekule: dva alfa lanca i dva beta lanca, od kojih je svaki povezan s hemom koji sadrži željezo. Kao rezultat njihove kombinacije nastaje funkcionalna molekula hemoglobina. Samo u takvom pakiranju hemoglobin radi u potpunosti, odnosno može prenositi kisik. Zbog međusobnog povezivanja nekoliko proteinskih molekula nastaje kvaternarna struktura. Ako su peptidni lanci raspoređeni u obliku lopte, onda se takvi proteini nazivaju globularni. Ako su polipeptidni lanci raspoređeni u snopove niti, nazivaju se fibrilarni proteini. Polazeći od sekundarne strukture, prostorna struktura (konformacija) proteinskih makromolekula, kako smo saznali, održava se uglavnom slabim kemijskim vezama. Pod utjecajem vanjskih čimbenika (promjene temperature, sastava soli okoliša, pH, pod utjecajem zračenja i drugih čimbenika) slabe veze koje stabiliziraju makromolekule se prekidaju, a struktura proteina, a time i njegova svojstva , promijeniti. Taj se proces naziva denaturacija. Do pucanja nekih slabih veza, promjena konformacije i svojstava proteina dolazi i pod utjecajem fizioloških čimbenika (npr. pod utjecajem hormona). Na taj način se reguliraju svojstva proteina: enzimi, receptori, transporteri. Ove promjene u strukturi proteina obično su lako reverzibilne. Prekidanje velikog broja slabih veza dovodi do denaturacije proteina, što može biti nepovratno (npr. koagulacija bjelanjaka kod kuhanja jaja). Ponekad denaturacija proteina ima biološko značenje. Na primjer, pauk izluči kapljicu sekreta i zalijepi je za neki nosač. Zatim, nastavljajući lučiti sekret, lagano povlači nit, a ta slaba napetost dovoljna je da se protein denaturira, prijeđe iz topljivog oblika u netopljivi, a nit dobije snagu.

35-36. Monosaharidi(od grčkog monos: jedan, sacchar: šećer), - organski spojevi, jedna od glavnih skupina ugljikohidrata; najviše jednostavna forma Sahara; su obično bezbojne, u vodi topljive, prozirne krutine. Neki monosaharidi imaju sladak okus. Monosaharidi, građevni elementi iz kojih se sintetiziraju disaharidi (kao što je saharoza) i polisaharidi (kao što su celuloza i škrob), sadrže hidroksilne skupine i aldehidnu skupinu (aldoze) ili keto skupinu (ketoze). Svaki atom ugljika na koji je vezana hidroksilna skupina (osim prve i posljednje) je kiralan, što dovodi do mnogih izomernih oblika. Na primjer, galaktoza i glukoza su aldoheksoze, ali imaju različita kemijska i fizikalna svojstva. Monosaharidi, kao i svi ugljikohidrati, sadrže samo 3 elementa (C, O, H).

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

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

38. Kemijska svojstva. Monosaharidi stupaju u kemijske reakcije karakteristične za karbonilne i hidroksilne skupine. Karakteristična značajka monosaharida je sposobnost postojanja u otvorenim (acikličkim) i cikličkim oblicima i da daju derivate svakog oblika. Većina monosaka ciklizira se u vodenoj otopini i formira poluacetale ili poluketale (ovisno o tome jesu li aldoze ili ketoze) između alkohola i karbonilne skupine istog šećera. Glukoza, na primjer, lako tvori poluacetale spajanjem svojih C1 i O5 u 6-člani prsten koji se naziva piranozid. Ista reakcija može se odvijati između C1 i O4 da nastane 5-člani furanozid.

Monosaharidi u prirodi. Monosaharidi su dio složenih ugljikohidrata (glikozidi, oligosaharidi, polisaharidi) i miješanih biopolimera koji sadrže ugljikohidrate (glikoproteini, glikolipidi itd.). U tom slučaju monosaharidi su međusobno i s neugljikohidratnim dijelom molekule povezani glikozidnim vezama. Kada se hidroliziraju kiselinama ili enzimima, te se veze mogu prekinuti i osloboditi monosaharide. U prirodi su slobodni monosaharidi, s izuzetkom D-glukoze i D-fruktoze, rijetki. U biljkama se odvija biosinteza monosaharida iz ugljičnog dioksida i vode (vidi Fotosinteza); Uz sudjelovanje aktiviranih derivata monosaharida - nukleoziddifosfatnih šećera - u pravilu se odvija biosinteza složenih ugljikohidrata. Razgradnja monosaharida u tijelu (na primjer, alkoholno vrenje, glikoliza) praćena je oslobađanjem energije.

Primjena. Neki slobodni monosaharidi i njihovi derivati ​​(na primjer, glukoza, fruktoza i njezin difosfat i dr.) koriste se u prehrambenoj industriji i medicini.

37. Glukoza (C6H12O6)("grožđani šećer", dekstroza) nalazi se u sokovima mnogih vrsta voća i bobičastog voća, uključujući i grožđe, otkuda i potječe naziv ove vrste šećera. To je šest-hidroksi šećer (heksoza).

Fizička svojstva. Bijela kristalna tvar slatkog okusa, vrlo topljiva u vodi, netopljiva u eteru, slabo topljiva u alkoholu.

Struktura molekule

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

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

α i β glukoza

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

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

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

Prijenos glukoze iz vanjskog okoliša u životinjsku stanicu provodi se aktivnim transmembranskim prijenosom uz pomoć posebne proteinske molekule - transportera heksoze.

Glukoza u stanicama može proći kroz glikolizu za proizvodnju energije u obliku ATP-a. Prvi enzim u lancu glikolize je heksokinaza. Aktivnost stanične heksokinaze je pod regulacijskim utjecajem hormona - tako inzulin naglo povećava aktivnost heksokinaze i, posljedično, korištenje glukoze u stanicama, a glukokortikoidi smanjuju aktivnost heksokinaze.

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

One izvore energije za koje ne postoji izravna biokemijska pretvorba u glukozu stanice jetre mogu koristiti za proizvodnju ATP-a i naknadnu opskrbu energijom za procese glukoneogeneze, resinteze glukoze iz mliječne kiseline ili opskrbu energijom za proces sinteze polisaharida glikogena. rezerve monomera glukoze. Glukoza se opet lako proizvodi iz glikogena jednostavnom razgradnjom.

Zbog iznimne važnosti održavanja stabilne razine glukoze u krvi, čovjek i mnoge druge životinje imaju složen sustav hormonalne regulacije parametara metabolizma ugljikohidrata. Kada se 1 gram glukoze oksidira u ugljikov dioksid i vodu, oslobađa se 17,6 kJ energije. Pohranjena maksimalna "potencijalna energija" u molekuli glukoze u obliku oksidacijskog stanja -4 atoma ugljika (C-4) može se smanjiti tijekom metaboličkih procesa na C+4 (u molekuli CO2). Njegovu obnovu na prethodnu razinu mogu izvesti autotrofi.

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

Za razliku od glukoze, koja služi kao univerzalni izvor energije, fruktozu ne apsorbiraju tkiva ovisna o inzulinu. Gotovo ga potpuno apsorbiraju i metaboliziraju stanice jetre. Praktično nema drugih stanica ljudsko tijelo(osim sperme) ne mogu koristiti fruktozu. U stanicama jetre fruktoza se fosforilira i zatim razgrađuje u trioze, koje se ili koriste za sintezu masnih kiselina, što može dovesti do pretilosti, kao i povećane razine triglicerida (što zauzvrat povećava rizik od ateroskleroze), ili se koriste za glikogen sinteza (također se djelomično pretvara u glukozu tijekom glukoneogeneze). Međutim, pretvorba fruktoze u glukozu je složen proces u više koraka, a sposobnost jetre da preradi fruktozu je ograničena. Pitanje treba li fruktozu uključiti u prehranu dijabetičara, budući da za njezinu apsorpciju nije potreban inzulin, posljednjih se godina intenzivno proučava.

Iako fruktoza ne povećava (ili neznatno) razinu glukoze u krvi kod zdrave osobe, fruktoza često dovodi do povećanja razine glukoze u krvi kod osoba s dijabetesom. S druge strane, zbog nedostatka glukoze u stanicama, tijelo dijabetičara može sagorjeti masnoću, što dovodi do iscrpljivanja masnih rezervi. U ovom slučaju, fruktoza, koja se lako pretvara u mast i ne zahtijeva inzulin, može se koristiti za njihovu obnovu. Prednost fruktoze je u tome što se s relativno malim udjelom fruktoze jelu može dati slatki okus, jer je uz isti kalorijski sadržaj šećera (380 kcal/100 g) 1,2-1,8 puta slađa. Međutim, istraživanja pokazuju da konzumenti fruktoze ne smanjuju unos kalorija, nego jedu slađu hranu.

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

Vrlo važan i raširen poseban slučaj oligosaharida su disaharidi - dimeri koji se sastoje od dvije molekule monosaharida.

Također možete govoriti o tri-, tetra-, itd. saharidi

40. Disaharidi- opći naziv potklase oligosaharida u kojoj se molekula sastoji od dva monomera - monosaharida. Disaharidi nastaju reakcijom kondenzacije između dva monosaharida, obično heksoza. Reakcija kondenzacije uključuje uklanjanje vode. Veza između monosaharida koja nastaje reakcijom kondenzacije naziva se glikozidnom vezom. Tipično, ova veza nastaje između 1. i 4. atoma ugljika susjednih jedinica monosaharida (1,4-glikozidna veza).

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

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

Reakcije "srebrnog zrcala" i "bakrenog zrcala" karakteristične su za aldehide

1) Reakcija "srebrnog zrcala", stvaranje taloga Ag na stijenkama epruvete

2) Reakcija "bakrenog zrcala", taloženje crvenog Cu2O taloga

40. Zauzvrat, disaharidi, koji nastaju u nekim slučajevima tijekom hidroliza polisaharida(maltoza tijekom hidrolize škroba, celobioza tijekom hidrolize celuloze) ili postoje u tijelu u slobodnom obliku (laktoza, saharoza, trehaloza i dr.), hidroliziraju se pod katalitičkim djelovanjem o- i p-glikozidaza na pojedine monosaharide. . Sve glikozidaze, osim trehalaze (ot, omrehaloza-glukohidrogenaze), razlikuju se širok raspon specifičnost, ubrzavajući hidrolizu gotovo svih glikozida koji su derivati ​​jednog ili drugog a- ili (3-monosaharida. Dakle, a-glukozidaza ubrzava reakciju hidrolize a-glukozida, uključujući maltozu; p-glukozidaza - p-glukozidi, uključujući uključujući celobiozu, B-galaktozidazu - B-galaktozide i među njima laktozu, itd. Primjeri djelovanja a i P-glukozidaza dani su ranije

41. Prema neuspjehu kemijska struktura disaharida trehalozni tip (glikozid-glikozidi) i maltozni tip (glikozid-glukoza) imaju značajno različita kemijska svojstva: prvi ne daju nikakve reakcije karakteristične za aldehidnu ili ketonsku skupinu, tj. ne oksidiraju, ne reduciraju se, ne stvaraju osazone , stupaju u reakciju polikodenzacije (ne smole), ne mutariraju itd. Za disaharide kao što je maltoza, sve navedene reakcije su, naprotiv, vrlo karakteristične. Razlog za ovu razliku sasvim je jasan iz onoga što je gore rečeno o dvije vrste strukture disaharida i svojstvima monosaharidnih ostataka uključenih u njihov sastav. Ona leži u činjenici da je jedino u disaharidima kao što je maltoza moguća prstenasta tautomerija, uslijed koje nastaje slobodna aldehidna ili ketonska skupina, koja pokazuje svoja karakteristična svojstva.

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

U prirodi postoji veliki broj disaharida; Najvažnije među njima su gore spomenute trehaloza i maltoza, te saharoza, celobioza i laktoza.

42. Maltoza(od engleskog malt - slad) - sladni šećer, prirodni disaharid koji se sastoji od dva ostatka glukoze; nalazi se u velikim količinama u proklijalim zrnima (sladu) ječma, raži i drugih žitarica; također se nalazi u rajčicama, peludu i nektaru brojnih biljaka. M. je lako topljiv u vodi i slatkog je okusa; je reducirajući šećer jer ima nesupstituiranu poluacetnu hidroksilnu skupinu. Biosinteza M. iz b-D-glukopiranosilfosfata i D-glukoze poznata je samo kod nekih vrsta bakterija. U životinjskim i biljnim organizmima magnezij nastaje enzimskom razgradnjom škroba i glikogena (vidi Amilaza). Razgradnja M. na dva ostatka glukoze nastaje kao rezultat djelovanja enzima a-glukozidaze ili maltaze, koji se nalazi u probavnim sokovima životinja i ljudi, u proklijalim žitaricama, u plijesnima i kvascima. Genetski uvjetovana odsutnost ovog enzima u crijevnoj sluznici čovjeka dovodi do kongenitalne netolerancije na M., ozbiljne bolesti koja zahtijeva isključivanje M., škroba i glikogena iz prehrane ili dodavanje enzima maltaze hrani.

Kuhanjem maltoze s razrijeđenom kiselinom i pod djelovanjem enzima dolazi do hidrolizacije maltaze (nastaju dvije molekule glukoze C6H12O6). Maltozu ljudsko tijelo lako apsorbira. Molekularna težina - 342,32 T talište - 108 (bezvodni)

43. Laktoza(od latinskog lactis - mlijeko) C12H22O11 - ugljikohidrat iz skupine disaharida, nalazi se u mlijeku i mliječnim proizvodima. Molekula laktoze sastoji se od ostataka molekula glukoze i galaktoze. Laktoza se ponekad naziva mliječni šećer.

Kemijska svojstva. Kada se kuha s razrijeđenom kiselinom, laktoza se hidrolizira.

Laktoza se dobiva iz mliječne sirutke.

Primjena. Koristi se za pripremu medija za kulturu, na primjer u proizvodnji penicilina. Koristi se kao pomoćna tvar (ekscipijens) u farmaceutskoj industriji.

Od laktoze se dobiva laktuloza - vrijedan lijek za liječenje crijevnih poremećaja, kao što je zatvor.

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

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

Saharoza ima visoku topljivost. Kemijski je fruktoza prilično inertna, tj. kada se kreće s jednog mjesta na drugo, gotovo da ne sudjeluje u metabolizmu. Ponekad se saharoza skladišti kao rezervni nutrijent.

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

Kemijska i fizikalna svojstva. Molekulska težina 342,3 amu. Bruto formula (sustav Hill): C12H22O11. Okus je slatkast. Topivost (grama na 100 grama): u vodi 179 (0°C) i 487 (100°C), u etanolu 0,9 (20°C). Slabo topljiv u metanolu. Netopljiv u dietil eteru. Gustoća 1,5879 g/cm3 (15°C). Specifična rotacija za D-liniju natrija: 66,53 (voda; 35 g/100 g; 20°C). Kada se ohladi tekućim zrakom, nakon osvjetljavanja jarko svjetlo kristali saharoze fosforesciraju. Ne pokazuje redukcijska svojstva - ne reagira s Tollensovim i Fehlingovim reagensom. Prisutnost hidroksilnih skupina u molekuli saharoze lako se potvrđuje reakcijom s metalnim hidroksidima. Doda li se otopina saharoze bakrovom(II) hidroksidu, nastaje svijetloplava otopina bakrene saharoze. U saharozi nema aldehidne skupine: kada se zagrijava s otopinom amonijaka srebrov (I) oksid, ne daje "srebrno ogledalo", kada se zagrijava s bakrovim (II) hidroksidom, ne stvara crveni bakrov (I) oksid . Među izomerima saharoze s molekulskom formulom C12H22O11 mogu se razlikovati maltoza i laktoza.

Reakcija saharoze s vodom. Prokuhate li otopinu saharoze s nekoliko kapi klorovodične ili sumporne kiseline i neutralizirate kiselinu lužinom, a potom otopinu zagrijete, pojavljuju se molekule s aldehidnim skupinama koje reduciraju bakrov (II) hidroksid u bakrov (I) oksid. Ova reakcija pokazuje da se saharoza podvrgava hidrolizi pod katalitičkim djelovanjem kiseline, što rezultira stvaranjem glukoze i fruktoze: C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6

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

45. Celobioza- ugljikohidrat iz skupine disaharida koji se sastoji od dva ostatka glukoze povezana β-glukozidnom vezom; glavna je strukturna jedinica celuloze.

Bijela kristalna tvar, vrlo topljiva u vodi. Celobiozu karakteriziraju reakcije koje uključuju aldehidnu (poluacetalnu) skupinu i hidroksilne skupine. Tijekom kisele hidrolize ili pod djelovanjem enzima β-glukozidaze, celobioza se razgrađuje u 2 molekule glukoze.

Celobioza se dobiva djelomičnom hidrolizom celuloze. Cellobioza se nalazi u slobodnom obliku u soku nekih stabala.

46. ​​​​Polisaharidi- opći naziv za klasu složenih visokomolekularnih ugljikohidrata, čije se molekule sastoje od desetaka, stotina ili tisuća monomera - monosaharida.

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

Utvrđeno je raznoliko biološko djelovanje polisaharida biljnog podrijetla: antibiotsko, antivirusno, antitumorsko, protuotrov [izvor nije naveden 236 dana]. Polisaharidi biljnog podrijetla imaju važnu ulogu u smanjenju lipemije i vaskularne ateromatoze zbog svoje sposobnosti stvaranja kompleksa s proteinima i lipoproteinima u krvnoj plazmi.

Polisaharidi uključuju, posebice:

dekstrin je polisaharid, produkt hidrolize škroba;

škrob je glavni polisaharid koji se taloži kao rezerva energije u biljnim organizmima;

glikogen je polisaharid koji se kao rezerva energije taloži u stanicama životinjskih organizama, ali se u malim količinama nalazi u biljnim tkivima;

celuloza je glavni strukturni polisaharid biljnih staničnih stijenki;

galaktomanani - skladišni polisaharidi nekih biljaka iz obitelji mahunarki, kao što su guarana i guma rogača;

glukomanan je polisaharid dobiven iz gomolja konjaka, koji se sastoji od izmjeničnih jedinica glukoze i manoze, topljivog prehrambenog vlakna koje smanjuje apetit;

amiloid - koristi se u proizvodnji pergament papira.

Celuloza ( od lat. cellula - stanica, isto što i vlakno) - [C6H7O2(OH)3]n, polisaharid; glavni sastojak staničnih membrana svih viših biljaka.

Celuloza se sastoji od ostataka molekula glukoze, koji nastaju tijekom kisele hidrolize celuloze:

(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6

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

Industrijskom metodom celuloza se proizvodi kuhanjem u tvornicama celuloze koje su u sastavu industrijskih kompleksa (mlinova). Ovisno o vrsti korištenih reagensa, razlikuju se sljedeće metode kuhanja pulpe:

Sulfit. Otopina za kuhanje sadrži sumpornu kiselinu i njezinu sol, na primjer natrijev hidrosulfit. Ova metoda se koristi za dobivanje celuloze iz vrsta drva s malo smole: smreke, jele.

Alkalna:

Natronny. Koristi se otopina natrijevog hidroksida. Metoda sode može se koristiti za dobivanje celuloze iz listopadnog drva i jednogodišnjih biljaka.

Sulfat. Najčešća metoda danas. Reagens koji se koristi je otopina koja sadrži natrijev hidroksid i natrijev sulfid, nazvana bijela tekućina. Metoda je dobila ime po natrijevom sulfatu iz kojeg se u tvornicama celuloze dobiva sulfid za bijelu tekućinu. Metoda je prikladna za proizvodnju celuloze iz bilo koje vrste biljnog materijala. Nedostatak mu je oslobađanje velike količine sumpornih spojeva neugodnog mirisa: metil merkaptana, dimetil sulfida itd. kao posljedica štetnih reakcija.

Tehnička celuloza dobivena kuhanjem sadrži razne nečistoće: lignin, hemiceluloze. Ako je celuloza namijenjena kemijskoj preradi (na primjer, za proizvodnju umjetnih vlakana), tada se podvrgava rafiniranju - obradi hladnom ili vrućom otopinom lužine za uklanjanje hemiceluloza.

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

obrada klorom - za uništavanje makromolekula lignina;

alkalna obrada - za izdvajanje nastalih proizvoda razaranja lignina.

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

Biološka svojstva.Škrob, kao jedan od proizvoda fotosinteze, široko je rasprostranjen u prirodi. Za biljke je zaliha hranjivih tvari i nalazi se uglavnom u voću, sjemenkama i gomoljima. Škrobom su najbogatija zrna žitarica: riža (do 86%), pšenica (do 75%), kukuruz (do 72%), gomolji krumpira (do 24%).

Za ljudsko tijelo škrob, zajedno sa saharozom, služi kao glavni dobavljač ugljikohidrata - jedne od najvažnijih komponenti hrane. Pod djelovanjem enzima škrob se hidrolizira u glukozu, koja se u stanicama oksidira u ugljični dioksid i vodu, pri čemu se oslobađa energija potrebna za funkcioniranje živog organizma.

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

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6(glukoza) → (C6H10O5)n + nH2O

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

Škrob se nakuplja u gomoljima, plodovima i sjemenkama biljaka kao rezervna hrana. Tako gomolji krumpira sadrže do 24% škroba, zrna pšenice - do 64%, riža - 75%, kukuruz - 70%.

Glikogen je polisaharid, formiran od ostataka glukoze; glavni skladišni ugljikohidrat kod ljudi i životinja. Glikogen (koji se ponekad naziva i životinjski škrob, unatoč nepreciznosti ovog pojma) glavni je oblik skladištenja glukoze u životinjskim stanicama. Taloži se u obliku granula u citoplazmi u mnogim vrstama stanica (uglavnom jetre i mišića). Glikogen tvori rezervu energije koja se može brzo mobilizirati ako je potrebno da se nadoknadi iznenadni nedostatak glukoze. Skladištenje glikogena, međutim, nije tako gusto u kalorijama po gramu kao skladištenje triglicerida (masti). Samo glikogen pohranjen u jetrenim stanicama (hepatocitima) može se pretvoriti u glukozu za gorivo cijelom tijelu, a hepatociti mogu pohraniti do 8 posto svoje težine u obliku glikogena, što je najveća koncentracija bilo koje vrste stanica. Ukupna masa glikogena u jetri kod odraslih može doseći 100-120 grama. U mišićima se glikogen pretvara u glukozu isključivo za lokalnu potrošnju i akumulira u znatno nižim koncentracijama (ne više od 1% ukupne mišićne mase), dok istodobno njegova ukupna mišićna rezerva može premašiti rezervu nakupljenu u hepatocitima. Male količine glikogena nalaze se u bubrezima, a još manje u određenim vrstama moždanih stanica (glijalne stanice) i bijelim krvnim stanicama.

48. Hitin (C8H13O5N) (franc. chitine, od grč. chiton: chiton - odjeća, koža, školjka) - prirodni spoj iz skupine polisaharida koji sadrže dušik. Kemijski naziv: poli-N-acetil-D-glukoza-2-amin, polimer N-acetilglukozaminskih ostataka povezanih b-(1,4)-glikozidnim vezama. Glavna komponenta egzoskeleta (kutikule) člankonožaca i niza drugih beskralježnjaka, dio je stanične stijenke gljiva i bakterija.

Rasprostranjenost u prirodi. Hitin je jedan od najčešćih polisaharida u prirodi, svake godine na Zemlji nastane i razgradi se u živim organizmima oko 10 gigatona hitina.

Obavlja zaštitne i potporne funkcije, osiguravajući krutost stanica - sadržano u stanične stijenke gljive

Glavna komponenta egzoskeleta člankonožaca.

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

U svim organizmima koji proizvode i koriste hitin, on se ne nalazi u čistom obliku, već u kombinaciji s drugim polisaharidima, a vrlo često je povezan s proteinima. Unatoč činjenici da je hitin tvar koja je po strukturi, fizikalno-kemijskim svojstvima i biološkoj ulozi vrlo slična celulozi, hitin se ne može naći u organizmima koji tvore celulozu (biljke, neke bakterije).

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

Hitin je netopljiv u vodi i otporan je na razrijeđene kiseline, lužine, alkohol i druga organska otapala. Topljiv u koncentriranim otopinama nekih soli (cinkov klorid, litijev tiocijanat, kalcijeve soli).

Kada se zagrijava s koncentriranim otopinama mineralnih kiselina, uništava se (hidrolizira), eliminirajući acetilne skupine.

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

49. Aromatski ugljikovodici, organski spojevi koji se sastoje od ugljika i vodika i sadrže benzenske jezgre. Najjednostavniji i najvažniji predstavnici A. u. - benzen (I) i njegovi homolozi: metilbenzen ili toluen (II), dimetilbenzen ili ksilen itd. također uključuju derivate benzena s nezasićenim bočnim lancima, na primjer stiren (III). Postoje mnogi poznati A.u. s nekoliko benzenskih jezgri u molekuli, na primjer difenilmetan (IV), difenil C6H5-C6H5, u kojem su obje benzenske jezgre izravno povezane jedna s drugom; u naftalenu (V) oba prstena dijele 2 atoma ugljika; takvi se ugljikovodici nazivaju A.u. sa kondenziranim jezgrama.

Benzen C6H6, PhH) je organski kemijski spoj, bezbojna tekućina ugodnog slatkastog mirisa. Aromatični ugljikovodik. Benzen je sastavni dio benzina, ima široku primjenu u industriji, sirovina je za proizvodnju lijekova, razne plastike, sintetičke gume i boja. Iako je benzen sastavni dio sirove nafte, sintetizira se u industrijskim razmjerima iz drugih komponenti. Toksičan, kancerogen.

Homolozi- Spojevi koji pripadaju istoj klasi, ali se međusobno razlikuju po sastavu cijelim brojem CH2 grupa. Ukupnost svih homologa čini homološku seriju.

Fizička svojstva. Bezbojna tekućina osebujnog oštrog mirisa. Talište = 5,5 °C, vrelište = 80,1 °C, gustoća = 0,879 g/cm³, molekularna težina = 78,11 g/mol. Kao i svi ugljikovodici, benzen gori i stvara mnogo čađe. Sa zrakom stvara eksplozivne smjese, dobro se miješa s eterima, benzinom i drugim organskim otapalima, s vodom tvori azeotropnu smjesu s vrelištem od 69,25 °C. Topljivost u vodi 1,79 g/l (na 25 °C).

Struktura. Benzen po sastavu pripada nezasićenim ugljikovodicima (homologna serija CnH2n-6), ali za razliku od ugljikovodika etilenske serije, C2H4 pokazuje svojstva svojstvena zasićenim ugljikovodicima u teškim uvjetima, ali benzen je skloniji reakcijama supstitucije. Ovo "ponašanje" benzena objašnjava se njegovom posebnom strukturom: prisustvom konjugiranog 6π-elektronskog oblaka u strukturi. Suvremeno razumijevanje elektronske prirode veza u benzenu temelji se na hipotezi Linusa Paulinga, koji je predložio da se molekula benzena prikaže kao šesterokut s upisanim krugom, čime se naglašava nepostojanje čvrstih dvostrukih veza i prisutnost jednog elektrona oblak koji pokriva svih šest ugljikovih atoma ciklusa.

50. Aromatski spojevi (areni)- ciklički organski spojevi koji sadrže sustav aromatskih veza. Mogu imati zasićene ili nezasićene bočne lance.

U najvažnije aromatske ugljikovodike spadaju benzen C6H6 i njegovi homolozi: toluen C6H5CH3, ksilen C6H4(CH3)2 itd.; naftalen C10H8, antracen C14H10 i njihovi derivati. Izrazita kemijska svojstva- povećana stabilnost aromatske jezgre i sklonost supstitucijskim reakcijama. Glavni izvori aromatskih ugljikovodika su katran ugljena, nafta i naftni derivati. Sintetske metode proizvodnje su od velike važnosti. Aromatski ugljikovodici su polazni proizvodi za proizvodnju ketona, aldehida i aromatskih kiselina, kao i mnogih drugih tvari. Postoje i heterociklički areni, među kojima se u čistom obliku i u obliku spojeva najčešće nalaze piridin, pirol, furan i tiofen, indol, purin, kinolin.

Borazol ("anorganski benzen") također je aromatičan, ali se njegova svojstva znatno razlikuju od svojstava organskih arena.

Reakcije elektrofilne supstitucije"(eng. substitution electrophilic reakciju) - supstitucijske reakcije u kojima napad provodi elektrofil - čestica koja je pozitivno nabijena ili ima manjak elektrona. Kada se formira nova veza, odlazeća čestica, elektrofag, se odvaja bez svog elektronskog para. Najpopularnija izlazna skupina je H+ proton.

51-52 (prikaz, ostalo). Reakcije aromatske elektrofilne supstitucije

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

SEAr reakcijski mehanizam ili reakcija aromatske elektrofilne supstitucije (eng. substitution electrophilic aromatic) najčešća je i najvažnija među reakcijama supstitucije aromatskih spojeva i sastoji se od dva stupnja. U prvoj fazi se dodaje elektrofil, au drugoj fazi se odvaja elektrofuga.

Tijekom reakcije nastaje pozitivno nabijeni međuprodukt (na slici 2b). Naziva se Ueland intermedijer, aronijev ion ili σ-kompleks. Ovaj kompleks je općenito vrlo reaktivan i lako se stabilizira, brzo eliminirajući kation. Korak koji ograničava brzinu u velikoj većini SEAr reakcija je prvi korak.

Brzina reakcije = k**

Napadajuća vrsta su obično relativno slabi elektrofili, pa se u većini slučajeva SEAr reakcija odvija pod djelovanjem katalizatora - Lewisove kiseline. Najčešće se koriste AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2.

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

1. U prvoj fazi, katalizator stupa u interakciju s česticom koja napada i formira aktivno elektrofilno sredstvo

U drugoj fazi se, naime, implementira SEAr mehanizam

53. Heterociklički spojevi(heterocikli) su organski spojevi koji sadrže cikluse, koji uz ugljik uključuju i atome drugih elemenata. Mogu se smatrati karbocikličkim spojevima s heterosupstituentima (heteroatomima) u prstenu. Najraznovrsniji i dobro proučeni su aromatski heterociklički spojevi koji sadrže dušik. Ograničavajući slučajevi heterocikličkih spojeva su spojevi koji ne sadrže ugljikove atome u prstenu, na primjer, pentazol.

pirol- aromatski peteročlani dušikov heterocikl, ima slaba bazična svojstva. Sadržano u ulju od kostiju (koje se dobiva suhom destilacijom kostiju), kao iu katranu ugljena. Pirolski prstenovi ulaze u sastav porfirina - biljnog klorofila, hema hemoglobina i citokroma te niza drugih biološki važnih spojeva.

Struktura i svojstva. Pirol je bezbojna tekućina s mirisom sličnim kloroformu, koja polako tamni kada je izložena zraku. Malo je higroskopan, slabo topiv u vodi i visoko topiv u većini organskih otapala. Strukturu pirola predložio je 1870. godine Bayer, na temelju njegove oksidacije s kromnom kiselinom u maleimid i njegovog stvaranja tijekom destilacije sukcinimida s cinkovom prašinom.

Kiselost i metalizacija. Pirol je slaba NH kiselina (pKa 17,5 u vodi) i reagira s alkalijskim metalima i njihovim amidima u tekućem amonijaku ili inertnim otapalima, deprotonirajući na položaju 1 i stvarajući odgovarajuće soli. Slično se odvija reakcija s Grignardovim reagensima, pri čemu nastaju N-magnezijeve soli. N-supstituirani piroli reagiraju s butilom i fenillitijem, metalizirajući na α-položaju.

54. INDOL (benzo[b]pirol), mol. m. 117,18; bezbojan kristali sa slabim mirisom naftalena; t.t. 52,5 °C, t.k. 254 °C; d456 1,0718; sublimira pri zagrijavanju. do 150°C; m 7.03.10-30 Kl.m (benzen, 25 °C); destilira s vodenom parom, dietil eterom i NH3; dobro sol. u org. r-trgovci na malo, Vruća voda, tekući NH3. Molekula ima ravnu konfiguraciju.

Indol je slaba baza (pKa -2,4). Kada se protonira, stvara 3H-indolijev kation (oblik I), koji nakon interakcije. s neutralnom molekulom indol daje dimer (II). Kao slab spoj (pKa 17) indol s Na u tekućem NH3 stvara N-natrij indol, s KOH pri 130°C - N-kalij indol. Aromatičan je. sveta ti. Elektrof. zamjena ide Ch. arr. do položaja 3. Nitriranje se obično provodi s benzoil nitratom, sulfoniranje s piridin sulfotrioksidom, bromiranje s dioksan dibromidom, kloriranje s SO2Cl2, alkiliranje s aktivnim alkil halogenidima. Acetilacija u octenoj kiselini također se događa u položaju 3, u prisutnosti. CH3COONa - u poziciju 1; 1,3-diacetilindol nastaje u anhidridu octene kiseline. Indol se lako veže na dvostruku vezu a,b-nezasićenih ketona i nitrila.

Aminometilacija (Mannichova otopina) se u blagim uvjetima odvija na poziciji 1, a u teškim uvjetima na poziciji 3. Supstitucija u benzenskom prstenu (pretežno na pozicijama 4 i 6) događa se samo u kiselim sredinama kada je pozicija 3 blokirana. H2O2, perkiseline ili na svjetlu, indol se oksidira u indoksil, koji se zatim pretvara. u trimeru ili indigu. Jača oksidacija pod utjecajem O3, MnO2 dovodi do pucanja pirolnog prstena uz stvaranje 2-formamidobenzaldehida. Kada se indol hidrogenira s vodikom pod blagim uvjetima, pirolni prsten se reducira, a pod oštrijim uvjetima, benzenski prsten se također reducira.

Indol se nalazi u esencijalna ulja jasmina i citrusa, dio je kam.-ug. smola. Indolski prsten je fragment važnih prirodnih molekula. spojevi (npr. triptofan, serotonin, melatonin, bufotenin). Tipično, indol se izolira iz naftalenske frakcije Kam.-Ug. smole ili dobiven dehidrogenacijom o-etilanilina s posljednjim. ciklizacija dobivenog proizvoda. Indol i njegovi derivati ​​također se sintetiziraju ciklizacijom arilhidrazona karbonilnih spojeva. (Fischer okrug), interakcija. arilamine s a-halo- ili a-hidroksikarbonilnim spojevima. (okrug Bishler) itd. Indolna jezgra je dio indolnih alkaloida. Sam indol je fiksator mirisa u parfumeriji; njegovi se derivati ​​koriste u proizvodnji biološki aktivnih spojeva. (hormoni, halucinogeni) i lijekovi. Srijeda (npr. indopan, indometacin).

55. Imidazol- organski spoj klase heterocikla, peteročlani prsten s dva atoma dušika i tri atoma ugljika u prstenu, izomeran pirazolu.

Svojstva. U nesupstituiranom imidazolu, položaji 4 i 5 (ugljikovi atomi) su ekvivalentni zbog tautomerizma. Aromatičan, reagira s diazonijevim solima (kombinacija). Nitrira se i sulfonira samo u kiseloj sredini na poziciji 4, halogeni ulaze u alkalnoj sredini na poziciji 2, a u kiseloj na poziciji 4. Lako se alkilira i acilira na imin N, otvara ciklus u interakciji s otopine jakih kiselina i peroksida. Katalizira hidrolizu teško saponificiranih estera i amida karboksilnih kiselina.

Na osnovi imidazola proizvodi se velik broj različitih ionskih tekućina.

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

Interakcija glioksala (oksalaldehida) s amonijakom i formaldehidom.

Biološka uloga. Imidazolski ciklus je dio esencijalne aminokiseline histidin. Strukturni fragment histamina, purinske baze, dibazol.

56. Piridin- šesteročlani aromatski heterocikl s jednim atomom dušika, bezbojna tekućina s oštrim neugodan miris; miješa se s vodom i organskim otapalima. Piridin je slaba baza, daje soli s jakim mineralnim kiselinama, lako stvara dvostruke soli i kompleksne spojeve.

Priznanica. Glavni izvor piridina je katran ugljena.

Kemijska svojstva. Piridin pokazuje svojstva karakteristična za tercijarne amine: tvori N-okside, N-alkilpiridinijeve soli i može djelovati kao sigma-donor ligand.

U isto vrijeme, piridin ima očita aromatična svojstva. Međutim, prisutnost atoma dušika u konjugacijskom prstenu dovodi do ozbiljne redistribucije gustoće elektrona, što dovodi do snažnog smanjenja aktivnosti piridina u reakcijama elektrofilne aromatske supstitucije. U takvim reakcijama pretežno reagiraju meta pozicije prstena.

Piridin karakteriziraju reakcije aromatske nukleofilne supstitucije koje se pretežno javljaju na orto-para položajima prstena. Ova reaktivnost ukazuje na prirodu piridinskog prstena s manjkom elektrona, što se može sažeti u sljedeće pravilo: reaktivnost piridina kao aromatskog spoja otprilike odgovara reaktivnosti nitrobenzena.

Primjena. Koristi se u sintezi boja, ljekovitih tvari, insekticida, u analitičkoj kemiji, kao otapalo za mnoge organske i neke anorganske tvari te za denaturaciju alkohola.

Sigurnost. Piridin je toksičan i utječe na živčani sustav i kožu.

57. Biološka uloga. Nikotinska kiselina je derivat piridina. Apsorbira se u želucu i dvanaesniku, a zatim prolazi kroz aminaciju, pri čemu nastaje nikotinoamid, koji u tijelu, u kombinaciji s proteinima, tvori više od 80 enzima. Ovo je glavno fiziološka uloga vitamin B5. Stoga je nikotinska kiselina dio tako važnih redoks enzima kao što je dehidrogeneza, koji kataliziraju uklanjanje vodika iz organskih tvari koje se oksidiraju. Tako uklonjeni vodik ti enzimi prenose na redoks enzime, koji uključuju riboflavin. Osim toga, u tijelu sisavaca iz nikotinamida (niacina) i nikotinske kiseline nastaju piridinski nukleotidi koji služe kao koenzimi NAD i NADP. Nedostatak ovih prekursora kod životinja uzrokuje pelagru, bolest koja se očituje kožnim simptomima, gastrointestinalni trakt i živčani sustav (dermatitis, proljev, demencija). Kao koenzimi, NAD i NADP, prekursori niacina, uključeni su u mnoge redoks reakcije katalizirane dehidrogenazama. Biološki učinak nikotinske kiseline očituje se u obliku stimulacije sekretorne funkcije želuca i probavnih žlijezda (u njezinoj prisutnosti u želucu povećava se koncentracija slobodne klorovodične kiseline). Pod utjecajem vitamina B5 povećava se biosinteza glikogena i smanjuje hiperglikemija, pojačava se detoksikacijska funkcija jetre, šire se krvne žile i poboljšava mikrocirkulacija krvi.

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

58. Pirimidin (C4N2H4, pirimidin, 1,3- ili m-diazin, miazin) je heterociklički spoj s ravnom molekulom, najjednostavniji predstavnik 1,3-diazina.

Fizička svojstva. Pirimidin su bezbojni kristali karakterističnog mirisa.

Kemijska svojstva. Molekularna težina pirimidina je 80,09 g/mol. Pirimidin pokazuje svojstva slabe dikiselinske baze, budući da atomi dušika mogu dodati protone preko donor-akceptorskih veza, čime dobivaju pozitivan naboj. Reaktivnost u reakcijama elektrofilne supstitucije pirimidina se smanjuje zbog smanjenja gustoće elektrona na pozicijama 2,4,6 uzrokovane prisutnošću dva atoma dušika u prstenu. Supstitucija postaje moguća samo u prisutnosti supstituenata koji doniraju elektron i usmjerena je na najmanje deaktiviran položaj 5. Međutim, nasuprot tome, pirimidin je aktivan prema nukleofilnim reagensima koji napadaju ugljike 2, 4 i 6 u prstenu.

Priznanica. Pirimidin se dobiva redukcijom halogeniranih derivata pirimidina. Ili iz 2,4,6-trikloropirimidina, dobivenog obradom barbiturne kiseline s fosfornim kloroksidom.

Derivati ​​pirimidinaširoko rasprostranjeni u živoj prirodi, gdje sudjeluju u mnogim važnim biološkim procesima. Konkretno, derivati ​​kao što su citozin, timin, uracil dio su nukleotida, koji su strukturne jedinice nukleinskih kiselina; pirimidinska jezgra dio je nekih vitamina B skupine, posebice B1, koenzima i antibiotika.

59. Purin (C5N4H4, purin)- heterociklički spoj, najjednostavniji predstavnik imidazopirimidina.

Derivati ​​purina igraju važnu ulogu u kemiji prirodnih spojeva (purinske baze DNA i RNA; koenzim NAD; alkaloidi, kofein, teofilin i teobromin; toksini, saksitoksin i srodni spojevi; mokraćne kiseline) i zahvaljujući tome u farmaceutici.

adenin- dušična baza, amino derivat purina (6-aminopurin). Stvara dvije vodikove veze s uracilom i timinom (komplementarnost).

Fizička svojstva. Adenin su bezbojni kristali koji se tale na temperaturi od 360-365 C. Ima karakterističan maksimum apsorpcije (λmax) na 266 mmk (pH 7) s molarnim koeficijentom ekstinkcije (εmax) od 13500.

Kemijska formula C5H5N5, molekulska težina 135,14 g/mol. Adenin pokazuje osnovna svojstva (pKa1=4,15; pKa2=9,8). U interakciji s dušičnom kiselinom, adenin gubi svoju amino skupinu, pretvarajući se u hipoksantin (6-hidroksipurin). U vodene otopine kristalizira u kristalni hidrat s tri molekule vode.

Topljivost. Vrlo je topiv u vodi, osobito u vrućoj vodi; kako se temperatura vode smanjuje, topljivost adenina u njoj se smanjuje. Slabo topljiv u alkoholu, kloroformu, eteru, kao iu kiselinama i alkalijama - netopljiv.

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

Guanin- dušična baza, amino derivat purina (6-hidroksi-2-aminopurin), je sastavni dio nukleinske kiseline. U DNA tijekom replikacije i transkripcije stvara tri vodikove veze s citozinom (komplementarnost). Prvi put izoliran iz guana.

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

Kemijska svojstva. Kemijska formula - C5H5N5O, molekulska težina - 151,15 g / mol. Pokazuje osnovna svojstva, pKa1= 3,3; pKa2 = 9,2; pKa3=12,3. Reagira s kiselinama i alkalijama stvarajući soli.

Topljivost. Dobro topljiv u kiselinama i lužinama, slabo topljiv u eteru, alkoholu, amonijaku i neutralnim otopinama, netopljiv u vodi .

Kvalitativne reakcije. Za određivanje gvanina taloži se metafosfornom i pikrinskom kiselinom, s diazosulfonskom kiselinom u otopini Na2CO3 daje crvenu boju.

Rasprostranjenost u prirodi i značaj. Dio nukleinskih kiselina.

60. Nukleozidi su glikozilamini koji sadrže dušikovu bazu vezanu na šećer (ribozu ili deoksiribozu).

Nukleozidi se mogu fosforilirati pomoću staničnih kinaza na primarnoj alkoholnoj skupini šećera, što rezultira stvaranjem odgovarajućih nukleotida.

Nukleotidi- fosforni esteri nukleozida, nukleozidni fosfati. Slobodni nukleotidi, posebice ATP, cAMP, ADP, igraju važnu ulogu u energetskim i informacijskim unutarstaničnim procesima, a također su sastavni dijelovi nukleinskih kiselina i mnogih koenzima.

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

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

Fosfatni ostatak u nukleotidima obično tvori estersku vezu s 2", 3" ili 5" hidroksilnim skupinama ribonukleozida; u slučaju 2" deoksinukleozida, 3" ili 5" hidroksilne skupine su esterificirane.

Spojevi koji se sastoje od dvije molekule nukleotida nazivaju se dinukleotidi, tri - trinukleotidi, mali broj - oligonukleotidi, a mnogi - polinukleotidi ili nukleinske kiseline.

Nazivi nukleotida su kratice u obliku standardnih kodova od tri ili četiri slova.

Ako kratica počinje malim slovom “d” (englesko d), znači deoksiribonukleotid; izostanak slova "d" znači ribonukleotid. Ako kratica počinje malim slovom "c" (englesko c), tada govorimo o cikličkom obliku nukleotida (na primjer, cAMP).

Prvi veliko slovo kratice označavaju određenu dušikovu bazu ili skupinu mogućih nukleinskih baza, drugo slovo označava broj ostataka fosforne kiseline u strukturi (M - mono-, D - di-, T - tri-), a treće veliko slovo je uvijek slovo F ("- fosfat"; engleski P).

Latinski i ruski kodovi za nukleinske baze:

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

Kemija i farmakologija

Kemijska struktura tvari je redoslijed povezanosti atoma u molekule. Međusobni utjecaj atoma i atomskih skupina u molekuli. U ovom slučaju strogo se poštuju četverovalentnost atoma ugljika i monovalentnost atoma vodika. Svojstva tvari ovise ne samo o kvalitativnom i kvantitativnom sastavu, već io redoslijedu povezivanja atoma u molekuli, fenomenu izomerije.

§1.3. Osnovni principi teorije kemijske strukture organskih spojeva A.M. Butlerova. Kemijska struktura tvari je redoslijed povezanosti atoma u molekule. Ovisnost svojstava tvari o kemijskoj strukturi molekula. Međusobni utjecaj atoma i atomskih skupina u molekuli.
Do šezdesetih godina prošlog stoljeća organska kemija nakupila je ogromnu količinu činjeničnog materijala koji je zahtijevao objašnjenje. U pozadini kontinuiranog gomilanja eksperimentalnih činjenica, nedostatnost teorijskih koncepata organske kemije bila je posebno akutna. Teorija je zaostajala za praksom i eksperimentom. Ovo zaostajanje imalo je bolan utjecaj na napredak eksperimentalnih istraživanja u laboratorijima; Kemičari su svoja istraživanja uglavnom provodili nasumično, naslijepo, često bez razumijevanja prirode tvari koje su sintetizirali i suštine reakcija koje su dovele do njihova nastanka. Organska kemija, kako je Wöhler prikladno rekao, sličila je gustoj šumi punoj čudesnih stvari, ogromnom šikaru bez izlaza, bez kraja. “Organska kemija je poput guste šume u koju je lako ući, ali je nemoguće izaći.” Dakle, očito je bilo suđeno da je Kazan dao svijetu kompas s kojim nije strašno ući u "Gustu šumu organske kemije". A ovaj kompas, koji se i danas koristi, Butlerova je teorija kemijske strukture. Od 60-ih godina prošlog stoljeća do danas, svaki udžbenik u svijetu o organskoj kemiji počinje postulatima teorije velikog ruskog kemičara Aleksandra Mihajloviča Butlerova.
Osnovni principi teorije kemijske strukture prije podne Butlerov
1. pozicija
Atomi u molekulama međusobno su povezani u određenom nizu prema svojim valencijama. Redoslijed međuatomskih veza u molekuli naziva se njezina kemijska struktura i odražava se jednom strukturnom formulom (formula strukture).

Ova se odredba odnosi na strukturu molekula svih tvari. U molekulama zasićenih ugljikovodika atomi ugljika međusobno se spajaju u lance. U ovom slučaju strogo se poštuju četverovalentnost atoma ugljika i monovalentnost atoma vodika.

2. pozicija. Svojstva tvari ovise ne samo o kvalitativnom i kvantitativnom sastavu, već i o redoslijedu povezivanja atoma u molekuli.(fenomen izomerije).
Proučavajući strukturu molekula ugljikovodika, A. M. Butlerov je došao do zaključka da te tvari, počevši od butana (C 4 N 10 ), uz isti sastav molekula moguć je i drugačiji redoslijed veza atoma.Tako je u butanu moguć dvostruki raspored ugljikovih atoma: u obliku ravnog (nerazgranatog) i razgranatog lanca.

Ove tvari imaju istu molekulsku formulu, ali različite strukturne formule i različita svojstva (vrelište). Dakle, radi se o različitim tvarima. Takve se tvari nazivaju izomeri.

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

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

3. pozicija. Na temelju svojstava određene tvari može se odrediti struktura njezine molekule, a na temelju njezine strukture mogu se predvidjeti njezina svojstva.Dokaz ove tvrdnje.Ovu tvrdnju možemo dokazati na primjeru anorganske kemije.
Primjer. Ako ova tvar mijenja boju ljubičastog lakmusa u ružičastu, stupa u interakciju s metalima koji stoje ispred vodika, s bazičnim oksidima, bazama, tada možemo pretpostaviti da ova tvar pripada klasi kiselina, tj. sadrži atome vodika i kiselinski ostatak. I, obrnuto, ako ova tvar pripada klasi kiselina, tada pokazuje gore navedena svojstva. Na primjer: N 2 S O 4 - sumporne kiseline

4. pozicija. Atomi i skupine atoma u molekulama tvari međusobno utječu jedni na druge.
Dokaz ove točke

To se stajalište može dokazati na primjeru anorganske kemije.Da bismo to učinili, potrebno je usporediti svojstva vodenih otopina NH3, HC1, N2 O (radnja indikatora). U sva tri slučaja tvari sadrže atome vodika, ali su oni povezani s različitim atomima, koji različito djeluju na atome vodika, pa su i svojstva tvari različita.
Butlerovljeva teorija bila je znanstveni temelj organske kemije i pridonijela je njezinu brzom razvoju. Na temelju odredbi teorije, A.M. Butlerov je objasnio pojavu izomerije, predvidio postojanje raznih izomera i neke od njih prvi put dobio.
U jesen 1850. Butlerov je položio ispite za magistra kemije i odmah započeo doktorsku disertaciju "O eteričnim uljima", koju je obranio početkom sljedeće godine.

Dana 17. veljače 1858. Butlerov je održao referat u Pariškom kemijskom društvu, gdje je prvi put iznio svoje teorijske ideje o strukturi materije. Njegov je izvještaj izazvao opći interes i živu raspravu: „Sposobnost atoma da se međusobno povezuju različita je . Posebno je zanimljiv u tom pogledu ugljik, koji je, prema Augustu Kekuleu, četverovalentan", rekao je Butlerov u svom izvješću. veze."

Nitko do sada nije izrazio takve misli. Možda je došlo vrijeme, nastavio je Butlerov, kada bi naše istraživanje trebalo postati temelj nove teorije kemijske strukture tvari. Ova teorija će se odlikovati preciznošću matematičkih zakona i omogućit će predviđanje svojstava organskih spojeva.”

Nekoliko godina kasnije, tijekom svog drugog putovanja u inozemstvo, Butlerov je iznio teoriju koju je stvorio za raspravu.Ostavio je izvješće na 36. kongresu njemačkih prirodoslovaca i liječnika u Speyeru. Kongres je održan u rujnu 1861. Održao je prezentaciju kemijskoj sekciji. Tema je imala više nego skroman naslov - "Nešto o kemijskoj strukturi tijela." Butlerov je u izvješću izrazio glavne odredbe svoje teorije o strukturi organskih spojeva.
Radovi A.M. Butlerov

Ured A.M. Butlerov

Teorija kemijske strukture omogućila je objašnjenje mnogih činjenica koje su se nakupile u organskoj kemiji početkom druge polovice 19. stoljeća i dokazala da je uz pomoć kemijskih metoda (sinteza, razgradnja i druge reakcije) moguće utvrditi redoslijed povezanosti atoma u molekule (time je dokazana mogućnost poznavanja strukture tvari);

U atomsko-molekularnu znanost unijela je novosti (redoslijed atoma u molekulama, međusobni utjecaj atoma, ovisnost svojstava o građi molekula tvari). Teorija je razmatrala molekule materije kao uređen sustav obdaren dinamikom međudjelovanja atoma. U vezi s tim atomsko-molekularna nastava dobila je svoj daljnji razvoj koji je imao veliki značaj za nauku o kemiji;

Omogućio je predvidjeti svojstva organskih spojeva na temelju strukture, sintetizirati nove tvari, pridržavajući se plana;

Omogućio nam je objasniti raznolikost organskih spojeva;

Dao je snažan poticaj sintezi organskih spojeva i razvoju industrije organske sinteze (sinteza alkohola, etera, bojila, ljekovitih tvari itd.).

Razvivši teoriju i potvrdivši njezinu ispravnost sintezom novih spojeva A.M. Butlerov teoriju nije smatrao apsolutnom i nepromjenjivom. Tvrdio je da se treba razvijati i predvidio taj razvoj će ići putem rješavanje proturječja između teorijskih spoznaja i novonastalih činjenica.

Teorija kemijske strukture, kako je predvidio A.M. Butlerov, nije ostao nepromijenjen. Njegov daljnji razvoj odvijao se uglavnom u dva međusobno povezana smjera.

Prvu od njih predvidio je sam A.M. Butlerov

Vjerovao je da će znanost u budućnosti moći utvrditi ne samo redoslijed povezanosti atoma u molekuli, već i njihov prostorni raspored. Proučavanje prostorne strukture molekula, nazvano stereokemija (grč. "stereos" - prostorni), ušlo je u znanost 80-ih godina prošlog stoljeća. Omogućio je objašnjenje i predviđanje novih činjenica koje se nisu uklapale u okvir dotadašnjih teorijskih koncepata.
Drugi smjer povezan je s primjenom u organskoj kemiji doktrine elektronske strukture atoma, razvijene u fizici dvadesetog stoljeća. Ova je doktrina omogućila razumijevanje prirode kemijske veze atoma, razjašnjavanje suštine njihovog međusobnog utjecaja i objašnjenje razloga za manifestaciju određenih kemijskih svojstava tvari.

Strukturne formule, detaljne i kratke

Razlozi raznolikosti organskih spojeva

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

Postoje homologne serije:

Izomeri:

STRANICA \* MERGEFORMAT 1

Kao i druga djela koja bi vas mogla zanimati
13229.		NEUSTON I PERIFIT	521 KB
	LABORATORIJSKI RAD br. 6 NEUSTON I PERIFITON Meta: Upoznati osobitosti načina života organizama neuston i perifiton. Kontrola napajanja Datumi dodijeljeni za razumijevanje neustona. Kakvi su umovi potrebni za razvoj neustona? Postoje dvije vrste...
13230.		METODOLOGIJA ZA DIZAJNIRANJE JEDNOSTAVNIH RELACIJSKIH BAZA PODATAKA	1018 KB
	METODOLOGIJA ZA DIZAJNIRANJE JEDNOSTAVNIH RELACIJSKIH BAZA PODATAKA Na temelju materijala iz knjige Glenn A. Jackson Relational Database Design With Microcomputer Applications U 1965 r. Prve rezultate u području upravljanja bazama podataka otkrio je rad Charlesa Bachmana. Od tada su tehnologije baza podataka napredovale
13231.		Stalak za vježbanje i sušenje EV8031/AVR (V3.2)	1,13 MB
	Stalak za obuku i sušenje EV8031/AVR V3.2 Metodički umetci prije dorade laboratorijskih robota br. 610 UVOD Stalak je opremljen mikroprocesorskim kontrolerom opremljenim memorijom programskih podataka i raznim perifernim uređajima. Vin d...
13232.		Teorijske osnove toplinske tehnike, Termodinamika, Prijenos topline i TSU, Energetske instalacije	2,88 MB
	Kozak F.V. Gaeva L.I. Negrich V.V. Voitsekhivska T.Y. Demyanchuk Ya.M. Laboratorijska radionica s disciplinom Teorijske osnove toplinske tehnike Termodinamika, prijenos topline i TSU Energetske instalacije Izložena su osnovna načela organizacije rada u laboratoriju.
13233.		Testiranje postolja, naredbe s jednim čipom EOM KR1816BE31	27,5 KB
	Laboratorijski robot br.1. Cijepljenje komandnog stalka za jednočipni EOM KR1816BE31 Tema: Cijepljenje komandnog stalka za jednočipni EOM KR1816BE31. Meta roboti: Razvoj funkcionalnih mogućnosti vježbenog postolja unutarnje strukture i komandnog sustava EOM KR1816BE3...
13234.		Diode za cjevovod	279,5 KB
	Laboratorijski rad br. 1 Tema: Supercharger diode Meta: 1. Praćenje napona i protoka diode na izravnom i reverzno prednapetom spoju. Provest će se daljnja istraživanja strujno-naponske karakteristike strujno-naponske karakteristike za diodu vodiča. Dodatna istraga
13235.		Karakteristike Drukhar instalacije i klasifikacija Drukhar strojeva su nepoznati. Tehnološke značajke metoda visokog i ravnog ofseta	107,5 KB
	LABORATORIJSKI RAD br. 1 Na temu: Osnovne karakteristike Drukar instalacije i klasifikacija Drukar strojeva. Tehnološke značajke high i offset flat-bed metoda Meta: Upoznajte bitne karakteristike drukarske instalacije...
13236.		Uređaji za pripremu probnih pečata	52 KB
	LABORATORIJSKI RAD br. 2 Na temu: Uređaji za izradu lektora Meta roboti: prilagodba tehnološkog procesa za pripremu lektora u grafičkoj industriji na principima robotskih jedinica i mehanizama PKU instalacija i FKU200...
13237.		Strojevi za fotograviranje i strojevi za snimanje slika na fotografske materijale. Oprema za fotoreprodukciju. Strojevi za rezanje fotografskog materijala	48,5 KB
	LABORATORIJSKI RAD br. 3 Na temu: Strojevi za fotoosvjetljavanje i strojevi za snimanje slika na fotografske materijale. Oprema za fotoreprodukciju. Strojevi za obradu fotografskog materijala Meta roboti: prilagodba tehnološkog procesa za izradu teksta i ilustracija