Momento del descubrimiento de la teoría de la estructura de Butlerov. La teoría de la estructura de los compuestos químicos AM Butlerov - Knowledge Hypermarket. La secuencia de unir átomos en una molécula.

Lectura 11º grado Teoría de la estructura orgánica de nivel avanzado. Alcanos, cicloalcanos

Las principales disposiciones de la teoría de la estructura química de A.M. Butlerova

1) Los átomos en las moléculas están conectados entre sí en una secuencia determinada de acuerdo con su valencias. La secuencia de enlaces interatómicos en una molécula se llama estructura química y se refleja en una fórmula estructural(por la fórmula de estructura). 2) La estructura química se puede establecer mediante métodos químicos. Actualmente, también se utilizan métodos físicos modernos. 3) Las propiedades de las sustancias dependen de su estructura química. 4) Por las propiedades de una sustancia dada, puedes determinar la estructura de su molécula, y por la estructura de la molécula, puedes predecir las propiedades. 5) Los átomos y grupos de átomos de una molécula tienen Influencia mutua El uno al otro.

1) La estructura del átomo de carbono.

La estructura electrónica del átomo de carbono se representa de la siguiente manera: 1s 2 2s 2 2p 2 o esquemáticamente

El carbono en los compuestos orgánicos es tetravalente.

Esto se debe al hecho de que tras la formación de un enlace covalente, el átomo de carbono pasa a un estado excitado, en el que el par de electrones en el orbital 2s se desacopla y un electrón ocupa el orbital p vacante. Esquemáticamente:

Como resultado, ya no hay dos, sino cuatro electrones desapareados.

2) Comunicación sigma y pi.

Orbitales atómicos superpuestos a lo largo de la línea que conecta los núcleos de los átomos, conduce a la educación enlaces σ.

Entre dos átomos en una partícula química es posible solo un enlace σ... Todos los enlaces σ tienen simetría axial alrededor del eje internuclear.

En complementario superposición orbitales atómicos perpendiculares a la línea de comunicación y paralelos entre sí, 1s2 2s2 3s2

enlaces π.

Como resultado, entre los átomos hay múltiples conexiones:

Única (σ)	Doble (σ + π)	Triple (σ + π + π)
C-C, C-H, C-O		С≡С y С≡N

3) Hibridación.

Dado que los cuatro electrones de un átomo de carbono son diferentes (electrones 2s y 2p), los enlaces también deberían ser diferentes, pero se sabe que los enlaces en la molécula de metano son equivalentes. Por tanto, para explicar la estructura espacial de las moléculas orgánicas, se utiliza el método hibridación.

1. Cuando compartir cuatro orbitales de un átomo de carbono excitado (uno 2s y tres orbitales 2p) formado Cuatro nuevos orbitales híbridos sp 3 equivalentes con forma de mancuerna alargada. Debido a la repulsión mutua sp 3- orbitales híbridos dirigidos en el espacio a los vértices tetraedro y los ángulos entre ellos son iguales 109 0 28" (la ubicación más ventajosa). Este estado del átomo de carbono se denomina primer estado de valencia.

2. Cuando sp 2 - hibridación se mezclan un orbital s y dos orbitales p y se forman tres orbitales híbridos, cuyos ejes están ubicados en el mismo plano y dirigidos entre sí en un ángulo de 120 °. Este estado del átomo de carbono se denomina segundo estado de valencia.

3. Cuando Las hibridaciones sp fusionan un orbital s y uno p y forman dos orbitales híbridos, cuyos ejes se ubican en una línea recta y se dirigen en diferentes direcciones desde el núcleo del átomo de carbono considerado en un ángulo de 180 °. Este estado del átomo de carbono se denomina tercer estado de valencia.

TIPOS DE HIBRIDACIÓN en sustancias orgánicas.

4) Isomería.

Los isómeros son sustancias que tienen la misma composición (el número de átomos de cada tipo), pero una disposición mutua diferente de átomos, una estructura diferente.

Por ejemplo, hay dos sustancias con la fórmula molecular C 4 H 10:

n-butano (con esqueleto lineal): CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 3 e isobutano, o 2-metilpropano:CH 3 - CH - CH 3

‌ │

CH 3Ellos son isómeros.

La isomería ocurre estructural y espacial.

Isomería estructural.

1.Isomería esqueleto de carbono- debido al diferente orden de enlaces entre los átomos de carbono que forman el esqueleto de la molécula (ver butano e isobutano).

2.Isomería de la posición de un enlace múltiple o grupo funcional- debido a la posición diferente de cualquier grupo reactivo con el mismo esqueleto carbónico de moléculas. Entonces, el propano corresponde a dos alcoholes isoméricos:

CH 3 - CH 2 - CH 2 - OH - propanol-1 o alcohol n-propílico

y CH 3 - CH - CH 3

OH - 2-propanol o alcohol isopropílico.

Isomería posiciones de enlaces múltiples, por ejemplo, en buteno-1 y buteno-2

CH 3 - CH 2 - CH = CH 2 - buteno-1

CH 3 - CH = CH - CH 3 - buteno-2.

3. Isomería entre clases- isomería de sustancias pertenecientes a diferentes clases de compuestos orgánicos:

Alquenos y cicloalcanos (con C 3)

Alquinos y dienos (con C 3)

Alcoholes y éteres (con C 2)

Aldehídos y cetonas (con C 3)

Ácidos y ésteres carboxílicos monobásicos saturados (con C 2)

Isomería espacial- se divide en dos tipos: geométrico(o cis-trans-isomería) y óptico.

Isomería geométrica inherente a compuestos que contienen dobles enlaces o un anillo de ciclopropano; se debe a la imposibilidad de rotación libre de átomos alrededor de un doble enlace o en un ciclo. En estos casos, los sustituyentes se pueden ubicar en el mismo lado del plano del doble enlace o en el anillo. (cis - posición), o en lados opuestos (trance - posición).

Los términos "cis" y "trans" generalmente se refieren a un par de idénticos sustituyentes, y si todos los sustituyentes son diferentes, entonces condicionalmente a uno de los pares.
- dos formas de ácido etileno-1,2-dicarboxílico - forma cis, o ácido maleico (I), y forma trans, o ácido fumárico (II) SHAPE \ * MERGEFORMAT

Óptico isomería es característico de moléculas de sustancias orgánicas que no son compatibles con su imagen especular (es decir, con una molécula correspondiente a esta imagen especular). Muy a menudo, la actividad óptica se debe a la presencia en la molécula. asimétricoátomo carbón, es decir, un átomo de carbono unido a cuatro sustituyentes diferentes. Un ejemplo es el ácido láctico:

OH (el átomo de carbono asimétrico está marcado con un asterisco).

Una molécula de ácido láctico no puede coincidir con su imagen especular durante ningún movimiento en el espacio. Estas dos formas de ácido se relacionan entre sí, como la mano derecha a la izquierda, y se denominan antípodas ópticas. (enantiómeros).

Las propiedades físicas y químicas de los isómeros ópticos suelen ser muy similares, pero pueden diferir mucho en la actividad biológica, el gusto y el olfato.

Clasificación de sustancias orgánicas.

Clase de sustancias	Característica	General fórmula	Sufijo o prefijo
U gle v o d o r o d s	Alcanos	Todos los enlaces son únicos	C n H 2n + 2
Alquenos	1 doble Enlace C = C	C n H 2n
Dienes	2 dobles C = conexión C	C n H 2n-2
Alquino	1 triple enlace С≡С	C n H 2n-2
Cicloalcanos	Cadena de carbono enrollada	C n H 2n
Arenas (hidrocarburos aromáticos)		C n H 2n-6	…-benceno
Oxigenado conexiones	Alcoholes		C n H 2n + 2 O CH 3 OH
Fenoles	El anillo de benceno y en él	C n H 2n-6 O C 6 H 5 OH
Aldehídos		C n H 2n O NSNO
Cetonas		C n H 2n O C 3 H 6 O
Ácidos carboxílicos		C n H 2n O 2 UNLO	... -ácido oico
Ésteres		C n H 2n O 2
	Compuestos nitro		C n H 2n + 1 NO 2
Aminas		C n H 2n + 3 N CH 3 NH 2
Aminoácidos	Contiene -NH 2 y -COOH	C n H 2n + 1 NO 2

Nomenclatura de sustancias orgánicas

С 1 - se reunió С 6 - hex

С 2 - piso С 7 - hept

С 4 - pero С 9 - no

Finales

An - solo hay enlaces C-C simples en la molécula

En - hay un doble enlace C = C en la molécula

Ying: hay un triple enlace С≡С en la molécula

Dieno: hay dos dobles enlaces C = C en la molécula

Antigüedad de los grupos funcionales en una molécula.

		Sufijo (o terminación)
	Carboxi	Ácido óvico
	Hidroxi	OL (-ovy alcohol)
Halógenos	Flúor, cloro, etc.
Radical de hidrocarburo

El evento más grande en el desarrollo de la química orgánica fue la creación en 1961 por el gran científico ruso SOY. Butlerov la teoría de la estructura química de los compuestos orgánicos.

Antes de A.M. Butlerov, se consideró imposible conocer la estructura de una molécula, es decir, el orden del enlace químico entre los átomos. Muchos científicos incluso negaron la realidad de los átomos y las moléculas.

SOY. Butlerov refutó esta opinión. Él procedió de la correcta materialista e ideas filosóficas sobre la realidad de la existencia de átomos y moléculas, sobre la posibilidad de conocer el enlace químico de los átomos en una molécula. Demostró que la estructura de una molécula se puede establecer empíricamente mediante el estudio de las transformaciones químicas de una sustancia. Por el contrario, conociendo la estructura de la molécula, puede deducir las propiedades químicas del compuesto.

La teoría de la estructura química explica la variedad de compuestos orgánicos. Se debe a la capacidad del carbono tetravalente de formar cadenas y anillos de carbono, de combinarse con átomos de otros elementos y a la presencia de isomería en la estructura química de los compuestos orgánicos. Esta teoría sentó las bases científicas de la química orgánica y explicó sus leyes más importantes. Los principios básicos de su teoría A.M. Butlerov presentado en el informe "Sobre la teoría de la estructura química".

Las principales disposiciones de la teoría de la estructura son las siguientes:

1) en las moléculas, los átomos están conectados entre sí en una secuencia determinada de acuerdo con su valencia. El orden en el que se enlazan los átomos se llama estructura química;

2) las propiedades de una sustancia dependen no solo de qué átomos y en qué cantidad están incluidos en su molécula, sino también del orden en que están conectados entre sí, es decir, de la estructura química de la molécula;

3) los átomos o grupos de átomos que formaron una molécula se influyen mutuamente.

En la teoría de la estructura química, se presta mucha atención a la influencia mutua de átomos y grupos de átomos en una molécula.

Las fórmulas químicas, que describen el orden en el que los átomos se unen en moléculas, se denominan fórmulas estructurales o fórmulas de estructura.

El valor de la teoría de la estructura química A.M. Butlerova:

1) es la parte más importante de la base teórica de la química orgánica;

2) en términos de importancia, se puede comparar con la Tabla Periódica de Elementos de D.I. Mendeleev;

3) permitió sistematizar una gran cantidad de material práctico;

4) permitió predecir de antemano la existencia de nuevas sustancias, así como indicar las formas de su producción.

La teoría de la estructura química sirve como base orientadora en todas las investigaciones en química orgánica.

12 Fenoles derivados hidroxi compuestos aromáticos que contiene uno o más grupos hidroxilo (- OH) unidos a los átomos de carbono del núcleo aromático. Por el número de grupos OH, el fósforo monoatómico se distingue, por ejemplo, oxibenceno C 6 H 5 OH, generalmente llamado simplemente fenol, oxitoluenos CH 3 C 6 H 4 OH - el llamado cresoles, hidroxinaftalenos - naftoles, diatómico, por ejemplo dioxibencenos C 6 H 4 (OH) 2 ( hidroquinona, pirocatecol, resorcinol), poliatómico, por ejemplo pirogalol, floroglucinol... F.- cristales incoloros con un olor característico, con menos frecuencia líquidos; Bien soluble en disolventes orgánicos (alcohol, éter, oenzeno). Al poseer propiedades ácidas, el fósforo forma productos salinos, fenolatos: ArOH + NaOH (ArONa + H2O (Ar es un radical aromático). La alquilación y acilación de fenolatos conduce a éteres de fósforo, ArOR simple y ArOCOR complejo (R es un radical orgánico). ). Los ésteres se pueden obtener mediante la interacción directa del fósforo con los ácidos carboxílicos, sus anhídridos y los cloruros de ácido. Cuando los fenoles se calientan con CO 2, se forman ácidos fenólicos, por ejemplo ácido salicílico... a diferencia de alcoholes, el grupo hidroxilo de F. se reemplaza con halógeno con gran dificultad. La sustitución electrofílica en el núcleo de fósforo (halogenación, nitración, sulfonación, alquilación, etc.) es mucho más fácil que en los hidrocarburos aromáticos no sustituidos; los grupos sustituyentes se envían a orto- y par-posición al grupo OH (ver. Orientaciones de reglas). La hidrogenación catalítica del fósforo conduce a alcoholes alicíclicos, por ejemplo, C 6 H 5 OH se reduce a ciclohexanol... F. también se caracteriza por reacciones de condensación, por ejemplo, con aldehídos y cetonas, que se utilizan en la industria para obtener resinas fenólicas y resorcinol-formaldehído, difenilolpropano y otros productos importantes.

El fosfato se obtiene, por ejemplo, por hidrólisis de los correspondientes derivados de halógeno, por fusión alcalina de ácidos arilsulfónicos ArSO 2 OH, y aislado de alquitrán de hulla, alquitrán, lignito y otros. F. es una materia prima importante en la producción de diversos polímeros, adhesivos, pinturas y barnices, tintes y productos farmacéuticos (fenolftaleína, ácido salicílico, salol), tensioactivos y fragancias. Algunos F. se utilizan como antisépticos y antioxidantes (por ejemplo, polímeros, aceites lubricantes). Para la identificación cualitativa de F. se utilizan soluciones de cloruro férrico, que forman productos coloreados con F .. F.son tóxicos (ver. Aguas residuales.).

13 Alcanos

características generales

Los hidrocarburos son los compuestos orgánicos más simples, que constan de dos elementos: carbono e hidrógeno. Los hidrocarburos saturados, o alcanos (nombre internacional), son compuestos cuya composición se expresa mediante la fórmula general C n H 2n + 2, donde n es el número de átomos de carbono. En las moléculas de hidrocarburos saturados, los átomos de carbono están unidos entre sí por un enlace simple (sencillo) y todas las demás valencias están saturadas con átomos de hidrógeno. Los alcanos también se denominan hidrocarburos saturados o parafinas (el término "parafinas" significa "que tienen baja afinidad").

El primer miembro de la serie homóloga de alcanos es el metano CH 4. La terminación -an es característica de los nombres de hidrocarburos saturados. Esto es seguido por etano C 2 H 6, propano C 3 H 8, butano C 4 H 10. Comenzando con el quinto hidrocarburo, el nombre se forma a partir de un número griego que indica el número de átomos de carbono en una molécula y la terminación -an. Estos son pentano C 5 H 12 hexano C 6 H 14, heptano C 7 H 16, octano C 8 H 18, nonano C 9 H 20, decano C 10 H 22, etc.

En la serie homóloga se observa un cambio gradual en las propiedades físicas de los hidrocarburos: aumentan los puntos de ebullición y fusión y aumenta la densidad. En condiciones normales (temperatura ~ 22 ° C) los primeros cuatro miembros de la serie (metano, etano, propano, butano) son gases, con C 5 H 12 a C 16 H 34 - líquidos y con C 17 H 36 - sólidos .

Los alcanos, a partir del cuarto miembro de la serie (butano), tienen isómeros.

Todos los alcanos están saturados con hidrógeno hasta el límite (máximo). Sus átomos de carbono están en el estado de hibridación sp 3, lo que significa que tienen enlaces simples (simples).

Nomenclatura

Ya se han dado los nombres de los primeros diez miembros de la serie de hidrocarburos saturados. Para enfatizar que un alcano tiene una cadena de carbono no ramificada, a menudo se agrega la palabra normal (n-) al nombre, por ejemplo:

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3

n-butano n-heptano

(butano normal) (heptano normal)

Cuando se elimina un átomo de hidrógeno de una molécula de alcano, se forman partículas de un año, llamadas radicales hidrocarbonados (abreviados con la letra R). Los nombres de los radicales monovalentes se derivan de los nombres de los hidrocarburos correspondientes con la terminación -an reemplazada por -yl. A continuación se muestran ejemplos relevantes:

Los radicales están formados no solo por compuestos orgánicos, sino también inorgánicos. Entonces, si el grupo hidroxilo OH se resta del ácido nítrico, se obtiene un radical monovalente: NO 2, llamado grupo nitro, etc.

Cuando se eliminan dos átomos de hidrógeno de una molécula de hidrocarburo, se obtienen radicales bivalentes. Sus nombres también se derivan de los nombres de los hidrocarburos saturados correspondientes con la sustitución de la terminación -an por -ilideno (si los átomos de hidrógeno se separan de un átomo de carbono) o -ileno (si los átomos de hidrógeno se separan de dos átomos de carbono). átomos de carbono adyacentes). El radical CH 2 = tiene el nombre de metileno.

Los nombres de los radicales se utilizan en la nomenclatura de muchos derivados de hidrocarburos. Por ejemplo: CH 3 I es yoduro de metilo, C 4 H 9 Cl es cloruro de butilo, CH 2 Cl 2 es cloruro de metileno, C 2 H 4 Br 2 es bromuro de etileno (si los átomos de bromo están unidos a diferentes átomos de carbono) o bromuro de etilideno (si los átomos de bromo están unidos a un átomo de carbono).

Para el nombre de los isómeros, se utilizan ampliamente dos nomenclaturas: la antigua - racional y moderna - sustitucional, que también se denomina sistemática o internacional (propuesta por la Unión Internacional de Química Teórica y Aplicada IUPAC).

Según la nomenclatura racional, los hidrocarburos se consideran derivados del metano, en los que uno o más átomos de hidrógeno son reemplazados por radicales. Si en la fórmula los mismos radicales se repiten varias veces, entonces se indican con números griegos: di - dos, tres - tres, tetra - cuatro, penta - cinco, hexa - seis, etc. Por ejemplo:

La nomenclatura racional es conveniente para conexiones no muy complejas.

Según la nomenclatura de sustituyentes, el nombre se basa en una cadena de carbono y todos los demás fragmentos de la molécula se consideran sustituyentes. En este caso, se selecciona la cadena más larga de átomos de carbono y los átomos de la cadena se numeran desde el extremo al que está más próximo el radical hidrocarbonado. Luego llaman: 1) el número del átomo de carbono al que está unido el radical (comenzando con el radical más simple); 2) hidrocarburo, que corresponde a una cadena larga. Si la fórmula contiene varios radicales idénticos, antes de su nombre indique el número en palabras (di-, tri-, tetra-, etc.), y los números de los radicales están separados por comas. Así es como deben llamarse los isómeros de hexano de acuerdo con esta nomenclatura:

Aquí hay un ejemplo más complejo:

Tanto la nomenclatura de sustitución como la racional se utilizan no solo para los hidrocarburos, sino también para otras clases de compuestos orgánicos. Para algunos compuestos orgánicos, se utilizan nombres históricamente establecidos (empíricos) o los llamados triviales (ácido fórmico, éter sulfúrico, urea, etc.).

Al escribir fórmulas para isómeros, es fácil notar que los átomos de carbono ocupan diferentes posiciones en ellos. Un átomo de carbono que está vinculado a un solo átomo de carbono en la cadena se llama primario, con dos - secundarios, con tres - terciarios, con cuatro - cuaternarios. Entonces, por ejemplo, en el último ejemplo, los átomos de carbono 1 y 7 son primarios, 4 y 6 son secundarios, 2 y 3 son terciarios, 5 es cuaternario. Las propiedades de los átomos de hidrógeno, otros átomos y grupos funcionales dependen del átomo de carbono al que estén asociados: primario, secundario o terciario. Esto siempre debe tenerse en cuenta.

Recepción. Propiedades.

Propiedades físicas. En condiciones normales, los primeros cuatro miembros de la serie homóloga de alcanos (C 1 - C 4) son gases. Los alcanos normales desde el pentano hasta el heptadecano (C 5 - C 17) son líquidos, a partir de C 18 y superiores son sólidos. A medida que aumenta el número de átomos de carbono en la cadena, es decir, con un aumento en el peso molecular relativo, aumentan los puntos de ebullición y fusión de los alcanos. Con el mismo número de átomos de carbono en la molécula, los alcanos ramificados tienen puntos de ebullición más bajos que los alcanos normales.

Los alcanos son prácticamente insolubles en agua, ya que sus moléculas son de baja polaridad y no interactúan con las moléculas de agua, se disuelven bien en disolventes orgánicos no polares como benceno, tetracloruro de carbono, etc. Los alcanos líquidos se mezclan fácilmente entre sí.

Las principales fuentes naturales de alcanos son el petróleo y el gas natural. Varias fracciones de aceite contienen alcanos de C 5 H 12 a C 30 H 62. El gas natural se compone de metano (95%) mezclado con etano y propano.

De los métodos sintéticos para producir alcanos, se pueden distinguir los siguientes:

1. Obtención de hidrocarburos insaturados. La interacción de alquenos o alquinos con hidrógeno ("hidrogenación") ocurre en presencia de catalizadores metálicos (Ni, Pd) en
calefacción:

CH s -C≡CH + 2H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3.

2. Obtención a partir de compuestos halogenados. Cuando se calientan alcanos monohalogenados con sodio metálico, se obtienen alcanos con el doble de átomos de carbono (reacción de Würz):

C 2 H 5 Br + 2Na + Br-C 2 H 5 → C 2 H 5 -C 2 H 5 + 2NaBr.

No se lleva a cabo una reacción similar con dos alcanos halogenados diferentes, ya que esto produce una mezcla de tres alcanos diferentes.

3. Obtención a partir de sales de ácidos carboxílicos. Cuando las sales anhidras de ácidos carboxílicos se fusionan con álcalis, se obtienen alcanos que contienen un átomo de carbono menos que la cadena de carbono de los ácidos carboxílicos originales:

4. Producción de metano. En un arco eléctrico que arde en una atmósfera de hidrógeno, se forma una cantidad significativa de metano:

C + 2H 2 → CH 4.

La misma reacción ocurre cuando el carbono se calienta en una atmósfera de hidrógeno a 400-500 ° C a presión elevada en presencia de un catalizador.

En condiciones de laboratorio, el metano se obtiene a menudo del carburo de aluminio:

Al 4 C 3 + 12H 2 O = 3CH 4 + 4 Al (OH) 3.

Propiedades químicas. En condiciones normales, los alcanos son químicamente inertes. Son resistentes a la acción de muchos reactivos: no interactúan con los ácidos sulfúrico y nítrico concentrados, con los álcalis concentrados y fundidos, no se oxidan con oxidantes fuertes: permanganato de potasio KMnO 4, etc.

La estabilidad química de los alcanos se explica por la alta resistencia de los enlaces s C-C y C-H, así como su no polaridad. Los enlaces C-C y C-H no polares en los alcanos no son propensos a la escisión iónica, pero son capaces de escisión homolítica bajo la acción de radicales libres activos. Por lo tanto, los alcanos se caracterizan por reacciones de radicales, que dan como resultado compuestos en los que los átomos de hidrógeno son reemplazados por otros átomos o grupos de átomos. En consecuencia, los alcanos entran en reacciones que proceden del mecanismo de sustitución de radicales, denotado por el símbolo S R (del inglés, sustitución radical). De acuerdo con este mecanismo, los átomos de hidrógeno se reemplazan más fácilmente en los átomos de carbono terciario, luego en los secundarios y primarios.

1. Halogenación. Cuando los alcanos reaccionan con halógenos (cloro y bromo) bajo la influencia de la radiación UV o altas temperaturas, se forma una mezcla de productos de alcanos monohalogenados a polihalogenados. El esquema general de esta reacción se muestra usando el ejemplo del metano:

b) Crecimiento de la cadena. El radical de cloro quita un átomo de hidrógeno de la molécula de alcano:

Cl + CH 4 → HCl + CH 3

En este caso, se forma un radical alquilo, que quita el átomo de cloro de la molécula de cloro:

CH 3 + Cl 2 → CH 3 Cl + Cl

Estas reacciones se repiten hasta que la cadena se rompe por una de las reacciones:

Cl + Cl → Cl 2, CH 3 + CH 3 → C 2 H 6, CH 3 + Cl → CH 3 Cl

Ecuación de reacción general:

En las reacciones de radicales (halogenación, nitración), en primer lugar, los átomos de hidrógeno se mezclan en el terciario, luego en los átomos de carbono secundarios y primarios. Esto se explica por el hecho de que el enlace homolítico del átomo de carbono terciario con el hidrógeno se rompe más fácilmente (energía de enlace 376 kJ / mol), luego el secundario (390 kJ / mol) y solo entonces el primario (415 kJ / mol). .

3. Isomerización. Los alcanos normales, bajo ciertas condiciones, se pueden convertir en alcanos de cadena ramificada:

4. El agrietamiento es una ruptura hemolítica de enlaces C-C, que ocurre cuando se calienta y bajo la acción de catalizadores.
En el craqueo de alcanos superiores, se forman alquenos y alcanos inferiores, en el craqueo de metano y etano, se forma acetileno:

C 8 H 18 → C 4 H 10 + C 4 H 8,

2СН 4 → С 2 Н 2 + ЗН 2,

C 2 H 6 → C 2 H 2 + 2H 2.

Estas reacciones son de gran importancia industrial. De esta manera, las fracciones de aceite de alto punto de ebullición (fuel oil) se convierten en gasolina, queroseno y otros productos valiosos.

5. Oxidación. Mediante una oxidación suave del metano con oxígeno atmosférico en presencia de varios catalizadores, se pueden obtener alcohol metílico, formaldehído y ácido fórmico:

La oxidación catalítica suave del butano con oxígeno atmosférico es uno de los métodos industriales para producir ácido acético:

t °
2C 4 H 10 + 5O 2 → 4CH 3 COOH + 2H 2 O.
gato

En el aire, los alcanos se queman en CO 2 y H 2 O:

С n Н 2n + 2 + (Зn + 1) / 2О 2 = nСО 2 + (n + 1) Н 2 О.

Alquenos

Los alquenos (de lo contrario, olefinas o hidrocarburos de etileno) son hidrocarburos acíclicos insaturados que contienen un doble enlace entre átomos de carbono, que forman una serie homóloga con la fórmula general CnH2n. Los átomos de carbono del doble enlace están en estado de hibridación sp².

El alqueno más simple es el eteno (C2H4). De acuerdo con la nomenclatura de la IUPAC, los nombres de los alquenos se derivan de los nombres de los alcanos correspondientes reemplazando el sufijo “-an” por “-en”; la posición del doble enlace se indica mediante un número arábigo.

Serie homológica

Los alquenos con más de tres átomos de carbono tienen isómeros. Los alquenos se caracterizan por isomería del esqueleto carbónico, posiciones de doble enlace, interclase y geométrico.

ethen	C2H4
propeno	C3H6
n-buteno	C4H8
n-penteno	C5H10
n-hexeno	C6H12
n-hepteno	C7H14
n-octeno	C8H16
n-nonen	C9H18
n-deceno	C10H20

Propiedades físicas

Los puntos de fusión y ebullición aumentan con el peso molecular y la longitud del esqueleto del carbono.
En condiciones normales, los alquenos de C2H4 a C4H8 son gases; de C5H10 a C17H34 - líquidos, después de C18H36 - sólidos. Los alquenos no se disuelven en agua, pero se disuelven bien en disolventes orgánicos.

Propiedades químicas

Los alquenos son reactivos. Sus propiedades químicas están determinadas por la presencia de un doble enlace.
Ozonólisis: el alqueno se oxida a aldehídos (en el caso de carbonos vecinales monosustituidos), cetonas (en el caso de carbonos vecinales disustituidos) o una mezcla de aldehído y cetona (en el caso de alqueno trisustituido en el doble enlace):

R1 - CH = CH - R2 + O3 → R1 - C (H) = O + R2C (H) = O + H2O
R1 - C (R2) = C (R3) –R4 + O3 → R1 - C (R2) = O + R3 - C (R4) = O + H2O
R1 - C (R2) = CH - R3 + O3 → R1 - C (R2) = O + R3 - C (H) = O + H2O

Ozonólisis en condiciones adversas: el alqueno se oxida a ácido:

R "–CH = CH - R" + O3 → R "–COOH + R" –COOH + H2O

Accesorio de doble enlace:
CH2 = CH2 + Br2 → CH2Br-CH2Br

Oxidación con perácidos:
CH2 = CH2 + CH3COOOH →
o
CH2 = CH2 + HCOOH → HOCH2CH2OH

1. Las principales disposiciones de la teoría de la estructura química A.M. Butlerova

1. Los átomos de las moléculas están conectados entre sí en una secuencia determinada de acuerdo con sus valencias. La secuencia de enlaces interatómicos en una molécula se denomina estructura química y se refleja en una fórmula estructural (fórmula de estructura).

2. La estructura química se puede establecer mediante métodos químicos. (Actualmente, también se utilizan métodos físicos modernos).

3. Las propiedades de las sustancias dependen de su estructura química.

4. Por las propiedades de una sustancia dada, puedes determinar la estructura de su molécula, y por la estructura de la molécula, puedes predecir las propiedades.

5. Los átomos y los grupos de átomos de una molécula se influyen mutuamente.

Una molécula de compuesto orgánico es una colección de átomos unidos en un orden específico, generalmente mediante enlaces covalentes. En este caso, los átomos ligados pueden diferir en la magnitud de la electronegatividad. Las magnitudes de las electronegatividades determinan en gran medida características tan importantes de un enlace como la polaridad y la fuerza (energía de formación). A su vez, la polaridad y la fuerza de los enlaces en una molécula, en gran medida, determinan la capacidad de una molécula para entrar en ciertas reacciones químicas.

La electronegatividad de un átomo de carbono depende del estado de su hibridación. Esto se debe a la fracción del orbital s en el orbital híbrido: es más pequeña para sp3- y más para átomos híbridos sp2 y sp.

Todos los átomos que constituyen una molécula están interconectados y experimentan una influencia mutua. Esta influencia se transmite principalmente a través de un sistema de enlaces covalentes, utilizando los llamados efectos electrónicos.

Los efectos electrónicos se denominan desplazamiento de la densidad electrónica en una molécula bajo la influencia de sustituyentes.

Los átomos con enlaces polares llevan cargas parciales, indicadas por la letra griega delta (d). Un átomo que "tira" de la densidad electrónica del enlace s en su dirección adquiere una carga negativa d-. Cuando se considera un par de átomos unidos por un enlace covalente, el átomo más electronegativo se llama aceptor de electrones. En consecuencia, su socio de enlace s tendrá un déficit de densidad de electrones igual, es decir, La carga positiva parcial d + se denominará donante de electrones.

El desplazamiento de la densidad de electrones a lo largo de la cadena de enlaces s se denomina efecto inductivo y se denota con I.

2. Isomería- la existencia de compuestos (principalmente orgánicos), idénticos en composición elemental y peso molecular, pero diferentes en propiedades físicas y químicas. Estos compuestos se denominan isómeros.

Isomería estructural- el resultado de diferencias en la estructura química. Este tipo incluye:

Isomería del esqueleto carbónico, debido al diferente orden de enlace de los átomos de carbono. El ejemplo más simple es el butano CH3-CH2-CH2-CH3 e isobutano (CH3) 3CH. Otros ejemplos: antraceno y fenantreno (fórmulas I y II, respectivamente), ciclobutano y metilciclopropano (III y IV).

La isomería de valencia es un tipo especial de isomería estructural, en la que los isómeros pueden transformarse entre sí solo debido a la redistribución de enlaces. Por ejemplo, los isómeros de valencia del benceno (V) son biciclohexa-2,5-dieno (VI, "benceno de Dewar"), Prisman (VII, "benceno de Ladenburg"), benzvaleno (VIII).

Isomería del grupo funcional: difiere en la naturaleza del grupo funcional; por ejemplo etanol (CH3-CH2-OH) y dimetiléter (CH3-O-CH3).

Isomería de posición- Un tipo de isomería estructural, caracterizado por la diferencia en la posición de los mismos grupos funcionales o dobles enlaces con la misma estructura carbonada. Ejemplo: ácido 2-clorobutanoico y ácido 4-clorobutanoico.

Los enantiómeros (isómeros ópticos, isómeros espejo) son pares de antípodas ópticas: sustancias caracterizadas por signos opuestos y rotaciones iguales del plano de polarización de la luz con la identidad de todas las demás propiedades físicas y químicas (excepto las reacciones con otras sustancias ópticamente activas y físicas). propiedades en un entorno quiral). Una razón necesaria y suficiente para la aparición de antípodas ópticas es la pertenencia de una molécula a uno de los siguientes grupos de simetría de puntos: Cn, Dn, T, O o I (quiralidad). La mayoría de las veces estamos hablando de un átomo de carbono asimétrico, es decir, un átomo unido a cuatro sustituyentes diferentes.

3. hibridación sp³ - Ocurre cuando se mezclan un orbital sy tres orbitales p. Aparecen cuatro orbitales idénticos, ubicados entre sí en ángulos tetraédricos de 109 ° 28 '(109,47 °), longitud de 0,154 nm.

Para un átomo de carbono y otros elementos del segundo período, este proceso ocurre de acuerdo con el esquema:

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

Alcanes(hidrocarburos saturados, parafinas, compuestos alifáticos) - hidrocarburos acíclicos lineales o ramificados que contienen solo enlaces simples y que forman una serie homóloga con la fórmula general CnH2n + 2 .Estructura química del alquino.(el orden de conexión de los átomos en las moléculas) de los alcanos más simples (metano, etano y propano) se muestran mediante sus fórmulas estructurales dadas en la Sección 2. De estas fórmulas se puede ver que hay dos tipos de enlaces químicos en los alcanos:

C-C y C-H. El enlace C-C es covalente no polar. El enlace C-H es covalente débilmente polar, porque el carbono y el hidrógeno tienen una electronegatividad cercana

Orbital p no hibridado perpendicular al plano enlaces σ, se utiliza para formar un enlace π con otros átomos. Esta geometría de carbono es típica del grafito, fenol, etc.

Ángulo de valencia- el ángulo formado por las direcciones de los enlaces químicos que emanan de un átomo. El conocimiento de los ángulos de enlace es necesario para determinar la geometría de las moléculas. Los ángulos de enlace dependen tanto de las características individuales de los átomos unidos como de la hibridación de los orbitales atómicos del átomo central. Para moléculas simples, el ángulo de enlace, al igual que otros parámetros geométricos de la molécula, se puede calcular utilizando los métodos de la química cuántica. Experimentalmente, se determinan a partir de los valores de los momentos de inercia de las moléculas obtenidos mediante el análisis de sus espectros rotacionales (ver Espectroscopía infrarroja, Espectros moleculares, Espectroscopía de microondas). El ángulo de enlace de moléculas complejas se determina mediante métodos de análisis estructural de difracción.

4.sp2-hibridación (plano-trigonal) Se mezclan un orbital sy dos orbitales p, y se forman tres orbitales híbridos sp2 equivalentes, ubicados en el mismo plano en un ángulo de 120 ° (resaltados en azul). Pueden formar tres enlaces σ. El tercer orbital p permanece sin hibridar y está orientado perpendicular al plano de los orbitales híbridos. Este p-AO participa en la formación de un enlace π . Para los elementos del segundo período, el proceso de hibridación sp2 ocurre de acuerdo con el esquema:

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

El segundo estado de valencia de un átomo de carbono. Hay sustancias orgánicas en las que un átomo de carbono no está unido a cuatro, sino a tres átomos vecinos, mientras permanece tetravalente.

5.sp-hibridación (lineal) Una mezcla de orbitales s y p, formando dos orbitales sp equivalentes ubicados en un ángulo de 180, es decir, en un eje. Los orbitales sp híbridos están involucrados en la formación de dos enlaces σ. Dos orbitales p no están hibridados y están ubicados en planos mutuamente perpendiculares. -Los orbitales forman dos enlaces π en los compuestos.

Para los elementos del segundo período, la hibridación sp se produce de acuerdo con el esquema:

2s + 2px = 2 (2sp)

2py- y 2pz-AO no cambian.

Acetileno- hidrocarburo insaturado C2H2. Tiene un triple enlace entre átomos de carbono, pertenece a la clase de alquinos

Los átomos de carbono del acetileno tienen hibridación sp. Están conectados con una y dos conexiones, máx. Las densidades to-rykh están ubicadas en dos áreas mutuamente perpendiculares, formando cilindros. nube de densidad de electrones; fuera de él hay H.

METILACETILENO(propino, alileno) CH3C = CH. Por quím. St. you M. es un representante típico de los hidrocarburos acetilénicos. Entra fácilmente en el distrito de electrofílico., Nucleoph. y adición de radicales en el triple enlace, por ejemplo. al interactuar. forma metil isopropenil éter con metanol.

6. Tipos de comunicación - Enlace metálico, Enlace covalente, Enlace iónico, Enlace de hidrógeno

Enlace iónico- un fuerte enlace químico formado entre átomos con una gran diferencia de electronegatividad, en el que el par total de electrones se transfiere completamente a un átomo con una mayor electronegatividad. Un ejemplo es el compuesto CsF, en el que el "grado de ionicidad" es del 97%.

caso extremo de polarización de un enlace polar covalente. Formado entre típico metal y no metal. En este caso, los electrones del metal se transfieren completamente al no metal. Se forman iones.

Si se forma un enlace químico entre átomos que tienen una diferencia muy grande de electronegatividades (EO> 1,7 según Pauling), entonces el par de electrones total se transfiere completamente al átomo con un EO más alto. Esto da como resultado la formación de un compuesto de iones con carga opuesta.

Enlace covalente(enlace atómico, enlace homeopolar): enlace químico formado por la superposición (socialización) de un par de nubes de electrones de valencia. Las nubes de electrones (electrones) que proporcionan comunicación se denominan par de electrones comunes.

Un enlace covalente simple se forma a partir de dos electrones de valencia no apareados, uno de cada átomo:

Como resultado de la socialización, los electrones forman un nivel de energía lleno. Se forma un enlace si su energía total a este nivel es menor que en el estado inicial (y la diferencia de energía no será más que la energía del enlace).

Llenar los orbitales atómico (en los bordes) y molecular (en el centro) en la molécula de H2 con electrones. El eje vertical corresponde al nivel de energía, los electrones están indicados por flechas que representan sus espines.

Según la teoría de los orbitales moleculares, la superposición de dos orbitales atómicos conduce, en el caso más simple, a la formación de dos orbitales moleculares (OM): un OM de enlace y un OM antienlazante (antienlazante). Los electrones compartidos se encuentran en el OM de enlace, que es de menor energía.

7. Alcanes- Hidrocarburos acíclicos de estructura lineal o ramificada, que contienen únicamente enlaces simples y forman una serie homóloga con la fórmula general CnH2n + 2.

Los alcanos son hidrocarburos saturados y contienen tantos átomos de hidrógeno como sea posible. Cada átomo de carbono en las moléculas de alcano se encuentra en un estado de hibridación sp³; los 4 orbitales híbridos del átomo de C tienen la misma forma y energía, 4 nubes de electrones se dirigen a los vértices del tetraedro en ángulos de 109 ° 28 ". Debido a enlaces simples entre los átomos de C, rotación libre alrededor del enlace de carbono Tipo de enlace de carbono - enlace σ, los enlaces son de baja polaridad y poco polarizables Longitud del enlace de carbono - 0,154 nm.

La isomería de los hidrocarburos saturados se debe al tipo más simple de isomería estructural: la isomería de la estructura carbonada. Homólogo la diferencia es -CH2-. Los alcanos con más de tres átomos de carbono tienen isómeros. El número de estos isómeros aumenta a un ritmo tremendo a medida que aumenta el número de átomos de carbono. Para alcanos con n = 1 ... 12, el número de isómeros es 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.

Nomenclatura - Racional. Se selecciona uno de los átomos de la cadena de carbono, se considera sustituido por metano y el nombre alse construye en relación con él.

Recepción... Reducción de alcanos halogenados. Recuperación de alcoholes. Reducción de compuestos carbonílicos. Hidrogenación de hidrocarburos insaturados. Síntesis de Kolbe. Gasificación de combustibles sólidos. Reacción de Wurtz. Síntesis de Fischer-Tropsch.

8. Alcanos tienen baja actividad química. Esto se debe a que los enlaces C-H y C-C individuales son relativamente fuertes y difíciles de romper.

Reacciones de sustitución de radicales.

Halogenación de alcanos procede por un mecanismo radical. Para iniciar la reacción, una mezcla de alcano y halógeno debe irradiarse con luz ultravioleta o calentarse. La cloración del metano no se detiene en la etapa de obtención del cloruro de metilo (si se toman cantidades equimolares de cloro y metano), sino que conduce a la formación de todos los productos de sustitución posibles, desde el cloruro de metilo hasta el tetracloruro de carbono.

Nitración (reacción de Konovalov)

Los alcanos reaccionan con una solución al 10% de ácido nítrico u óxido de nitrógeno N2O4 en la fase gaseosa para formar derivados nitro:

RH + HNO3 = RNO2 + H2O

Todos los datos disponibles apuntan a un mecanismo de radicales libres. Como resultado de la reacción, se forman mezclas de productos.

Reacciones de oxidación. Combustión

La principal propiedad química de los hidrocarburos saturados, que determina su uso como combustible, es la reacción de combustión. Ejemplo: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

En caso de falta de oxígeno, se produce monóxido de carbono o carbón en lugar de dióxido de carbono (dependiendo de la concentración de oxígeno).

En general, la ecuación de la reacción de combustión para cualquier hidrocarburo CxHy se puede escribir de la siguiente manera: CxHy + (x + 0.5y) O2 → xCO2 + 0.5yH2O

Oxidación catalítica

Se pueden formar alcoholes, aldehídos, ácidos carboxílicos.

Transformaciones térmicas de alcanos. Descomposición

Las reacciones de descomposición ocurren solo bajo la influencia de altas temperaturas. Un aumento de temperatura conduce a la ruptura del enlace de carbono y la formación de radicales libres.

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

Agrietamiento

Cuando se calientan por encima de 500 ° C, los alcanos experimentan descomposición pirolítica con la formación de una mezcla compleja de productos, cuya composición y proporción dependen de la temperatura y el tiempo de reacción.

Deshidrogenación

Formación de alquenos y desprendimiento de hidrógeno.

Condiciones de flujo: 400 - 600 ° C, catalizadores - Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3; C2H6 → C2H4 + H2

Isomerización - Bajo la acción de un catalizador (por ejemplo, AlCl3), el alcano se isomeriza, por ejemplo:

el butano (C4H10) que interactúa con el cloruro de aluminio (AlCl3) se convierte de n-butano en 2-metilpropano.

Conversión de metano

CH4 + H2O → CO + H2 - Catalizador de Ni ("CO + H2" "gas de síntesis")

Los alcanos no interactúan con el permanganato de potasio (KMnO4) y el agua de bromo (Br2).

9 alquenos(de lo contrario, olefinas o hidrocarburos de etileno): hidrocarburos acíclicos insaturados que contienen un doble enlace entre átomos de carbono, que forman una serie homóloga con la fórmula general CnH2n. Los átomos de carbono del doble enlace están en estado de hibridación sp² y tienen un ángulo de enlace de 120 °. El alqueno más simple es el eteno (C2H4). De acuerdo con la nomenclatura de la IUPAC, los nombres de los alquenos se derivan de los nombres de los alcanos correspondientes reemplazando el sufijo “-an” por “-en”; la posición del doble enlace se indica mediante un número arábigo.

Los alquenos con más de tres átomos de carbono tienen isómeros. Los alquenos se caracterizan por isomería del esqueleto carbónico, posiciones de doble enlace, interclase y espacial. eteno (etileno) C2H4, propenoC3H6, butenoC4H8, pentenoC5H10, hexenoC6H12,

Métodos para la obtención de alquenos. El principal método industrial para producir alquenos es el craqueo catalítico y a alta temperatura de hidrocarburos de petróleo y gas natural. Para la producción de alquenos inferiores también se utiliza la reacción de deshidratación de los correspondientes alcoholes.

En la práctica de laboratorio se suele utilizar el método de deshidratación de alcoholes en presencia de ácidos minerales fuertes, deshidrohalogenación y deshalogenación de los correspondientes derivados halogenados; síntesis de Hoffmann, Chugaev, Wittig y Cope.

10. Propiedades químicas de los alquenos Los alquenos son reactivos. Sus propiedades químicas están determinadas en gran medida por la presencia de un doble enlace. Para los alquenos, las reacciones más características son las reacciones de adición electrofílica y de adición de radicales. Las reacciones de adición nucleofílica generalmente requieren un nucleófilo fuerte y no son típicas de los alquenos.

Los alquenos también se caracterizan por reacciones de cicloadición y metátesis.

Los alquenos entran fácilmente en reacciones de oxidación, se hidrogenan con agentes reductores fuertes o hidrógeno bajo la acción de catalizadores a alcanos, y también son capaces de sustitución de radicales alilo.

Reacciones de adición electrofílica. En estas reacciones, la partícula atacante es un electrófilo.

Halogenación de alquenos que tiene lugar en ausencia de iniciadores de reacción de radicales es una reacción de adición electrofílica típica. Se lleva a cabo en un entorno de disolventes inertes no polares (por ejemplo: CCl4):

La reacción de halogenación es estereoespecífica: la adición se produce desde lados opuestos en relación con el plano de la molécula de alqueno.

Hidrohalogenación. La adición electrofílica de haluros de hidrógeno a alquenos ocurre según la regla de Markovnikov:

Hidroboración. La adición ocurre en varios pasos con la formación de un complejo cíclico activado intermedio, y la adición de boro ocurre en contra de la regla de Markovnikov, al átomo de carbono más hidrogenado.

Hidratación. La reacción de adición de agua a los alquenos tiene lugar en presencia de ácido sulfúrico.

Alquilación. La adición de alcanos a alquenos en presencia de un catalizador ácido (HF o H2SO4) a bajas temperaturas conduce a la formación de un hidrocarburo con un peso molecular más alto y se usa a menudo en la industria.

11. Alquino(de lo contrario, hidrocarburos acetilénicos): hidrocarburos que contienen un triple enlace entre átomos de carbono, con la fórmula general CnH2n-2. Los átomos de carbono del triple enlace se encuentran en estado de hibridación sp.

Para los alquinos, las reacciones de adición son características. A diferencia de los alquenos, que se caracterizan por reacciones de adición electrófilas, los alquinos también pueden entrar en reacciones de adición nucleófilas. Esto se debe a la naturaleza s significativa del enlace y, como consecuencia, al aumento de la electronegatividad del átomo de carbono. Además, la alta movilidad del átomo de hidrógeno en el triple enlace determina las propiedades ácidas de los alquinos en las reacciones de sustitución.

El principal industrial método de obtención El acetileno es el craqueo eléctrico o térmico del metano, la pirólisis de gas natural y el método del carburo.

12. DIENO HIDROCARBUROS(dienos), hidrocarburos insaturados con dos dobles enlaces. Alifatic. dienes СnН2n_2 llamado. alcadienos, alicíclicos. СnН2n_4 - cicloalcadienos. El artículo trata de los hidrocarburos dieno con dobles enlaces conjugados [dienos conjugados; ver tabla]. Dienos con dobles enlaces aislados por quím. St. para ti en la principal. no difieren de las olefinas. Acerca de conn. con dobles enlaces acumulados, ver Allens. En los hidrocarburos dieno, los cuatro átomos de carbono del sistema conjugado tienen hibridación sp2 y se encuentran en el mismo plano. Cuatro electrones p (uno de cada átomo de carbono) se combinan para formar cuatro orbitales p-moleculares (dos enlazados - ocupados y dos antienlazantes - libres), de los cuales solo el más bajo está deslocalizado sobre todos los átomos de carbono. La deslocalización parcial de los electrones p causa el efecto de conjugación, que se manifiesta en una disminución en la energía del sistema (en 13-17 kJ / mol en comparación con el sistema de dobles enlaces aislados), igualación de distancias interatómicas: los dobles enlaces son algo más largos (0.135 nm), y los simples son más cortos (0.146 nm) que en moléculas sin conjugación (respectivamente 0.133 y 0.154 nm), un aumento en la polarizabilidad, exaltación de la refracción molecular, etc. físico. efectos. Los hidrocarburos dieno existen en forma de dos conformaciones, pasando entre sí, y la forma s-trans es más estable

13. Alcoholes se denominan compuestos que contienen uno o más grupos hidroxilo. Por su número, los alcoholes se subdividen en monohídricos, diatómicos, triatómicos, etc. Longitudes de enlace y ángulos de enlace en alcohol metílico.

Hay varias formas de nombrar los alcoholes. En la nomenclatura IUPAC moderna, la terminación "ol" se agrega al nombre del hidrocarburo para el nombre del alcohol. La cadena más larga que contiene el grupo funcional OH se numera desde el extremo al que el grupo hidroxilo está más cerca, y los sustituyentes se indican en el prefijo.

Recepción. Hidratación de alquenos. Cuando los alquenos interactúan con soluciones acuosas diluidas de ácidos, el alcohol es el producto principal.

Hidroximercuración-desmercurización de alquenos... Esta reacción no va acompañada de reordenamientos y conduce a la formación de alcoholes individuales. La dirección de la reacción corresponde a la regla de Markovnikov, la reacción se lleva a cabo en condiciones suaves con rendimientos cercanos a los cuantitativos.

Hidroboración de alquenos y posterior oxidación. boranos con una solución de peróxido de hidrógeno en un medio alcalino finalmente conduce a un producto anti-Markovnik de la adición de agua a un doble enlace.

Reducción de aldehídos y cetonas con hidruro de litio y aluminio o borohidruro de sodio

LiAlH4 y NaBH4 reducen los aldehídos a alcoholes primarios y las cetonas a alcoholes secundarios, y el borohidruro de sodio es preferible debido a su mayor seguridad en la manipulación: se puede utilizar incluso en soluciones acuosas y alcohólicas. El hidruro de litio y aluminio reacciona explosivamente con agua y alcohol y se descompone explosivamente cuando se calienta a más de 120o en estado seco.

Reducción de ésteres y ácidos carboxílicos a alcoholes primarios. Los alcoholes primarios se forman por reducción de ésteres y ácidos carboxílicos con hidruro de litio y aluminio en éter o THF. Especialmente conveniente en el sentido preparativo es el método de reducción de ésteres con hidruro de litio y aluminio. Cabe señalar que el borohidruro de sodio no reduce los grupos éster y carboxilo. Esto permite que la reducción selectiva del grupo carbonilo con NaBH4 se lleve a cabo en presencia de un éster y un grupo carboxilo. Los rendimientos de recuperación rara vez están por debajo del 80%. El borohidruro de litio, a diferencia del NaBH4, reduce los ésteres a alcoholes primarios.

14. Alcoholes polivalentes. Glicerol- un compuesto químico de fórmula HOCH2CH (OH) -CH2OH o C3H5 (OH) 3. El representante más simple de alcoholes trihídricos. Es un líquido transparente viscoso. Se forma fácilmente durante la hidrólisis de grasas y aceites naturales (vegetales o animales) (triglicéridos), fue obtenido por primera vez por Karl Scheele en 1779 durante la saponificación de grasas.

Propiedades físicas. Glicerol- líquido incoloro, viscoso, higroscópico, infinitamente soluble en agua. De sabor dulce, de ahí su nombre (glicos - dulce). Disuelve bien muchas sustancias.

Propiedades químicas El glicerol es típico de los alcoholes polihídricos. La interacción del glicerol con haluros de hidrógeno o haluros de fósforo conduce a la formación de mono y dihalohidrinas. El glicerol se esterifica con ácidos carboxílicos y minerales para formar los ésteres correspondientes. Entonces, con el ácido nítrico, la glicerina forma trinitrato - nitroglicerina (obtenida en 1847 por Ascanio Sobrero (inglés)), que se utiliza actualmente en la producción de propulsores sin humo.

Cuando se deshidrata, forma acroleína:

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

Etilenglicol, HO - CH2 - CH2 - OH es el representante más simple de los alcoholes polihídricos. En forma purificada, es un líquido transparente e incoloro de consistencia ligeramente aceitosa. Es inodoro y tiene un sabor dulce. Tóxico. La ingestión de etilenglicol o sus soluciones en el interior puede provocar cambios irreversibles en el cuerpo y la muerte.

Industria del etilenglicol obtenido por hidrataciónóxido de etileno a 10 atm y 190-200 ° C o a 1 atm y 50-100 ° C en presencia de ácido sulfúrico (u ortofosfórico) al 0,1-0,5%, alcanzando un rendimiento del 90%. En este caso, los subproductos son dietilenglicol, trietilenglicol y un pequeño número de homólogos poliméricos superiores de etilenglicol.

15. Aldehídos- alcohol desprovisto de hidrógeno; compuestos orgánicos que contienen un grupo carbonilo (C = O) con un sustituyente.

Los aldehídos y las cetonas son muy similares, la diferencia es que estas últimas tienen dos sustituyentes en el grupo carbonilo. La polarización del doble enlace carbono-oxígeno según el principio de conjugación mesomérica permite escribir las siguientes estructuras de resonancia:

Esta separación de cargas se confirma mediante métodos de investigación física y determina en gran medida la reactividad de los aldehídos como electrófilos pronunciados. En general, las propiedades químicas de los aldehídos son similares a las cetonas, pero los aldehídos son más activos debido a la mayor polarización del enlace. Además, los aldehídos se caracterizan por reacciones que no son típicas de las cetonas, por ejemplo, la hidratación en una solución acuosa: en el metanal, debido a la polarización aún mayor del enlace, es completo, y en otros aldehídos, es parcial:

RC (O) H → RC (OH) 2H, donde R es H, cualquier radical alquilo o arilo.

Los aldehídos más simples tienen un olor característico acre (por ejemplo, el benzaldehído es el olor de las almendras).

Bajo la acción de la hidroxilamina, se convierten en oximas: CH3CHO + NH2OH = CH3C (= NOH) H + H2O

Formaldehído (del latín formica - hormiga), aldehído fórmico, CH2O, el primer miembro de la serie homóloga de aldehídos alifáticos; gas incoloro con un olor acre, fácilmente soluble en agua y alcohol, punto de ebullición - 19 ° С. En la industria, el fósforo se produce por oxidación de alcohol metílico o metano con oxígeno atmosférico. F. polimeriza fácilmente (especialmente a temperaturas de hasta 100 ° C); por lo tanto, se almacena, transporta y usa principalmente en forma de formalina y polímeros sólidos de bajo peso molecular: trioxano (ver Trioximetileno) y paraformaldehído (ver Paraformaldehído ).

F. es muy reactivo; muchas de sus reacciones son la base de los métodos industriales para obtener una serie de productos importantes. Así, al interactuar con el amoníaco, F. forma urotropina (ver Hexametilentetramina), con urea, resinas de urea-formaldehído, con melamina, resinas de melamina-formaldehído, con fenoles, resinas de fenol-formaldehído (ver resinas de fenólico-aldehído), con fenol - y ácidos naftalenosulfónicos - taninos, con ceteno - b-propiolactona. F. también se utiliza para obtener polivinil formal (ver. Polivinil acetal), isopreno, pentaeritritol, sustancias medicinales, tintes, para curtir cueros, como desinfectante y desodorante. La polimerización del fósforo produce poliformaldehído. F. es tóxico; la concentración máxima permitida en el aire es de 0,001 mg / l.

Acetaldehído, acetaldehído, CH3CHO, compuesto orgánico, líquido incoloro con olor acre; punto de ebullición 20,8 ° C. Punto de fusión - 124 ° C, densidad 783 kg / m3 ", miscible en todos los aspectos con agua, alcohol, éter. A. tiene todas las propiedades típicas de los aldehídos. En presencia de ácidos minerales, se polimeriza en paraldehído trimérico líquido (CH3CHO ) 3 y metaldehído tetramérico cristalino (CH3CHO) 4. Cuando ambos polímeros se calientan en presencia de ácido sulfúrico, A.

Uno de los principales conocidos formas de conseguir A. consiste en la adición de agua al acetileno en presencia de sales de mercurio a una temperatura de aproximadamente 95 ° C

16. Cetonas son sustancias orgánicas en cuyas moléculas el grupo carbonilo está unido a dos radicales hidrocarbonados.

Fórmula general de cetonas: R1-CO-R2. Entre otros compuestos de carbonilo, la presencia en cetonas de solo dos átomos de carbono unidos directamente al grupo carbonilo los distingue de los ácidos carboxílicos y sus derivados, así como de los aldehídos.

Propiedades físicas. Las cetonas son líquidos volátiles o sólidos de bajo punto de fusión que se mezclan bien con el agua. La imposibilidad de formación de enlaces de hidrógeno intermoleculares determina su volatilidad algo mayor que la de los alcoholes y ácidos carboxílicos con el mismo peso molecular.

Métodos de síntesis. Oxidación de alcoholes secundarios.

De peroxoésteres terciarios por reordenamiento de Kriege.

Las ciclocetonas se pueden obtener ciclando Ruzicka.

Las cetonas aromáticas se pueden obtener mediante la reacción de Friedel-Crafts.

Propiedades químicas. Hay tres tipos principales de reacciones a las cetonas.

El primero está asociado con un ataque nucleofílico en el átomo de carbono del carbonilo. Por ejemplo, la interacción de cetonas con anión cianuro o compuestos organometálicos. El mismo tipo (adición nucleofílica) incluye la interacción del grupo carbonilo con alcoholes, lo que conduce a acetales y hemiacetales.

Interacción con alcoholes:

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

con reactivos de Grignard:

C2H5 - C (O) -C2H5 + C2H5MgI → (C2H5) 3OMgI → (C2H5) 3OH, alcohol terciario. Las reacciones con aldehídos, y especialmente con metanal, son mucho más activas, mientras que los alcoholes secundarios se forman con aldehídos y los alcoholes primarios con metanal.

Las cetonas también reaccionan con bases nitrogenadas, por ejemplo, con amoníaco y aminas primarias para formar iminas:

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

El segundo tipo de reacción es la desprotonación del átomo de carbono beta en relación con el grupo carbonilo. El carbanión resultante se estabiliza debido a la conjugación con el grupo carbonilo, aumenta la facilidad de eliminación de protones; por lo tanto, los compuestos de carbonilo son ácidos CH relativamente fuertes.

El tercero es la coordinación de electrófilos con respecto al par solitario del átomo de oxígeno, por ejemplo, ácidos de Lewis como AlCl3.

La reducción de cetonas: la reducción según Leuckart con rendimientos cercanos a los cuantitativos se puede atribuir a un tipo de reacción separado.

17. compare 15 y 16 preguntas.

18. Ácidos carboxílicos saturados monobásicos(ácidos carboxílicos saturados monobásicos): ácidos carboxílicos en los que un radical hidrocarbonado saturado se combina con un grupo carboxilo -COOH. Todos tienen la fórmula general СnH2n + 1COOH, donde n = 0, 1, 2, ...

Nomenclatura. Los nombres sistemáticos de los ácidos carboxílicos saturados monobásicos se dan por el nombre del alcano correspondiente con la adición del sufijo -oic y la palabra ácido.

La isomería esquelética en el radical hidrocarburo se manifiesta a partir del ácido butanoico, que tiene dos isómeros:

Ácido n-butanoico CH3-CH2-CH2-COOH; CH3-CH (CH3) -COOH Ácido 2-metilpropanoico.

La isomería interclase aparece a partir del ácido acético:

Ácido acético CH3-COOH; Formiato de metilo H-COO-CH3 (éster metílico del ácido fórmico); HO - CH2 - COH hidroxietanal (aldehído hidroxiacético); Óxido de hidroxietileno HO-CHO-CH2.

19. Ésteres- compuestos orgánicos, derivados de ácidos carboxílicos o minerales, en los que el grupo hidroxilo -OH de la función ácida se sustituye por un residuo de alcohol. Se diferencian de los éteres, en los que dos radicales hidrocarbonados están conectados por un átomo de oxígeno (R1-O-R2).

Grasas o triglicéridos- compuestos orgánicos naturales, ésteres completos de glicerol y ácidos grasos monobásicos; pertenecen a la clase de lípidos. Junto con los carbohidratos y las proteínas, las grasas son uno de los principales componentes de las células de animales, plantas y microorganismos. Las grasas vegetales líquidas se denominan comúnmente aceites, al igual que la mantequilla.

Ácidos carboxílicos- una clase de compuestos orgánicos cuyas moléculas contienen uno o más grupos carboxilo funcionales -COOH. Las propiedades ácidas se explican por el hecho de que este grupo puede eliminar un protón con relativa facilidad. Con raras excepciones, los ácidos carboxílicos son débiles. Por ejemplo, para el ácido acético CH3COOH, la constante de acidez es 1,75 · 10−5. Los ácidos di y tricarboxílicos son más fuertes que los ácidos monocarboxílicos.

La grasa es un buen aislante térmico, por lo que en muchos animales de sangre caliente se deposita en el tejido adiposo subcutáneo, reduciendo la pérdida de calor. Una capa de grasa subcutánea particularmente gruesa es característica de los mamíferos acuáticos (ballenas, morsas, etc.). Al mismo tiempo, en los animales que viven en climas cálidos (camellos, jerbos), las reservas de grasa se depositan en

Función estructural

Los fosfolípidos forman la base de la bicapa de la membrana celular, los reguladores de la fluidez de la membrana del colesterol. En las arqueas, las membranas contienen derivados de hidrocarburos isoprenoides. Las ceras forman una cutícula en la superficie de los órganos aéreos (hojas y brotes jóvenes) de las plantas. También son producidos por muchos insectos (por ejemplo, las abejas construyen panales a partir de ellos, y los insectos de escamas y los insectos de escamas forman cubiertas protectoras).

Regulador

Vitaminas - lípidos (A, D, E)

Hormonales (esteroides, eicosanoides, prostaglandinas y otros).

Cofactores (dolichol)

Moléculas de señalización (diglicéridos, ácido jasmónico; cascada MP3)

Protector (depreciación)

Una capa gruesa de grasa protege los órganos internos de muchos animales del daño por impacto (por ejemplo, los leones marinos que pesan hasta una tonelada pueden saltar a una orilla rocosa desde rocas de 4 a 5 m de altura).

20-21-22. Ácidos insaturados monobásicos- derivados de hidrocarburos insaturados, en los que un átomo de hidrógeno se sustituye por un grupo carboxilo.

Nomenclatura, isomería. En el grupo de ácidos insaturados, los nombres empíricos se utilizan con mayor frecuencia: CH2 = CH-COOH - ácido acrílico (propenoico), CH2 = C (CH3) -COOH - ácido metacrílico (2-metilpropenoico). La isomería en el grupo de ácidos monobásicos insaturados está asociada con:

a) isomería de la estructura carbonada; b) la posición del doble enlace; c) isomería cis-trans.

Métodos de obtención.una. Deshidrohalogenación de ácidos halogenados:

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

2. Deshidratación de hidroxiácidos: HO-CH2-CH2-COOH -> CH2 = CH-COOH

Propiedades físicas... Los ácidos insaturados inferiores son líquidos solubles en agua con un fuerte olor acre; superior - sustancias sólidas, insolubles en agua, inodoro.

Propiedades químicas Los ácidos carboxílicos insaturados se deben tanto a las propiedades del grupo carboxilo como a las propiedades del doble enlace. Los ácidos con un doble enlace cercano al grupo carboxilo (ácidos alfa, beta insaturados) tienen propiedades específicas. En estos ácidos, la adición de haluros de hidrógeno y la hidratación van en contra de la regla de Markovnikov: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH

Con una oxidación cuidadosa, se forman dioxiácidos: CH2 = CH-COOH + [O] + H20 -> HO-CH2-CH (OH) -COOH

Con una oxidación vigorosa, el doble enlace se rompe y se forma una mezcla de diferentes productos, mediante la cual se puede determinar la posición del doble enlace. El ácido oleico С17Н33СООН es uno de los ácidos insaturados superiores más importantes. Es un líquido incoloro que se endurece con el frío. Su fórmula estructural: CH3- (CH2) 7-CH = CH- (CH2) 7-COOH.

23. Ácidos carboxílicos saturados dibásicos(ácidos carboxílicos saturados dibásicos) - ácidos carboxílicos en los que un radical hidrocarbonado saturado se combina con dos grupos carboxilo -COOH. Todos tienen la fórmula general HOOC (CH2) nCOOH, donde n = 0, 1, 2, ...

Nomenclatura. Los nombres sistemáticos de los ácidos carboxílicos saturados dibásicos se dan por el nombre del alcano correspondiente con la adición del sufijo -diic y la palabra ácido.

La isomería esquelética en el radical hidrocarbonado se manifiesta a partir del ácido butanodioico, que tiene dos isómeros:

HOOC-CH2-CH2-COOH ácido n-butanodioico (ácido etano-1,2-dicarboxílico);

Ácido CH3-CH (COOH) -COOH etano-1,1-dicarboxílico.

24-25. OXÍCIDOS (ácidos hidroxicarboxílicos), tienen en la molécula, junto con el grupo carboxilo - COOH, el grupo hidroxilo - OH, por ejemplo. HOCH2COOH (ácido glicólico). Contenido en organismos vegetales y animales (ácidos láctico, cítrico, tartárico y otros).

Distribución en la naturaleza

Los hidroxiácidos están muy extendidos; así, los ácidos tartárico, cítrico, málico, láctico y otros pertenecen a los hidroxiácidos, y su nombre refleja la fuente natural primaria en la que se encontró esta sustancia.

Métodos de síntesis

La reacción de Reformatsky es un método para la síntesis de ésteres de ácido β-hidroxicarboxílico.

"Ácidos de frutas". Muchos hidroxiácidos se utilizan en cosmética como queratolíticos. El nombre, sin embargo, fue cambiado ligeramente por los especialistas en marketing; para mayor atractivo en cosmetología, a menudo se les llama "ácidos de frutas".

26-27. OXIÁCIDOS (ácidos alcohólicos ), compuestos de doble función, al mismo tiempo alcoholes y ácidos que contienen tanto un residuo acuoso como un grupo carboxilo. Al observar la posición del OH en relación con el COOH (junto a, a través de uno, dos, tres lugares), se distinguen los ácidos a-, /? -, y-, b-hidroxiácidos. Para obtener O. existen muchos métodos, el más importante de los cuales es la oxidación cuidadosa de los glicoles: CH3.CH (OH) .CH2.OH + 02 = CH3. .CH (OH) .COOH; saponificación de oxinitrilos con CH3.CH (OH) .CN - * CH3.CH (OH) .COOH; intercambio de halógeno en ácidos halógenos por OH: CH2C1.COOH + KOH = CH2 (OH) .COOH + + KC1, el efecto del HN02 sobre los aminoácidos: CH2 (NH2). COOH + HNO2 = CH2 (OH) + N2 + + H2O. En el cuerpo animal, los hidroxiácidos se forman durante la desaminación (ver) aminoácidos, durante la oxidación de grasa - t (ver. Cuerpos de acetona, Metabolismo - proteína), durante la glucólisis (ver), fermentación (ver), etc. . Procesos. Los hidroxiácidos son líquidos espesos o cristalinos. sustancias. En quím. La relación de O. reacciona tanto como alcoholes como para - tú: da, por ejemplo. tanto éteres como ésteres; bajo la acción de compuestos halogenados de fósforo, ambos OH son reemplazados por halógeno; halogenado a - reacciona solo con OH alcohólico - Reacciones especiales caracterizan a-, /) -, y- y b-hidroxiácidos: a- hidroxiácidos, perdiendo agua de dos moléculas, dan ésteres cíclicos, lactidas: 2CH2 (OH). COOH = 2H20 + CH2.O.CO (glicólido); co.o.sn2 / Z-O., liberando agua, forman insaturados para usted: CH2 (OH) .CH2.COOH-H20 = CH2: CH. .UNON; y- y d-hidroxiácidos forman anhídridos - lactonas: CH3.CH (OH) .CH2.CH2.COOH = H2O + CH3.SN.CH2.CH2.CO. O. están muy extendidos en organismos animales y vegetales. Representantes de a-O alifáticos. son ácido glicólico, CH2OH.COOH (oxiacético), ácido láctico; a partir de / \ beta - hidroxiácidos - hidcrílico, CH2OH.CH2COOH, ácido / 9-hidroxi-butírico; u-oh. no se conocen en forma libre, ya que pierden agua y pasan a lactonas. Entre las O dibásicas, la manzana to - eso (oksiyantar-naya) es de gran importancia; COOH.CHON.CH2.COOH, extendido en plantas; posee rotación a la izquierda en las soluciones débiles, a la derecha en las fuertes; sintético a eso está inactivo. Los ácidos tetrahídricos dibásicos incluyen ácidos tartáricos (dioxisuccínicos). Otros O. - limón, HO.CO.CH2. . (SON) (COOH). CH2. COOH, está muy extendido en el mundo vegetal (en uvas, limones) y se encuentra en el organismo animal (en la leche); en forma de citrato férrico se utiliza en medicina. De los oxigenados aromáticos (ácidos fenólicos), el ácido salicílico, el ácido gálico y sus derivados son importantes en medicina; éter fenílico de ácido salicílico (salol), ácido sulfosalicílico, C6H3. OH.S03H.COOH (reactivo para proteínas), ácido acetilsalicílico (aspirina). En las plantas, hay muchas series O. aromáticas diferentes, los derivados de to-rykh incluyen taninos, que son de gran importancia técnica. Sobre biol. valor de O separado y sobre los métodos de su determinación cuantitativa - cm. Cuerpos de acetona, Bro-Glicólisis, Desaminación, Sangre, Ácido láctico, Orina, Músculos, Beta (^) - ácido hidroxibutírico.

28-29. en la molécula de amoníaco, reemplaza sucesivamente átomos de hidrógeno con radicales hidrocarbonados, luego obtienes compuestos que pertenecen a la clase de aminas. En consecuencia, las aminas son primarias (RNH2), secundarias (R2NH), terciarias (R3N). El grupo —NH2 se denomina grupo amino.

Distinguir entre aminas alifáticas, aromáticas, alicíclicas y heterocíclicas, dependiendo de qué radicales estén asociados con el átomo de nitrógeno.

La construcción de los nombres de las aminas se lleva a cabo agregando el prefijo amino al nombre del hidrocarburo correspondiente (aminas primarias) o la terminación -amina a los nombres enumerados de los radicales asociados con el átomo de nitrógeno (para cualquier amina).

Métodos de obtención 1. La reacción de Hoffmann. Uno de los primeros métodos para la preparación de aminas primarias fue la alquilación de amoniaco con haluros de alquilo. . 2. La reacción de Zinin- una forma conveniente de obtener aminas aromáticas en la reducción de compuestos nitro aromáticos. Usados ​​como agentes reductores: H2 (en un catalizador). En ocasiones, el hidrógeno se genera directamente en el momento de la reacción, para lo cual los metales (zinc, hierro) se tratan con ácido diluido.

Propiedades físicas de las aminas. La presencia de un par de electrones solitarios en el átomo de nitrógeno provoca puntos de ebullición más altos que para los alcanos correspondientes. Las aminas tienen un olor acre desagradable. A temperatura ambiente y presión atmosférica, los primeros representantes de una serie de aminas primarias son gases que se disuelven bien en agua. Con un aumento del radical de carbono, el punto de ebullición aumenta y la solubilidad en agua disminuye.

Propiedades químicas de las aminas. Propiedades básicas de las aminas

Las aminas son bases, ya que el átomo de nitrógeno puede proporcionar un par de electrones para la formación de un enlace con partículas deficientes en electrones según el mecanismo donante-aceptor (de conformidad con la definición de basicidad de Lewis). Por tanto, las aminas, como el amoniaco, son capaces de interactuar con los ácidos y el agua, uniendo un protón para formar las correspondientes sales de amonio.

Las sales de amonio son fácilmente solubles en agua, pero poco solubles en disolventes orgánicos. Las soluciones acuosas de aminas son alcalinas.

Las propiedades básicas de las aminas dependen de la naturaleza de los sustituyentes. En particular, las aminas aromáticas son bases más débiles que las alifáticas, porque el par de electrones libres del nitrógeno entra en conjugación con el sistema  del núcleo aromático, lo que reduce la densidad de electrones en el átomo de nitrógeno (efecto -M). Por el contrario, el grupo alquilo es un buen donante de densidad de electrones (efecto + I).

Oxidación de aminas. La combustión de aminas va acompañada de la formación de dióxido de carbono, nitrógeno y agua: 4CH3NH2 + 9O2 = 4CO2 + 2N2 + 10H2O

Las aminas aromáticas se oxidan espontáneamente en el aire. Por lo tanto, la anilina rápidamente se vuelve marrón en el aire debido a la oxidación.

Unión de haluros de alquilo Las aminas unen haloalcanos para formar una sal

Interacción de aminas con ácido nitroso La reacción de diazotación de aminas aromáticas primarias bajo la acción del ácido nitroso obtenido in situ por la reacción de nitrito de sodio con ácido clorhídrico es de gran importancia.

Las aminas alifáticas primarias reaccionan con el ácido nitroso para formar alcoholes, mientras que las aminas alifáticas y aromáticas secundarias dan derivados N-nitrosos: R-NH2 + NaNO2 + HCl = R-OH + N2 + NaCl + H2O; NH + NaNO2 + HCl = R2N-N = O + NaCl + H2O

En las aminas aromáticas, el grupo amino facilita la sustitución en las posiciones orto y para del anillo de benceno. Por lo tanto, la halogenación de la anilina ocurre rápidamente y en ausencia de catalizadores, y tres átomos de hidrógeno del anillo de benceno se reemplazan a la vez, y precipita un precipitado blanco de 2,4,6-tribromanilina:

Esta reacción con agua de bromo se utiliza como reacción cualitativa para la anilina.

Solicitud

Las aminas se utilizan en la industria farmacéutica y síntesis orgánica (CH3NH2, (CH3) 2NH, (C2H5) 2NH, etc.); en la producción de nailon (NH2- (CH2) 6-NH2 - hexametilendiamina); como materia prima para la producción de tintes y plásticos (anilina).

30. Aminoácidos (ácidos aminocarboxílicos)- compuestos orgánicos, cuya molécula contiene simultáneamente grupos carboxilo y amina. Los aminoácidos pueden considerarse derivados de ácidos carboxílicos en los que uno o más átomos de hidrógeno están reemplazados por grupos amina.

Propiedades químicas generales. 1. Los aminoácidos pueden exhibir propiedades ácidas debido a la presencia en sus moléculas del grupo carboxilo -COOH, y propiedades básicas debido al grupo amino -NH2. Debido a esto, las soluciones de aminoácidos en agua tienen las propiedades de las soluciones tampón.

Un zwiterión es una molécula de aminoácido en la que el grupo amino se representa como -NH3 + y el grupo carboxi como -COO-. Tal molécula tiene un momento dipolar significativo con carga total cero. Es a partir de estas moléculas que se forman los cristales de la mayoría de los aminoácidos.

Algunos aminoácidos tienen múltiples grupos amino y carboxilo. Para estos aminoácidos, es difícil hablar de un zwiterión en particular.

2. Una característica importante de los aminoácidos es su capacidad de policondensarse, lo que conduce a la formación de poliamidas, incluidos péptidos, proteínas y nailon-66.

3. El punto isoeléctrico de un aminoácido es el valor de pH en el que la fracción máxima de moléculas de aminoácidos tiene carga cero. A este pH, el aminoácido es el menos móvil en el campo eléctrico y esta propiedad puede usarse para separar aminoácidos, así como proteínas y péptidos.

4. Los aminoácidos pueden normalmente entrar en todas las reacciones características de los ácidos carboxílicos y las aminas.

Isomería óptica... Todos los α-aminoácidos que forman los organismos vivos, excepto la glicina, contienen un átomo de carbono asimétrico (la treonina y la isoleucina contienen dos átomos asimétricos) y tienen actividad óptica. Casi todos los α-aminoácidos naturales tienen forma de L, y solo los L-aminoácidos están incluidos en las proteínas sintetizadas en los ribosomas.

Esta característica de los aminoácidos "vivos" es muy difícil de explicar, ya que en las reacciones entre sustancias ópticamente inactivas o racematos (que, aparentemente, eran moléculas orgánicas en la Tierra antigua), las formas L y D se forman en cantidades iguales. Quizás. la elección de una de las formas (L o D) es simplemente el resultado de una coincidencia de circunstancias: las primeras moléculas, a partir de las cuales podría comenzar la síntesis de la matriz, poseían una determinada forma, y ​​las enzimas correspondientes se "adaptaron" a ellas.

31. Los aminoácidos son compuestos anfóteros orgánicos.... Contienen dos grupos funcionales opuestos en la molécula: un grupo amino con propiedades básicas y un grupo carboxilo con propiedades ácidas. Los aminoácidos reaccionan tanto con ácidos como con bases:

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

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

Cuando los aminoácidos se disuelven en agua, el grupo carboxilo elimina un ion hidrógeno, que puede unirse al grupo amino. En este caso, se forma una sal interna, cuya molécula es un ion bipolar:

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

Las soluciones acuosas de aminoácidos tienen un ambiente neutro, alcalino o ácido, dependiendo del número de grupos funcionales. Entonces, el ácido glutámico forma una solución ácida (dos grupos -COOH, uno -NH2), lisina - alcalina (un grupo -COOH, dos -NH2).

Al igual que las aminas primarias, los aminoácidos reaccionan con el ácido nitroso, mientras que el grupo amino se convierte en un grupo hidroxo y el aminoácido en un hidroxiácido: H2N-CH (R) -COOH + HNO2 → HO-CH (R) -COOH + N2 + H2O

Medir la cantidad de nitrógeno liberado le permite determinar la cantidad de aminoácidos (método de Van Slike).

Los aminoácidos pueden reaccionar con alcoholes en presencia de cloruro de hidrógeno gaseoso, convirtiéndose en un éster (más precisamente, en una sal de éster clorhídrico): H2N-CH (R) -COOH + R "OH H2N-CH (R) -COOR" + H2O.

Los ésteres de aminoácidos no tienen una estructura bipolar y son compuestos volátiles. La propiedad más importante de los aminoácidos es su capacidad para condensarse para formar péptidos.

32. Grupo carboxilo combina dos grupos funcionales: carbonilo = CO e hidroxilo-OH, que se influyen mutuamente.

Las propiedades ácidas de los ácidos carboxílicos se deben al cambio de la densidad electrónica al oxígeno del carbonilo y la polarización adicional resultante (en comparación con los alcoholes) del enlace O - H.

En una solución acuosa, los ácidos carboxílicos se disocian en iones: R-COOH = R-COO- + H +

La solubilidad en agua y los altos puntos de ebullición de los ácidos se deben a la formación de enlaces de hidrógeno intermoleculares.

Aminogruppa - grupo monovalente —NH2, el resto del amoniaco (NH3). El grupo amino se encuentra en muchos compuestos orgánicos: aminas, aminoácidos, aminoalcoholes, etc. Los compuestos que contienen el grupo -NH2 son, por regla general, de naturaleza básica, debido a la presencia de un par de electrones solitarios en el átomo de nitrógeno.

En reacciones de sustitución electrofílica en compuestos aromáticos, el grupo amino es un orientante del primer tipo, es decir activa las posiciones orto y para en el anillo de benceno.

33. Policondensación- el proceso de síntesis de polímeros a partir de compuestos polifuncionales (la mayoría de las veces bifuncionales), generalmente acompañado por la liberación de subproductos de bajo peso molecular (agua, alcoholes, etc.) durante la interacción de grupos funcionales.

El peso molecular del polímero formado en el curso de la policondensación depende de la relación de los componentes de partida y las condiciones de reacción.

Las reacciones de policondensación pueden involucrar tanto un monómero con dos grupos funcionales diferentes: por ejemplo, la síntesis de poli-ε-caproamida (nailon-6, nailon) a partir del ácido ε-aminocaproico, y dos monómeros que llevan diferentes grupos funcionales, por ejemplo, la síntesis de nailon 66 por policondensación de ácido adípico y hexametilendiamina; en este caso, se forman polímeros de estructura lineal (policondensación lineal, ver Fig. 1). Si el monómero (o monómeros) porta más de dos grupos funcionales, se forman polímeros reticulados de una estructura de red tridimensional (policondensación tridimensional). Para obtener tales polímeros, a menudo se añaden componentes polifuncionales "reticulantes" a una mezcla de monómeros.

Se distinguen las reacciones de síntesis de polímeros a partir de monómeros cíclicos mediante el mecanismo de apertura del anillo: la adición, por ejemplo, de la síntesis de nailon-6 a partir de caprolactama (amida cíclica del ácido ε-aminocaproico); a pesar de que en este caso no se produce el aislamiento del fragmento de bajo peso molecular, estas reacciones se denominan más a menudo policondensación.

Enlace peptídico- el tipo de enlace amida que surge durante la formación de proteínas y péptidos como resultado de la interacción del grupo α-amino (-NH2) de un aminoácido con el grupo α-carboxilo (-COOH) de otro aminoácido.

ide C-N en el enlace peptídico tiene parcialmente un carácter doble, que se manifiesta, en particular, en una disminución de su longitud a 1,32 angstroms. Esto conduce a las siguientes propiedades:

4 átomos de enlace (C, N, O y H) y 2 α-carbonos están en el mismo plano. Los grupos R de aminoácidos e hidrógenos en los carbonos α están fuera de este plano.

El H y O en el enlace peptídico, así como los carbonos α de dos aminoácidos, están transorientados (el isómero trans es más estable). En el caso de los L-aminoácidos, que se encuentran en todas las proteínas y péptidos naturales, los grupos R también están transorientados.

La rotación alrededor del enlace C-N es imposible, la rotación alrededor del enlace C-C es posible.

péptidos (del griego πεπτος - nutritivo) - una familia de sustancias, cuyas moléculas se construyen a partir de los residuos de α-aminoácidos unidos en una cadena por enlaces peptídicos (amida) —C (O) NH—.

34. Proteínas (proteínas, polipéptidos) - Sustancias orgánicas de alto peso molecular, que consisten en aminoácidos unidos en una cadena por un enlace peptídico. En los organismos vivos, la composición de aminoácidos de las proteínas está determinada por el código genético; en la síntesis, en la mayoría de los casos, se utilizan 20 aminoácidos estándar. Muchas de sus combinaciones dan una amplia variedad de propiedades a las moléculas de proteínas. Además, los aminoácidos de la proteína a menudo sufren modificaciones postraduccionales, que pueden ocurrir tanto antes de que la proteína comience a realizar su función como durante su "trabajo" en la célula. A menudo, en los organismos vivos, varias moléculas de proteínas forman complejos complejos, por ejemplo, un complejo fotosintético.

Para comprender el intrincado empaquetamiento (arquitectónica) de una macromolécula de proteína, se deben considerar varios niveles de organización... La estructura primaria y más simple es una cadena polipeptídica, es decir, una cadena de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. En la estructura primaria, todos los enlaces entre los aminoácidos son covalentes y, por tanto, fuertes. El siguiente nivel de organización más alto es la estructura secundaria, cuando el hilo de proteína se retuerce en espiral. Los enlaces de hidrógeno se forman entre los grupos -COOH ubicados en una vuelta de la hélice y los grupos -NH2 en la otra vuelta. Surgen sobre la base del hidrógeno, que a menudo se encuentra entre dos átomos negativos. Los enlaces de hidrógeno son más débiles que los enlaces covalentes, pero con un gran número de ellos, proporcionan la formación de una estructura suficientemente fuerte. Luego, una cadena de aminoácidos (polipéptido) se coagula, formando una bola, fibrilla o glóbulo, específico para cada proteína. Surge así una configuración compleja denominada estructura terciaria. Su determinación se suele realizar mediante el método de análisis estructural de rayos X, que permite establecer la posición en el espacio de átomos y grupos de átomos en cristales y compuestos complejos.

Los enlaces que sostienen la estructura terciaria de la proteína también son débiles. Surgen, en particular, debido a interacciones hidrófobas. Estas son las fuerzas de atracción entre moléculas no polares o entre regiones no polares de moléculas en un medio acuoso. Los residuos hidrófobos de algunos aminoácidos en una solución acuosa se acercan, se "pegan" y, por lo tanto, estabilizan la estructura de la proteína. Además de las fuerzas hidrófobas, los enlaces electrostáticos entre los radicales electronegativos y electropositivos de los residuos de aminoácidos juegan un papel esencial en el mantenimiento de la estructura terciaria de la proteína. La estructura terciaria también está respaldada por un pequeño número de enlaces disulfuro covalentes -S-S que surgen entre los átomos de azufre de los aminoácidos que contienen azufre. Debo decir que también es terciario; la estructura de la proteína no es finita. Las macromoléculas de la misma proteína o moléculas de otras proteínas a menudo se unen a una macromolécula de proteína. Por ejemplo, una molécula compleja de hemoglobina, una proteína que se encuentra en los eritrocitos, consta de cuatro macromoléculas de globina: dos cadenas alfa y dos cadenas beta, cada una de las cuales se combina con un hemo que contiene hierro. Como resultado de su combinación, se forma una molécula de hemoglobina funcional. Solo en un paquete de este tipo la hemoglobina funciona completamente, es decir, es capaz de transportar oxígeno. Debido a la combinación de varias moléculas de proteínas, se forma una estructura cuaternaria. Si las cadenas de péptidos se pliegan en forma de espiral, estas proteínas se denominan globulares. Cuando las cadenas de polipéptidos se pliegan en haces de filamentos, se denominan proteínas fibrilares. A partir de la estructura secundaria, la disposición espacial (conformación) de las macromoléculas de proteínas, como descubrimos, se apoya principalmente en enlaces químicos débiles. Bajo la influencia de factores externos (cambio de temperatura, composición de sal del medio, pH, bajo la influencia de la radiación y otros factores), los enlaces débiles que estabilizan la macromolécula se rompen y la estructura de la proteína, y por lo tanto sus propiedades, cambian. . Este proceso se llama desnaturalización. La ruptura de algunos de los enlaces débiles, los cambios en la conformación y las propiedades de la proteína también ocurren bajo la influencia de factores fisiológicos (por ejemplo, bajo la influencia de hormonas). Así, se regulan las propiedades de las proteínas: enzimas, receptores, transportadores. Estos cambios en la estructura de las proteínas suelen ser fácilmente reversibles. La ruptura de una gran cantidad de enlaces débiles conduce a la desnaturalización de las proteínas, que puede ser irreversible (por ejemplo, coagulación de la clara de huevo cuando se hierven los huevos). A veces, la desnaturalización de proteínas también tiene sentido biológico. Por ejemplo, una araña segrega una gota de secreción y la pega a un soporte. Luego, sin dejar de secretar un secreto, tira levemente del hilo, y esta débil tensión es suficiente para que la proteína se desnaturalice, de una forma soluble a una insoluble, y el hilo cobra fuerza.

35-36. Monosacáridos(del griego monos: simple, sacar: azúcar) - compuestos orgánicos, uno de los principales grupos de carbohidratos; la forma más simple de azúcar; suelen ser sólidos transparentes, incoloros y solubles en agua. Algunos monosacáridos tienen un sabor dulce. Los monosacáridos son los componentes básicos a partir de los cuales se sintetizan los disacáridos (como la sacarosa) y los polisacáridos (como la celulosa y el almidón), que contienen grupos hidroxilo y un aldehído (aldosas) o grupo ceto (cetosa). Cada átomo de carbono al que está unido un grupo hidroxilo (excepto el primero y el último) es quiral, dando lugar a muchas formas isoméricas. Por ejemplo, la galactosa y la glucosa son aldohexosas, pero tienen diferentes propiedades químicas y físicas. Los monosacáridos, como todos los carbohidratos, contienen solo 3 elementos (C, O, H).

Los monosacáridos se subdividen para triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, etc. (3, 4, 5, 6, etc. átomos de carbono en la cadena); No se han encontrado monosacáridos naturales con una cadena de carbono que contenga más de 9 átomos de carbono. Los monosacáridos que contienen un anillo de 5 miembros se denominan furanosas, un anillo de 6 miembros: piranosas.

Isomería. Para los monosacáridos que contienen n átomos de carbono asimétricos, es posible la existencia de 2n estereoisómeros (ver Isomería).

38. Propiedades químicas. Los monosacáridos entran en reacciones químicas características de los grupos carbonilo e hidroxilo. Un rasgo característico de los monosacáridos es la capacidad de existir en formas abiertas (acíclicas) y cíclicas y de dar derivados de cada una de las formas. La mayoría de las monosas se ciclan en solución acuosa para formar hemiacetales o hemicetales (según sean aldosas o cetosas) entre el alcohol y el grupo carbonilo del mismo azúcar. La glucosa, por ejemplo, forma fácilmente hemiacetales, uniendo su C1 y O5 para formar un anillo de 6 miembros llamado piranósido. La misma reacción puede tener lugar entre C1 y O4 para formar el furanósido de 5 miembros.

Monosacáridos en la naturaleza. Los monosacáridos forman parte de carbohidratos complejos (glicósidos, oligosacáridos, polisacáridos) y biopolímeros mixtos que contienen carbohidratos (glicoproteínas, glicolípidos, etc.). En este caso, los monosacáridos se unen entre sí y a la parte no carbohidrato de la molécula mediante enlaces glicosídicos. Cuando son hidrolizados por ácidos o enzimas, estos enlaces pueden romperse con la liberación de monosacáridos. Los monosacáridos libres, con la excepción de D-glucosa y D-fructosa, son raros en la naturaleza. La biosíntesis de monosacáridos a partir de dióxido de carbono y agua ocurre en las plantas (ver Fotosíntesis); con la participación de derivados activados de monosacáridos - azúcares de nucleósido difosfato - se produce, por regla general, la biosíntesis de carbohidratos complejos. La descomposición de los monosacáridos en el cuerpo (por ejemplo, fermentación alcohólica, glucólisis) va acompañada de la liberación de energía.

Solicitud. Algunos monosacáridos libres y sus derivados (por ejemplo, glucosa, fructosa y su difosfato, etc.) se utilizan en la industria alimentaria y la medicina.

37. Glucosa (C6H12O6)("Azúcar de uva", dextrosa) se encuentra en el jugo de muchas frutas y bayas, incluida la uva, razón por la cual se originó el nombre de este tipo de azúcar. Es un azúcar hexosa.

Propiedades físicas... Sustancia cristalina blanca de sabor dulce, fácilmente soluble en agua, insoluble en éter, poco soluble en alcohol.

Estructura de la molécula

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

La glucosa puede existir en ciclos (glucosa α y β).

glucosa α y β

Transferencia de glucosa de la proyección de Fischer a la proyección de Haworth La glucosa es el producto final de la hidrólisis de la mayoría de los disacáridos y polisacáridos.

Papel biológico. La glucosa, el principal producto de la fotosíntesis, se forma en el ciclo de Calvin.

En humanos y animales, la glucosa es la principal y más versátil fuente de energía para los procesos metabólicos. Todas las células del cuerpo animal tienen la capacidad de asimilar la glucosa. Al mismo tiempo, la capacidad de utilizar otras fuentes de energía, por ejemplo, ácidos grasos libres y glicerina, fructosa o ácido láctico, no la poseen todas las células del cuerpo, sino solo algunas de sus tipos.

El transporte de glucosa desde el entorno externo a la célula animal se lleva a cabo mediante transferencia transmembrana activa utilizando una molécula de proteína especial, un portador (transportador) de hexosas.

La glucosa en las células puede someterse a glucólisis para obtener energía en forma de ATP. La primera enzima de la cadena de glucólisis es la hexoquinasa. La actividad de la hexoquinasa celular está bajo la influencia reguladora de las hormonas; por ejemplo, la insulina aumenta drásticamente la actividad de la hexoquinasa y, en consecuencia, la utilización de glucosa por las células, mientras que los glucocorticoides disminuyen la actividad de la hexoquinasa.

Muchas fuentes de energía distintas de la glucosa se pueden convertir directamente en glucosa en el hígado, por ejemplo, ácido láctico, muchos ácidos grasos libres y glicerol, o aminoácidos libres, especialmente los más simples, como la alanina. El proceso de producción de glucosa en el hígado a partir de otros compuestos se llama gluconeogénesis.

Aquellas fuentes de energía para las que no existe una vía de conversión bioquímica directa en glucosa pueden ser utilizadas por las células del hígado para la producción de ATP y el posterior suministro de energía de los procesos de gluconeogénesis, resíntesis de glucosa a partir del ácido láctico o suministro de energía para la síntesis de glucógeno polisacárido. reservas de monómeros de glucosa. De nuevo, la glucosa se produce fácilmente a partir del glucógeno mediante una simple descomposición.

Debido a la extrema importancia de mantener un nivel estable de glucosa en sangre, los seres humanos y muchos otros animales tienen un sistema complejo de regulación hormonal de los parámetros del metabolismo de los carbohidratos. Cuando 1 gramo de glucosa se oxida a dióxido de carbono y agua, se liberan 17,6 kJ de energía. La máxima "energía potencial" almacenada en una molécula de glucosa en forma de estado de oxidación de -4 átomos de carbono (C-4) puede disminuir durante los procesos metabólicos a C + 4 (en una molécula de CO2). Su restauración al nivel anterior se puede realizar mediante autótrofos.

Fructosa o azúcar de frutas C6H12O6- un monosacárido, que está presente en forma libre en casi todas las bayas y frutas dulces. Muchas personas prefieren reemplazar el azúcar no con drogas sintéticas, sino con fructosa natural.

A diferencia de la glucosa, que sirve como fuente de energía universal, la fructosa no es absorbida por los tejidos insulinodependientes. Es absorbido y metabolizado casi por completo por las células del hígado. Prácticamente ninguna otra célula del cuerpo humano (excepto los espermatozoides) puede utilizar fructosa. En las células hepáticas, la fructosa se fosforila y luego se descompone en triosas, que se utilizan para la síntesis de ácidos grasos, lo que puede conducir a la obesidad, así como a un aumento en los niveles de triglicéridos (que, a su vez, aumenta el riesgo de aterosclerosis ), o se utiliza para sintetizar glucógeno (en parte también se convierte en glucosa durante la gluconeogénesis). Sin embargo, la conversión de fructosa en glucosa es un proceso complejo de varios pasos y la capacidad del hígado para procesar la fructosa es limitada. La cuestión de si vale la pena incluir fructosa en la dieta de los diabéticos, ya que la insulina no es necesaria para su absorción, ha sido intensamente investigada en los últimos años.

Aunque la fructosa no aumenta (o no aumenta significativamente) la glucosa en sangre en una persona sana, la fructosa a menudo aumenta los niveles de glucosa en los diabéticos. Por otro lado, debido a la falta de glucosa en las células, los diabéticos pueden quemar grasa, lo que lleva al agotamiento de las reservas de grasa. En este caso, la fructosa, que se convierte fácilmente en grasa y no requiere insulina, se puede utilizar para restaurarlos. La ventaja de la fructosa es que se puede impartir un sabor dulce a un plato con cantidades relativamente pequeñas de fructosa, ya que con el mismo contenido calórico que el azúcar (380 kcal / 100 g), es 1,2-1,8 veces más dulce. Sin embargo, los estudios muestran que los consumidores de fructosa no reducen su ingesta de calorías, sino que comen alimentos más dulces.

39. Oligosacáridos- estos son oligómeros, que consisten en varios (no más de 20) monómeros - monosacáridos, en contraste con los polisacáridos, que consisten en decenas, cientos o miles de monosacáridos; - compuestos construidos a partir de varios residuos de monosacáridos (de 2 a 10) unidos por un enlace glicosídico.

Un caso especial muy importante y generalizado de oligosacáridos son los disacáridos, dímeros que constan de dos moléculas de monosacáridos.

También puedes hablar de tri-, tetra-, etc. sacáridos.

40. Disacáridos- el nombre general de una subclase de oligosacáridos, en la que la molécula consta de dos monómeros: monosacáridos. Los disacáridos se forman como resultado de una reacción de condensación entre dos monosacáridos, generalmente hexosas. La reacción de condensación implica la eliminación de agua. El enlace entre los monosacáridos que resulta de una reacción de condensación se llama enlace glicosídico y generalmente se forma entre el 1er y 4to átomos de carbono de las unidades de monosacáridos adyacentes (enlace 1,4-glicosídico).

El proceso de condensación se puede repetir innumerables veces, lo que da como resultado enormes moléculas de polisacáridos. Una vez que se combinan las unidades de monosacáridos, se denominan residuos. Los disacáridos más comunes son lactosa y sacarosa.

Mutarrotación(de lat. muto-change y rotatio - rotación), cambie el valor de óptico. rotación de soluciones de compuestos ópticamente activos debido a su epimerización. Es característico de los monosacáridos, oligosacáridos reductores, lactonas, etc. La mutarrotación puede ser catalizada por ácidos y bases. En el caso de la glucosa, la mutarrotación se explica por el establecimiento del equilibrio: en equilibrio, están presentes el 38% de la forma alfa y el 62% de la forma beta. Entre. la forma de aldehído está contenida en una concentración insignificante. Las ventajas de la formación de la forma b se explican por el hecho de que es más estable termodinámicamente.

Las reacciones "espejo de plata" y "espejo de cobre" son características de los aldehídos.

1) La reacción del "espejo de plata", la formación de un precipitado de Ag en las paredes del tubo de ensayo.

2) Reacción del "espejo de cobre", precipitación de un precipitado rojo de Cu2O

40. A su vez, los disacáridos que surgen en varios casos durante hidrólisis de polisacáridos(maltosa en la hidrólisis del almidón, celobiosa en la hidrólisis de la celulosa) o existentes en el cuerpo en forma libre (lactosa, sacarosa, trehalosa, etc.), se hidrolizan bajo la acción catalítica de avispas y p-glicosidasas a monosacáridos individuales. Todas las glucosidasas, con la excepción de la trehalasa (ot, omrehalosa-glucohidrogenasa), tienen un amplio rango de especificidad, acelerando la hidrólisis de casi cualquier glucósido que sea derivado de uno u otro a- o (3-monosacárido. Por lo tanto, a-glucosidasa acelera la reacción de hidrólisis de a-glucósidos, incluida la maltosa; p-glicosidasa - p-glucósidos, incluida la celobiosa; B-galactosidasa - B-galactósidos y lactosa entre ellos, etc.

41. Según el fracaso estructura química de los disacáridos El tipo trehalosa (glucósido-glucósidos) y el tipo maltosa (glucósido-glucosa) tienen propiedades químicas significativamente diferentes: los primeros no dan ninguna reacción característica del grupo aldehído o cetona, es decir, no se oxidan, no se recuperan, no formar ozazonas, no entrar en una reacción de policidensación (no resinificar), no mutarrotar, etc. Para disacáridos como la maltosa, todas las reacciones mencionadas, por el contrario, son muy características. La razón de esta diferencia es bastante clara a partir de lo dicho anteriormente sobre los dos tipos de estructura de los disacáridos y las propiedades de los residuos de monosacáridos incluidos en su composición. Consiste en que la tautomería anular solo es posible en disacáridos del tipo maltosa, como resultado de lo cual se forma un grupo aldehído o cetona libre, que presenta sus propiedades características.

Para los hidroxilos alcohólicos, ambos tipos de disacáridos dan las mismas reacciones: forman éteres y ésteres, interactúan con hidratos de óxidos metálicos.

Existe una gran cantidad de disacáridos en la naturaleza; Entre ellos, la trehalosa y maltosa mencionadas anteriormente, así como la sacarosa, celobiosa y lactosa tienen un valor existente.

42. Maltosa(del inglés malta - malta) - azúcar de malta, un disacárido natural que consta de dos residuos de glucosa; se encuentra en grandes cantidades en los granos germinados (malta) de cebada, centeno y otros cereales; También se encuentra en tomates, polen y néctar de varias plantas. M. es fácilmente soluble en agua, tiene un sabor dulce; es un azúcar reductor ya que tiene un grupo hidroxilo hemiacetal no sustituido. La biosíntesis de M. a partir de b-D-glucopiranosil fosfato y D-glucosa se conoce solo en algunas especies de bacterias. En organismos animales y vegetales, M. se forma por descomposición enzimática del almidón y el glucógeno (ver. Amilasas). La división de M. en dos residuos de glucosa ocurre como resultado de la acción de la enzima α-glucosidasa, o maltasa, que está contenida en los jugos digestivos de animales y humanos, en granos germinados, en mohos y levaduras. La ausencia genéticamente determinada de esta enzima en la membrana mucosa del intestino humano conduce a una intolerancia congénita a M., una enfermedad grave que requiere la exclusión de almidón y glucógeno de la dieta de M., o la adición de la enzima maltasa a los alimentos. .

Cuando la maltosa se hierve con ácido diluido y bajo la acción de la enzima, la maltasa se hidroliza (se forman dos moléculas de glucosa C6H12O6). La maltosa es fácilmente absorbida por el cuerpo humano. Peso molecular - 342,32 T de fusión - 108 (anhidro)

43. Lactosa(del latín lactis - leche) С12Н22О11 - carbohidrato del grupo de los disacáridos, que se encuentra en la leche y los productos lácteos. La molécula de lactosa consta de residuos de moléculas de glucosa y galactosa. A la lactosa a veces se le llama azúcar de la leche.

Propiedades químicas. Cuando se hierve con ácido diluido, se produce la hidrólisis de la lactosa.

La lactosa se obtiene del suero de leche.

Solicitud. Se utiliza para la preparación de medios nutritivos, por ejemplo, en la producción de penicilina. Utilizado como excipiente (relleno) en la industria farmacéutica.

De la lactosa se obtiene la lactulosa, un fármaco valioso para el tratamiento de trastornos intestinales, como el estreñimiento.

44. Sacarosa C12H22O11, o azúcar de remolacha, azúcar de caña, en la vida cotidiana es solo azúcar, un disacárido, que consta de dos monosacáridos: α-glucosa y β-fructosa.

La sacarosa es un disacárido natural que se encuentra en muchas frutas, frutas y bayas. El contenido de sacarosa es especialmente alto en la remolacha azucarera y la caña de azúcar, que se utilizan para la producción industrial de azúcar comestible.

La sacarosa es muy soluble. Químicamente, la fructosa es bastante inerte, es decir cuando se mueve de un lugar a otro, casi no interviene en el metabolismo. A veces, la sacarosa se deposita como nutriente de reserva.

La sacarosa, que ingresa al intestino, es rápidamente hidrolizada por la alfa-glucosidasa del intestino delgado en glucosa y fructosa, que luego se absorben en la sangre. Los inhibidores de la alfa-glucosidasa, como la acarbosa, inhiben la degradación y absorción de la sacarosa, así como otros carbohidratos hidrolizados por la alfa-glucosidasa, en particular el almidón. Se utiliza en el tratamiento de la diabetes tipo 2. Sinónimos: alfa-D-glucopiranosil-beta-D-fructofuranósido, azúcar de remolacha, azúcar de caña.

Propiedades químicas y físicas. Peso molecular 342,3 amu Fórmula empírica (sistema Hill): C12H22O11. El sabor es dulzón. Solubilidad (gramos por 100 gramos): en agua 179 (0 ° C) y 487 (100 ° C), en etanol 0,9 (20 ° C). Ligeramente soluble en metanol. Insoluble en éter dietílico. Densidad 1,5879 g / cm3 (15 ° C). Rotación específica para sodio D-line: 66,53 (agua; 35 g / 100g; 20 ° C). Al enfriarse con aire líquido, después de iluminarse con luz brillante, los cristales de sacarosa fosforesizan. No presenta propiedades reductoras; no reacciona con el reactivo de Tollens y el reactivo de Fehling. La presencia de grupos hidroxilo en la molécula de sacarosa se confirma fácilmente mediante la reacción con hidróxidos metálicos. Si se agrega una solución de sacarosa al hidróxido de cobre (II), se forma una solución azul brillante de sacarosa de cobre. No hay grupo aldehído en la sacarosa: cuando se calienta con una solución de amoníaco de óxido de plata (I), no da un "espejo de plata"; cuando se calienta con hidróxido de cobre (II), no forma óxido de cobre (I) rojo . Entre los isómeros de sacarosa que tienen la fórmula molecular C12H22O11, se pueden distinguir maltosa y lactosa.

Reacción de sacarosa con agua. Si hierve una solución de sacarosa con unas gotas de ácido clorhídrico o sulfúrico y neutraliza el ácido con álcali, y luego calienta la solución, aparecen moléculas con grupos aldehído, que reducen el hidróxido de cobre (II) a óxido de cobre (I). Esta reacción muestra que la sacarosa sufre hidrólisis durante la acción catalítica de un ácido, lo que resulta en la formación de glucosa y fructosa: С12Н22О11 + Н2О → С6Н12O6 + С6Н12O6

Fuentes naturales y antropogénicas. Contenido en caña de azúcar, remolacha azucarera (hasta un 28% de materia seca), jugos de plantas y frutas (por ejemplo, abedul, arce, melón y zanahorias). La fuente de producción de sacarosa, a partir de la remolacha o de la caña, está determinada por la proporción del contenido de isótopos de carbono estables 12C y 13C. La remolacha azucarera tiene un mecanismo C3 para asimilar el dióxido de carbono (a través del ácido fosfoglicérico) y absorbe preferentemente el isótopo 12C; La caña de azúcar tiene un mecanismo de absorción C4 de dióxido de carbono (a través del ácido oxaloacético) y absorbe preferentemente el isótopo 13C.

45. Celobiosa- un carbohidrato del grupo de los disacáridos, que consta de dos residuos de glucosa conectados (enlace β-glucosídico; la unidad estructural principal de la celulosa.

Sustancia cristalina blanca, fácilmente soluble en agua. La celobiosa se caracteriza por reacciones que involucran un grupo aldehído (hemiacetal) y grupos hidroxilo. Durante la hidrólisis ácida o bajo la acción de la enzima β-glucosidasa, la celobiosa se escinde para formar 2 moléculas de glucosa.

La celobiosa se obtiene por hidrólisis parcial de la celulosa. La celobiosa se encuentra en forma libre en la savia de algunos árboles.

46. ​​Polisacáridos- el nombre general de una clase de carbohidratos complejos de alto peso molecular, cuyas moléculas constan de decenas, cientos o miles de monómeros: monosacáridos.

Los polisacáridos son esenciales para la vida de los animales y los organismos vegetales. Son una de las principales fuentes de energía generadas como consecuencia del metabolismo del organismo. Participan en los procesos inmunes, proporcionan la adhesión de las células a los tejidos y constituyen la mayor parte de la materia orgánica de la biosfera.

Se estableció diversa actividad biológica de polisacáridos de origen vegetal: antibiótico, antivírico, antitumoral, antídoto [fuente no especificada 236 días]. Los polisacáridos vegetales juegan un papel importante en la reducción de la lipemia vascular y la ateromatosis debido a la capacidad de formar complejos con proteínas y lipoproteínas del plasma sanguíneo.

Los polisacáridos incluyen, en particular:

la dextrina es un polisacárido, un producto de hidrólisis del almidón;

el almidón es el principal polisacárido depositado como reserva energética en los organismos vegetales;

el glucógeno es un polisacárido depositado como reserva de energía en las células de los organismos animales, pero se encuentra en pequeñas cantidades en los tejidos vegetales;

la celulosa es el principal polisacárido estructural de las paredes celulares de las plantas;

galactomananos: polisacáridos de almacenamiento de algunas plantas de la familia de las leguminosas, como el guaran y la goma de algarrobo;

glucomanano: un polisacárido obtenido de los tubérculos konnyaku, que consiste en unidades alternas de glucosa y manosa, fibra dietética soluble que reduce el apetito;

amiloide: se utiliza en la producción de papel pergamino.

Celulosa ( desde lat. celula - celda, lo mismo que la celulosa) - [С6Н7О2 (OH) 3] n, polisacárido; el componente principal de las paredes celulares de todas las plantas superiores.

La celulosa consta de residuos de moléculas de glucosa, que se forman durante la hidrólisis ácida de la celulosa:

(C6H10O5) n + nH2O -> nC6H12O6

La celulosa es una hebra larga que contiene 300-2500 residuos de glucosa sin ramas laterales. Estos hilos están interconectados por muchos enlaces de hidrógeno, lo que le da a la celulosa una mayor resistencia mecánica. Los mamíferos (como la mayoría de los otros animales) no tienen enzimas que puedan degradar la celulosa. Sin embargo, muchos herbívoros (por ejemplo, rumiantes) tienen bacterias simbiontes en su tracto digestivo, que se descomponen y ayudan a los huéspedes a absorber este polisacárido.

Por el método industrial, la celulosa se obtiene cocinando en las plantas de celulosa que forman parte de los complejos industriales (cosechadoras). Por el tipo de reactivos utilizados, se distinguen los siguientes métodos de cocción de celulosa:

Sulfito. El licor de cocción contiene ácido sulfuroso y su sal, como hidrogenosulfito de sodio. Este método se utiliza para obtener celulosa a partir de especies de madera poco resinosa: abeto, abeto.

Alcalino:

Natronny. Se utiliza una solución de hidróxido de sodio. El método del natrón se puede utilizar para obtener celulosa de especies de madera de hoja caduca y plantas anuales.

Sulfato. El método más común en la actualidad. Como reactivo, se usa una solución que contiene hidróxido de sodio y sulfuro, y se llama licor blanco. El método debe su nombre al sulfato de sodio, del cual se obtiene el sulfuro para el licor blanco en los molinos de celulosa. El método es adecuado para la obtención de celulosa a partir de cualquier tipo de material vegetal. Su desventaja es la liberación de una gran cantidad de compuestos de azufre malolientes: metilmercaptano, dimetilsulfuro, etc. como resultado de reacciones secundarias.

La celulosa técnica obtenida después de la cocción contiene diversas impurezas: lignina, hemicelulosa. Si la celulosa está destinada a un procesamiento químico (por ejemplo, para la producción de fibras artificiales), se somete a un tratamiento de refinamiento con una solución alcalina fría o caliente para eliminar las hemicelulosas.

Para eliminar la lignina residual y dar blancura a la pulpa, se blanquea. El blanqueo con cloro tradicional incluye dos etapas:

tratamiento con cloro: para destruir macromoléculas de lignina;

tratamiento alcalino: para la extracción de los productos de degradación de la lignina resultantes.

47. Almidón- polisacáridos de amilosa y amilopectina, cuyo monómero es alfa-glucosa. El almidón sintetizado por diferentes plantas bajo la influencia de la luz (fotosíntesis) tiene diferentes composiciones y estructuras de grano.

Propiedades biológicas. El almidón, que es uno de los productos de la fotosíntesis, está muy extendido en la naturaleza. Para las plantas, es una reserva de nutrientes y se encuentra principalmente en frutos, semillas y tubérculos. El más rico en almidón es el grano de las plantas de cereales: arroz (hasta un 86%), trigo (hasta un 75%), maíz (hasta un 72%), así como tubérculos de patata (hasta un 24%).

Para el cuerpo humano, el almidón, junto con la sacarosa, es el principal proveedor de carbohidratos, uno de los componentes más importantes de los alimentos. Bajo la acción de las enzimas, el almidón se hidroliza a glucosa, que se oxida en las células a dióxido de carbono y agua con la liberación de la energía necesaria para el funcionamiento de un organismo vivo.

Biosíntesis. Parte de la glucosa producida en las plantas verdes durante la fotosíntesis se convierte en almidón:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6 (glucosa) → (C6H10O5) n + nH2O

En términos generales, esto se puede escribir como 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5) n 6nO2.

El almidón se acumula en tubérculos, frutas y semillas de plantas como alimento de reserva. Entonces, los tubérculos de papa contienen hasta 24% de almidón, granos de trigo, hasta 64%, arroz 75%, maíz 70%.

El glucógeno es un polisacárido formado por residuos de glucosa; el principal carbohidrato de almacenamiento en humanos y animales. El glucógeno (también llamado a veces almidón animal, aunque el término es inexacto) es la forma principal de almacenamiento de glucosa en las células animales. Se deposita en forma de gránulos en el citoplasma de muchos tipos de células (principalmente hígado y músculos). El glucógeno forma una reserva de energía que se puede movilizar rápidamente si es necesario para compensar una falta repentina de glucosa. Sin embargo, las reservas de glucógeno no son tan altas en calorías por gramo como los triglicéridos (grasas). Solo el glucógeno almacenado en las células del hígado (hepatocitos) se puede procesar en glucosa para alimentar a todo el cuerpo, mientras que los hepatocitos pueden acumular hasta el 8 por ciento de su peso en forma de glucógeno, que es la concentración máxima entre todos los tipos de células. La masa total de glucógeno en el hígado puede alcanzar los 100-120 gramos en adultos. En los músculos, el glucógeno se procesa en glucosa exclusivamente para consumo local y se acumula en concentraciones mucho más bajas (no más del 1% de la masa muscular total), al mismo tiempo, su stock muscular total puede exceder el stock acumulado en los hepatocitos. Se encuentran pequeñas cantidades de glucógeno en los riñones e incluso menos en ciertos tipos de células cerebrales (gliales) y glóbulos blancos.

48. Quitina (C8H13O5N) (Quitina francés, del griego chiton: chiton - ropa, piel, concha) es un compuesto natural del grupo de polisacáridos que contienen nitrógeno. Nombre químico: poli-N-acetil-D-glucosa-2-amina, un polímero de residuos de N-acetilglucosamina unidos por enlaces b- (1,4) -glicosídicos. El componente principal del exoesqueleto (cutícula) de los artrópodos y otros invertebrados es parte de la pared celular de hongos y bacterias.

Distribución en la naturaleza. La quitina es uno de los polisacáridos más extendidos en la naturaleza: cada año se forman y descomponen aproximadamente 10 gigatoneladas de quitina en los organismos vivos de la Tierra.

Realiza funciones protectoras y de apoyo, asegurando la rigidez celular; está contenido en las paredes celulares de los hongos.

El componente principal del exoesqueleto de artrópodos.

La quitina también se forma en los organismos de muchos otros animales: varios gusanos, celentéreos, etc.

En todos los organismos que producen y usan quitina, no está en su forma pura, sino en un complejo con otros polisacáridos, y muy a menudo se asocia con proteínas. A pesar de que la quitina es una sustancia muy similar en estructura, propiedades fisicoquímicas y papel biológico a la celulosa, no fue posible encontrar quitina en organismos que forman la celulosa (plantas, algunas bacterias).

La química de la quitina. En su forma natural, las quitinas de diferentes organismos son algo diferentes entre sí en composición y propiedades. El peso molecular de la quitina alcanza los 260.000.

La quitina es insoluble en agua, resistente a ácidos diluidos, álcalis, alcohol y otros disolventes orgánicos. Disolvamos en soluciones concentradas de algunas sales (cloruro de zinc, tiocianato de litio, sales de calcio).

Cuando se calienta con soluciones concentradas de ácidos minerales, se destruye (hidroliza), separando los grupos acetilo.

Uso práctico. Uno de los derivados de la quitina que se obtiene industrialmente es el quitosano. Las materias primas para su elaboración son conchas de crustáceos (krill, cangrejo real), así como productos de síntesis microbiológica.

49. Hidrocarburos aromáticos, compuestos orgánicos formados por carbono e hidrógeno y que contienen núcleos de benceno. Los representantes más simples e importantes de A. y. - benceno (I) y sus homólogos: metilbenceno o tolueno (II), dimetilbenceno o xileno, etc. también se incluyen derivados de benceno con cadenas laterales insaturadas, por ejemplo, estireno (III). Hay muchos A. conocidos en. con varios núcleos de benceno en la molécula, por ejemplo, difenilmetano (IV), difenil C6H5 - C6H5, en el que ambos núcleos de benceno están directamente unidos entre sí; en naftaleno (V), ambos anillos tienen 2 átomos de carbono en común; tales hidrocarburos se denominan A. y. con núcleos condensados.

Benceno C6H6, PhH) Es un compuesto químico orgánico, un líquido incoloro con un agradable olor dulzón. Hidrocarburo aromático. El benceno es parte de la gasolina, se usa ampliamente en la industria, es una materia prima para la producción de medicamentos, diversos plásticos, caucho sintético, tintes. Aunque el benceno se encuentra en el petróleo crudo, se sintetiza comercialmente a partir de otros componentes. Tóxico, carcinógeno.

Homólogos- Compuestos pertenecientes a la misma clase, pero que se diferencian entre sí en su composición por un número entero de grupos CH2. La colección de todos los homólogos forma una serie homóloga.

Propiedades físicas. Líquido incoloro con un olor acre peculiar. Punto de fusión = 5,5 ° C, punto de ebullición = 80,1 ° C, densidad = 0,879 g / cm³, peso molecular = 78,11 g / mol. Como todos los hidrocarburos, el benceno se quema y produce mucho hollín. Forma mezclas explosivas con el aire, se mezcla bien con éteres, gasolina y otros disolventes orgánicos, forma una mezcla azeotrópica con agua con un punto de ebullición de 69,25 ° C. Solubilidad en agua 1,79 g / l (a 25 ° C).

Estructura. En términos de composición, el benceno pertenece a los hidrocarburos insaturados (serie homóloga CnH2n-6), pero a diferencia de los hidrocarburos de la serie etileno, el C2H4 exhibe propiedades inherentes a los hidrocarburos saturados en condiciones severas, pero el benceno es más propenso a reacciones de sustitución. Este "comportamiento" del benceno se explica por su estructura especial: la presencia de una nube conjugada de 6π electrones en la estructura. La idea moderna de la naturaleza electrónica de los enlaces en el benceno se basa en la hipótesis de Linus Pauling, quien propuso representar una molécula de benceno en forma de hexágono con un círculo inscrito, enfatizando así la ausencia de dobles enlaces fijos y la presencia de una sola nube de electrones que cubre los seis átomos de carbono del ciclo.

50. Compuestos aromáticos (arenas)- compuestos orgánicos cíclicos que contienen un sistema de enlace aromático. Pueden tener cadenas laterales saturadas o insaturadas.

Los hidrocarburos aromáticos más importantes incluyen benceno C6H6 y sus homólogos: tolueno C6H5CH3, xileno C6H4 (CH3) 2, etc.; naftaleno C10H8, antraceno C14H10 y sus derivados. Propiedades químicas distintivas- mayor estabilidad del núcleo aromático y tendencia a reacciones de sustitución. La principal fuente de hidrocarburos aromáticos es el alquitrán de hulla, el petróleo y los productos derivados del petróleo. Los métodos sintéticos de obtención son de gran importancia. Los hidrocarburos aromáticos son precursores para la producción de cetonas, aldehídos y ácidos aromáticos, así como muchas otras sustancias. También hay arenos heterocíclicos, entre los cuales se encuentran con mayor frecuencia en forma pura y en forma de compuestos: piridina, pirrol, furano y tiofeno, indol, purina, quinolina.

El borazol ("benceno inorgánico") también tiene aromaticidad, pero sus propiedades difieren notablemente de las de los arenos orgánicos.

Reacciones de sustitución electrofílica "(Reacción electrófila de sustitución en inglés): reacciones de sustitución en las que el ataque lo lleva a cabo un electrófilo: una partícula que está cargada positivamente o tiene un déficit de electrones. Cuando se forma un nuevo enlace, una partícula saliente, un electrófago, se separa sin su par de electrones. El grupo saliente más popular es el protón H +.

51-52. Reacciones aromáticas de sustitución electrofílica

Para los sistemas aromáticos, en realidad existe un mecanismo de sustitución electrofílica: SEAr. El mecanismo SE1 (por analogía con SN1) es extremadamente raro y SE2 (correspondiente por analogía a SN2) no ocurre en absoluto.

Mecanismo de reacción SEAr o la reacción de sustitución electrofílica aromática (sustitución en inglés electrofílica aromática) es la más común y más importante entre las reacciones de sustitución de compuestos aromáticos y consta de dos etapas. En la primera etapa, se adjunta el electrófilo, en la segunda, se separa el electrófilo.

En el curso de la reacción, se forma un intermedio intermedio cargado positivamente (en la figura - 2b). Se llama intermedio de Weland, ion aronio o complejo σ. Este complejo es generalmente muy reactivo y se estabiliza fácilmente escindiendo rápidamente el catión. La etapa límite en la inmensa mayoría de las reacciones SEAr es la primera etapa.

Tasa de reacción = k **

Como partícula atacante, los electrófilos relativamente débiles suelen actuar; por lo tanto, en la mayoría de los casos, la reacción SEAr procede bajo la acción de un catalizador: el ácido de Lewis. Los más utilizados son AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2.

En este caso, el mecanismo de reacción es el siguiente (por ejemplo, cloración de benceno, catalizador FeCl3):

(1) En la primera etapa, el catalizador interactúa con la partícula atacante para formar un agente electrófilo activo.

En la segunda etapa, de hecho, se implementa el mecanismo SEAr

53. Compuestos heterocíclicos(heterociclos): compuestos orgánicos que contienen ciclos que, junto con el carbono, también incluyen átomos de otros elementos. Pueden considerarse como compuestos carbocíclicos con hetero sustituyentes (heteroátomos) en el anillo. Los más diversos y mejor estudiados son los compuestos heterocíclicos aromáticos que contienen nitrógeno. Los casos limitantes de compuestos heterocíclicos son compuestos que no contienen átomos de carbono en el anillo, por ejemplo, pentazol.

Pirrol- heterociclo aromático nitrogenado de cinco miembros, tiene propiedades básicas débiles. Contenido en aceite de huesos (que se obtiene por destilación seca de huesos), así como en alquitrán de hulla. Los anillos de pirrol son parte de las porfirinas: clorofila vegetal, hemo de hemoglobinas y citocromos, y varios otros compuestos biológicamente importantes.

Estructura y propiedades. El pirrol es un líquido incoloro, con olor a cloroformo, que se oscurece lentamente cuando se expone al aire. Es ligeramente higroscópico, ligeramente soluble en agua y muy soluble en la mayoría de los disolventes orgánicos. La estructura del pirrol fue propuesta en 1870 por Bayer, basada en su oxidación con ácido crómico a maleimida y su formación durante la destilación de succinimida con polvo de zinc.

Acidez y metalización. El pirrol es un ácido NH débil (pKa 17,5 en agua) y reacciona con metales alcalinos y sus amidas en amoníaco líquido o disolventes inertes con desprotonación en la posición 1 y la formación de las sales correspondientes. La reacción con los reactivos de Grignard procede de forma similar, en la que se forman sales de N-magnesio. Los pirrol N-sustituidos reaccionan con butilo y fenil-litio, metatándose en la posición α.

54. INDOL (benzo [b] pirrol), ellos dicen. m. 117,18; incoloro cristales con un leve olor a naftaleno; t. pl. 52,5 ° C, punto de ebullición 254 ° C; d456 1.0718; sublima en carga. hasta 150 ° C; m 7.03.10-30 CL m (benceno, 25 ° C); destilado con vapor de agua, éter dietílico y NH3; buen sol. en org. solución, agua caliente, NH3 líquido. La molécula tiene una configuración plana.

El indol es una base débil (pKa - 2.4). Cuando se protona, forma un catión de 3H-indolio (f-la I), que se torna durante la interacción. con una molécula neutra indol da dímero (II). Como ácido débil (pKa 17), el indol con Na en NH3 líquido forma N-indol de sodio, con KOH a 130 ° C - N-indol de potasio. Posee aromático. St. tú. Electroph. el reemplazo va al cap. arr. a la posición 3. La nitración se realiza habitualmente con nitrato de benzoílo, sulfonación con sulfotrioxido de piridina, bromación con dibromuro de dioxano, cloración con SO2Cl2 y alquilación con haluros de alquilo activos. La acetilación en ácido acético también pasa a la posición 3, en presencia. CH3COONa - a la posición 1; El 1,3-diacetilindol se forma en anhídrido acético. El indol se adhiere fácilmente al doble enlace de cetonas y nitrilos a, b-insaturados.

La aminometilación (solución de Mannich) en condiciones suaves avanza a la posición 1, en condiciones difíciles, a la posición 3. La sustitución en el anillo de benceno (principalmente en las posiciones 4 y 6) ocurre solo en medios ácidos cuando la posición 3 está bloqueada. H2O2, perácidos o en la luz, indol se oxida en indoxyl, que luego se transforma. en trimer o índigo. Una oxidación más severa bajo la acción de O3, MnO2 conduce a la ruptura del anillo pirrol con la formación de 2-formamidobenzaldehído. Cuando el indol se hidrogena con hidrógeno en condiciones suaves, el anillo de pirrol se reduce y, en condiciones más duras, el anillo de benceno también se reduce.

El indol está contenido en aceites esenciales de jazmín y frutas cítricas, es parte de Kam.-ug. resina. El anillo de indol es un fragmento de moléculas de naturaleza importante. compuestos (por ejemplo, triptófano, serotonina, melatonina, bufotenina). Por lo general, el indol se aísla de la fracción de naftaleno de kam.-ug. resina u obtenida por deshidrogenación de o-etilanilina seguida de. ciclación del producto resultante. El indol y sus derivados también se sintetizan mediante la ciclación de arilhidrazonas de compuestos carbonílicos. (distrito de Fisher), interacción. arilaminas con compuestos a-halógeno o a-hidroxicarbonilo. (distrito de Bischler), etc. El núcleo de indol forma parte de los alcaloides de indol. El propio indol es un fijador de aromas en perfumería; sus derivados se utilizan en la producción de compuestos biológicamente activos. (hormonas, alucinógenos) y medicamentos. Wed-in (por ejemplo, indopano, indometacina).

55. Imidazol- un compuesto orgánico de la clase de heterociclos, un anillo de cinco miembros con dos átomos de nitrógeno y tres átomos de carbono en el anillo, isomérico al pirazol.

Propiedades. En imidazol no sustituido, las posiciones 4 y 5 (átomos de carbono) son equivalentes debido a la tautomería. Aromático, reacciona con sales de diazonio (combinación). Se nitra y sulfona solo en un medio ácido en la posición 4, los halógenos en un medio alcalino entran en la posición 2, en un medio ácido en la posición 4. Se alquila y acila fácilmente en la imina N, abre el ciclo al interactuar con soluciones de ácidos fuertes y peróxidos. Cataliza la hidrólisis de ésteres refractarios y amidas de ácidos carboxílicos.

Se produce una gran cantidad de diversos líquidos iónicos a base de imidazol.

Métodos de recepción. De orto-fenilendiamina vía bencimidazol y ácido 4,5-imidazol dicarboxílico.

La interacción del glioxal (oxalaldehído) con amoniaco y formaldehído.

Papel biológico. El ciclo del imidazol es parte del aminoácido esencial histidina. Fragmento estructural de histamina, bases purínicas, dibazol.

56. Piridina- un heterociclo aromático de seis miembros con un átomo de nitrógeno, un líquido incoloro con un olor acre desagradable; miscible con agua y disolventes orgánicos. La piridina es una base débil, da sales con ácidos minerales fuertes, forma fácilmente sales dobles y compuestos complejos.

Recepción. La principal fuente de producción de piridina es el alquitrán de hulla.

Propiedades químicas. La piridina presenta propiedades características de las aminas terciarias: forma N-óxidos, sales de N-alquilpiridinio y puede actuar como ligando donante sigma.

Al mismo tiempo, la piridina tiene distintas propiedades aromáticas. Sin embargo, la presencia de un átomo de nitrógeno en el anillo de conjugación conduce a una importante redistribución de la densidad electrónica, lo que conduce a una fuerte disminución de la actividad de la piridina en las reacciones de sustitución aromática electrófila. En tales reacciones, son predominantemente las metaposiciones del anillo las que reaccionan.

Para la piridina, son características las reacciones de sustitución nucleofílica aromática, que se desarrollan principalmente en las posiciones orto-para del anillo. Esta reactividad indica la naturaleza deficiente en electrones del anillo de piridina, que se puede resumir en la siguiente regla empírica: la reactividad de la piridina como compuesto aromático corresponde aproximadamente a la reactividad del nitrobenceno.

Solicitud. Se utilizan en la síntesis de colorantes, sustancias medicinales, insecticidas, en química analítica, como disolvente para muchas sustancias orgánicas y algunas inorgánicas, para la desnaturalización del alcohol.

Seguridad. La piridina es tóxica, afecta el sistema nervioso y la piel.

57. Papel biológico. El ácido nicotínico es un derivado de piridina. Se absorbe en el estómago y el duodeno, y luego se somete a aminación, lo que da como resultado la nicotinoamida, que forma más de 80 enzimas en el cuerpo en combinación con proteínas. Este es el principal papel fisiológico de la vitamina B5. Entonces, el ácido nicotínico es parte de enzimas redox tan importantes como la deshidrogénesis, que catalizan la eliminación de hidrógeno de las sustancias orgánicas oxidadas. El hidrógeno eliminado de esta manera es transferido por estas enzimas a enzimas redox, que incluyen riboflavina. Además, en el cuerpo de los mamíferos, los nucleótidos de piridina se forman a partir de nicotinamida (niacina) y ácido nicotínico, que sirven como coenzimas NAD y NADP. La falta de estos precursores en los animales provoca la pelagra, una enfermedad que se manifiesta por síntomas de la piel, el tracto gastrointestinal y el sistema nervioso (dermatitis, diarrea, demencia). Como coenzimas NAD y NADP, los precursores del ácido nicotínico están involucrados en muchas reacciones redox catalizadas por deshidrogenasas. El efecto biológico de la niacina se manifiesta en forma de estimulación de la función secretora del estómago y las glándulas digestivas (en su presencia en el estómago, aumenta la concentración de ácido clorhídrico libre). Bajo la influencia de la vitamina B5, hay un aumento de la biosíntesis de glucógeno y una disminución de la hiperglucemia, un aumento de la función desintoxicante del hígado, una expansión de los vasos sanguíneos, una mejora en la microcirculación sanguínea.

Existe una relación entre el ácido nicotínico y los aminoácidos que contienen azufre. El aumento de la excreción urinaria de metilnicotinamida en la deficiencia de proteínas se normaliza mediante la inclusión de aminoácidos que contienen azufre en la dieta. Al mismo tiempo, también se normaliza el contenido de fosfopirinucleótidos en el hígado.

58. Pirimidina (C4N2H4, Pirimidina, 1,3- o m-diazina, miazina) es un compuesto heterocíclico con una molécula plana, el representante más simple de 1,3-diazinas.

Propiedades físicas. La pirimidina son cristales incoloros con un olor característico.

Propiedades químicas. El peso molecular de la pirimidina es 80,09 g / mol. La pirimidina exhibe las propiedades de una base débil de dos ácidos, ya que los átomos de nitrógeno pueden unir protones a través de un enlace donante-aceptor, adquiriendo así una carga positiva. La reactividad en las reacciones de sustitución electrofílica en pirimidina se reduce debido a una disminución en la densidad de electrones en las posiciones 2, 4, 6 causada por la presencia de dos átomos de nitrógeno en el anillo. La sustitución sólo es posible en presencia de sustituyentes donantes de electrones y se dirige a la posición 5 menos desactivada. Sin embargo, por el contrario, la pirimidina es activa con respecto a los reactivos nucleofílicos que atacan a 2, 4 y 6 átomos de carbono en el anillo.

Recepción. La pirimidina se obtiene por reducción de derivados pirimidínicos halogenados. O a partir de 2,4,6-tricloropirimidina, obtenida mediante el tratamiento del ácido barbitúrico con cloróxido de fósforo.

Derivados de pirimidina ampliamente distribuidos en la vida silvestre, donde están involucrados en muchos procesos biológicos importantes. En particular, derivados como la citosina, timina, uracilo forman parte de los nucleótidos, que son las unidades estructurales de los ácidos nucleicos, el núcleo de pirimidina forma parte de algunas vitaminas B, en particular B1, coenzimas y antibióticos.

59. Purina (C5N4H4, purina)- un compuesto heterocíclico, el representante más simple de imidazopirimidinas.

Los derivados de purina juegan un papel importante en la química de compuestos naturales (bases purínicas de ADN y ARN; coenzima NAD; alcaloides, cafeína, teofilina y teobromina; toxinas, saxitoxina y compuestos relacionados; ácido úrico) y, por lo tanto, en productos farmacéuticos.

Adenina- base nitrogenada, derivado amino de la purina (6-aminopurina). Forma dos enlaces de hidrógeno con uracilo y timina (complementariedad).

Propiedades físicas. La adenina son cristales incoloros que se funden a una temperatura de 360–365 C. Tiene un máximo de absorción característico (λmax) a 266 mcm (pH 7) con un coeficiente de extinción molar (εmax) de 13500.

Fórmula química C5H5N5, peso molecular 135,14 g / mol. La adenina exhibe propiedades básicas (pKa1 = 4.15; pKa2 = 9.8). Al interactuar con el ácido nítrico, la adenina pierde su grupo amino y se convierte en hipoxantina (6-hidroxipurina). En soluciones acuosas, cristaliza en un hidrato cristalino con tres moléculas de agua.

Solubilidad. Disolvamos bien en agua, especialmente caliente, con la temperatura del agua decreciente, la solubilidad de la adenina en ella disminuye. Poco soluble en alcohol, cloroformo, éter, así como en ácidos y álcalis: insoluble.

Prevalencia e importancia en la naturaleza. La adenina es parte de muchos compuestos vitales para los organismos vivos, tales como: adenosina, adenosina fosfatasas, ácidos adenosina fosfóricos, ácidos nucleicos, nucleótidos de adenina, etc. En forma de estos compuestos, la adenina está muy extendida en la naturaleza.

Guanina- La base nitrogenada, derivado amino de la purina (6-hidroxi-2-aminopurina), es parte integrante de los ácidos nucleicos. En el ADN, durante la replicación y la transcripción, forma tres enlaces de hidrógeno con la citosina (complementariedad). Primero aislado del guano.

Propiedades físicas. Polvo cristalino amorfo e incoloro. Punto de fusión 365 ° C. Una solución de guanina en HCl emite fluorescencia. En medios alcalinos y ácidos tiene dos máximos de absorción (λmax) en el espectro ultravioleta: a 275 y 248 mK (pH 2) y 246 y 273 mK (pH 11).

Propiedades químicas. Fórmula química - C5H5N5O, peso molecular - 151,15 g / mol. Muestra propiedades básicas, pKa1 = 3.3; pKa2 = 9,2; pKa3 = 12,3. Reacciona con ácidos y álcalis para formar sales.

Solubilidad. Bien soluble en ácidos y álcalis, poco soluble en éter, alcohol, amoniaco y soluciones neutras, insoluble en agua .

Reacciones cualitativas. Para determinar la guanina, se precipita con ácidos metafosfórico y pícrico, con ácido diazosulfónico en una solución de Na2CO3 le da un color rojo.

Distribución en naturaleza y significado. Parte de los ácidos nucleicos.

60. Nucleósidos Son glicosilaminas que contienen una base nitrogenada unida a un azúcar (ribosa o desoxirribosa).

Los nucleósidos pueden fosforilarse mediante quinasas celulares en el grupo alcohol primario del azúcar y se forman los nucleótidos correspondientes.

Nucleótidos- ésteres fosfóricos de nucleósidos, nucleósidos fosfatos. Los nucleótidos libres, en particular ATP, cAMP, ADP, juegan un papel importante en los procesos intracelulares energéticos e informativos, y también son partes constituyentes de ácidos nucleicos y muchas coenzimas.

Los nucleótidos son ésteres de nucleósidos y ácidos fosfóricos. Los nucleósidos, a su vez, son N-glucósidos que contienen un resto heterocíclico unido a través de un átomo de nitrógeno al átomo C-1 del residuo de azúcar.

La estructura de los nucleótidos. En la naturaleza, los nucleótidos más comunes son los β-N-glucósidos de purinas o pirimidinas y pentosas: D-ribosa o D-2-ribosa. Dependiendo de la estructura de la pentosa, se distinguen ribonucleótidos y desoxirribonucleótidos, que son monómeros de moléculas de polímeros biológicos complejos (polinucleótidos): ARN o ADN, respectivamente.

El residuo de fosfato en los nucleótidos normalmente forma un enlace éster con grupos 2 "-, 3" - o 5 "-hidroxilo de ribonucleósidos, en el caso de 2" -desoxinucleósidos, los grupos 3 "- o 5" -hidroxilo están esterificados.

Los compuestos que constan de dos moléculas de nucleótidos se denominan dinucleótidos, de tres trinucleótidos, de un pequeño número de oligonucleótidos y de muchos polinucleótidos o ácidos nucleicos.

Los nombres de nucleótidos son abreviaturas en forma de códigos estándar de tres o cuatro letras.

Si la abreviatura comienza con una letra minúscula "d" (ing. D), significa desoxirribonucleótido; la ausencia de la letra "d" significa un ribonucleótido. Si la abreviatura comienza con una letra minúscula "c" (ing. C), entonces estamos hablando de la forma cíclica del nucleótido (por ejemplo, cAMP).

La primera letra mayúscula de la abreviatura indica una base nitrogenada específica o un grupo de posibles bases nucleicas, la segunda letra indica el número de residuos de ácido fosfórico en la estructura (M - mono-, D - di-, T - tri-), y la tercera letra mayúscula es siempre la letra F ("-Phosphate"; Inglés P).

Códigos latinos y rusos para bases nucleicas:

A - A: adenina; G - G: guanina; C - C: citosina; T - T: Timina (5-metiluracilo), no se encuentra en el ARN, ocupa el lugar del uracilo en el ADN; U - U: El uracilo, que no se encuentra en el ADN, ocupa el lugar de la timina en el ARN.

El evento más grande en el desarrollo de la química orgánica fue la creación en 1961 por el gran científico ruso A.M. Butlerov de la teoría de la estructura química de los compuestos orgánicos.

Antes de A.M. Butlerov, se consideró imposible conocer la estructura de una molécula, es decir, el orden del enlace químico entre los átomos. Muchos científicos incluso negaron la realidad de los átomos y las moléculas.

SOY. Butlerov refutó esta opinión. Partió de ideas materialistas y filosóficas correctas sobre la realidad de la existencia de átomos y moléculas, sobre la posibilidad de conocer el enlace químico de los átomos en una molécula. Demostró que la estructura de una molécula se puede establecer empíricamente mediante el estudio de las transformaciones químicas de una sustancia. Por el contrario, conociendo la estructura de la molécula, puede deducir las propiedades químicas del compuesto.

La teoría de la estructura química explica la variedad de compuestos orgánicos. Se debe a la capacidad del carbono tetravalente de formar cadenas y anillos de carbono, de combinarse con átomos de otros elementos y a la presencia de isomería en la estructura química de los compuestos orgánicos. Esta teoría sentó las bases científicas de la química orgánica y explicó sus leyes más importantes. Los principios básicos de su teoría A.M. Butlerov presentado en el informe "Sobre la teoría de la estructura química".

Las principales disposiciones de la teoría de la estructura son las siguientes:

1) en las moléculas, los átomos están conectados entre sí en una secuencia determinada de acuerdo con su valencia. El orden en el que se enlazan los átomos se llama estructura química;

2) las propiedades de una sustancia dependen no solo de qué átomos y en qué cantidad están incluidos en su molécula, sino también del orden en que están conectados entre sí, es decir, de la estructura química de la molécula;

3) los átomos o grupos de átomos que formaron una molécula se influyen mutuamente.

En la teoría de la estructura química, se presta mucha atención a la influencia mutua de átomos y grupos de átomos en una molécula.

Las fórmulas químicas, que describen el orden en que los átomos se unen en moléculas, se denominan fórmulas estructurales o fórmulas de estructura.

El valor de la teoría de la estructura química A.M. Butlerova:

1) es la parte más importante de la base teórica de la química orgánica;

2) en términos de importancia, se puede comparar con la Tabla Periódica de Elementos de D.I. Mendeleev;

3) permitió sistematizar una gran cantidad de material práctico;

4) permitió predecir de antemano la existencia de nuevas sustancias, así como indicar las formas de su producción.

La teoría de la estructura química sirve como base orientadora en todas las investigaciones en química orgánica.

5. Isomería. Estructura electrónica de átomos de elementos de períodos pequeños. Enlace químico

Las propiedades de las sustancias orgánicas dependen no solo de su composición, sino también del orden en que los átomos se unen en una molécula.

Los isómeros son sustancias que tienen la misma composición y la misma masa molar, pero diferentes estructuras moleculares y, por lo tanto, tienen diferentes propiedades.

El significado científico de la teoría de la estructura química:

1) profundiza la comprensión de la sustancia;

2) indica el camino hacia el conocimiento de la estructura interna de las moléculas;

3) permite comprender los hechos acumulados en química; predecir la existencia de nuevas sustancias y encontrar formas de su síntesis.

Toda esta teoría contribuyó en gran medida al desarrollo posterior de la química orgánica y la industria química.

El científico alemán A. Kekule expresó la idea de combinar átomos de carbono entre sí en una cadena.

La doctrina de la estructura electrónica de los átomos.

Características de la doctrina de la estructura electrónica de los átomos: 1) hicieron posible comprender la naturaleza del enlace químico de los átomos; 2) descubre la esencia de la influencia mutua de los átomos.

El estado de los electrones en los átomos y la estructura de las capas de electrones.

Las nubes de electrones son las áreas de mayor probabilidad de presencia de un electrón, que difieren en su forma, tamaño y direccionalidad en el espacio.

En el átomo hidrógeno un solo electrón durante su movimiento forma una nube cargada negativamente de forma esférica (esférica).

Los electrones S son electrones que forman una nube esférica.

El átomo de hidrógeno tiene un electrón s.

En el átomo helio- dos electrones s.

Características del átomo de helio: 1) nubes de la misma forma esférica; 2) la densidad más alta está igualmente distante del núcleo; 3) se combinan nubes electrónicas; 4) forman una nube común de dos electrones.

Características del átomo de litio: 1) tiene dos capas electrónicas; 2) tiene una nube esférica, pero es mucho más grande que la nube interna de dos electrones; 3) el electrón de la segunda capa es menos atraído por el núcleo que los dos primeros; 4) capturado fácilmente por otros átomos en reacciones redox; 5) tiene un electrón s.

Características del átomo de berilio: 1) el cuarto electrón - electrón-s; 2) la nube esférica se combina con la nube del tercer electrón; 3) hay dos electrones s emparejados en la capa interna y dos electrones s emparejados en la capa externa.

Cuantas más nubes de electrones se superponen cuando los átomos se combinan, más energía se libera y más fuerte enlace químico.

El comportamiento de las partículas en los compuestos depende de muchos factores. La teoría de las estructuras de los compuestos orgánicos solo estudia el comportamiento de una molécula en los compuestos, la naturaleza de los átomos, la valencia, el orden y la naturaleza de los enlaces químicos. Este artículo resume las principales disposiciones de esta teoría.

La estructura de los compuestos orgánicos.

La variedad de compuestos orgánicos se explica por la peculiaridad de su estructura química. Los átomos de una molécula están dispuestos en un orden específico según su valencia. Esta secuencia es la estructura química.

Las sustancias que tienen la misma composición cualitativa y cuantitativa (fórmula molecular), pero una estructura diferente, se denominan isómeros, y su propia existencia se denomina isomería. El famoso químico ruso A.M.Butlerov demostró que con la ayuda de reacciones controladas es posible obtener nuevas sustancias.

Arroz. 1. Definición de isomería.

También es importante la disposición de que los átomos y los grupos de átomos de una molécula se influyan mutuamente.

Teoría de las estructuras de sustancias orgánicas.

La teoría de la estructura de los compuestos orgánicos fue formulada por el químico ruso A.M.Butlerov en 1861. La principal conclusión de este trabajo científico fue la afirmación de que solo una fórmula corresponde a cada sustancia. Este trabajo muestra el comportamiento de los átomos dentro de las moléculas.

Arroz. 2. A. M. Butlerov.

Las principales disposiciones y consecuencias de la teoría de la estructura de Butlerov se pueden formular de la siguiente manera:

• En las moléculas, los átomos no están dispuestos al azar, sino que tienen una estructura definida.

Una representación esquemática de la estructura de una molécula se llama fórmula estructural

Arroz. 3. La fórmula estructural de la molécula.

A partir de la posición de la valencia del átomo de carbono igual a cuatro y su capacidad para formar cadenas y ciclos, se construyen las fórmulas estructurales de las sustancias orgánicas.

• Las propiedades químicas de una sustancia dependen de la composición y el orden de disposición de los átomos y moléculas.
• Una estructura diferente con la misma composición y peso molecular de una sustancia determina el fenómeno de isomería. Elementos químicos absolutamente diferentes pueden tener la misma composición y peso molecular, todo depende de la ubicación de las partículas más pequeñas y los enlaces entre ellas.
• Por las propiedades de una sustancia, puede determinar la estructura de una molécula, y por su estructura, puede predecir las propiedades
• Dado que durante las reacciones individuales, no todas, sino solo algunas partes de las moléculas cambian, al estudiar los productos de las transformaciones químicas de un compuesto, es posible establecer su estructura.
• La reactividad de los átomos que forman una molécula varía según los átomos con los que estén asociados en una molécula determinada. Los átomos conectados se influyen entre sí con mayor fuerza que los átomos no enlazados.

¿Qué hemos aprendido?

La importancia de la teoría de Butlerov de las estructuras químicas de los compuestos orgánicos es grande. Su teoría no solo explica la estructura de las moléculas de todas las sustancias orgánicas conocidas y sus propiedades, sino que también permite predecir teóricamente la existencia de sustancias desconocidas y nuevas, así como encontrar la forma de obtenerlas y sintetizarlas.