Butlerovo sandaros teorijos atradimo laikas. Cheminių junginių sandaros teorija AM Butlerovas - žinių hipermarketas. Atomų sujungimo seka molekulėje

Paskaita 11 klasės aukštesnio lygio teorija Organinės struktūros. Alkanai, cikloalkanai

Pagrindinės A. M. cheminės sandaros teorijos nuostatos. Butlerova

1) Atomai molekulėse yra sujungti vienas su kitu tam tikra seka pagal jų valencijos. Tarpatominių ryšių seka molekulėje vadinama jos chemine struktūra ir atsispindi vienoje struktūrinė formulė(pagal struktūros formulę). 2) Cheminę struktūrą galima nustatyti cheminiais metodais. Šiuo metu taip pat naudojami šiuolaikiniai fiziniai metodai. 3) Medžiagų savybės priklauso nuo jų cheminės struktūros. 4) Pagal tam tikros medžiagos savybes galite nustatyti jos molekulės struktūrą, o pagal molekulės struktūrą - numatyti savybes. 5) Atomai ir atomų grupės molekulėje turi abipusė įtaka Vienas kitą.

1) Anglies atomo sandara.

Elektroninė anglies atomo struktūra pavaizduota taip: 1s 2 2s 2 2p 2 arba schematiškai

Organiniuose junginiuose esanti anglis yra keturvalentė.

Taip yra dėl to, kad susidarius kovalentiniam ryšiui, anglies atomas pereina į sužadintą būseną, kurioje 2s orbitos elektronų pora yra atjungta, o vienas elektronas užima laisvą p orbitalę. Schematiškai:

Dėl to nebėra du, o keturi nesuporuoti elektronai.

2) „Sigma“ ir „pi“ bendravimas.

Persidengiančios atominės orbitos ties linija, jungiančia atomų branduolius, veda į išsilavinimą σ-obligacijos.

Tarp dviejų atomų cheminėje dalelėje galima tik viena σ-jungtis... Visos σ-jungtys turi ašinę simetriją aplink branduolinę ašį.

At papildo sutampa atominės orbitos, statmenos ryšio linijai ir lygiagrečios viena kitai, 1s2 2s2 3s2

π-obligacijos.

Dėl to tarp atomų yra daug jungčių:

Vienvietis (σ)	Dvigubas (σ + π)	Trigubas (σ + π + π)
C-C, C-H, C-O		С≡С ir С≡N

3) Hibridizacija.

Kadangi keturi anglies atomo elektronai yra skirtingi (2s ir 2p elektronai), ryšiai taip pat turėtų būti skirtingi, tačiau žinoma, kad metano molekulės jungtys yra lygiavertės. Todėl, norint paaiškinti organinių molekulių erdvinę struktūrą, naudojamas metodas hibridizacija.

1. Kada dalijimasis keturiomis sužadinto anglies atomo orbitalėmis (viena 2s ir trys 2p orbitalės) susiformavo keturios naujos lygiavertės sp 3 - hibridinės orbitos formos kaip pailgas hantelis. Dėl abipusio atstūmimo sp 3- hibridinės orbitos, nukreiptos erdvėje į viršūnes tetraedras o kampai tarp jų yra lygūs 109 0 28" (patogiausia vieta). Ši anglies atomo būsena vadinama pirmąja valentine būsena.

2. Kada sp 2 -hibridizacija sumaišoma viena s- ir dvi p-orbitalės ir susidaro trys hibridinės orbitos kurių ašys yra toje pačioje plokštumoje ir nukreiptos viena kitos atžvilgiu 120 ° kampu. Ši anglies atomo būsena vadinama antrąja valentine būsena.

3. Kada sp-hibridizacija sujungia vieną s- ir vieną p-orbitą ir sudaro dvi hibridines orbitas, kurio ašys yra vienoje tiesėje ir nukreiptos skirtingomis kryptimis nuo nagrinėjamo anglies atomo branduolio 180 ° kampu. Ši anglies atomo būsena vadinama trečiąja valentine būsena.

HIDRIDIZACIJOS RŪŠYS organinėse medžiagose.

4) Izomerizmas.

Izomerai yra medžiagos, turinčios tą pačią sudėtį (kiekvienos rūšies atomų skaičių), tačiau skirtingą abipusį atomų išdėstymą - skirtingą struktūrą.

Pavyzdžiui, yra dvi medžiagos, kurių molekulinė formulė C 4 H 10:

n-butanas (su linijiniu skeletu): CH3 -CH2 -CH2 -CH3 ir izobutanas, arba 2-metilpropanas:CH3 - CH - CH3

‌ │

CH 3Jie yra izomerai.

Įvyksta izomerizmas struktūrinis ir erdvinis.

Struktūrinė izomerija.

1.Izomerizmas anglies karkasas- dėl skirtingos jungčių eilės tarp anglies atomų, sudarančių molekulės skeletą (žr. butanas ir izobutanas).

2.Daugybinės jungties arba funkcinės grupės padėties izomerija- dėl skirtingos bet kurios reaktyviosios grupės, turinčios tą patį molekulių anglies skeletą, padėties. Taigi, propanas atitinka du izomerinius alkoholius:

CH3 -CH2 -CH2 -OH - propanolis -1 arba n -propilo alkoholis

ir CH3 -CH -CH3

OH - propanolis -2 arba izopropilo alkoholis.

Izomerizmas daugkartinės jungties padėtys, pavyzdžiui, butene-1 ir butene-2

CH3 -CH2 -CH = CH2 -butenas -1

CH3 - CH = CH - CH3 - butenas -2.

3. Tarpklasinė izomerija- medžiagų, priklausančių skirtingoms organinių junginių klasėms, izomerija:

Alkenai ir cikloalkanai (su C 3)

Alkinas ir dienai (su C 3)

Alkoholiai ir eteriai (su C 2)

Aldehidai ir ketonai (su C 3)

Sočiosios vienbazės karboksirūgštys ir esteriai (su C 2)

Erdvinis izomerizmas- yra suskirstytas į dvi rūšis: geometrinis(arba cis-trans-izomerija) ir optinis.

Geometrinė izomerija būdingas junginiams, turintiems dvigubų jungčių arba ciklopropano žiedo; taip yra dėl to, kad neįmanoma laisvai suktis atomų aplink dvigubą ryšį arba cikle. Tokiais atvejais pakaitalai gali būti toje pačioje dvigubos jungties arba žiedo plokštumos pusėje (cis - padėtis) arba priešingose ​​pusėse (transas - pozicija).

Terminai „cis“ ir „trans“ paprastai reiškia pora identiškų pakaitų, o jei visi pakaitalai yra skirtingi, tai sąlygiškai į vieną iš porų.
-dvi etileno-1,2-dikarboksirūgšties formos cis forma arba maleino rūgštis (I) ir trans forma, arba fumaro rūgštis (II) SHAPE \ * MERGEFORMAT

Optinis izomerija yra būdinga organinių medžiagų molekulėms, kurios nesuderinamos su jų veidrodiniu vaizdu (t. y. su molekule, atitinkančia šį veidrodinį vaizdą). Dažniausiai optinis aktyvumas atsiranda dėl to, kad yra molekulėje asimetriškasatomas anglis, y., anglies atomas, prijungtas prie keturių skirtingų pakaitų. Pavyzdys yra pieno rūgštis:

OH (asimetriškas anglies atomas pažymėtas žvaigždute).

Pieno rūgšties molekulė negali sutapti su jos veidrodiniu vaizdu, judant erdvėje. Šios dvi rūgšties formos yra susijusios viena su kita, kaip dešinė ranka į kairę, ir vadinamos optiniais antipodais. (enantiomerai).

Optinės izomerų fizinės ir cheminės savybės dažnai yra labai panašios, tačiau jos gali labai skirtis pagal biologinį aktyvumą, skonį ir kvapą.

Organinių medžiagų klasifikacija.

Medžiagų klasė	Charakteristika	Generolas formulė	Priesaga arba priešdėlis
U gle v o d o r o d s	Alkanai	Visos nuorodos yra vienos	C n H 2n + 2
Alkenesas	1 dvigubas C = C jungtis	C n H 2n
Dienes	2 dviviečiai C = C jungtis	C n H 2n-2
Alkyne	1 triguba jungtis С≡С	C n H 2n-2
Cikloalkanai	Kilpos anglies grandinė	C n H 2n
Arenos (aromatiniai angliavandeniliai)		C n H 2n-6	… -Benzenas
Prisotintas deguonimi jungtys	Alkoholiai		C n H 2n + 2 O CH 3 OH
Fenoliai	Benzeno žiedas ir jame	C n H 2n-6 O C 6 H 5 OH
Aldehidai		C n H 2n O NSNO
Ketonai		C n H 2n O C 3 H 6 O
Karboksirūgštys		C n H 2n O 2 UNLO	... -rūgšties rūgštis
Esteriai		C n H 2n O 2
	Azoto junginiai		C n H 2n + 1 NO 2
Aminai		C n H 2n + 3 N CH3NH2
Amino rūgštys	Sudėtyje yra -NH2 ir -COOH	C n H 2n + 1 NO 2

Organinių medžiagų nomenklatūra

С 1 - metas С 6 - šešiakampis

С 2 - aukštas С 7 - hept

С 4 - bet С 9 - ne

Pabaiga

An - molekulėje yra tik pavieniai CC ryšiai

En - molekulėje yra viena dviguba jungtis C = C

Ying - molekulėje yra viena triguba jungtis С≡С

Diene - molekulėje yra dvi C = C dvigubos jungtys

Funkcinių grupių senatvė molekulėje

		Sufiksas (arba pabaiga)
	Karboksi-	Kiaušidžių rūgštis
	Hidroksi-	OL (nemalonus alkoholis)
Halogenai	Fluoras, chloras ir kt.
Angliavandenilio radikalas

Didžiausias organinės chemijos raidos įvykis buvo didžiojo rusų mokslininko sukurta 1961 m ESU. Butlerovas organinių junginių cheminės sandaros teorija.

Prieš A. M. Butlerovo, buvo manoma, kad neįmanoma žinoti molekulės struktūros, tai yra cheminio ryšio tarp atomų tvarkos. Daugelis mokslininkų netgi paneigė atomų ir molekulių tikrovę.

ESU. Butlerovas paneigė šią nuomonę. Jis pradėjo nuo teisingo materialistinis ir filosofines idėjas apie atomų ir molekulių egzistavimo tikrovę, apie galimybę žinoti molekulės atomų cheminį ryšį. Jis parodė, kad molekulės struktūrą galima nustatyti empiriškai, tiriant chemines medžiagos transformacijas. Ir atvirkščiai, žinodami molekulės struktūrą, galite nustatyti junginio chemines savybes.

Cheminės struktūros teorija paaiškina organinių junginių įvairovę. Taip yra dėl to, kad keturvalentė anglis gali sudaryti anglies grandines ir žiedus, susijungti su kitų elementų atomais ir dėl izomerizmo buvimo organinių junginių cheminėje struktūroje. Ši teorija padėjo mokslinį organinės chemijos pagrindą ir paaiškino svarbiausius jos dėsnius. Pagrindiniai jo teorijos principai A.M. Butlerovas pristatė pranešimą „Apie cheminės struktūros teoriją“.

Pagrindinės struktūros teorijos nuostatos yra šios:

1) molekulėse atomai yra sujungti vienas su kitu tam tikra seka pagal jų valentingumą. Atomų surišimo tvarka vadinama chemine struktūra;

2) medžiagos savybės priklauso ne tik nuo to, kokie atomai ir kokiu kiekiu yra įtraukti į jos molekulės sudėtį, bet ir nuo to, kokia tvarka jie yra sujungti vienas su kitu, tai yra, nuo cheminės molekulės struktūros ;

3) atomai ar atomų grupės, sudarančios molekulę, viena kitą veikia.

Cheminės struktūros teorijoje daug dėmesio skiriama abipusiai molekulių atomų ir atomų grupių įtakai.

Vadinamos cheminės formulės, vaizduojančios atomų sujungimo į molekules tvarką struktūrinės formulės arba struktūros formulės.

Cheminės struktūros teorijos vertė A.M. Butlerova:

1) yra svarbiausia organinio chemijos teorinio pagrindo dalis;

2) reikšmingumo požiūriu jį galima palyginti su D.I elementų periodine lentele. Mendelejevas;

3) tai leido susisteminti didžiulį kiekį praktinės medžiagos;

4) leido iš anksto numatyti naujų medžiagų egzistavimą, taip pat nurodyti jų gamybos būdus.

Cheminės struktūros teorija yra pagrindinis pagrindas atliekant visus organinės chemijos tyrimus.

12 Fenoliai, hidroksi dariniai aromatiniai junginiai turintys vieną ar daugiau hidroksilo grupių (- OH), susietų su aromatinio branduolio anglies atomais. Pagal OH grupių skaičių išskiriamas vienatominis fosforas, pavyzdžiui, oksibenzenas C 6 H 5 OH, paprastai vadinamas tiesiog fenolis, oksitoluenai CH 3 C 6 H 4 OH - vadinamieji krezoliai, oksinaftalenai - naftoliai, diatominiai, pavyzdžiui, dioksibenzenai C 6 H 4 (OH) 2 ( hidrochinonas, pirokatecholis, rezorcinolis), pavyzdžiui, poliatominis pirogallolis, chlorogliucinolis... F. - bespalviai būdingo kvapo kristalai, rečiau skysčiai; gerai tirpsta organiniuose tirpikliuose (alkoholis, eteris, ozenenas). Turėdamas rūgščių savybių, fosforas sudaro į druską panašius produktus, fenatus: ArOH + NaOH (ArONa + H2O (Ar yra aromatinis radikalas). Fenolatų alkilinimas ir acilinimas sukelia fosforo eterius, paprastą ArOR ir kompleksą ArOCOR (R yra organinis radikalas) ). Esteriai gali būti gaunami tiesiogiai sąveikaujant fosforui su karboksirūgštimis, jų anhidridais ir rūgštiniais chloridais. Kai fenoliai kaitinami CO 2, susidaro, pavyzdžiui, fenolio rūgštys salicilo rūgštis... Skirtingai nei alkoholiai, F. hidroksilo grupė su dideliais sunkumais pakeičiama halogenu. Elektrofilinis pakaitalas fosforo branduolyje (halogeninimas, nitravimas, sulfoninimas, alkilinimas ir kt.) Yra daug lengvesnis nei nepakeistų aromatinių angliavandenilių; pakaitinės grupės siunčiamos į orto- ir pora-pozicija į OH grupę (žr. Taisyklių orientacijos). Kataliziškai hidrinant fosforą, susidaro alicikliniai alkoholiai, pavyzdžiui, C 6 H 5 OH sumažėja iki cikloheksanolis... F. taip pat būdingos kondensacijos reakcijos, pavyzdžiui, su aldehidais ir ketonais, kurie pramonėje naudojami fenolio ir rezorcinolio-formaldehido dervoms, difenilolpropanui ir kitiems svarbiems produktams gauti.

Fosfatas gaunamas, pavyzdžiui, hidrolizuojant atitinkamus halogeno darinius, šarminiai lydant arilsulfonrūgštis ArSO 2 OH, ir išskiriamas iš akmens anglių deguto, deguto, rudųjų anglių ir kitų. F. yra svarbi žaliava gaminant įvairūs polimerai, klijai, dažai ir lakai, dažai ir vaistai (fenolftaleinas, salicilo rūgštis, salolis), paviršinio aktyvumo medžiagos ir kvapiosios medžiagos. Kai kurie F. yra naudojami kaip antiseptikai ir antioksidantai (pavyzdžiui, polimerai, tepalinės alyvos). Kokybiškai atpažįstant F., naudojami geležies chlorido tirpalai, kurie sudaro spalvotus produktus su F .. F. yra toksiški (žr. Nuotekos.).

13 Alkanai

bendros charakteristikos

Angliavandeniliai yra paprasčiausi organiniai junginiai, susidedantys iš dviejų elementų: anglies ir vandenilio. Sotieji angliavandeniliai arba alkanai (tarptautinis pavadinimas) yra junginiai, kurių sudėtis išreikšta bendrąja formulė C n H 2n + 2, kur n yra anglies atomų skaičius. Sočiųjų angliavandenilių molekulėse anglies atomai yra tarpusavyje susiję paprastu (pavieniu) ryšiu, o visi kiti valentai yra prisotinti vandenilio atomais. Alkanai taip pat vadinami sočiaisiais angliavandeniliais arba parafinais (terminas „parafinai“ reiškia „turintys mažą afinitetą“).

Pirmasis homologinės alkanų serijos narys yra metanas CH 4. Pabaiga -an būdinga sočiųjų angliavandenilių pavadinimams. Po to seka etanas C 2 H 6, propanas C 3 H 8, butanas C 4 H 10. Pradedant nuo penktojo angliavandenilio, pavadinimas sudaromas iš graikų skaičiaus, nurodančio anglies atomų skaičių molekulėje, ir baigiasi -an. Tai pentanas C 5 H 12 heksanas C 6 H 14, heptanas C 7 H 16, oktanas C 8 H 18, nonanas C 9 H 20, dekanas C 10 H 22 ir kt.

Homologinėje serijoje pastebimas laipsniškas angliavandenilių fizinių savybių pokytis: didėja virimo ir lydymosi temperatūra, didėja tankis. Įprastomis sąlygomis (temperatūra ~ 22 ° C) pirmieji keturi serijos nariai (metanas, etanas, propanas, butanas) yra dujos, nuo C 5 H 12 iki C 16 H 34 yra skysčiai, o esant C 17 H 36 yra kietos medžiagos.

Alkanai, pradedant ketvirtuoju serijos nariu (butanu), turi izomerus.

Visi alkanai yra prisotinti vandeniliu iki ribos (maksimaliai). Jų anglies atomai yra sp 3 -hibridizacijos būsenoje, o tai reiškia, kad jie turi paprastus (pavienius) ryšius.

Nomenklatūra

Pirmųjų dešimt sočiųjų angliavandenilių serijos narių vardai jau pateikti. Norėdami pabrėžti, kad alkanas turi nešakotą anglies grandinę, prie pavadinimo dažnai pridedamas žodis normalus (n-), pavyzdžiui:

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

n-butanas n-heptanas

(normalus butanas) (normalus heptanas)

Kai iš alkano molekulės pašalinamas vandenilio atomas, susidaro vienerių metų dalelės, vadinamos angliavandenilių radikalais (sutrumpinta raide R). Vienvalenčių radikalų pavadinimai yra kilę iš atitinkamų angliavandenilių pavadinimų, kurių pabaiga -an pakeista -yl. Pateikiame svarbius pavyzdžius:

Radikalus sudaro ne tik organiniai, bet ir neorganiniai junginiai. Taigi, jei hidroksilo grupė OH atimama iš azoto rūgšties, gausite vienvalentį radikalą - NO 2, vadinamą nitro grupe ir kt.

Kai iš angliavandenilio molekulės pašalinami du vandenilio atomai, gaunami dvivalentiai radikalai. Jų pavadinimai taip pat kildinami iš atitinkamų sočiųjų angliavandenilių pavadinimų, galūnę -an pakeičiant -ilidenu (jei vandenilio atomai yra atplėšti nuo vieno anglies atomo) arba -ilene (jei vandenilio atomai yra atskirti nuo dviejų. gretimi anglies atomai). Radikalas CH2 = turi pavadinimą metilenas.

Radikalų pavadinimai naudojami daugelio angliavandenilių darinių nomenklatūroje. Pavyzdžiui: CH 3 I yra metiljodidas, C 4 H 9 Cl yra butilchloridas, CH 2 Cl 2 yra metileno chloridas, C 2 H 4 Br 2 yra etileno bromidas (jei bromo atomai yra susieti su skirtingais anglies atomais) arba etilideno bromidas (jei bromo atomai yra prijungti prie vieno anglies atomo).

Izomerų pavadinimui plačiai naudojamos dvi nomenklatūros: senoji - racionalioji ir modernioji - pakaitinė, kuri dar vadinama sistemine arba tarptautine (pasiūlė Tarptautinė teorinės ir taikomosios chemijos sąjunga IUPAC).

Pagal racionalią nomenklatūrą angliavandeniliai laikomi metano dariniais, kuriuose vienas ar daugiau vandenilio atomų yra pakeisti radikalais. Jei formulėje tie patys radikalai kartojami kelis kartus, tada jie žymimi graikiškais skaitmenimis: di - du, trys - trys, tetra - keturi, penta - penki, hexa - šeši ir kt. Pavyzdžiui:

Racionali nomenklatūra yra patogi ne itin sudėtingiems ryšiams.

Pagal pakaitinę nomenklatūrą pavadinimas remiasi viena anglies grandine, o visi kiti molekulės fragmentai laikomi pakaitais. Šiuo atveju parenkama ilgiausia anglies atomų grandinė ir grandinės atomai sunumeruojami nuo galo, prie kurio yra arčiau angliavandenilio radikalas. Tada jie vadina: 1) anglies atomo, prie kurio yra prijungtas radikalas, skaičių (pradedant paprasčiausiu radikalu); 2) angliavandenilį, kuris atitinka ilgą grandinę. Jei formulėje yra keli identiški radikalai, tada prieš jų pavadinimą nurodykite skaičių žodžiais (di-, tri-, tetra- ir kt.), O radikalų skaičius atskirkite kableliais. Štai kaip heksano izomerai turėtų būti vadinami pagal šią nomenklatūrą:

Ir čia yra sudėtingesnis pavyzdys:

Tiek pakaitinė, tiek racionali nomenklatūra naudojama ne tik angliavandeniliams, bet ir kitoms organinių junginių klasėms. Kai kuriems organiniams junginiams naudojami istoriškai nusistovėję (empiriniai) arba vadinamieji trivialūs pavadinimai (skruzdžių rūgštis, sieros eteris, karbamidas ir kt.).

Rašant izomerų formules, nesunku pastebėti, kad anglies atomai jose užima nevienodas pozicijas. Anglies atomas, susietas tik su vienu anglies atomu grandinėje, vadinamas pirminiu, du - antriniais, trimis - tretiniais, keturis - ketvirčiais. Taigi, pavyzdžiui, paskutiniame pavyzdyje 1 ir 7 anglies atomai yra pirminiai, 4 ir 6 yra antriniai, 2 ir 3 yra tretiniai, 5 yra ketvirtiniai. Vandenilio atomų, kitų atomų ir funkcinių grupių savybės priklauso nuo to, su kokiu anglies atomu jie yra susiję: pirminis, antrinis ar tretinis. Į tai visada reikia atsižvelgti.

Priėmimas. Savybės.

Fizinės savybės. Įprastomis sąlygomis pirmieji keturi homologinės alkanų serijos (C 1 - C 4) nariai yra dujos. Įprasti alkanai nuo pentano iki heptadekano (C 5 - C 17) yra skysčiai, pradedant nuo C 18 ir aukščiau yra kietos medžiagos. Didėjant anglies atomų skaičiui grandinėje, t.y. padidinus santykinę molekulinę masę, padidėja alkanų virimo ir lydymosi temperatūra. Esant tokiam pačiam anglies atomų skaičiui molekulėje, šakotų alkanų virimo temperatūra yra žemesnė nei įprastų alkanų.

Alkanai praktiškai netirpsta vandenyje, nes jų molekulės yra mažo poliškumo ir nesąveikauja su vandens molekulėmis; jie gerai ištirpsta nepoliniuose organiniuose tirpikliuose, tokiuose kaip benzenas, anglies tetrachloridas ir kt.

Pagrindiniai natūralūs alkanų šaltiniai yra nafta ir gamtinės dujos. Įvairiose naftos frakcijose yra alkanų nuo C 5 H 12 iki C 30 H 62. Gamtines dujas sudaro metanas (95%), sumaišytas su etanu ir propanu.

Iš sintetinių alkanų gamybos būdų galima išskirti:

1. Gaunimas iš nesočiųjų angliavandenilių. Alkenų arba alkinų sąveika su vandeniliu („hidrinimas“) vyksta esant metalo katalizatoriams (Ni, Pd)
šildymas:

CH s -C≡CH + 2H2 → CH3 -CH2 -CH3.

2. Gauti iš halogenintų darinių. Kai monohalogeninti alkanai kaitinami metaliniu natriu, gaunami alkanai, turintys dvigubai daugiau anglies atomų (Würz reakcija):

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

Panaši reakcija neatliekama su dviem skirtingais halogenintais alkanais, nes taip gaunamas trijų skirtingų alkanų mišinys

3. Gauti iš karboksirūgščių druskų. Kai bevandenės karboksirūgščių druskos yra sujungtos su šarmais, gaunami alkanai, turintys vienu anglies atomu mažiau nei pirminių karboksirūgščių anglies grandinė:

4. Metano gamyba. Vandenilio atmosferoje degant elektros lankui susidaro nemažas metano kiekis:

C + 2H 2 → CH 4.

Ta pati reakcija vyksta, kai anglis vandenilio atmosferoje kaitinama iki 400–500 ° C esant aukštam slėgiui, esant katalizatoriui.

Laboratorinėmis sąlygomis metanas dažnai gaunamas iš aliuminio karbido:

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

Cheminės savybės. Normaliomis sąlygomis alkanai yra chemiškai inertiški. Jie yra atsparūs daugelio reagentų veikimui: jie nesąveikauja su koncentruotomis sieros ir azoto rūgštimis, su koncentruotomis ir išlydytomis šarmomis, jų neoksiduoja stiprūs oksidatoriai - kalio permanganatas KMnO 4 ir kt.

Cheminis alkanų stabilumas paaiškinamas dideliu C-C ir CH s-jungčių stiprumu, taip pat jų nepoliškumu. Nepoliniai C-C ir CH ryšiai alkanuose nėra linkę skilti jonams, tačiau veikiant aktyviems laisviesiems radikalams gali suskaidyti homolitiškai. Todėl alkanams būdingos radikalios reakcijos, dėl kurių susidaro junginiai, kuriuose vandenilio atomai keičiami kitais atomais ar atomų grupėmis. Vadinasi, alkanai reaguoja į radikalų pakeitimo mechanizmą, žymimą simboliu S R (iš anglų kalbos, pakeitimas radikalus). Pagal šį mechanizmą vandenilio atomai lengviausiai keičiami tretiniuose, tada antriniuose ir pirminiuose anglies atomuose.

1. Halogeninimas. Kai alkanai reaguoja su halogenais (chloru ir bromu) veikiami UV spinduliuotės arba aukštoje temperatūroje, susidaro produktų mišinys nuo mono- iki polihalogenintų alkanų. Bendra šios reakcijos schema parodyta naudojant metano pavyzdį:

b) Grandinės augimas. Chloro radikalas pašalina vandenilio atomą iš alkano molekulės:

Cl + CH4 → HCl + CH3

Tokiu atveju susidaro alkilo radikalas, kuris pašalina chloro atomą iš chloro molekulės:

CH 3 + Cl 2 → CH 3 Cl + Cl

Šios reakcijos kartojamos tol, kol grandinė baigiama viena iš reakcijų:

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

Bendra reakcijos lygtis:

Radikaliose reakcijose (halogeninimas, nitravimas) pirmiausia vandenilio atomai sumaišomi tretiniame, paskui antriniame ir pirminiame anglies atomuose. Tai paaiškinama tuo, kad tretinio anglies atomo homolitinis ryšys su vandeniliu lengviausiai nutrūksta (surišimo energija 376 kJ / mol), tada antrinė (390 kJ / mol) ir tik tada pirminė (415 kJ / mol) .

3. Izomerizacija. Įprasti alkanai tam tikromis sąlygomis gali būti paversti šakotosios grandinės alkanais:

4. Krekingas yra hemolizinis C-C jungčių skilimas, atsirandantis kaitinant ir veikiant katalizatoriams.
Krekinguojant aukštesnius alkanus, susidaro alkenai ir žemesnieji alkanai, krekinguojant metaną ir etaną, susidaro acetilenas:

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.

Šios reakcijos yra labai svarbios pramonėje. Tokiu būdu aukštai verdančios alyvos frakcijos (mazutas) virsta benzinu, žibalu ir kitais vertingais produktais.

5. Oksidacija. Švelniai oksiduojant metaną su atmosferos deguonimi, esant įvairiems katalizatoriams, galima gauti metilo alkoholį, formaldehidą ir skruzdžių rūgštį:

Lengvas katalizinis butano oksidavimas atmosferos deguonimi yra vienas iš pramoninių acto rūgšties gamybos būdų:

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

Ore alkanai sudegina iki CO 2 ir H 2 O:

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

Alkenesas

Alkenai (kitaip olefinai arba etileno angliavandeniliai) yra acikliniai nesotieji angliavandeniliai, turintys vieną dvigubą jungtį tarp anglies atomų, sudarydami homologinę seriją, kurios bendra formulė CnH2n. Anglies atomai dviguboje jungtyje yra sp² hibridizacijos būsenos.

Paprasčiausias alkenas yra etienas (C2H4). Remiantis IUPAC nomenklatūra, alkenų pavadinimai yra kilę iš atitinkamų alkanų pavadinimų, priesagą „-an“ pakeičiant „-en“; dvigubos obligacijos padėtis nurodoma arabišku skaitmeniu.

Homologinė serija

Alkenai, turintys daugiau nei tris anglies atomus, turi izomerus. Alkenams būdingas anglies skeleto izomerizmas, dvigubų jungčių padėtis, tarpklasė ir geometrija.

etenas	C2H4
propenas	C3H6
n-butenas	C4H8
n-pentenas	C5H10
n-heksenas	C6H12
n-heptenas	C7H14
n-oktenas	C8H16
n-nonen	C9H18
n-dekene	C10H20

Fizinės savybės

Lydymosi ir virimo taškai didėja didėjant molekulinei masei ir anglies pagrindo ilgiui.
Normaliomis sąlygomis alkenai nuo C2H4 iki C4H8 yra dujos; nuo C5H10 iki C17H34 - skysčiai, po C18H36 - kietos medžiagos. Alkenai netirpsta vandenyje, tačiau gerai ištirpsta organiniuose tirpikliuose.

Cheminės savybės

Alkenai yra reaktyvūs. Jų chemines savybes lemia dvigubas ryšys.
Ozolizė: alkenas oksiduojamas į aldehidus (jei yra vienkartinių pakaitinių angliavandenilių), ketonus (pakeistų vietinių angliavandenilių atveju) arba aldehido ir ketono mišinį (jei trigubai pakeistas alkenas prie dvigubos jungties):

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

Ozolizė sunkiomis sąlygomis - alkenas oksiduojamas į rūgštį:

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

Dvigubos jungties tvirtinimas:
CH2 = CH2 + Br2 → CH2Br-CH2Br

Oksidacija su peracidais:
CH2 = CH2 + CH3COOOH →
arba
CH2 = CH2 + HCOOH → HOCH2CH2OH

1. Pagrindinės A. M. cheminės sandaros teorijos nuostatos. Butlerova

1. Atomai molekulėse yra sujungti vienas su kitu tam tikra seka pagal jų valentingumą. Tarpatominių ryšių seka molekulėje vadinama jos chemine struktūra ir atsispindi viena struktūrine formule (struktūros formulė).

2. Cheminę struktūrą galima nustatyti cheminiais metodais. (Šiuo metu taip pat naudojami šiuolaikiniai fiziniai metodai).

3. Medžiagų savybės priklauso nuo jų cheminės sandaros.

4. Pagal tam tikros medžiagos savybes galite nustatyti jos molekulės struktūrą, o pagal molekulės struktūrą - numatyti savybes.

5. Molekulės atomai ir atomų grupės daro abipusę įtaką vienas kitam.

Organinio junginio molekulė yra atomų rinkinys, susietas tam tikra tvarka, paprastai kovalentinėmis jungtimis. Šiuo atveju surišti atomai gali skirtis dėl elektronegatyvumo dydžio. Elektronegatyvumo vertės iš esmės lemia tokias svarbias jungties savybes kaip poliškumas ir stiprumas (susidarymo energija). Savo ruožtu, molekulių jungčių poliškumas ir stiprumas didele dalimi lemia molekulės gebėjimą įsitraukti į tam tikras chemines reakcijas.

Anglies atomo elektronegatyvumas priklauso nuo jo hibridizacijos būsenos. Taip yra dėl s-orbitos dalies hibridinėje orbitoje: ji yra mažesnė sp3- ir didesnė sp2- ir sp-hibridinių atomų.

Visi molekulę sudarantys atomai yra tarpusavyje susiję ir patiria abipusę įtaką. Ši įtaka daugiausia perduodama per kovalentinių ryšių sistemą, naudojant vadinamuosius elektroninius efektus.

Elektroniniai efektai vadinami elektronų tankio poslinkiu molekulėje veikiant pakaitams.

Poliariškai surišti atomai turi dalinius krūvius, pažymėtus graikų raide delta (d). Atomas, „traukiantis“ s-jungties elektronų tankį savo kryptimi, įgauna neigiamą krūvį d-. Svarstant atomų porą, surištą kovalentiniu ryšiu, labiau elektroneigiamas atomas vadinamas elektronų akceptoriumi. Jo s-obligacijų partneris atitinkamai turės vienodą elektronų tankio deficitą, t.y. dalinis teigiamas krūvis d + bus vadinamas elektronų donoru.

Elektronų tankio poslinkis išilgai s jungčių grandinės vadinamas indukciniu efektu ir žymimas I.

2. Izomerizmas- junginių (daugiausia organinių) buvimas, identiškas elementinės sudėties ir molekulinės masės atžvilgiu, tačiau skirtingas fizinėmis ir cheminėmis savybėmis. Tokie junginiai vadinami izomerais.

Struktūrinė izomerija- cheminės struktūros skirtumų rezultatas. Į šį tipą įeina:

Anglies skeleto izomerizmas dėl skirtingos anglies atomų jungčių tvarkos. Paprasčiausias pavyzdys yra butanas CH3-CH2-CH2-CH3 ir izobutanas (CH3) 3CH. Kiti pavyzdžiai: antracenas ir fenantrenas (atitinkamai I ir II formulės), ciklobutanas ir metilciklopropanas (III ir IV).

Valentinė izomerija yra ypatinga struktūrinės izomerijos rūšis, kai izomerai gali virsti vienas kitu tik dėl obligacijų persiskirstymo. Pavyzdžiui, benzeno (V) valentiniai izomerai yra bicikloheksa-2,5-dienas (VI, „Dewar benzenas“), Prismanas (VII, „Ladenburgo benzenas“), benzvalenas (VIII).

Funkcinės grupės izomerizmas - Skiriasi funkcinės grupės pobūdžiu; pavyzdžiui, etanolis (CH3-CH2-OH) ir dimetilo eteris (CH3-O-CH3).

Pozicijos izomerija- Struktūrinės izomerijos rūšis, kuriai būdingas tų pačių funkcinių grupių arba dvigubų ryšių su tuo pačiu anglies karkasu padėties skirtumas. Pavyzdys: 2-chlorbutano rūgštis ir 4-chlorbutano rūgštis.

Enantiomerai (optiniai izomerai, veidrodiniai izomerai) yra optinių antipodų poros - medžiagos, kurioms būdingi priešingi ženklai ir vienodi šviesos poliarizacijos plokštumos posūkiai, atsižvelgiant į visas kitas fizines ir chemines savybes (išskyrus reakcijas su kitomis optiškai aktyviomis medžiagomis ir fizinėmis savybės chiralinėje aplinkoje). Būtina ir pakankama optinių antipodų atsiradimo priežastis yra molekulės priklausymas vienai iš šių taškų simetrijos grupių: Cn, Dn, T, O arba I (chiralumas). Dažniausiai mes kalbame apie asimetrinį anglies atomą, tai yra atomą, susietą su keturiais skirtingais pakaitais.

3. sp³ hibridizacija - Atsiranda sumaišius vieną s- ir tris p-orbitales. Atsiranda keturios identiškos orbitos, išdėstytos viena kitos atžvilgiu 109 ° 28 '(109,47 °) tetraedriniais kampais, kurių ilgis 0,154 nm.

Anglies atomo ir kitų antrojo laikotarpio elementų atveju šis procesas vyksta pagal schemą:

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

Alkanai(sočiųjų angliavandenilių, parafinų, alifatinių junginių) - linijiniai arba šakotieji acikliniai angliavandeniliai, turintys tik paprastus ryšius ir sudarantys homologinę seriją, kurios bendra formulė CnH2n + 2 . Cheminė alkino sandara paprasčiausių alkanų - metano, etano ir propano - (atomų sujungimo molekulėse tvarka) schemą parodo jų struktūrinės formulės, pateiktos 2 skirsnyje. Iš šių formulių matyti, kad alkanuose yra dviejų tipų cheminių jungčių:

C-C ir C-H. C-C ryšys yra kovalentinis nepolinis. CH ryšys yra kovalentinis silpnai polinis, nes anglis ir vandenilis yra artimi elektronegatyvumui

Nehibridizuojanti p-orbita statmena plokštumai σ-obligacijos, naudojamas formuoti π-ryšį su kitais atomais. Ši anglies geometrija būdinga grafitui, fenoliui ir kt.

Valentinis kampas- kampas, kurį sudaro cheminių ryšių kryptys, sklindančios iš vieno atomo. Norint nustatyti molekulių geometriją, būtina žinoti ryšių kampus. Ryšio kampai priklauso ir nuo individualių prijungtų atomų savybių, ir nuo centrinio atomo atominių orbitų hibridizacijos. Paprastoms molekulėms ryšio kampą, kaip ir kitus geometrinius molekulės parametrus, galima apskaičiuoti naudojant kvantinės chemijos metodus. Eksperimentiškai jie nustatomi pagal molekulių inercijos momentų vertes, gautas analizuojant jų sukimosi spektrus (žr. Infraraudonųjų spindulių spektroskopija, Molekuliniai spektrai, Mikrobangų spektroskopija). Sudėtingų molekulių jungties kampas nustatomas difrakcijos struktūrine analize.

4. sp2 hibridizacija (plokštuminė-trigoninė) Sumaišomos vienos s ir dvi p orbitos, ir susidaro trys lygiavertės sp2 hibridinės orbitos, esančios toje pačioje plokštumoje 120 ° kampu (paryškinta mėlyna spalva). Jie gali sudaryti tris σ jungtis. Trečioji p-orbitalė išlieka nehibridizuota ir nukreipta statmenai hibridinių orbitų plokštumai. Šis p-AO dalyvauja formuojant π-ryšį . Antrojo laikotarpio elementams sp2 hibridizacijos procesas vyksta pagal schemą:

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

Antroji anglies atomo valentinė būsena. Yra organinių medžiagų, kuriose anglies atomas yra susietas ne su keturiais, o su trimis kaimyniniais atomais, tačiau išlieka keturvalentis

5. sp-hibridizacija (linijinė) Vienas s- ir vienas p-orbitinis mišinys, sudarantis dvi lygiavertes sp-orbitales, esančias 180 kampu, t.y. vienoje ašyje. Hibridinės sp-orbitalės dalyvauja formuojant dvi σ-jungtis. Dvi p-orbitos nėra hibridizuotos ir yra viena kitai statmenose plokštumose. -Obitalai junginiuose sudaro dvi π-jungtis.

Antrojo laikotarpio elementams sp-hibridizacija vyksta pagal schemą:

2s + 2px = 2 (2sp)

2py- ir 2pz-AO nesikeičia.

Acetilenas- nesotieji angliavandeniliai C2H2. Turi trigubą ryšį tarp anglies atomų, priklauso alkinų klasei

Anglies atomai acetilene yra sp-hibridizuoti. Jie yra sujungti viena ir dviem jungtimis, maks. tankio iki rykh yra dviejose tarpusavyje statmenose srityse, sudarančios cilindrinę formą. elektronų tankio debesis; už jos ribų yra H.

METILKETILENAS(propinas, alilenas) CH3C = CH. Pagal chem. Šv. Jūs M. yra tipiškas acetileninių angliavandenilių atstovas. Lengvai patenka į elektroforų rajoną, Nucleoph. ir radikalus pridėjimas prie trigubos jungties, pavyzdžiui. kai bendrauja. su metanoliu sudaro metilo izopropenilo eterį.

6. Bendravimo tipai - Metalinė jungtis, kovalentinė jungtis, joninė jungtis, vandenilio jungtis

Joninis ryšys- stiprus cheminis ryšys, susidarantis tarp atomų, turinčių didelį elektronegatyvumo skirtumą, kuriame visa elektronų pora yra visiškai perkelta į didesnio elektronegatyvumo atomą. Pavyzdys yra CsF junginys, kuriame „joniškumo laipsnis“ yra 97%.

kraštutinis kovalentinio polinio ryšio poliarizacijos atvejis. Susidaro tarp tipiško metalo ir nemetalo. Šiuo atveju metalo elektronai visiškai perkeliami į nemetalą. Susidaro jonai.

Jei tarp atomų, turinčių labai didelį elektronegatyvumo skirtumą (pagal Paulingą), susidaro cheminis ryšys (EO> 1,7), tada visa elektronų pora visiškai perkeliama į atomą, turintį didesnį EO. Dėl to susidaro priešingai įkrautų jonų junginys.

Kovalentinis ryšys(atominis ryšys, homeopolinis ryšys) - cheminis ryšys, susidarantis dėl valentinių elektronų debesų poros persidengimo (socializacijos). Ryšį užtikrinantys elektronų debesys (elektronai) vadinami bendra elektronų pora.

Paprastas kovalentinis ryšys susidaro iš dviejų nesuporuotų valentinių elektronų, po vieną iš kiekvieno atomo:

Dėl socializacijos elektronai sudaro užpildytą energijos lygį. Ryšys susidaro, jei jų bendra energija šiame lygyje yra mažesnė nei pradinėje būsenoje (o energijos skirtumas bus ne kas kita, kaip ryšių energija).

Atominių (kraštuose) ir molekulinių (centre) orbitų užpildymas H2 molekulėje elektronais. Vertikali ašis atitinka energijos lygį, elektronai žymimi rodyklėmis, atspindinčiomis jų sukimąsi.

Remiantis molekulinių orbitų teorija, dviejų atominių orbitų sutapimas paprasčiausiu atveju lemia dviejų molekulinių orbitų (MO) susidarymą: jungiamąjį MO ir antikūnį jungiantį (antikondicionuojantį) MO. Bendri elektronai yra sujungimo MO, kuris yra mažesnės energijos.

7. Alkanai- linijinės arba šakotosios struktūros acikliniai angliavandeniliai, turintys tik paprastus ryšius ir sudarantys homologinę seriją, kurios bendra formulė CnH2n + 2.

Alkanai yra prisotinti angliavandeniliai ir juose yra kuo daugiau vandenilio atomų. Kiekvienas anglies atomas alkano molekulėse yra sp³ hibridizacijos būsenos - visos 4 hibridinės C atomo orbitos yra vienodos formos ir energijos, 4 elektronų debesys nukreipti į tetraedro viršūnes 109 ° 28 "kampu. iki atskirų jungčių tarp C atomų, laisvas sukimasis aplink anglies jungtį Anglies jungties tipas - σ -jungtis, jungtys yra mažo poliškumo ir blogai poliarizuojamos Anglies jungties ilgis - 0,154 nm.

Sočiųjų angliavandenilių izomerija atsiranda dėl paprasčiausio struktūrinio izomerizmo tipo - anglies karkaso izomerizmo. Homologinis skirtumas yra -CH2-. Alkanai, turintys daugiau nei tris anglies atomus, turi izomerus. Šių izomerų skaičius didėja milžinišku greičiu, nes didėja anglies atomų skaičius. Alkanams, kurių n = 1 ... 12, izomerų skaičius yra 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.

Nomenklatūra - Racionalu. Pasirinktas vienas iš anglies grandinės atomų, manoma, kad jis pakeistas metanu ir jo atžvilgiu sudarytas pavadinimas alkil1alkil2alkyl3alkyl4methane

Priėmimas... Halogenintų alkanų redukcija. Alkoholio atsigavimas. Karbonilo junginių redukcija. Nesočiųjų angliavandenilių hidrinimas. Kolbės sintezė. Kietojo kuro dujinimas. Wurtzo reakcija. Fischer-Tropsch sintezė.

8. Alkanai turi mažą cheminį aktyvumą. Taip yra todėl, kad atskiros C ir H obligacijos yra gana stiprios ir jas sunku nutraukti.

Radikalios pakaitinės reakcijos.

Alkanų halogeninimas vyksta radikaliu mechanizmu. Norint pradėti reakciją, alkano ir halogeno mišinys turi būti apšvitintas UV šviesa arba pašildytas. Metano chlorinimas nesibaigia metilo chlorido gavimo stadijoje (jei imami ekvimoliniai chloro ir metano kiekiai), bet susidaro visi įmanomi pakaitiniai produktai, pradedant metilo chloridu ir baigiant anglies tetrachloridu.

Nitracija (Konovalovo reakcija)

Alkanai reaguoja su 10% azoto rūgšties arba azoto oksido N2O4 tirpalu dujų fazėje ir sudaro nitro darinius:

RH + HNO3 = RNO2 + H2O

Visi turimi duomenys rodo laisvųjų radikalų mechanizmą. Dėl reakcijos susidaro produktų mišiniai.

Oksidacijos reakcijos. Degimas

Pagrindinė sočiųjų angliavandenilių cheminė savybė, lemianti jų naudojimą kaip kuras, yra degimo reakcija. Pavyzdys: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

Jei trūksta deguonies, vietoj anglies dioksido susidaro anglies monoksidas arba anglis (priklausomai nuo deguonies koncentracijos).

Apskritai bet kurio angliavandenilio CxHy degimo reakcijos lygtis gali būti parašyta taip: CxHy + (x + 0,5y) O2 → xCO2 + 0,5yH2O

Katalizinė oksidacija

Gali susidaryti alkoholiai, aldehidai, karboksirūgštys.

Šiluminės alkanų transformacijos. Skilimas

Skilimo reakcijos atsiranda tik veikiant aukštai temperatūrai. Padidėjus temperatūrai, nutrūksta anglies jungtis ir susidaro laisvieji radikalai.

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

Krekingo

Kai alkanai kaitinami virš 500 ° C, jie piroliziškai suyra, susidaro sudėtingas produktų mišinys, kurio sudėtis ir santykis priklauso nuo temperatūros ir reakcijos laiko.

Dehidratacija

Alkenų susidarymas ir vandenilio evoliucija

Srauto sąlygos: 400 - 600 ° C, katalizatoriai - Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3; C2H6 → C2H4 + H2

Izomerizacija - Veikiant katalizatoriui (pvz., AlCl3), alkanas izomerizuojasi, pavyzdžiui:

butanas (C4H10), sąveikaujantis su aliuminio chloridu (AlCl3), iš n-butano virsta 2-metilpropanu.

Metano konversija

CH4 + H2O → CO + H2 - Ni katalizatorius („CO + H2“ „sintezės dujos“)

Alkanai nesąveikauja su kalio permanganatu (KMnO4) ir bromo vandeniu (Br2).

9 alkenai(kitaip olefinai arba etileno angliavandeniliai) - acikliniai nesotieji angliavandeniliai, turintys vieną dvigubą jungtį tarp anglies atomų, sudarydami homologinę seriją, kurios bendra formulė CnH2n. Anglies atomai dviguboje jungtyje yra sp² hibridizacijos būsenos ir turi 120 ° jungties kampą. Paprasčiausias alkenas yra etienas (C2H4). Remiantis IUPAC nomenklatūra, alkenų pavadinimai yra kilę iš atitinkamų alkanų pavadinimų, priesagą „-an“ pakeičiant „-en“; dvigubos obligacijos padėtis nurodoma arabišku skaitmeniu.

Alkenai, turintys daugiau nei tris anglies atomus, turi izomerus. Alkenams būdingas anglies skeleto izomerizmas, dvigubų jungčių padėtis, tarpklasės ir erdvinis. etilenas (etilenas) C2H4, propenasC3H6, butenasC4H8, pentenasC5H10, heksenasC6H12,

Alkenų gavimo būdai - Pagrindinis pramoninis alkenų gamybos metodas yra katalizinis ir aukštos temperatūros naftos ir gamtinių dujų angliavandenilių krekingas. Žemesnių alkenų gamybai taip pat naudojama atitinkamų alkoholių dehidratacijos reakcija.

Laboratorinėje praktikoje dažniausiai naudojamas alkoholių dehidratacijos metodas esant stiprioms mineralinėms rūgštims, dehidrohalogeninimas ir atitinkamų halogenintų darinių dehalogeninimas; Hoffmann, Chugaev, Wittig ir Cope sintezės.

10. Cheminės alkenų savybės Alkenai yra reaktyvūs. Jų chemines savybes daugiausia lemia dvigubas ryšys. Alkenams būdingiausios reakcijos yra elektrofilinės ir radikaliosios aditacijos reakcijos. Nukleofilinėms pridėjimo reakcijoms paprastai reikia stipraus nukleofilo ir jos nėra būdingos alkenams.

Ciklo papildymo ir metatezės reakcijos taip pat yra alkenų bruožas.

Alkenai lengvai įsijungia į oksidacijos reakcijas, yra hidrinami stipriais reduktoriais arba vandeniliu, veikiant katalizatoriams, į alkanus, taip pat gali pakeisti alilo radikalus.

Elektrofilinės pridėjimo reakcijos.Šiose reakcijose atakuojanti dalelė yra elektrofilas.

Alkenų halogeninimas vykstanti nesant radikalių reakcijų iniciatorių, yra tipiška elektrofilinė pridėjimo reakcija. Jis atliekamas nepolinių inertinių tirpiklių aplinkoje (pavyzdžiui: CCl4):

Halogeninimo reakcija yra stereospecifinė - pridėjimas vyksta iš priešingų pusių, palyginti su alkeno molekulės plokštuma

Hidrohalogenavimas. Elektrofilinis vandenilio halogenidų pridėjimas prie alkenų vyksta pagal Markovnikovo taisyklę:

Hidroboravimas. Pridėjimas vyksta daugiapakopiu būdu, kai susidaro tarpinis ciklinis aktyvuotas kompleksas, o boro pridedama prieš Markovnikovo taisyklę - į labiausiai hidrintą anglies atomą

Drėkinimas. Vandens pridėjimo prie alkenų reakcija vyksta dalyvaujant sieros rūgščiai

Alkilinimas. Pridedant alkanų prie alkenų esant rūgščiam katalizatoriui (HF arba H2SO4) esant žemai temperatūrai, susidaro didesnės molekulinės masės angliavandenilis, kuris dažnai naudojamas pramonėje

11. Alkyne(kitaip acetileno angliavandeniliai) - angliavandeniliai, turintys trigubą jungtį tarp anglies atomų, bendrosios formulės CnH2n -2. Anglies atomai trigubame ryšyje yra sp-hibridizacijos būsenoje.

Alkinams būdingos pridėjimo reakcijos. Skirtingai nuo alkenų, kuriems būdingos elektrofilinės pridėjimo reakcijos, alkinai taip pat gali įsijungti į nukleofilines pridėjimo reakcijas. Taip yra dėl ryškaus ryšio pobūdžio ir dėl to padidėjusio anglies atomo elektronegatyvumo. Be to, didelis vandenilio atomo judrumas triguboje jungtyje lemia rūgščias alkinų savybes pakaitinėse reakcijose.

Pagrindinis pramoninis gavimo būdas acetilenas yra elektrinis arba terminis metano krekingo, gamtinių dujų pirolizės ir karbido metodas

12. DIENO VANDENYS(dienai), nesotieji angliavandeniliai su dviem dvigubomis jungtimis. Alifatic. dienai СnН2n_2 paskambino. alkadieniai, alicikliniai СnН2n_4 - cikloalkadienai. Straipsnyje aptariami dieniniai angliavandeniliai su konjuguotomis dvigubomis jungtimis [konjuguoti dienai; žr. lentelę]. Dienesas su izoliuotomis dvigubomis jungtimis chemijoje. Jums šv. nesiskiria nuo olefinų. Apie jung. su kaupiamosiomis dvigubomis jungtimis, žr. Dieniniuose angliavandeniliuose visi keturi konjuguotos sistemos anglies atomai yra hibridizuoti sp2 ir yra toje pačioje plokštumoje. Keturi p -elektronai (po vieną iš kiekvieno anglies atomo) suformuoja keturias p -molekulines orbitales (dvi jungtys - užimtos ir dvi antikūnių neturinčios), iš kurių tik mažiausias yra delokalizuotas per visus anglies atomus. Dalinis p-elektronų delokalizavimas sukelia konjugacijos efektą, pasireiškiantį sistemos energijos sumažėjimu (13–17 kJ / mol, palyginti su izoliuotų dvigubų ryšių sistema), tarpatominių atstumų išlyginimu: dvigubos jungtys yra šiek tiek mažesnės. ilgesni (0,135 nm), o paprasti yra trumpesni (0,146 nm) nei molekulėse be konjugacijos (atitinkamai 0,133 ir 0,154 nm), padidėja poliarizacija, išryškėja molekulinis lūžis ir kt. efektai. Dieniniai angliavandeniliai egzistuoja dviejų konformacijų pavidalu, pereina vienas į kitą, o s-trans forma yra stabilesnė

13. Alkoholiai vadinami junginiais, turinčiais vieną ar daugiau hidroksilo grupių. Pagal jų skaičių alkoholiai skirstomi į monohidrinius, diatominius, triatominius ir kt. Ryšio ilgis ir jungties kampai metilo alkoholyje.

Yra keletas būdų, kaip pavadinti alkoholį. Šiuolaikinėje IUPAC nomenklatūroje prie alkoholio pavadinimo angliavandenilio pavadinimo pridedama pabaiga „ol“. Ilgiausia grandinė, turinti OH funkcinę grupę, sunumeruojama nuo galo, iki kurio hidroksilo grupė yra arčiausiai, o pakaitalai nurodyti priešdėlyje.

Priėmimas. Alkenų drėkinimas. Kai alkenai sąveikauja su praskiestais vandeniniais rūgščių tirpalais, alkoholis yra pagrindinis produktas.

Alkeneso hidroksimerkuracija-demerkuracija... Ši reakcija nėra lydima pertvarkymų ir sukelia atskirų alkoholių susidarymą. Reakcijos kryptis atitinka Markovnikovo taisyklę, reakcija atliekama švelniomis sąlygomis, o derlius artimas kiekybiniam.

Alkenų hidroboravimas ir vėlesnė oksidacija boranai su vandenilio peroksido tirpalu šarminėje terpėje galiausiai sukuria anti-Markovnik produktą, pridedant vandens prie dvigubos jungties.

Aldehidų ir ketonų redukcija ličio aliuminio hidridu arba natrio borohidridu

LiAlH4 ir NaBH4 redukuoja aldehidus į pirminius alkoholius, o ketonai - į antrinius alkoholius, o natrio borohidridas yra geresnis dėl didesnio naudojimo saugumo: jį galima naudoti net vandeniniuose ir alkoholiniuose tirpaluose. Ličio aliuminio hidridas sprogiai reaguoja su vandeniu ir alkoholiu ir sprogiai suyra kaitinant virš 120 ° sausoje būsenoje.

Esterių ir karboksirūgščių redukcija į pirminius alkoholius. Pirminiai alkoholiai susidaro redukuojant esterius ir karboksirūgštis ličio aliuminio hidridu eteryje arba THF. Ypač patogus preparatyvine prasme yra esterių redukcijos ličio aliuminio hidridu metodas. Reikėtų pažymėti, kad natrio borohidridas nesumažina esterio ir karboksilo grupių. Tai leidžia selektyviai redukuoti karbonilo grupę NaBH4, esant esteriui ir karboksilo grupei. Atkūrimo derlius retai būna mažesnis nei 80%. Ličio boro hidridas, priešingai nei NaBH4, esterius paverčia pirminiais alkoholiais.

14. Daugiavandeniai alkoholiai. Glicerolis- cheminis junginys, kurio formulė HOCH2CH (OH) -CH2OH arba C3H5 (OH) 3. Paprasčiausias trivandenių alkoholių atstovas. Tai klampus skaidrus skystis. Jis lengvai susidaro hidrolizuojant natūralius (augalinius ar gyvulinius) riebalus ir aliejus (trigliceridus), pirmą kartą gautas Karlo Scheele 1779 m., Muilinant riebalus.

Fizinės savybės. Glicerolis- bespalvis, klampus, higroskopinis skystis, be galo tirpus vandenyje. Saldus skonis, todėl ir gavo savo pavadinimą (glikozė - saldus). Jis gerai ištirpdo daugelį medžiagų.

Cheminės savybės glicerolis yra būdingas daugiavandeniams alkoholiams. Glicerolio sąveika su vandenilio halogenidais arba fosforo halogenidais sukelia mono- ir dihalohidridų susidarymą. Glicerinas esterinamas su karboksirūgštimis ir mineralinėmis rūgštimis, kad susidarytų atitinkami esteriai. Taigi su azoto rūgštimi glicerinas sudaro trinitratą - nitrogliceriną (1847 m. Gautą Ascanio Sobrero (anglų k.)), Kuris šiuo metu naudojamas gaminant nerūkančius miltelius.

Kai dehidratuota, susidaro akroleinas:

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

Etilenglikolis, HO -CH2 -CH2 -OH yra paprasčiausias daugiasvandenių alkoholių atstovas. Išgryninta forma yra skaidrus, bespalvis, šiek tiek riebios konsistencijos skystis. Jis yra bekvapis ir saldaus skonio. Toksiškas. Prarijus etilenglikolio ar jo tirpalų viduje, gali atsirasti negrįžtamų kūno pokyčių ir mirtis.

Etilenglikolio pramonė gaunamas hidratacijos būdu etileno oksidas esant 10 atm ir 190-200 ° C temperatūrai arba esant 1 atm ir 50-100 ° C temperatūrai, esant 0,1-0,5% sieros (arba ortofosforo) rūgšties, pasiekiantis 90% išeigą. Šiuo atveju šalutiniai produktai yra dietilenglikolis, trietilenglikolis ir nedidelis kiekis aukštesnio etilenglikolio polimeromologų.

15. Aldehidai- alkoholis be vandenilio; organiniai junginiai, turintys karbonilo grupę (C = O) su vienu pakaitu.

Aldehidai ir ketonai yra labai panašūs, skirtumas yra tas, kad pastarieji turi du pakaitus karbonilo grupėje. Anglies ir deguonies dvigubos jungties poliarizacija pagal mezomerinės konjugacijos principą leidžia parašyti šias rezonansines struktūras:

Šis krūvių atskyrimas patvirtinamas fiziniais tyrimo metodais ir iš esmės lemia aldehidų, kaip ryškių elektrofilų, reaktyvumą. Apskritai aldehidų cheminės savybės yra panašios į ketonus, tačiau aldehidai yra aktyvesni dėl didesnės jungties poliarizacijos. Be to, aldehidams būdingos reakcijos, kurios nėra būdingos ketonams, pavyzdžiui, hidratacija vandeniniame tirpale: metanale, dėl dar didesnės jungties poliarizacijos, ji yra baigta, o kituose aldehiduose ji yra dalinė:

RC (O) H → RC (OH) 2H, kur R yra H, bet koks alkilas arba arilo radikalas.

Paprasčiausi aldehidai turi aštrų būdingą kvapą (pavyzdžiui, benzaldehidas yra migdolų kvapas).

Veikiant hidroksilaminui, jie virsta oksimais: CH3CHO + NH2OH = CH3C (= NOH) H + H2O

Formaldehidas (iš lotynų kalbos formica - skruzdėlė), skruzdžių aldehidas, CH2O, pirmasis homologinės alifatinių aldehidų serijos narys; bespalvės aštraus kvapo dujos, lengvai tirpsta vandenyje ir alkoholyje, virimo temperatūra - 19 ° С. Pramonėje fosforas gaminamas oksiduojant metilo alkoholį arba metaną atmosferos deguonimi. F. lengvai polimerizuojasi (ypač esant temperatūrai iki 100 ° C); todėl jis laikomas, transportuojamas ir naudojamas daugiausia formalino ir kietų mažos molekulinės masės polimerų-trioksano (žr. Trioksimetileno) ir paraformaldehido (žr. Paraformaldehido) pavidalu ).

F. yra labai reaktyvus; daugelio jo reakcijų pagrindas yra pramoniniai daugelio svarbių produktų gavimo būdai. Taigi, sąveikaudamas su amoniaku, F. formuoja urotropiną (žr. Heksametilentetraminą), su karbamidu, karbamido-formaldehido derva, su melaminu, melamino-formaldehido dervomis, su fenoliais, fenolio-formaldehido dervomis (žr. Fenolio-aldehido dervas), su fenoliu- ir naftalensulfono rūgštys - taninai, su ketenu - b -propiolaktonas. F. taip pat naudojamas polivinilo formalui (žr. Polivinilacetalį), izoprenui, pentaeritritui, vaistinėms medžiagoms, dažikliams, odai rauginti, kaip dezinfekuojančiai ir dezodoruojančiai medžiagai gauti. Polimerizuojant fosforą susidaro poliformaldehidas. F. yra toksiškas; didžiausia leistina koncentracija ore yra 0,001 mg / l.

Acetaldehidas, acetaldehidas, CH3CHO, organinis junginys, bespalvis skystis su aštriu kvapu; Virimo temperatūra 20,8 ° C. Lydymosi temperatūra - 124 ° C, tankis 783 kg / m3 ", visais atžvilgiais maišosi su vandeniu, alkoholiu, eteriu. A. turi visas būdingas aldehidų savybes. Esant mineralinėms rūgštims, jis polimerizuojasi į skystą trimerinį paraldehidą (CH3CHO ) 3 ir kristalinis tetramerinis metaldehidas (CH3CHO) 4. Kai abu polimerai kaitinami dalyvaujant sieros rūgščiai, A.

Vienas pagrindinių seniai žinomų būdai gauti A. susideda iš vandens pridėjimo prie acetileno, esant gyvsidabrio druskoms, esant maždaug 95 ° C temperatūrai

16. Ketonai yra organinės medžiagos, kurių molekulėse karbonilo grupė yra susieta su dviem angliavandenilių radikalais.

Bendra ketonų formulė: R1-CO-R2. Be kitų karbonilo junginių, ketonuose yra tik du anglies atomai, tiesiogiai prijungti prie karbonilo grupės, jie skiriasi nuo karboksirūgščių ir jų darinių, taip pat aldehidų.

Fizinės savybės. Ketonai yra lakūs skysčiai arba mažai tirpstančios kietos medžiagos, kurios gerai sumaišomos su vandeniu. Neįmanoma sudaryti tarpmolekulinių vandenilio jungčių, kurios lemia jų šiek tiek didesnį lakumą nei tos pačios molekulinės masės alkoholiai ir karboksirūgštys.

Sintezės metodai. Antrinių alkoholių oksidacija.

Iš tretinių peroksoestrų pagal Kriege pertvarkymą.

Cikloketonus galima gauti ciklizuojant Ruzicką.

Aromatinius ketonus galima gauti naudojant Friedel-Crafts reakciją

Cheminės savybės. Yra trys pagrindinės ketonų reakcijų rūšys.

Pirmasis yra susijęs su nukleofiliniu ataka prieš karbonilo grupės anglies atomą. Pavyzdžiui, ketonų sąveika su cianido anijonu ar metaliniais organiniais junginiais. Tas pats tipas (nukleofilinis priedas) apima karbonilo grupės sąveiką su alkoholiais, todėl atsiranda acetalų ir pusiau acetalų.

Sąveika su alkoholiu:

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

su Grignardo reagentais:

C2H5 - C (O) —C2H5 + C2H5MgI → (C2H5) 3OMgI → (C2H5) 3OH, tretinis alkoholis. Reakcijos su aldehidais, ypač su metanalu, yra daug aktyvesnės, o antriniai alkoholiai susidaro su aldehidais, o pirminiai alkoholiai - su metanalu.

Ketonai taip pat reaguoja su azotinėmis bazėmis, pavyzdžiui, su amoniaku ir pirminiais aminais, sudarydami iminus:

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

Antrasis reakcijos tipas yra beta anglies atomo deprotonavimas karbonilo grupės atžvilgiu. Gautas karbanionas stabilizuojamas dėl konjugacijos su karbonilo grupe, padidėja protonų pašalinimo paprastumas; todėl karbonilo junginiai yra palyginti stiprios CH rūgštys.

Trečiasis yra elektrofilų koordinavimas pagal vienišą deguonies atomo porą, pavyzdžiui, tokias Lewiso rūgštis kaip AlCl3

Ketonų sumažėjimas - sumažėjimas pagal „Leuckart“, kurio išeiga artima kiekybiniam, gali būti priskiriama atskiram reakcijos tipui.

17. Palyginkite 15 ir 16 klausimus.

18. Monobazinės prisotintos karboksirūgštys(vienbazės prisotintos karboksirūgštys) - karboksirūgštys, kuriose prisotintas angliavandenilio radikalas yra sujungtas su viena karboksilo grupe -COOH. Visi jie turi bendrą formulę СnH2n + 1COOH, kur n = 0, 1, 2, ...

Nomenklatūra. Sisteminiai vienbazių sočiųjų karboksirūgščių pavadinimai pateikiami atitinkamo alkano pavadinimu, pridedant priesagą -oic ir žodį rūgštis.

Skeleto izomerizmas angliavandenilių radikale pasireiškia pradedant butano rūgštimi, kuri turi du izomerus:

CH3-CH2-CH2-COOH n-butano rūgštis; CH3-CH (CH3) -COOH 2-metilpropano rūgštis.

Tarpklasinė izomerija atsiranda pradedant acto rūgštimi:

CH3-COOH acto rūgštis; H-COO-CH3 metilo formiatas (skruzdžių rūgšties metilo esteris); HO -CH2 -COH hidroksietanalas (hidroksiacetinis aldehidas); HO-CHO-CH2 hidroksietileno oksidas.

19. Esteriai- organiniai junginiai, karboksirūgščių arba mineralinių rūgščių dariniai, kuriuose rūgšties funkcijos hidroksilo grupė -OH pakeičiama alkoholio liekana. Jie skiriasi nuo eterių, kuriuose du angliavandenilių radikalai yra sujungti deguonies atomu (R1-O-R2).

Riebalai arba trigliceridai- natūralūs organiniai junginiai, pilni glicerolio ir vienbazių riebalų rūgščių esteriai; priklauso lipidų klasei. Kartu su angliavandeniais ir baltymais riebalai yra vienas iš pagrindinių gyvūnų, augalų ir mikroorganizmų ląstelių komponentų. Skystieji augaliniai riebalai, kaip ir sviestas, paprastai vadinami aliejais.

Karboksirūgštys- organinių junginių klasė, kurios molekulėse yra viena ar daugiau funkcinių karboksilo grupių -COOH. Rūgštinės savybės paaiškinamos tuo, kad ši grupė gali palyginti lengvai pašalinti protoną. Išskyrus retas išimtis, karboksirūgštys yra silpnos. Pavyzdžiui, acto rūgšties CH3COOH rūgštingumo konstanta yra 1,75 · 10−5. Di- ir trikarboksirūgštys yra stipresnės už monokarboksirūgštis.

Riebalai yra geras šilumos izoliatorius, todėl daugeliui šiltakraujų gyvūnų jie nusėda poodiniame riebaliniame audinyje, taip sumažinant šilumos nuostolius. Ypač storas poodinis riebalų sluoksnis būdingas vandens žinduoliams (banginiams, riešutams ir kt.). Tuo pačiu metu gyvūnams, gyvenantiems karštame klimate (kupranugariai, jerboos), kaupiasi riebalų atsargos.

Struktūrinė funkcija

Fosfolipidai yra ląstelės membranos dvisluoksnio pagrindo, cholesterolio - membranos sklandumo reguliatoriai. Archeoje membranose yra izoprenoidinių angliavandenilių darinių. Ant augalų antžeminių organų (lapų ir jaunų ūglių) paviršiaus vaškai sudaro odelę. Juos taip pat gamina daugelis vabzdžių (pavyzdžiui, bitės iš jų stato korius, o masto vabzdžiai ir masto vabzdžiai sudaro apsauginius dangtelius).

Reguliavimo

Vitaminai - lipidai (A, D, E)

Hormoniniai (steroidai, eikozanoidai, prostaglandinai ir kt.)

Kofaktoriai (dolicholis)

Signalinės molekulės (digliceridai, jazmono rūgštis; MP3 kaskados)

Apsauginis (nusidėvėjimas)

Storas riebalų sluoksnis apsaugo daugelio gyvūnų vidaus organus nuo smūginės žalos (pavyzdžiui, jūrų liūtai, sveriantys iki tonos, gali iššokti į akmenuotą krantą nuo 4-5 m aukščio uolų).

20-21-22. Vienbazės nesočiosios rūgštys- nesočiųjų angliavandenilių dariniai, kurių vienas vandenilio atomas yra pakeistas karboksilo grupe.

Nomenklatūra, izomerija. Nesočiųjų rūgščių grupėje dažniausiai naudojami empiriniai pavadinimai: CH2 = CH -COOH -akrilo (propeno) rūgštis, CH2 = C (CH3) -COOH -metakrilo (2 -metilpropeno) rūgštis. Izomerizmas nesočiųjų vienbazių rūgščių grupėje yra susijęs su:

a) anglies karkaso izomerija; b) dvigubos jungties padėtis; c) cis-trans izomerija.

Gavimo būdai.1. Halogenintų rūgščių dehidrohalogeninimas:

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

2. Hidroksi rūgščių dehidratacija: HO-CH2-CH2-COOH-> CH2 = CH-COOH

Fizinės savybės... Mažesnės nesočiosios rūgštys yra vandenyje tirpūs skysčiai, turintys stiprų aštrų kvapą; aukštesnės - kietos, vandenyje netirpios medžiagos, bekvapės.

Cheminės savybės nesočiosios karboksirūgštys atsiranda tiek dėl karboksilo grupės savybių, tiek dėl dvigubos jungties savybių. Rūgštys, turinčios dvigubą ryšį, artimą karboksilo grupei - alfa, beta nesočiosios rūgštys - turi specifinių savybių. Šiose rūgštyse vandenilio halogenidų pridėjimas ir hidratacija prieštarauja Markovnikovo taisyklei: CH2 = CH-COOH + HBr-> CH2Br-CH2-COOH

Kruopščiai oksiduojant susidaro dioksi rūgštys: CH2 = CH-COOH + [O] + H20-> HO-CH2-CH (OH) -COOH

Stipriai oksiduojantis, dviguba jungtis nutrūksta ir susidaro įvairių produktų mišinys, pagal kurį galima nustatyti dvigubos jungties padėtį. Oleino rūgštis С17Н33СООН yra viena iš svarbiausių nesočiųjų rūgščių. Tai bespalvis skystis, kietėjantis šaltyje. Jo struktūrinė formulė: CH3- (CH2) 7-CH = CH- (CH2) 7-COOH.

23. Dviejų bazių prisotintos karboksirūgštys(dvibazės prisotintos karboksirūgštys) - karboksirūgštys, kuriose prisotintas angliavandenilio radikalas yra sujungtas su dviem karboksilo grupėmis -COOH. Visi jie turi bendrą formulę HOOC (CH2) nCOOH, kur n = 0, 1, 2, ...

Nomenklatūra. Sisteminiai dvibazių sočiųjų karboksirūgščių pavadinimai pateikiami atitinkamo alkano pavadinimu, pridedant priesagą -diic ir žodį rūgštis.

Skeleto izomerizmas angliavandenilių radikale pasireiškia pradedant butano rūgštimi, kuri turi du izomerus:

HOOC-CH2-CH2-COOH n-butano rūgštis (etano-1,2-dikarboksirūgštis);

CH3-CH (COOH) -COOH etano-1,1-dikarboksirūgštis.

24-25. OXICIDAI (hidroksikarboksirūgštys), molekulėje, pavyzdžiui, kartu su karboksilo grupe - COOH, hidroksilo grupe - OH. HOCH2COOH (glikolio rūgštis). Sudėtyje yra augalų ir gyvūnų organizmų (pieno, citrinų, vyno ir kitų rūgščių).

Pasiskirstymas gamtoje

Hidroksi rūgštys yra labai paplitusios; taigi, vyno, citrinos, obuolių, pieno ir kitos rūgštys priklauso hidroksi rūgštims, o jų pavadinimas atspindi pirminį natūralų šaltinį, kuriame ši medžiaga buvo rasta.

Sintezės metodai

Reformatskio reakcija yra β-hidroksikarboksirūgščių esterių sintezės metodas.

"Vaisių rūgštys". Daugelis hidroksi rūgščių kosmetikoje naudojamos kaip keratolitikai. Tačiau pavadinimą šiek tiek pakeitė rinkodaros specialistai - siekiant didesnio patrauklumo kosmetologijoje jie dažnai vadinami „vaisių rūgštimis“.

26-27. OXICIDAI (alkoholio rūgštys ), dvigubos funkcijos junginiai, tuo pačiu alkoholiai ir rūgštys, kuriuose yra ir vandeninių liekanų, ir karboksilo grupės. Žvelgiant į OH padėtį COOH atžvilgiu (šalia, per vieną, dvi, tris vietas), išskiriamos a-, /?-, y-, b-hidroksi rūgštys. O. .CH (OH) .COOH; oksinitrilių muilinimas CH3.CH (OH) .CN - * CH3.CH (OH) .COOH; halogeno keitimas halogeno rūgštyse į OH: CH2C1.COOH + KOH = CH2 (OH) .COOH + + KC1, HN02 poveikis aminorūgštims: CH2 (NH2). COOH + HN02 = CH2 (OH) + N2 + + H20. Gyvūnų organizme oksirūgštys susidaro deaminuojant (žr.) Aminorūgštis, oksiduojant riebalus iki - t (žr. Acetono kūnai, Metabolizmas - baltymai), glikolizės (žr.), Fermentacijos (žr.) Ir kt. Metu chem. procesus. Hidroksi rūgštys yra tiršti arba kristaliniai skysčiai. medžiagos. Chem. O. santykis reaguoja ir kaip alkoholiai, ir kaip - tu: duok pvz. ir eteriai, ir esteriai; veikiant halogenintiems fosforo junginiams, abu OH pakeičiami halogenu; halogenintas į- jūs reaguojate tik su alkoholiu OH- Ypatingos reakcijos apibūdina a-, /)-, y- ir b-hidroksi rūgštis: a- hidroksi rūgštys, netekusios vandens iš dviejų molekulių, duoda ciklinius esterius, laktidus: 2CH2 (OH). COOH = 2H20 + CH2.O.CO (glikolidas); co.o.sn2 / Z-O., išskirdami vandenį, jums sudaro nesočiųjų: CH2 (OH) .CH2.COOH-H20 = CH2: CH. .UNO; y- ir d-hidroksirūgštys sudaro anhidridus- laktonus: CH3.CH (OH) .CH2.CH2.COOH = H2O + CH3.SN.CH2.CH2.CO. O. yra plačiai paplitę gyvūnų ir augalų organizmuose. Alifatinio a-o atstovai. yra glikolio rūgštis, CH2OH.COOH (oksiacetinė), pieno rūgštis; iš /? - hidroksirūgščių - hidrakrilas, CH2OH.CH2COOH, / 9 -hidroksi -sviesto rūgštis; u-o. laisvoje formoje nežinomi, nes netekę vandens jie patenka į laktonus. Tarp dvibazio O. obuolys į - tai (oksiyantar -naya) turi didelę reikšmę; COOH.CHON.CH2.COOH, plačiai paplitęs augaluose; turi sukimąsi kairiarankiais silpnais sprendimais, dešiniarankiais-stipriais; sintetinis-tai neaktyvus. Dvigubos tetrahidro rūgštys apima vyno rūgštis (dioksisukcinines). Kiti O. - citrina, HO.CO.CH2. (Sūnus) (COOH) .CH2. COOH, yra labai paplitęs augalų pasaulyje (vynuogėse, citrinose) ir randamas gyvūnų organizme (piene); geležies citrato pavidalu yra naudojamas medicinoje. Iš aromatinių oksigenatų (fenolio rūgščių) medicinoje svarbios salicilo rūgštis, gallo rūgštis ir jų dariniai; salicilo rūgšties fenilo eteris (salolis), sul-fosalicilo rūgštis, C6H3. OH.S03H.COOH (baltymų reagentas), acetilsalicilo rūgštis (aspirinas). Augaluose yra daug įvairių O. aromatinių serijų, to-rykh dariniai, be kita ko, apima taninus, kurie turi didelę techninę reikšmę. Apie biol. atskirų O. vertė ir apie jų kiekybinio nustatymo metodus - žr. Acetono kūnai, Broglikolizė, Deaminacija, Kraujas, Pieno rūgštis, Šlapimas, Raumenys, Beta (^) - hidroksibuto rūgštis.

28-29. amoniako molekulėje iš eilės pakeiskite vandenilio atomus angliavandenilių radikalais, tada gausite junginių, priklausančių aminų klasei. Atitinkamai, aminai yra pirminiai (RNH2), antriniai (R2NH), tretiniai (R3N). -NH2 grupė vadinama amino grupe.

Skirkite alifatinius, aromatinius, aliciklinius ir heterociklinius aminus, priklausomai nuo to, kurie radikalai yra susiję su azoto atomu.

Aminų pavadinimų konstravimas atliekamas pridedant priešdėlį amino prie atitinkamo angliavandenilio pavadinimo (pirminiai aminai) arba galūnę -aminas prie išvardytų radikalų pavadinimų, susijusių su azoto atomu (bet kokiems aminams).

Gavimo būdai 1. Hoffmanno reakcija. Vienas iš pirmųjų pirminių aminų paruošimo būdų buvo amoniako alkilinimas alkilo halogenidais . 2. Zinino reakcija- patogus būdas gauti aromatinių aminų redukuojant aromatinius nitro junginius. Naudojamas kaip reduktorius: H2 (ant katalizatoriaus). Kartais vandenilis susidaro tiesiogiai reakcijos metu, o metalai (cinkas, geležis) yra apdorojami praskiesta rūgštimi.

Fizinės aminų savybės. Vienišų elektronų poros buvimas azoto atome sukelia aukštesnę virimo temperatūrą nei atitinkamų alkanų. Aminai turi nemalonų, aštrų kvapą. Esant kambario temperatūrai ir atmosferos slėgiui, pirmieji pirminių aminų serijos atstovai yra dujos, kurios gerai ištirpsta vandenyje. Didėjant anglies radikalui, virimo temperatūra pakyla, o tirpumas vandenyje mažėja.

Cheminės aminų savybės. Pagrindinės aminų savybės

Aminai yra bazės, nes azoto atomas gali suteikti elektronų porą ryšiui su dalelėmis, kuriose trūksta elektronų, sudaryti pagal donoro-akceptoriaus mechanizmą (laikantis Lewiso baziškumo apibrėžimo). Todėl aminai, kaip ir amoniakas, gali sąveikauti su rūgštimis ir vandeniu, prijungdami protoną, kad susidarytų atitinkamos amonio druskos.

Amonio druskos lengvai tirpsta vandenyje, bet blogai tirpsta organiniuose tirpikliuose. Vandeniniai aminų tirpalai yra šarminiai.

Pagrindinės aminų savybės priklauso nuo pakaitų pobūdžio. Visų pirma, aromatiniai aminai yra silpnesnės bazės nei alifatiniai, nes azoto laisvoji elektronų pora jungiasi prie aromatinio branduolio  sistemos, o tai sumažina azoto atomo elektronų tankį (-M efektas). Priešingai, alkilo grupė yra geras elektronų tankio donoras (+ I efektas).

Aminų oksidacija. Degant aminams, susidaro anglies dioksidas, azotas ir vanduo: 4CH3NH2 + 9O2 = 4CO2 + 2N2 + 10H2O

Aromatiniai aminai ore savaime oksiduojasi. Taigi anilinas ore greitai paruduoja dėl oksidacijos.

Alkilhalogenidų prijungimas Aminai prijungia halogenalkanus, kad susidarytų druska

Aminų sąveika su azoto rūgštimi Labai svarbi pirminių aromatinių aminų diazotizacijos reakcija, veikiant azoto rūgščiai, gautai vietoje, reaguojant natrio nitritui su druskos rūgštimi.

Pirminiai alifatiniai aminai reaguoja su azoto rūgštimi, sudarydami alkoholius, o antriniai alifatiniai ir aromatiniai aminai suteikia N-nitrozų darinius: R-NH2 + NaNO2 + HCl = R-OH + N2 + NaCl + H2O; NH + NaNO2 + HCl = R2N-N = O + NaCl + H2O

Aromatiniuose aminuose amino grupė palengvina pakeitimą benzeno žiedo orto ir para padėtyse. Todėl anilinas halogeninamas greitai ir nesant katalizatorių, o trys benzeno žiedo vandenilio atomai vienu metu pakeičiami ir susidaro baltos 2,4,6-tribromo anilino nuosėdos:

Ši reakcija su bromo vandeniu naudojama kaip kokybinė anilino reakcija.

Taikymas

Aminai naudojami farmacijos pramonėje ir organinėje sintezėje (CH3NH2, (CH3) 2NH, (C2H5) 2NH ir kt.); gaminant nailoną (NH2- (CH2) 6-NH2- heksametilendiaminas); kaip žaliava dažų ir plastikų (anilino) gamybai.

30. Aminorūgštys (aminokarboksirūgštys)- organiniai junginiai, kurių molekulėje vienu metu yra karboksilo ir amino grupių. Aminorūgštys gali būti laikomos karboksirūgščių dariniais, kuriuose vienas ar daugiau vandenilio atomų yra pakeisti amino grupėmis.

Bendrosios cheminės savybės. 1. Aminorūgštys gali pasižymėti rūgštinėmis savybėmis, nes jų molekulėse yra karboksilo grupė -COOH, ir bazinėmis savybėmis dėl amino grupės -NH2. Dėl šios priežasties aminorūgščių tirpalai vandenyje turi buferinių tirpalų savybių.

Dvigionis yra aminorūgščių molekulė, kurioje aminogrupė pavaizduota kaip -NH3 +, o karboksi grupė --COO-. Tokia molekulė turi reikšmingą dipolio momentą esant nuliniam bendram krūviui. Iš šių molekulių susidaro daugumos aminorūgščių kristalai.

Kai kurios amino rūgštys turi kelias amino ir karboksilo grupes. Kalbant apie šias aminorūgštis, sunku kalbėti apie kokį nors konkretų dviterioną.

2. Svarbus amino rūgščių bruožas yra jų gebėjimas polikondensuotis, todėl susidaro poliamidai, įskaitant peptidus, baltymus ir nailoną-66.

3. Aminorūgšties izoelektrinis taškas yra pH reikšmė, kai didžiausia aminorūgščių molekulių dalis turi nulinį krūvį. Esant šiam pH, aminorūgštis yra mažiausiai judanti elektriniame lauke, ir ši savybė gali būti naudojama atskirti amino rūgštis, taip pat baltymus ir peptidus.

4. Aminorūgštys paprastai gali įsitraukti į visas karboksirūgštims ir aminams būdingas reakcijas.

Optinė izomerija... Visos α-amino rūgštys, sudarančios gyvus organizmus, išskyrus gliciną, turi asimetrinį anglies atomą (treoninas ir izoleucinas turi du asimetrinius atomus) ir turi optinį aktyvumą. Beveik visos gamtoje esančios α-aminorūgštys yra L formos, o ribosomose sintezuojamuose baltymuose yra tik L-amino rūgštys.

Šią „gyvų“ amino rūgščių savybę labai sunku paaiškinti, nes reakcijose tarp optiškai neaktyvių medžiagų arba racematų (kurie, matyt, buvo organinės molekulės senovės Žemėje), L ir D formos susidaro vienodais kiekiais. Galbūt. vienos iš formų (L arba D) pasirinkimas yra tiesiog aplinkybių sutapimo rezultatas: pirmosios molekulės, nuo kurių galėjo prasidėti matricos sintezė, turėjo tam tikrą formą, o atitinkami fermentai prie jų „prisitaikė“.

31. Aminorūgštys yra organiniai amfoteriniai junginiai... Juose molekulėje yra dvi priešingos funkcinės grupės: amino grupė, turinti bazines savybes, ir karboksilo grupė, turinti rūgščių savybių. Aminorūgštys reaguoja su rūgštimis ir bazėmis:

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

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

Kai aminorūgštys ištirpsta vandenyje, karboksilo grupė pašalina vandenilio joną, kuris gali prisijungti prie amino grupės. Tokiu atveju susidaro vidinė druska, kurios molekulė yra bipolinis jonas:

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

Vandeniniai aminorūgščių tirpalai, priklausomai nuo funkcinių grupių skaičiaus, turi neutralią, šarminę ar rūgštinę aplinką. Taigi, glutamo rūgštis sudaro rūgštinį tirpalą (dvi grupės -COOH, viena -NH2), lizinas -šarminis (viena grupė -COOH, dvi -NH2).

Kaip ir pirminiai aminai, aminorūgštys reaguoja su azoto rūgštimi, o aminorūgštis virsta hidrokso grupe, o aminorūgštis -hidroksi rūgštimi: H2N -CH (R) -COOH + HNO2 → HO -CH (R) -COOH + N2 + H2O

Išmatuoto azoto kiekio matavimas leidžia nustatyti aminorūgščių kiekį (Van Slike metodas).

Aminorūgštys gali reaguoti su alkoholiais, esant dujiniam vandenilio chloridui, virsta esteriu (tiksliau, į druskos esterio druską): H2N -CH (R) -COOH + R "OH H2N -CH (R) -COOR" + H2O.

Aminorūgščių esteriai neturi bipolinės struktūros ir yra lakūs junginiai. Svarbiausia amino rūgščių savybė yra jų gebėjimas kondensuotis ir sudaryti peptidus.

32. Karboksilo grupė sujungia dvi funkcines grupes - karbonilą = CO ir hidroksil -OH, kurios viena kitą veikia.

Karboksirūgščių rūgštinės savybės atsiranda dėl elektronų tankio perkėlimo į karbonilo deguonį ir dėl to papildomos (lyginant su alkoholiais) O -H jungties poliarizacijos.

Vandeniniame tirpale karboksirūgštys išsiskiria į jonus: R-COOH = R-COO- + H +

Tirpumas vandenyje ir aukšta rūgščių virimo temperatūra atsiranda dėl tarpmolekulinių vandenilio jungčių susidarymo.

Aminogruppa - vienvalentė grupė -NH2, likusi amoniako dalis (NH3). Amino grupė yra daugelyje organinių junginių - aminų, aminorūgščių, amino alkoholių ir kt. Junginiai, kurių sudėtyje yra –NH2 grupė, paprastai yra bazinio pobūdžio, nes azoto atome yra vieniša elektronų pora.

Elektrofilinio pakaito reakcijose aromatiniuose junginiuose amino grupė yra pirmosios rūšies orientacija, t.y. suaktyvina orto ir para pozicijas benzeno žiede.

33. Polikondensacija- polimerų sintezės iš polifunkcinių (dažniausiai bifunkcinių) junginių procesas, paprastai lydimas mažos molekulinės masės šalutinių produktų (vandens, alkoholio ir kt.) išsiskyrimo funkcinių grupių sąveikos metu.

Polikondensacijos metu susidariusio polimero molekulinė masė priklauso nuo pradinių komponentų santykio ir reakcijos sąlygų.

Polikondensacijos reakcijos gali apimti vieną monomerą su dviem skirtingomis funkcinėmis grupėmis: pavyzdžiui, poli-ε-kaproamido (nailono-6, nailono) sintezę iš ε-aminokaproinės rūgšties ir du monomerus, turinčius skirtingas funkcines grupes, pavyzdžiui, sintezę nailono 66, polipondensuojant adipino rūgštį ir heksametilendiaminą; šiuo atveju susidaro linijinės struktūros polimerai (tiesinė polikondensacija, žr. 1 pav.). Jei monomeras (arba monomerai) turi daugiau nei dvi funkcines grupes, susidaro trimatės tinklo struktūros (trimatės polikondensacijos) skersiniai ryšiai. Norint gauti tokius polimerus, į monomerų mišinį dažnai pridedami „kryžminimo“ polifunkciniai komponentai.

Polimerų sintezės reakcijos iš ciklinių monomerų pagal žiedo atidarymo mechanizmą skiriasi-be to, pavyzdžiui, nailono-6 sintezė iš kaprolaktamo (ciklinio ε-aminokaproinės rūgšties amido); nepaisant to, kad mažos molekulinės masės fragmentas neišskiriamas, tokios reakcijos dažniau vadinamos polikondensacija.

Peptidinis ryšys-amido jungties tipas, atsirandantis formuojant baltymus ir peptidus dėl vienos aminorūgšties α-amino grupės (—NH2) sąveikos su kitos aminorūgšties α-karboksilo grupe (—COOH).

ide C-N peptidinėje jungtyje iš dalies turi dvigubą pobūdį, kuris visų pirma pasireiškia jo ilgio sumažėjimu iki 1,32 angstromų. Tai lemia šias savybes:

4 jungčių atomai (C, N, O ir H) ir 2 α-anglies yra toje pačioje plokštumoje. A-angliavandenilių aminorūgščių ir vandenilio R grupės yra už šios plokštumos ribų.

H ir O peptidinėje jungtyje, taip pat dviejų aminorūgščių α-angliavandeniliai yra pereinami (trans izomeras yra stabilesnis). Kalbant apie L-aminorūgštis, kurios yra visuose natūraliuose baltymuose ir peptiduose, R grupės taip pat yra perkeliamos.

Sukimasis aplink C-N jungtį neįmanomas, galimas sukimasis aplink C-C ryšį.

peptidai (gr. πεπτος - maistingi) - medžiagų šeima, kurios molekulės yra sukurtos iš α -aminorūgščių liekanų, sujungtų į grandinę peptidiniais (amidiniais) ryšiais —C (O) NH—.

34. Baltymai (baltymai, polipeptidai) - didelės molekulinės masės organinės medžiagos, susidedančios iš amino rūgščių, sujungtų grandine peptidiniu ryšiu. Gyvuose organizmuose baltymų aminorūgščių sudėtis nustatoma pagal genetinį kodą; daugeliu atvejų sintezėje naudojamos 20 standartinių aminorūgščių. Daugelis jų derinių suteikia įvairiausių baltymų molekulių savybių. Be to, baltymo aminorūgštys dažnai patiria po transliacijos modifikacijas, kurios gali atsirasti tiek prieš baltymui pradedant atlikti savo funkciją, tiek „dirbant“ ląstelėje. Dažnai gyvuose organizmuose kelios baltymų molekulės sudaro sudėtingus kompleksus, pavyzdžiui, fotosintezės kompleksą.

Norint suprasti sudėtingą baltymų makromolekulės pakuotę (architektoniką), reikia atsižvelgti į keletą organizavimo lygiai... Pirminė, paprasčiausia struktūra yra polipeptidinė grandinė, tai yra aminorūgščių virtinė, susieta peptidiniais ryšiais. Pirminėje struktūroje visi ryšiai tarp aminorūgščių yra kovalentiniai ir todėl stiprūs. Kitas, aukštesnis organizavimo lygis yra antrinė struktūra, kai baltymų siūlas yra susuktas spirale. Vandenilio ryšiai susidaro tarp -COOH grupių, esančių viename spiralės posūkyje, ir -NH2 grupių kitame posūkyje. Jie atsiranda dėl vandenilio, dažniausiai esančio tarp dviejų neigiamų atomų. Vandenilio ryšiai yra silpnesni už kovalentinius ryšius, tačiau esant dideliam jų skaičiui, jie sukuria pakankamai stiprią struktūrą. Aminorūgščių (polipeptido) eilutė tada koaguliuojasi, sudarydama rutulį arba fibrilę ar rutulį, būdingą kiekvienam baltymui. Taigi susidaro sudėtinga konfigūracija, vadinama tretine struktūra. Paprastai jis nustatomas naudojant rentgeno struktūros analizės metodą, kuris leidžia nustatyti atomų ir atomų grupių padėtį kristaluose ir sudėtiniuose junginiuose erdvėje.

Ryšiai, palaikantys tretinę baltymo struktūrą, taip pat yra silpni. Jie visų pirma atsiranda dėl hidrofobinės sąveikos. Tai traukos jėgos tarp nepolinių molekulių arba tarp nepolinių molekulių regionų vandeninėje terpėje. Hidrofobinės kai kurių aminorūgščių liekanos vandeniniame tirpale „prilimpa“ ir taip stabilizuoja baltymų struktūrą. Be hidrofobinių jėgų, elektrostatiniai ryšiai tarp aminorūgščių liekanų elektroneigiamų ir elektropozityvių radikalų atlieka esminį vaidmenį palaikant tretinę baltymo struktūrą. Tretinę struktūrą taip pat palaiko nedidelis skaičius kovalentinių disulfido -S-S-jungčių, atsirandančių tarp sieros turinčių aminorūgščių sieros atomų. Turiu pasakyti, kad ji taip pat yra tretinė; baltymų struktūra nėra baigtinė. To paties baltymo makromolekulės arba kitų baltymų molekulės dažnai yra prijungtos prie baltymo makromolekulės. Pavyzdžiui, sudėtingą hemoglobino molekulę-baltymą, esantį eritrocituose, sudaro keturios globino makromolekulės: dvi alfa grandinės ir dvi beta grandinės, kurių kiekviena yra sujungta su geležimi. Dėl jų derinio susidaro veikianti hemoglobino molekulė. Tik tokioje pakuotėje hemoglobinas veikia visiškai, tai yra, jis sugeba pernešti deguonį. Dėl kelių baltymų molekulių derinio susidaro ketvirtinė struktūra. Jei peptidų grandinės yra sulankstytos ritės pavidalu, tada tokie baltymai vadinami rutuliniais. Kai polipeptidinės grandinės yra sulankstytos į gijų pluoštus, jos vadinamos fibriliniais baltymais. Pradedant nuo antrinės struktūros, baltymų makromolekulių erdvinį išdėstymą (konformaciją), kaip mes sužinojome, daugiausia palaiko silpni cheminiai ryšiai. Veikiami išorinių veiksnių (temperatūros pokyčiai, terpės druskos sudėties, pH, veikiami radiacijos ir kitų veiksnių), keičiasi silpnos jungtys, stabilizuojančios makromolekulių lūžimą, ir keičiasi baltymo struktūra, taigi ir jo savybės. . Šis procesas vadinamas denatūracija. Kai kurių silpnų ryšių nutrūkimas, baltymų konformacijos ir savybių pokyčiai taip pat atsiranda veikiant fiziologiniams veiksniams (pavyzdžiui, veikiant hormonams). Taigi reguliuojamos baltymų savybės: fermentai, receptoriai, transporteriai. Šie baltymų struktūros pokyčiai paprastai yra lengvai grįžtami. Nutraukus daug silpnų ryšių, atsiranda baltymų denatūracija, kuri gali būti negrįžtama (pavyzdžiui, kiaušinio baltymo krešėjimas verdant kiaušinius). Kartais baltymų denatūracija taip pat turi biologinę prasmę. Pavyzdžiui, voras išskiria lašą sekreto ir prilimpa prie tam tikros atramos. Tada, tęsdamas paslapties išskyrimą, jis šiek tiek traukia siūlą, ir šios silpnos įtampos pakanka, kad baltymas denatūruotųsi - iš tirpios formos į netirpią ir siūlas įgauna stiprybės.

35-36. Monosacharidai(iš graikų monos: vienas, sacharas: cukrus) - organiniai junginiai, viena iš pagrindinių angliavandenių grupių; paprasčiausia cukraus forma; paprastai yra bespalvės, vandenyje tirpios, skaidrios kietos medžiagos. Kai kurie monosacharidai turi saldų skonį. Monosacharidai - statybiniai blokai, iš kurių sintetinami disacharidai (pvz., Sacharozė) ir polisacharidai (pvz., Celiuliozė ir krakmolas), juose yra hidroksilo grupių ir aldehido (aldozės) arba keto grupės (ketozės). Kiekvienas anglies atomas, prie kurio yra prijungta hidroksilo grupė (išskyrus pirmąją ir paskutinę), yra chiralinis, todėl susidaro daug izomerinių formų. Pavyzdžiui, galaktozė ir gliukozė yra aldoheksozės, tačiau turi skirtingas chemines ir fizines savybes. Monosachariduose, kaip ir visuose angliavandeniuose, yra tik 3 elementai (C, O, H).

Monosacharidai yra suskirstyti triozėms, tetrozėms, pentozėms, heksozėms ir kt. (3, 4, 5, 6 ir tt anglies atomai grandinėje); natūralių monosacharidų, turinčių anglies grandinę, turinčią daugiau nei 9 anglies atomus, nerasta. Monosacharidai, turintys 5 narių žiedą, vadinami furanozėmis, 6 narių žiedas-piranozėmis.

Izomerizmas. Monosacharidams, turintiems n asimetrinių anglies atomų, gali būti 2n stereoizomerų (žr. Izomerizmą).

38. Cheminės savybės. Monosacharidai pradeda chemines reakcijas, būdingas karbonilo ir hidroksilo grupėms. Būdingas monosacharidų bruožas yra gebėjimas egzistuoti atviromis (aciklinėmis) ir ciklinėmis formomis ir pateikti kiekvienos formos darinius. Dauguma monozių ciklizuojasi vandeniniame tirpale, kad susidarytų pusiau ar pusiau (priklausomai nuo to, ar tai yra aldozės, ar ketozės) tarp alkoholio ir to paties cukraus karbonilo grupės. Pavyzdžiui, gliukozė lengvai suformuoja pusiau acetalius, susijungdama su C1 ir O5, sudarydama 6 narių žiedą, vadinamą piranozidu. Ta pati reakcija gali vykti tarp C1 ir O4, kad susidarytų 5 narių furanozidas.

Monosacharidai gamtoje. Monosacharidai yra sudėtinių angliavandenių (glikozidų, oligosacharidų, polisacharidų) ir angliavandenių turinčių biopolimerų (glikoproteinų, glikolipidų ir kt.) Dalis. Šiuo atveju monosacharidai yra tarpusavyje ir su angliavandenių neturinčia molekulės dalimi susieti glikozidiniais ryšiais. Hidrolizuojant rūgštimis ar fermentais, šios jungtys gali nutrūkti išsiskyrus monosacharidams. Nemokami monosacharidai, išskyrus D-gliukozę ir D-fruktozę, yra reti gamtoje. Monosacharidų biosintezė iš anglies dioksido ir vandens vyksta augaluose (žr. Fotosintezę); dalyvaujant suaktyvintiems monosacharidų dariniams - nukleozidų difosfato cukrams - paprastai vyksta sudėtingų angliavandenių biosintezė. Monosacharidų skilimas organizme (pavyzdžiui, alkoholio fermentacija, glikolizė) lydi energijos išsiskyrimą.

Taikymas. Kai kurie nemokami monosacharidai ir jų dariniai (pavyzdžiui, gliukozė, fruktozė ir jos difosfatas ir kt.) Naudojami maisto pramonėje ir medicinoje.

37. Gliukozė (C6H12O6)(„Vynuogių cukrus“, dekstrozė) yra daugelio vaisių ir uogų, įskaitant vynuoges, sultyse, todėl ir kilo šios rūšies cukraus pavadinimas. Tai yra heksozinis cukrus.

Fizinės savybės... Balta kristalinė saldaus skonio medžiaga, lengvai tirpi vandenyje, netirpsta eteryje, blogai tirpsta alkoholyje.

Molekulės sandara

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

Gliukozė gali egzistuoti ciklais (α ir β gliukozė).

α ir β gliukozė

Gliukozės perkėlimas iš Fischerio projekcijos į Haworth projekciją.Gliukozė yra galutinis daugumos disacharidų ir polisacharidų hidrolizės produktas.

Biologinis vaidmuo. Gliukozė, pagrindinis fotosintezės produktas, susidaro Kalvino cikle.

Žmonėms ir gyvūnams gliukozė yra pagrindinis ir universaliausias energijos šaltinis medžiagų apykaitos procesams. Visos gyvūno kūno ląstelės turi savybę pasisavinti gliukozę. Tuo pačiu metu gebėjimą naudoti kitus energijos šaltinius - pavyzdžiui, laisvas riebalų rūgštis ir gliceriną, fruktozę ar pieno rūgštį - turi ne visos kūno ląstelės, o tik kai kurios jų rūšys.

Gliukozės transportavimas iš išorinės aplinkos į gyvūno ląstelę vykdomas aktyviai transmembraniniu transportavimu, naudojant specialią baltymų molekulę - heksozių nešėją (transporterį).

Gliukozė ląstelėse gali būti glikolizuojama, kad būtų suteikta energija ATP pavidalu. Pirmasis glikolizės grandinės fermentas yra heksokinazė. Ląstelių heksokinazės aktyvumą reguliuoja hormonai - pavyzdžiui, insulinas smarkiai padidina heksokinazės aktyvumą ir dėl to ląstelės sunaudoja gliukozę, o gliukokortikoidai sumažina heksokinazės aktyvumą.

Daugelis kitų energijos šaltinių, išskyrus gliukozę, kepenyse gali būti tiesiogiai paversti gliukoze, pavyzdžiui, pieno rūgštis, daug laisvųjų riebalų rūgščių ir glicerolio arba laisvos aminorūgštys, ypač paprasčiausios, tokios kaip alaninas. Gliukozės gaminimo kepenyse procesas iš kitų junginių vadinamas gliukoneogeneze.

Energijos šaltinius, kuriems nėra tiesioginio biocheminio pavertimo gliukoze, kepenų ląstelės gali naudoti ATP gamybai ir vėlesniam gliukoneogenezės procesų energijos tiekimui, gliukozės sintezei iš pieno rūgšties arba energijos tiekimui glikogeno polisacharidui sintezuoti. gliukozės monomerų atsargas. Gliukozė vėl lengvai pagaminama iš glikogeno paprasto skilimo būdu.

Kadangi nepaprastai svarbu išlaikyti stabilų gliukozės kiekį kraujyje, žmonės ir daugelis kitų gyvūnų turi sudėtingą angliavandenių apykaitos parametrų hormoninio reguliavimo sistemą. Oksidavus 1 gramą gliukozės į anglies dioksidą ir vandenį, išsiskiria 17,6 kJ energijos. Didžiausia „potenciali energija“, saugoma gliukozės molekulėje -4 anglies atomų (C -4) oksidacijos būsenos pavidalu, metabolinių procesų metu gali sumažėti iki C + 4 (CO2 molekulėje). Jo atkūrimą į ankstesnį lygį gali atlikti autotrofai.

Fruktozė arba vaisių cukrus C6H12O6- monosacharidas, kurio laisva forma yra beveik visose saldžiose uogose ir vaisiuose. Daugelis žmonių nori cukrų pakeisti ne sintetiniais vaistais, o natūralia fruktoze.

Skirtingai nuo gliukozės, kuri yra universalus energijos šaltinis, fruktozė nėra absorbuojama nuo insulino priklausomų audinių. Jis beveik visiškai absorbuojamas ir metabolizuojamas kepenų ląstelėse. Praktiškai jokios kitos žmogaus kūno ląstelės (išskyrus spermą) negali naudoti fruktozės. Kepenų ląstelėse fruktozė fosforilinama, o paskui suskaidoma į triozes, kurios arba naudojamos riebalų rūgščių sintezei, o tai gali sukelti nutukimą, taip pat padidėja trigliceridų kiekis (o tai savo ruožtu padidina aterosklerozės riziką). naudojamas glikogeno sintezei (iš dalies taip pat virsta gliukoze gliukoneogenezės metu). Tačiau fruktozės pavertimas gliukoze yra sudėtingas daugiapakopis procesas, o kepenų gebėjimas apdoroti fruktozę yra ribotas. Pastaraisiais metais buvo intensyviai tiriamas klausimas, ar verta įtraukti fruktozę į diabetu sergančių žmonių mitybą.

Nors sveikam žmogui fruktozė nedidina (arba žymiai nepadidina) gliukozės kiekio kraujyje, cukriniu diabetu sergantiems žmonėms fruktozė dažnai padidina gliukozės kiekį. Kita vertus, dėl to, kad ląstelėse trūksta gliukozės, diabetu sergančių žmonių organizmuose gali būti sudeginti riebalai, dėl to išeikvojamos riebalų atsargos. Tokiu atveju joms atstatyti galima naudoti fruktozę, kuri lengvai virsta riebalais ir nereikalauja insulino. Fruktozės pranašumas yra tas, kad patiekalas, kuriame yra palyginti nedaug fruktozės, gali būti suteiktas saldaus skonio, nes turint tą patį kalorijų kiekį kaip ir cukrus (380 kcal / 100 g), jis yra 1,2–1,8 karto saldesnis. Tačiau tyrimai rodo, kad fruktozės vartotojai nesumažina suvartojamų kalorijų, o valgo saldesnį maistą.

39. Oligosacharidai- tai oligomerai, susidedantys iš kelių (ne daugiau kaip 20) monomerų - monosacharidų, priešingai nei polisacharidai, kuriuos sudaro dešimtys, šimtai ar tūkstančiai monosacharidų; - junginiai, pagaminti iš kelių monosacharidų liekanų (nuo 2 iki 10), susietų glikozidiniu ryšiu.

Labai svarbus ir plačiai paplitęs ypatingas oligosacharidų atvejis yra disacharidai - dimeriai, susidedantys iš dviejų monosacharidų molekulių.

Taip pat galite kalbėti apie tri-, tetra- ir kt. sacharidai.

40. Disacharidai- bendras oligosacharidų poklasio pavadinimas, kuriame molekulę sudaro du monomerai - monosacharidai. Disacharidai susidaro dėl kondensacijos reakcijos tarp dviejų monosacharidų, dažniausiai heksozių. Kondensacijos reakcija apima vandens pašalinimą. Ryšys tarp monosacharidų, atsirandantis dėl kondensacijos reakcijos, vadinamas glikozidiniu ryšiu, paprastai tarp 1 ir 4 anglies atomų gretimų monosacharidų vienetų (1,4-glikozidinė jungtis).

Kondensacijos procesas gali būti kartojamas daugybę kartų, todėl susidaro didžiulės polisacharido molekulės. Sujungus monosacharidus, jie vadinami liekanomis. Dažniausi disacharidai yra laktozė ir sacharozė.

Mutarotacija(iš lot. muto -change and rotatio - sukimasis), pakeiskite optinės reikšmę. optiškai aktyvių junginių tirpalų sukimasis dėl jų epimerizacijos. Tai būdinga monosacharidams, redukuojantiems oligosacharidams, laktonams ir kt. Mutarotaciją gali katalizuoti rūgštys ir bazės. Gliukozės atveju mutarotacija paaiškinama pusiausvyros nustatymu: esant pusiausvyrai, yra 38% alfa formos ir 62% beta formos. Tarp. aldehido forma yra nedidelė koncentracija. B formos susidarymo privalumai paaiškinami tuo, kad ji yra termodinamiškai stabilesnė.

„Sidabrinio veidrodžio“ ir „vario veidrodžio“ reakcijos būdingos aldehidams

1) „Sidabrinio veidrodžio“ reakcija, Ag nuosėdų susidarymas ant mėgintuvėlio sienelių

2) „vario veidrodžio“ reakcija, raudonų Cu2O nuosėdų nusodinimas

40. Savo ruožtu, disacharidai, atsiradę daugeliu atvejų polisacharidų hidrolizė(maltozė krakmolo hidrolizės metu, celobiozė hidrolizuojant celiuliozę) arba laisva forma organizme (laktozė, sacharozė, trehalozė ir kt.), kataliziškai veikiant vapsvai ir p-glikozidazėms, hidrolizuojami į atskirus monosacharidus. Visoms glikozidazėms, išskyrus trehalazę (ot, omrehalozės-gliukohidrogenazę), būdingas platus specifiškumo spektras, spartinantis beveik visų glikozidų, kurie yra vieno ar kito a arba (3-monosacharido) dariniai, hidrolizę. -glukozidazė pagreitina a-gliukozidų, įskaitant maltozę, hidrolizės reakciją; p-glhkozidazė-p-gliukozidai, įskaitant celobiozę; B-galaktozidazė-tarp jų-B-galaktozidai ir laktozė ir kt. A ir P-gliukozidazių veikimo pavyzdžiai buvo duota anksčiau

41. Pagal nesėkmę cheminė disacharidų struktūra tipo trehalozė (glikozidai-glikozidai) ir maltozė (glikozidas-gliukozė) turi žymiai skirtingas chemines savybes: pirmieji nesukelia jokių reakcijų, būdingų aldehido ar ketonų grupei, ty nesioksiduoja, neatsigauna, nesudaro ozazonų , nesileiskite į policidinacijos reakciją (nesukietinkite dervų), nemutruokite ir tt Kalbant apie tokius disacharidus kaip maltozė, visos minėtos reakcijos yra labai būdingos. Šio skirtumo priežastis yra visiškai aiški iš to, kas buvo pasakyta aukščiau apie dviejų tipų disacharidų struktūrą ir į jų sudėtį įtrauktų monosacharidų liekanų savybes. Tai reiškia, kad žiedinis tautomerizmas yra įmanomas tik maltozės tipo disachariduose, dėl to susidaro laisvos aldehido arba ketonų grupės, pasižyminčios būdingomis savybėmis.

Alkoholio hidroksilų atveju abiejų tipų disacharidai sukelia tas pačias reakcijas: jie sudaro eterius ir esterius, sąveikauja su metalų oksidų hidratais.

Gamtoje yra daug disacharidų; Tarp jų aukščiau paminėta trehalozė ir maltozė, taip pat sacharozė, celobiozė ir laktozė.

42. Maltozė(iš anglų malt - malt) - salyklo cukrus, natūralus disacharidas, susidedantis iš dviejų gliukozės liekanų; randama dideliais kiekiais daigintų miežių, rugių ir kitų javų grūdų (salyklo); taip pat randama daugelio augalų pomidoruose, žiedadulkėse ir nektaruose. M. lengvai tirpsta vandenyje, turi saldų skonį; yra redukuojantis cukrus, nes jis turi nepakeistą pusiau acetalinę hidroksilo grupę. M. biosintezė iš b-D-gliukopiranozilfosfato ir D-gliukozės žinoma tik kai kurioms bakterijų rūšims. Gyvūnų ir augalų organizmuose M. susidaro fermentiniu būdu skaidant krakmolą ir glikogeną (žr. Amilazės). M. skilimas į dvi gliukozės liekanas atsiranda dėl fermento a-gliukozidazės arba maltazės, esančios gyvūnų ir žmonių virškinimo sultyse, sudygusių grūdų, pelėsių ir mielių, poveikio. Genetiškai nustatytas šio fermento nebuvimas žmogaus žarnyno gleivinėje sukelia įgimtą M. netoleravimą, sunkią ligą, dėl kurios iš M. raciono reikia neįtraukti krakmolo ir glikogeno arba į maistą pridėti fermento maltazės.

Virinant maltozę su praskiesta rūgštimi ir veikiant fermentui, maltazė hidrolizuojama (susidaro dvi gliukozės C6H12O6 molekulės). Maltozė lengvai absorbuojama žmogaus organizme. Molekulinė masė - 342,32 T lydymosi - 108 (bevandenis)

43. Laktozė(iš lot. lactis - pienas) С12Н22О11 - disacharidų grupės angliavandeniai, randami piene ir pieno produktuose. Laktozės molekulę sudaro gliukozės ir galaktozės molekulių liekanos. Laktozė kartais vadinama pieno cukrumi.

Cheminės savybės. Verdant su praskiesta rūgštimi, vyksta laktozės hidrolizė.

Laktozė gaunama iš pieno išrūgų.

Taikymas. Naudojamas maistinėms terpėms paruošti, pavyzdžiui, gaminant peniciliną. Naudojamas kaip pagalbinė medžiaga (užpildas) farmacijos pramonėje.

Iš laktozės gaunama laktuliozė - vertingas vaistas žarnyno sutrikimams, pvz., Vidurių užkietėjimui, gydyti.

44. Sacharozė C12H22O11, arba burokėlių cukrus, cukranendrių cukrus, kasdieniame gyvenime tik cukrus - disacharidas, susidedantis iš dviejų monosacharidų - α -gliukozės ir β -fruktozės.

Sacharozė yra labai paplitęs gamtoje disacharidas; jo yra daugelyje vaisių, vaisių ir uogų. Ypač daug sacharozės yra cukriniuose runkeliuose ir cukranendrėse, kurios naudojamos pramoniniam valgomojo cukraus gamybai.

Sacharozė yra labai tirpi. Chemiškai fruktozė yra gana inertiška, t.y. judant iš vienos vietos į kitą, jis beveik nedalyvauja medžiagų apykaitoje. Kartais sacharozė nusėda kaip atsarginė maistinė medžiaga.

Sacharozė, patekusi į žarnyną, plonosios žarnos alfa-gliukozidazės būdu greitai hidrolizuojama į gliukozę ir fruktozę, kurios vėliau absorbuojamos į kraują. Alfa-gliukozidazės inhibitoriai, tokie kaip akarbozė, slopina sacharozės, taip pat kitų alfa-gliukozidazės hidrolizuotų angliavandenių, ypač krakmolo, skilimą ir absorbciją. Jis vartojamas 2 tipo diabetui gydyti. Sinonimai: alfa-D-gliukopiranozil-beta-D-fruktofuranozidas, burokėlių cukrus, cukranendrių cukrus.

Cheminės ir fizinės savybės. Molekulinė masė 342,3 amu Empirinė formulė (Hill sistema): C12H22O11. Skonis saldus. Tirpumas (gramai 100 gramų): vandenyje 179 (0 ° C) ir 487 (100 ° C), etanolyje 0,9 (20 ° C). Šiek tiek tirpsta metanolyje. Netirpsta dietilo eteryje. Tankis 1,5879 g / cm3 (15 ° C). Specifinis natrio D linijos sukimasis: 66,53 (vanduo; 35 g / 100 g; 20 ° C). Atvėsus skystu oru, apšvietus ryškia šviesa, sacharozės kristalai fosforizuojasi. Neturi redukuojančių savybių - nereaguoja su Tollenso reagentu ir Fehlingo reagentu. Hidroksilo grupių buvimą sacharozės molekulėje lengvai patvirtina reakcija su metalo hidroksidais. Jei į vario (II) hidroksidą įpilama sacharozės tirpalo, susidaro ryškiai mėlynas vario sacharozės tirpalas. Sacharozėje nėra aldehido grupės: kaitinant sidabro (I) oksido amoniako tirpalu, jis nesuteikia „sidabrinio veidrodžio“; kaitinant vario (II) hidroksidu, nesudaro raudono vario (I) oksido . Tarp sacharozės izomerų, kurių molekulinė formulė C12H22O11, galima išskirti maltozę ir laktozę.

Sacharozės reakcija su vandeniu. Jei užvirinate sacharozės tirpalą su keliais lašais druskos arba sieros rūgšties ir neutralizuojate rūgštį šarmu, o po to pašildote tirpalą, tada atsiranda molekulės su aldehido grupėmis, kurios vario (II) hidroksidą paverčia vario (I) oksidu. Ši reakcija rodo, kad katalizinio rūgšties veikimo metu sacharozė hidrolizuojasi, todėl susidaro gliukozė ir fruktozė: С12Н22О11 + Н2О → С6Н12O6 + С6Н12O6

Natūralūs ir antropogeniniai šaltiniai. Sudėtyje yra cukranendrių, cukrinių runkelių (iki 28% sausosios medžiagos), augalų sulčių ir vaisių (pavyzdžiui, beržo, klevo, meliono ir morkų). Sacharozės gamybos šaltinį - iš burokėlių ar cukranendrių - lemia stabilių anglies izotopų 12C ir 13C santykis. Cukriniai runkeliai turi C3 mechanizmą anglies dioksidui įsisavinti (per fosfoglicerino rūgštį) ir pirmenybę teikia 12C izotopui; Cukranendrės turi C4 absorbcijos mechanizmą anglies dioksidui (per oksaloacto rūgštį) ir pirmenybę teikia 13C izotopui.

45. Celiuliozė- angliavandeniai iš disacharidų grupės, susidedantys iš dviejų sujungtų gliukozės liekanų (β-gliukozidinė jungtis; pagrindinis celiuliozės struktūrinis vienetas).

Balta kristalinė medžiaga, lengvai tirpi vandenyje. Celiobiozei būdingos reakcijos, kuriose dalyvauja aldehido (hemiacetalinė) ir hidroksilo grupės. Rūgštinės hidrolizės metu arba veikiant β-gliukozidazės fermentui, celiobiozė suskaidoma, kad susidarytų 2 gliukozės molekulės.

Celiobiozė gaunama dalinai hidrolizuojant celiuliozę. Celiobiozė laisva forma randama kai kurių medžių sultyse.

46. ​​Polisacharidai- sudėtingų didelės molekulinės masės angliavandenių, kurių molekules sudaro dešimtys, šimtai ar tūkstančiai monomerų - monosacharidų, bendras pavadinimas.

Polisacharidai yra būtini gyvūnams ir augalų organizmams. Jie yra vienas iš pagrindinių energijos šaltinių, gaunamų dėl organizmo metabolizmo. Jie dalyvauja imuniniuose procesuose, užtikrina ląstelių sukibimą audiniuose ir yra didžioji organinių medžiagų dalis biosferoje.

Nustatytas įvairus augalinės kilmės polisacharidų biologinis aktyvumas: antibiotikas, antivirusinis, priešnavikinis, priešnuodis [šaltinis nenurodytas 236 dienas]. Augalų polisacharidai vaidina svarbų vaidmenį mažinant kraujagyslių lipemiją ir ateromatozę, nes jie gali sudaryti kompleksus su kraujo plazmos baltymais ir lipoproteinais.

Polisacharidai visų pirma apima:

dekstrinas yra polisacharidas, krakmolo hidrolizės produktas;

krakmolas yra pagrindinis polisacharidas, nusodintas kaip energijos rezervas augalų organizmuose;

glikogenas yra polisacharidas, nusodintas kaip energijos rezervas gyvūnų organizmų ląstelėse, tačiau nedideliais kiekiais randamas augalų audiniuose;

celiuliozė yra pagrindinis struktūrinis augalų ląstelių sienelių polisacharidas;

galaktomanai - kai kurių ankštinių šeimos augalų, tokių kaip guarana ir saldžiavaisio pupmedžio derva, polisacharidai;

gliukomananas - polisacharidas, gaunamas iš konnyaku gumbų, susideda iš kintamų gliukozės ir manozės vienetų, tirpių maistinių skaidulų, mažinančių apetitą;

amiloidas - naudojamas pergamentiniam popieriui gaminti.

Celiuliozė ( nuo lat. ląstelė - ląstelė, tokia pati kaip celiuliozė) - [С6Н7О2 (OH) 3] n, polisacharidas; pagrindinis visų aukštesniųjų augalų ląstelių sienelių komponentas.

Celiuliozę sudaro gliukozės molekulių liekanos, susidarančios rūgštinės celiuliozės hidrolizės metu:

(C6H10O5) n + nH2O -> nC6H12O6

Celiuliozė yra ilga grandinė, kurioje yra 300–2500 gliukozės liekanų be šoninių šakų. Šie siūlai yra sujungti daugybe vandenilio jungčių, o tai suteikia celiuliozei didesnį mechaninį stiprumą. Žinduoliai (kaip ir dauguma kitų gyvūnų) neturi fermentų, galinčių suskaidyti celiuliozę. Tačiau daugelio žolėdžių (pavyzdžiui, atrajotojų) virškinamajame trakte yra simbiontų bakterijų, kurios suskaido ir padeda šeimininkams absorbuoti šį polisacharidą.

Pramoniniu būdu celiuliozė gaunama gaminant maistą celiuliozės gamyklose, kurios yra pramoninių kompleksų (kombainų) dalis. Pagal naudojamų reagentų tipą išskiriami šie celiuliozės virimo būdai:

Sulfitas. Virimo tirpale yra sieros rūgšties ir jos druskos, pavyzdžiui, natrio vandenilio sulfito. Šis metodas naudojamas celiuliozei gauti iš mažai dervingų medienos rūšių: eglės, eglės.

Šarminis:

Natronny. Naudojamas natrio hidroksido tirpalas. Natrono metodu galima gauti celiuliozę iš lapuočių medienos rūšių ir vienmečių augalų.

Sulfatas. Šiandien labiausiai paplitęs metodas. Kaip reagentas naudojamas tirpalas, kuriame yra natrio hidroksido ir sulfido ir vadinamas baltuoju skysčiu. Metodas gavo savo pavadinimą iš natrio sulfato, iš kurio celiuliozės gamyklose gaunamas baltųjų tirpalų sulfidas. Šis metodas tinka celiuliozei gauti iš bet kokios augalinės medžiagos. Jo trūkumas yra tai, kad dėl šalutinių reakcijų išsiskiria daug nemalonaus kvapo sieros junginių: metilmerkaptano, dimetilsulfido ir kt.

Po virimo gautoje techninėje celiuliozėje yra įvairių priemaišų: lignino, hemiceliuliozės. Jei celiuliozė skirta cheminiam apdorojimui (pavyzdžiui, dirbtinių pluoštų gamybai), tada ji yra rafinuojama - apdorojama šaltu arba karštu šarminiu tirpalu, kad būtų pašalintos hemiceliuliozės.

Norėdami pašalinti lignino likučius ir minkštimui suteikti baltumo, jis balinamas. Tradicinis balinimas chloru apima du etapus:

apdorojimas chloru - sunaikinti lignino makromolekules;

šarminis apdorojimas - gautų lignino skilimo produktų ekstrahavimui.

47. Krakmolas- amilozės ir amilopektino polisacharidai, kurių monomeras yra alfa gliukozė. Įvairių augalų veikiamas krakmolas veikiant šviesai (fotosintezė) turi keletą skirtingų kompozicijų ir grūdų struktūrų.

Biologinės savybės. Krakmolas, vienas iš fotosintezės produktų, yra plačiai paplitęs gamtoje. Augalams jis yra maistinių medžiagų rezervas ir daugiausia randamas vaisiuose, sėklose ir gumbavaisiuose. Turtingiausi krakmole yra javų augalų grūdai: ryžiai (iki 86%), kviečiai (iki 75%), kukurūzai (iki 72%), taip pat bulvių gumbai (iki 24%).

Žmogaus organizmui krakmolas kartu su sacharoze yra pagrindinis angliavandenių tiekėjas - vienas iš svarbiausių maisto komponentų. Veikiant fermentams, krakmolas hidrolizuojamas iki gliukozės, kuri ląstelėse oksiduojama į anglies dioksidą ir vandenį, išskiriant gyvam organizmui funkcionuoti reikalingą energiją.

Biosintezė. Dalis gliukozės, susidarančios žaliuose augaluose fotosintezės metu, virsta krakmolu:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6 (gliukozė) → (C6H10O5) n + nH2O

Apskritai tai galima parašyti kaip 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5) n 6nO2.

Krakmolas kaupiasi gumbuose, vaisiuose ir augalų sėklose kaip atsarginis maistas. Taigi bulvių gumbuose yra iki 24%krakmolo, kviečių grūduose - iki 64%, ryžiuose - 75%, kukurūzuose - 70%.

Glikogenas yra polisacharidas susidaro iš gliukozės likučių; pagrindinis angliavandenių kaupimas žmonėms ir gyvūnams. Glikogenas (kartais dar vadinamas gyvuliniu krakmolu, nors šis terminas yra netikslus) yra pagrindinė gliukozės laikymo gyvūnų ląstelėse forma. Granulių pavidalu jis nusėda daugelio ląstelių (daugiausia kepenų ir raumenų) citoplazmoje. Glikogenas sudaro energijos rezervą, kurį prireikus galima greitai sutelkti, kad būtų kompensuotas staigus gliukozės trūkumas. Tačiau glikogeno atsargos nėra tokios kaloringos vienam gramui kaip trigliceridai (riebalai). Tik glikogenas, esantis kepenų ląstelėse (hepatocituose), gali būti perdirbamas į gliukozę, kad maitintų visą kūną, o hepatocitai gali sukaupti iki 8 procentų savo svorio glikogeno pavidalu, o tai yra didžiausia koncentracija tarp visų tipų ląstelių. Bendra glikogeno masė kepenyse suaugusiesiems gali siekti 100–120 gramų. Raumenyse glikogenas perdirbamas į gliukozę, skirtą tik vietiniam vartojimui, ir kaupiasi daug mažesnėmis koncentracijomis (ne daugiau kaip 1% visos raumenų masės), tuo pačiu metu jo bendras raumenų kiekis gali viršyti hepatocituose susikaupusį kiekį. Nedideli glikogeno kiekiai randami inkstuose, o dar mažiau - tam tikrų tipų smegenų ląstelėse (glijos) ir baltųjų kraujo kūnelių.

48. Chitinas (C8H13O5N) (Prancūziškas chitinas, iš graikų chitono: chitonas - drabužiai, oda, apvalkalas) yra natūralus junginys iš azoto turinčių polisacharidų grupės. Cheminis pavadinimas: poli-N-acetil-D-gliukozės-2-aminas, N- acetilgliukozamino liekanų polimeras, susietas b- (1,4) glikozidinėmis jungtimis. Pagrindinis nariuotakojų ir daugelio kitų bestuburių egzoskeleto (odelių) komponentas yra grybelių ir bakterijų ląstelių sienelės dalis.

Pasiskirstymas gamtoje. Chitinas yra vienas iš labiausiai paplitusių polisacharidų gamtoje - kasmet Žemėje susidaro ir suyra apie 10 gigatonų chitino.

Atlieka apsaugines ir atramines funkcijas, užtikrinančias ląstelių standumą - jos yra grybelių ląstelių sienelėse.

Pagrindinis nariuotakojų egzoskeleto komponentas.

Chitinas taip pat susidaro daugelio kitų gyvūnų organizmuose - įvairiuose kirminuose, koelenteratuose ir kt.

Visuose organizmuose, kurie gamina ir naudoja chitiną, jis yra ne gryna forma, o komplekse su kitais polisacharidais ir labai dažnai yra susijęs su baltymais. Nepaisant to, kad chitinas yra struktūra, fizinės ir cheminės savybės bei biologinis vaidmuo, labai panašus į celiuliozę, cituliozę sudarančiuose organizmuose (augaluose, kai kuriose bakterijose) chitino rasti nepavyko.

Chitino chemija. Natūralios formos skirtingų organizmų chitinai savo sudėtimi ir savybėmis šiek tiek skiriasi. Chitino molekulinė masė siekia 260 tūkst.

Chitinas netirpsta vandenyje, atsparus praskiestoms rūgštims, šarmams, alkoholiui ir kitiems organiniams tirpikliams. Ištirpinkite koncentruotuose kai kurių druskų tirpaluose (cinko chloridas, ličio tiocianatas, kalcio druskos).

Šildomas koncentruotais mineralinių rūgščių tirpalais, jis sunaikinamas (hidrolizuojamas), atskyla acetilo grupės.

Praktinis naudojimas. Vienas iš pramoniniu būdu gautų chitino darinių yra chitozanas. Žaliavos jo gamybai yra vėžiagyvių kriauklės (kriliai, Kamčiatkos krabai), taip pat mikrobiologinės sintezės produktai.

49. Aromatiniai angliavandeniliai, organiniai junginiai, susidedantys iš anglies ir vandenilio ir turintys benzeno branduolių. Paprasčiausi ir svarbiausi A. y. - benzenas (I) ir jo homologai: metilbenzenas arba toluenas (II), dimetilbenzenas arba ksilenas ir kt. taip pat apima benzeno darinius su nesočiosiomis šoninėmis grandinėmis, pavyzdžiui, stireną (III). Yra daug žinomų A. at. molekulėje yra keli benzeno branduoliai, pavyzdžiui, difenilmetanas (IV), difenil C6H5 - C6H5, kuriuose abu benzeno branduoliai yra tiesiogiai susiję; naftalene (V) abu žiedai turi 2 bendrus anglies atomus; tokie angliavandeniliai vadinami A. y. su kondensuotais branduoliais.

Benzenas C6H6, PhH) Yra organinis cheminis junginys, bespalvis skystis su maloniu saldžiu kvapu. Aromatinis angliavandenilis. Benzenas yra benzino dalis, plačiai naudojamas pramonėje, yra žaliava vaistų, įvairių plastikų, sintetinės gumos, dažų gamybai. Nors benzenas randamas žalioje aliejuje, jis komerciškai sintetinamas iš kitų komponentų. Toksiškas, kancerogenas.

Homologai- Junginiai, priklausantys tai pačiai klasei, bet sudėtimi besiskiriantys sveiku skaičiumi CH2 grupių. Visų homologų kolekcija sudaro homologinę seriją.

Fizinės savybės. Bespalvis skystis, turintis aštrų aštrų kvapą. Lydymosi temperatūra = 5,5 ° C, virimo temperatūra = 80,1 ° C, tankis = 0,879 g / cm³, molekulinė masė = 78,11 g / mol. Kaip ir visi angliavandeniliai, benzenas degina ir gamina daug suodžių. Sudaro sprogius mišinius su oru, gerai maišosi su eteriais, benzinu ir kitais organiniais tirpikliais, sudaro azeotropinį mišinį su vandeniu, kurio virimo temperatūra yra 69,25 ° C. Tirpumas vandenyje 1,79 g / l (esant 25 ° C).

Struktūra. Pagal sudėtį benzenas priklauso neprisotintiems angliavandeniliams (homologinė serija CnH2n-6), tačiau, skirtingai nei etileno serijos angliavandeniliai, C2H4 pasižymi savybėmis, būdingomis prisotintiems angliavandeniliams atšiauriomis sąlygomis, tačiau benzenas yra labiau linkęs į pakaitines reakcijas. Šis benzeno „elgesys“ paaiškinamas ypatinga jo struktūra: konjuguoto 6π elektronų debesies buvimu struktūroje. Šiuolaikinė benzeno jungčių elektroninio pobūdžio idėja grindžiama Linuso Paulingo hipoteze, kuri pasiūlė pavaizduoti benzeno molekulę šešiakampio formos su įbrėžtu apskritimu, taip pabrėždama, kad nėra fiksuotų dvigubų jungčių ir yra vieno elektrono debesies, apimančio visus šešis ciklo anglies atomus.

50. Aromatiniai junginiai (arenos)- cikliniai organiniai junginiai, turintys aromatinių jungčių sistemą. Jie gali turėti prisotintas arba nesočias šonines grandines.

Svarbiausi aromatiniai angliavandeniliai yra benzenas C6H6 ir jo homologai: toluenas C6H5CH3, ksilenas C6H4 (CH3) 2 ir kt .; naftalenas C10H8, antracenas C14H10 ir jų dariniai. Išskirtinės cheminės savybės- padidėjęs aromatinio branduolio stabilumas ir polinkis į pakaitines reakcijas. Pagrindinis aromatinių angliavandenilių šaltinis yra akmens anglių degutas, nafta ir naftos produktai. Sintetiniai gavimo būdai yra labai svarbūs. Aromatiniai angliavandeniliai yra ketonų, aldehidų ir aromatinių rūgščių bei daugelio kitų medžiagų pirmtakai. Taip pat yra heterociklinių arenų, tarp kurių jie dažniausiai randami gryna forma ir junginių pavidalu - piridinas, pirolas, furanas ir tiofenas, indolas, purinas, chinolinas.

Borazolas („neorganinis benzenas“) taip pat turi aromatą, tačiau jo savybės ryškiai skiriasi nuo organinių.

Elektrofilinės pakaitinės reakcijos "(Angl. Substitution electrophilic reakcija) - pakaitinės reakcijos, kuriose ataką atlieka elektrofilas - dalelė, kuri yra teigiamai įkrauta arba turi elektronų trūkumą. Kai susidaro naujas ryšys, išeinanti dalelė - elektrofagas yra padalijamas be savo elektronų poros. Populiariausia išeinanti grupė yra H + protonas.

51-52. Aromatinės elektrofilinės pakaitinės reakcijos

Aromatinėms sistemoms iš tikrųjų yra vienas elektrofilinio pakeitimo mechanizmas - SEAr. SE1 mechanizmas (pagal analogiją su SN1 mechanizmu) yra labai retas, o SE2 (pagal analogiją atitinka SN2) visiškai nepasitaiko.

SEAr reakcijos mechanizmas arba aromatinio elektrofilinio pakeitimo reakcija (angl. substitution electrophilic aromatic) yra labiausiai paplitusi ir svarbiausia tarp aromatinių junginių pakeitimo reakcijų ir susideda iš dviejų etapų. Pirmajame etape elektrofilas yra pritvirtintas, antrame - elektrofugas yra padalintas.

Reakcijos metu susidaro tarpinė teigiamai įkrauta tarpinė medžiaga (2b paveiksle). Jis vadinamas tarpiniu Welando, aronio jonu arba σ kompleksu. Šis kompleksas paprastai yra labai reaktyvus ir lengvai stabilizuojasi greitai atskirdamas katijoną. Ribojantis etapas daugumoje SEAr reakcijų yra pirmasis etapas.

Reakcijos dažnis = k **

Kaip atakuojanti dalelė paprastai veikia palyginti silpni elektrofilai; todėl daugeliu atvejų SEAr reakcija vyksta veikiant katalizatoriui - Lewiso rūgščiai. Dažniausiai naudojami AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2.

Šiuo atveju reakcijos mechanizmas yra toks (pavyzdžiui, benzeno chlorinimas, katalizatorius FeCl3):

(1) Pirmajame etape katalizatorius sąveikauja su atakuojančia dalele ir sudaro aktyvų elektrofilinį agentą

Antrame etape iš tikrųjų įgyvendinamas SEAr mechanizmas

53. Heterocikliniai junginiai(heterociklai) - organiniai junginiai, turintys ciklus, kurie kartu su anglimi taip pat apima kitų elementų atomus. Galima laikyti karbocikliniais junginiais, kurių žiede yra hetero pakaitų (heteroatomų). Įvairiausi ir gerai ištirti yra aromatiniai azoto turintys heterocikliniai junginiai. Ribiniai heterociklinių junginių atvejai yra junginiai, kuriuose nėra žiedinių anglies atomų, pavyzdžiui, pentazolas.

Pirolis- aromatingas penkių narių azoto heterociklas, turi silpnas pagrindines savybes. Sudėtyje yra kaulų aliejaus (kuris gaunamas sausai distiliuojant kaulus), taip pat akmens anglių degute. Pirolio žiedai yra porfirinų dalis - augalų chlorofilas, hemoglobino ir citochromų hemas ir daugybė kitų biologiškai svarbių junginių.

Struktūra ir savybės. Pirolis yra bespalvis skystis, kvapu primenantis chloroformą, kuris veikiamas oro lėtai tamsėja. Jis yra šiek tiek higroskopiškas, šiek tiek tirpsta vandenyje ir gerai tirpsta daugumoje organinių tirpiklių. Pirolio struktūrą pasiūlė 1870 m. „Bayer“, remdamasi jo oksidacija chromo rūgštimi į maleimidą ir susidarymą distiliuojant sukcinimidą su cinko dulkėmis.

Rūgštingumas ir metalizavimas. Pirolis yra silpna NH rūgštis (pKa 17,5 vandenyje) ir reaguoja su šarminiais metalais ir jų amidais skystame amoniake arba inertiškuose tirpikliuose, deprotonuodama 1 padėtyje ir suformuodama atitinkamas druskas. Reakcija su Grignardo reagentais vyksta panašiai, kai susidaro N-magnio druskos. N-pakeisti piroliai reaguoja su butilu ir fenililitiu, metalizuojasi α padėtyje.

54. INDOLAS (benzo [b] pirolas), jie sako. m, 117,18; bespalvis kristalai su silpnu naftalino kvapu; t. pl. 52,5 ° C, šp 254 ° C; d456 1,0718; pakeliamas sublima. iki 150 ° C; m 7,03,10-30 CL m (benzenas, 25 ° C); distiliuotas vandens garais, dietilo eteriu ir NH3; geras solis. org. tirpalas, karštas vanduo, skystas NH3. Molekulė turi plokščią konfigūraciją.

Indolas yra silpna bazė (pKa - 2,4). Protonavus, jis sąveikos metu sudaro 3H-indolio katijoną (f-la I). su neutralia molekule indolas suteikia dimerą (II). Kaip silpna rūgštis (pKa 17), indolas su Na skystame NH3 sudaro N-natrio indolį, o KOH 130 ° C temperatūroje-N-kalio indolį. Turi aromatinį. Šv. Elektrofas. pakeitimas eina į ch. arr. iki padėties 3. Paprastai nitravimas atliekamas benzoilo nitratu, sulfoninimas piridino sulfotrioksidu, brominimas dioksano dibromidu, chlorinimas SO2Cl2 ir alkilinimas aktyviais alkilo halogenidais. Acetilinimas acto rūgštyje taip pat pereina į 3 poziciją, dalyvaujant. CH3COONa - į 1 padėtį; 1,3-diacetilindolas susidaro acto anhidride. Indolas lengvai prisijungia prie dvigubos a, b-nesočiųjų ketonų ir nitrilų jungties.

Aminometilinimas (Mannicho tirpalas) švelniomis sąlygomis pereina į 1 poziciją, sunkiomis sąlygomis - į 3 padėtį. Pakeitimas benzeno žiede (daugiausia 4 ir 6 padėtyse) vyksta tik rūgščioje terpėje, kai 3 padėtis yra užblokuota. H2O2, rūgštys arba šviesoje, indolas oksiduojamas į indoksilą, kuris vėliau virsta. trimerio ar indigo metu. Dėl stipresnio oksidacijos, veikiant O3, MnO2, plyšta pirolio žiedas ir susidaro 2-formamidobenzaldehidas. Kai indolis hidrinamas vandeniliu švelniomis sąlygomis, sumažėja pirolio žiedas, o sunkesnėmis sąlygomis - ir benzeno žiedas.

Indolis yra eteriniuose jazminų ir citrusinių vaisių aliejuose, yra kumštelio dalis. derva. Indolo žiedas yra svarbios prigimties molekulių fragmentas. junginiai (pvz., triptofanas, serotoninas, melatoninas, bufoteninas). Paprastai indolas yra išskiriamas iš kam.-ug naftaleno frakcijos. dervos arba gautas dehidrogeninant o-etilianiliną, po to. gauto produkto ciklizacija. Indolis ir jo dariniai taip pat sintetinami ciklizuojant karbonilo junginių arilhidrazonus. (Fišerio rajonas), sąveika. arilaminai su a-halogeno arba a-hidroksikarbonilo junginiais. (Bischler rajonas) ir kt. Indolo branduolys yra indolio alkaloidų dalis. Pats indolas yra parfumerijos kvapų fiksatorius; jo dariniai naudojami biologiškai aktyvių junginių gamybai. (hormonai, haliucinogenai) ir lek. Trečiadienis (pavyzdžiui, indopanas, indometacinas).

55. Imidazolas- organinis heterociklų klasės junginys, penkių narių žiedas, turintis du azoto atomus ir tris anglies atomus cikle, izomerinis į pirazolį.

Savybės. Nepakeisto imidazolo 4 ir 5 pozicijos (anglies atomai) yra lygiavertės dėl tautomerizmo. Aromatingas, reaguoja su diazonio druskomis (derinys). Jis nitrinamas ir sulfoninamas tik rūgščioje terpėje 4 padėtyje, šarminėje terpėje esantys halogenai patenka į 2 padėtį, rūgštinėje terpėje - 4 padėtyje. Jis lengvai alkilinamas ir acilinamas N imine, sąveikaujant su tirpalais stiprios rūgštys ir peroksidai. Katalizuoja ugniai atsparių esterių ir karboksirūgščių amidų hidrolizę.

Imidazolo pagrindu gaminama daugybė įvairių joninių skysčių.

Priėmimo būdai. Iš orto-fenilendiamino per benzimidazolį ir 4,5-imidazolo dikarboksirūgštį.

Glioksalo (oksalaldehido) sąveika su amoniaku ir formaldehidu.

Biologinis vaidmuo. Imidazolo ciklas yra esminės amino rūgšties histidino dalis. Struktūrinis histamino fragmentas, purino bazės, dibazolas.

56. Piridinas- šešių narių aromatinis heterociklas su vienu azoto atomu, bespalvis skystis, turintis aštrų nemalonų kvapą; maišosi su vandeniu ir organiniais tirpikliais. Piridinas yra silpna bazė, suteikia druskų su stipriomis mineralinėmis rūgštimis, lengvai sudaro dvigubas druskas ir sudėtingus junginius.

Priėmimas. Pagrindinis piridino gamybos šaltinis yra akmens anglių degutas.

Cheminės savybės. Piridinas pasižymi tretiniams aminams būdingomis savybėmis: jis sudaro N-oksidus, N-alkilpiridinio druskas ir gali veikti kaip sigmos donoras.

Tuo pačiu metu piridinas turi ryškių aromatinių savybių. Tačiau azoto atomo buvimas konjugacijos žiede sukelia rimtą elektronų tankio persiskirstymą, dėl kurio stipriai sumažėja piridino aktyvumas reaguojant elektrofiliškai aromatiškai. Tokiose reakcijose dažniausiai reaguoja žiedo meta-padėtys.

Piridinui būdingos aromatinio nukleofilinio pakaito reakcijos, vykstančios daugiausia žiedo orto-para padėtyse. Šis reaktyvumas rodo piridino žiedo elektroninį trūkumą, kurį galima apibendrinti tokia nykščio taisykle: piridino, kaip aromatinio junginio, reaktyvumas maždaug atitinka nitrobenzeno reaktyvumą.

Taikymas. Jie naudojami dažiklių, vaistinių medžiagų, insekticidų sintezei, analitinei chemijai, kaip daugelio organinių ir kai kurių neorganinių medžiagų tirpiklis, alkoholio denatūravimui.

Saugumas. Piridinas yra toksiškas, veikia nervų sistemą ir odą.

57. Biologinis vaidmuo. Nikotino rūgštis yra piridino darinys. Jis absorbuojamas skrandyje ir dvylikapirštėje žarnoje, o po to aminuojamas, susidaro nikotinoamidas, kuris kartu su baltymais organizme sudaro daugiau nei 80 fermentų. Tai yra pagrindinis vitamino B5 fiziologinis vaidmuo. Taigi, nikotino rūgštis yra tokių svarbių redokso fermentų kaip dehidrogenezė dalis, kurie katalizuoja vandenilio pašalinimą iš oksiduotų organinių medžiagų. Tokiu būdu pašalintą vandenilį šie fermentai perneša į redokso fermentus, įskaitant riboflaviną. Be to, žinduolių organizme iš nikotinamido (niacino) ir nikotino rūgšties susidaro piridino nukleotidai, kurie tarnauja kaip kofermentai NAD ir NADP. Šių pirmtakų trūkumas gyvūnams sukelia pellagra - ligą, pasireiškiančią odos, virškinimo trakto ir nervų sistemos simptomais (dermatitu, viduriavimu, demencija). Kaip kofermentai NAD ir NADP, nikotino rūgšties pirmtakai dalyvauja daugelyje redokso reakcijų, kurias katalizuoja dehidrogenazės. Biologinis niacino poveikis pasireiškia skrandžio ir virškinimo liaukų sekrecinės funkcijos stimuliavimo forma (esant skrandžiui, padidėja laisvos druskos rūgšties koncentracija). Esant vitamino B5 poveikiui, padidėja glikogeno biosintezė ir sumažėja hiperglikemija, padidėja kepenų detoksikacinė funkcija, išsiplečia kraujagyslės, pagerėja kraujo mikrocirkuliacija.

Yra ryšys tarp nikotino rūgšties ir sieros turinčių aminorūgščių. Padidėjęs metilnikotinamido išsiskyrimas su šlapimu, esant baltymų trūkumui, normalizuojamas įtraukiant į dietą sieros turinčių aminorūgščių. Tuo pačiu metu normalizuojamas fosfopirinukleotidų kiekis kepenyse.

58. Pirimidinas (C4N2H4, Pirimidinas, 1,3- arba m-diazinas, miazinas) yra heterociklinis junginys, turintis plokštuminę molekulę, paprasčiausias 1,3-diazinų atstovas.

Fizinės savybės. Pirimidinas yra bespalviai, būdingo kvapo kristalai.

Cheminės savybės. Pirimidino molekulinė masė yra 80,09 g / mol. Pirimidinas pasižymi silpnos dviejų rūgščių bazės savybėmis, nes azoto atomai gali prijungti protonus per donoro-akceptoriaus ryšį ir taip įgyti teigiamą krūvį. Pirimidino elektrofilinio pakeitimo reakcijų reaktyvumas sumažėja dėl to, kad 2,4,6 pozicijose sumažėja elektronų tankis, kurį sukelia du azoto atomai žiede. Pakeitimas tampa įmanomas tik esant elektronus dovanojantiems pakaitams ir nukreipiamas į mažiausiai deaktyvuotą padėtį 5. Tačiau, priešingai, pirimidinas yra aktyvus nukleofilinių reagentų atžvilgiu, kurie puola 2, 4 ir 6 anglies atomus žiede.

Priėmimas. Pirimidinas gaunamas redukuojant halogenintus pirimidino darinius. Arba iš 2,4,6-trichlorpirimidino, gauto barbitūro rūgštį apdorojant fosforo chloroksidu.

Pirimidino dariniai plačiai paplitę laukinėje gamtoje, kur jie dalyvauja daugelyje svarbių biologinių procesų. Visų pirma, tokie dariniai kaip citozinas, timinas, uracilas yra nukleotidų, kurie yra nukleorūgščių struktūriniai vienetai, dalis, pirimidino šerdis yra kai kurių B grupės vitaminų, ypač B1, kofermentų ir antibiotikų, dalis.

59. Purinas (C5N4H4, purinas)- heterociklinis junginys, paprasčiausias imidazopirimidinų atstovas.

Purino dariniai vaidina svarbų vaidmenį natūralių junginių (DNR ir RNR purino bazių; kofermento NAD; alkaloidų, kofeino, teofilino ir teobromino; toksinų, saksitoksino ir panašių junginių; šlapimo rūgšties) chemijoje, taigi ir farmacijoje.

Adeninas- azoto bazė, purino amino darinys (6-aminopurinas). Suformuoja dvi vandenilio jungtis su uracilu ir timinu (papildomumas).

Fizinės savybės. Adeninas yra bespalviai kristalai, kurie tirpsta 360–365 ° C temperatūroje. Jis turi būdingą absorbcijos maksimumą (λmax) esant 266 mcm (pH 7), o molinis ekstinkcijos koeficientas (εmax) yra 13500.

Cheminė formulė C5H5N5, molekulinė masė 135,14 g / mol. Adeninas pasižymi pagrindinėmis savybėmis (pKa1 = 4,15; pKa2 = 9,8). Sąveikaudamas su azoto rūgštimi, adeninas praranda savo amino grupę ir virsta hipoksantinu (6-hidroksipurinu). Vandeniniuose tirpaluose jis kristalizuojasi į kristalinį hidratą su trimis vandens molekulėmis.

Tirpumas. Gerai ištirpsime vandenyje, ypač karštame, mažėjant vandens temperatūrai, mažėja adenino tirpumas jame. Prastai tirpsta alkoholyje, chloroforme, eteryje, taip pat rūgštyse ir šarmuose - netirpsta.

Paplitimas ir reikšmė gamtoje. Adeninas yra daugelio gyviems organizmams gyvybiškai svarbių junginių, tokių kaip: adenozinas, adenozino fosfatazės, adenozino fosforo rūgštys, nukleorūgštys, adenino nukleotidai ir tt Šių junginių pavidalu adeninas yra plačiai paplitęs gamtoje.

Guaninas-azoto bazė, purino amino darinys (6-hidroksi-2-aminopurinas), yra neatskiriama nukleorūgščių dalis. DNR replikacijos ir transkripcijos metu jis sudaro tris vandenilinius ryšius su citozinu (papildomumas). Pirmiausia izoliuotas nuo guano.

Fizinės savybės. Bespalviai, amorfiniai kristaliniai milteliai. Lydymosi temperatūra 365 ° C. Guanino tirpalas HCl fluorescuoja. Šarminėje ir rūgštinėje terpėje jis turi dvi absorbcijos maksimumas (λmax) ultravioletiniame spektre: esant 275 ir 248 mmq (pH 2) ir 246 ir 273 mmq (pH 11).

Cheminės savybės. Cheminė formulė - C5H5N5O, molekulinė masė - 151,15 g / mol. Rodo pagrindines savybes, pKa1 = 3.3; pKa2 = 9,2; pKa3 = 12,3. Reaguoja su rūgštimis ir šarmais, sudarydamas druskas.

Tirpumas. Gerai tirpsta rūgštyse ir šarmuose, blogai tirpsta eteryje, alkoholyje, amoniake ir neutraliuose tirpaluose, netirpsta vandenyje .

Kokybinės reakcijos. Norint nustatyti guaniną, jis nusodinamas metafosforo ir pikrino rūgštimis, o diazosulfono rūgštis Na2CO3 tirpale suteikia raudoną spalvą.

Pasiskirstymas gamtoje ir prasme. Dalis nukleorūgščių.

60. Nukleozidai Ar glikozilaminai, turintys azoto bazę, yra susieti su cukrumi (riboze arba dezoksiriboze).

Nukleozidai gali būti fosforilinami ląstelių kinazėmis pirminėje cukraus alkoholio grupėje ir susidaro atitinkami nukleotidai.

Nukleotidai- nukleozidų, nukleozidų fosfatų fosforo esteriai. Laisvieji nukleotidai, ypač ATP, cAMP, ADP, vaidina svarbų vaidmenį energijos ir informaciniuose tarpląsteliniuose procesuose, taip pat yra sudedamosios nukleorūgščių ir daugelio kofermentų dalys.

Nukleotidai yra nukleozidų ir fosforo rūgščių esteriai. Nukleozidai, savo ruožtu, yra N-glikozidai, turintys heterociklinį fragmentą, susietą per azoto atomą su cukraus liekanos C-1 atomu.

Nukleotidų sandara. Gamtoje dažniausiai nukleotidai yra purinų arba pirimidinų ir pentozių β-N-glikozidai-D-ribozė arba D-2-ribozė. Priklausomai nuo pentozės struktūros, išskiriami ribonukleotidai ir dezoksiribonukleotidai, kurie yra sudėtingų biologinių polimerų (polinukleotidų) - atitinkamai RNR arba DNR - molekulių monomerai.

Fosfato liekana nukleotiduose paprastai sudaro esterinį ryšį su 2 ", 3" arba 5 "-hidroksilo ribonukleozidų grupėmis, 2" -deoksinukleozidų atveju 3 "arba 5" -hidroksilo grupės yra esterintos.

Junginiai, susidedantys iš dviejų nukleotidų molekulių, vadinami dinukleotidais, trijų - trinukleotidais, nedidelio skaičiaus - oligonukleotidais ir daugelio - polinukleotidais arba nukleorūgštimis.

Nukleotidų pavadinimai yra santrumpos standartinių trijų ar keturių raidžių kodų pavidalu.

Jei santrumpa prasideda mažąja raide „d“ (angl. D), tai reiškia dezoksiribonukleotidą; „d“ raidės nebuvimas reiškia ribonukleotidą. Jei santrumpa prasideda mažąja raide „c“ (angl. C), tai kalbame apie ciklinę nukleotido formą (pavyzdžiui, cAMP).

Pirmoji didžioji santrumpos raidė nurodo tam tikrą azoto bazę arba galimų nukleorinių bazių grupę, antroji - fosforo rūgšties liekanų skaičių struktūroje (M - mono-, D - di-, T - tri-), o trečioji didžioji raidė visada yra F raidė („-Fosfatas“; anglų P).

Lotynų ir rusų kodai branduolinėms bazėms:

A - A: Adeninas; G - G: Guaninas; C - C: citozinas; T - T: Timinas (5 -metiluracilas), RNR nėra, užima uracilo vietą DNR; U - U: Uracilis, nerastas DNR, užima timino vietą RNR.

Didžiausias organinės chemijos plėtros įvykis buvo didžiojo rusų mokslininko A. M. sukurta 1961 m. Butlerovas iš organinių junginių cheminės sandaros teorijos.

Prieš A. M. Butlerovo, buvo manoma, kad neįmanoma žinoti molekulės struktūros, tai yra cheminio ryšio tarp atomų tvarkos. Daugelis mokslininkų netgi paneigė atomų ir molekulių tikrovę.

ESU. Butlerovas paneigė šią nuomonę. Jis rėmėsi teisingomis materialistinėmis ir filosofinėmis idėjomis apie atomų ir molekulių egzistavimo tikrovę, apie galimybę žinoti molekulės atomų cheminį ryšį. Jis parodė, kad molekulės struktūrą galima nustatyti empiriškai, tiriant chemines medžiagos transformacijas. Ir atvirkščiai, žinodami molekulės struktūrą, galite nustatyti junginio chemines savybes.

Cheminės struktūros teorija paaiškina organinių junginių įvairovę. Taip yra dėl to, kad keturvalentė anglis gali sudaryti anglies grandines ir žiedus, susijungti su kitų elementų atomais ir dėl izomerizmo buvimo organinių junginių cheminėje struktūroje. Ši teorija padėjo mokslinį organinės chemijos pagrindą ir paaiškino svarbiausius jos dėsnius. Pagrindiniai jo teorijos principai A.M. Butlerovas pristatė pranešimą „Apie cheminės struktūros teoriją“.

Pagrindinės struktūros teorijos nuostatos yra šios:

1) molekulėse atomai yra sujungti vienas su kitu tam tikra seka pagal jų valentingumą. Atomų surišimo tvarka vadinama chemine struktūra;

2) medžiagos savybės priklauso ne tik nuo to, kokie atomai ir kokiu kiekiu yra įtraukti į jos molekulės sudėtį, bet ir nuo to, kokia tvarka jie yra sujungti vienas su kitu, tai yra, nuo cheminės molekulės struktūros ;

3) atomai ar atomų grupės, sudarančios molekulę, viena kitą veikia.

Cheminės struktūros teorijoje daug dėmesio skiriama abipusiai molekulių atomų ir atomų grupių įtakai.

Cheminės formulės, vaizduojančios atomų sujungimo į molekules tvarką, vadinamos struktūrinėmis formulėmis arba struktūros formulėmis.

Cheminės struktūros teorijos vertė A.M. Butlerova:

1) yra svarbiausia organinio chemijos teorinio pagrindo dalis;

2) reikšmingumo požiūriu jį galima palyginti su D.I elementų periodine lentele. Mendelejevas;

3) tai leido susisteminti didžiulį kiekį praktinės medžiagos;

4) leido iš anksto numatyti naujų medžiagų egzistavimą, taip pat nurodyti jų gamybos būdus.

Cheminės struktūros teorija yra pagrindinis pagrindas atliekant visus organinės chemijos tyrimus.

5. Izomerizmas. Elektroninė mažų laikotarpių elementų atomų struktūra.

Organinių medžiagų savybės priklauso ne tik nuo jų sudėties, bet ir nuo atomų sujungimo į molekulę tvarkos.

Izomerai yra medžiagos, turinčios tą pačią sudėtį ir tą pačią molinę masę, tačiau skirtingos molekulinės struktūros, todėl pasižyminčios skirtingomis savybėmis.

Cheminės struktūros teorijos mokslinė reikšmė:

1) gilina esmės supratimą;

2) nurodo kelią į vidinės molekulių sandaros pažinimą;

3) leidžia suprasti chemijoje sukauptus faktus; numatyti naujų medžiagų egzistavimą ir rasti jų sintezės būdų.

Visa tai teorija labai prisidėjo prie tolesnės organinės chemijos ir chemijos pramonės plėtros.

Vokiečių mokslininkas A. Kekule išreiškė idėją tarpusavyje grandinėje sujungti anglies atomus.

Atomų elektroninės struktūros doktrina.

Elektroninės atomų sandaros doktrinos ypatybės: 1) leido suprasti atomų cheminio ryšio pobūdį; 2) išsiaiškinti abipusės atomų įtakos esmę.

Elektronų būsena atomuose ir elektronų apvalkalų struktūra.

Elektroniniai debesys yra didžiausios tikimybės elektronų buvimo sritys, kurios skiriasi savo forma, dydžiu, kryptimi erdvėje.

Atome vandenilio vienas elektronas savo judesiu sudaro neigiamai įkrautą sferinės (sferinės) formos debesį.

S-elektronai yra elektronai, sudarantys sferinį debesį.

Vandenilio atomas turi vieną s-elektroną.

Atome helio- du s-elektronai.

Helio atomo ypatybės: 1) tos pačios sferinės formos debesys; 2) didžiausias tankis yra vienodai nutolęs nuo šerdies; 3) elektroniniai debesys derinami; 4) sudaryti bendrą dviejų elektronų debesį.

Ličio atomo ypatybės: 1) turi du elektroninius sluoksnius; 2) turi sferinį debesį, tačiau jo dydis yra daug didesnis nei vidinis dviejų elektronų debesis; 3) antrojo sluoksnio elektronas mažiau traukia branduolį nei pirmieji du; 4) lengvai sugaunami kitų atomų redokso reakcijose; 5) turi s-elektroną.

Berilio atomo ypatybės: 1) ketvirtasis elektronas - s -elektronas; 2) sferinis debesis derinamas su trečiojo elektrono debesiu; 3) vidiniame sluoksnyje yra du suporuoti s-elektronai, o išoriniame-du suporuoti s-elektronai.

Kuo daugiau elektronų debesų persidengia atomų susijungimo metu, tuo daugiau energijos išsiskiria ir tuo stipresnė cheminis ryšys.

Dalelių elgesys junginiuose priklauso nuo daugelio veiksnių. Organinių junginių struktūrų teorija tiesiog tiria molekulės elgesį junginiuose, atomų pobūdį, valentingumą, tvarką ir cheminių jungčių pobūdį. Šiame straipsnyje apibendrinamos pagrindinės šios teorijos nuostatos.

Organinių junginių sandara

Organinių junginių įvairovė paaiškinama jų cheminės struktūros ypatumu. Molekulės atomai yra išdėstyti tam tikra tvarka pagal jų valentingumą. Ši seka yra cheminė struktūra.

Medžiagos, turinčios tą pačią kokybinę ir kiekybinę sudėtį (molekulinę formulę), bet skirtingą struktūrą, vadinamos izomerais, o jų buvimas vadinamas izomerizmu. Garsus rusų chemikas A. M. Butlerovas įrodė, kad kontroliuojamų reakcijų pagalba galima gauti naujų medžiagų.

Ryžiai. 1. Izomerizmo apibrėžimas.

Taip pat svarbi nuostata, kad molekulės atomai ir atomų grupės tarpusavyje veikia vienas kitą.

Organinių medžiagų struktūrų teorija

Organinių junginių sandaros teoriją suformulavo rusų chemikas A. M. Butlerovas 1861 m. Pagrindinė šio mokslinio darbo išvada buvo teiginys, kad kiekvieną medžiagą atitinka tik viena formulė. Šis darbas parodo atomų elgesį molekulėse.

Ryžiai. 2. A. M. Butlerovas.

Pagrindinės Butlerovo struktūros teorijos nuostatos ir pasekmės gali būti suformuluotos taip:

• Molekulėse atomai nėra atsitiktinai išdėstyti, bet turi tam tikrą struktūrą.

Scheminis molekulės struktūros atvaizdavimas vadinamas struktūrine formule

Ryžiai. 3. Molekulės struktūrinė formulė.

Atsižvelgiant į anglies atomo valentiškumo padėtį, lygią keturioms ir jo gebėjimą sudaryti grandines ir ciklus, sudaromos organinių medžiagų struktūrinės formulės.

• Cheminės medžiagos savybės priklauso nuo atomų ir molekulių sudėties ir išdėstymo tvarkos.
• Skirtinga struktūra, turinti tą pačią medžiagos sudėtį ir molekulinę masę, lemia izomerizmo reiškinį. Visiškai skirtingi cheminiai elementai gali turėti tą pačią sudėtį ir molekulinę masę, viskas priklauso nuo mažiausių dalelių vietos ir ryšių tarp jų.
• Pagal medžiagos savybes galite nustatyti molekulės struktūrą, o pagal jos struktūrą - numatyti savybes
• Kadangi atskirų reakcijų metu keičiasi ne visos, o tik kai kurios molekulių dalys, tai tiriant junginio cheminių virsmų produktus, galima nustatyti jo struktūrą.
• Į molekulę įtrauktų atomų reaktyvumas skiriasi priklausomai nuo to, su kokiais atomais jie yra susiję tam tikroje molekulėje. Sujungti atomai veikia vienas kitą didesne jėga nei nesujungti atomai.

Ko mes išmokome?

Butlerovo organinių junginių cheminių struktūrų teorijos reikšmė yra didelė. Jo teorija ne tik paaiškina visų žinomų organinių medžiagų molekulių struktūrą ir jų savybes, bet ir leidžia teoriškai numatyti nežinomų ir naujų medžiagų egzistavimą, taip pat rasti būdą, kaip jas gauti ir susintetinti.