Timpul descoperirii teoriei structurii lui Butlerov. Teoria structurii compușilor chimici AM Butlerov - Knowledge Hypermarket. Secvența de unire a atomilor într-o moleculă

Curs Clasa a 11-a nivel avansat Teoria structurii organice. Alcani, cicloalcani

Principalele prevederi ale teoriei structurii chimice a lui A.M. Butlerova

1) Atomii din molecule sunt legați unul de celălalt într-o anumită secvență în funcție de lor valențe. Secvența legăturilor interatomice dintr-o moleculă se numește structura sa chimică și se reflectă într-o moleculă. formula structurala(prin formula de structură). 2) Structura chimică poate fi stabilită prin metode chimice. În prezent, se folosesc și metode fizice moderne. 3) Proprietățile substanțelor depind de structura lor chimică. 4) După proprietățile unei substanțe date, puteți determina structura moleculei sale, iar după structura moleculei, puteți prezice proprietățile. 5) Atomii și grupurile de atomi dintr-o moleculă au influenta reciproca Fiecare.

1) Structura atomului de carbon.

Structura electronică a atomului de carbon este descrisă după cum urmează: 1s 2 2s 2 2p 2 sau schematic

Carbonul din compușii organici este tetravalent.

Acest lucru se datorează faptului că, la formarea unei legături covalente, atomul de carbon trece într-o stare excitată, în care perechea de electroni din orbitalul 2s este decuplată și un electron ocupă orbitalul p vacant. Schematic:

Ca urmare, nu mai există doi, ci patru electroni nepereche.

2) Comunicarea Sigma și pi.

Orbitali atomici suprapusi de-a lungul liniei care leagă nucleele atomilor, duce la educație legături σ.

Între doi atomi într-o particulă chimică este posibil doar o legătură σ... Toate legăturile σ au simetrie axială în jurul axei internucleare.

La complementar suprapuse orbitali atomici perpendiculari pe linia de comunicatie si paraleli intre ei, 1s2 2s2 3s2

legături π.

Ca urmare, între atomi există conexiuni multiple:

Singur (σ)	Dublu (σ + π)	Triplu (σ + π + π)
C-C, C-H, C-O		С≡С și С≡N

3) Hibridarea.

Deoarece cei patru electroni ai unui atom de carbon sunt diferiți (2s și 2p electroni), atunci legăturile ar trebui să fie diferiți, dar se știe că legăturile din molecula de metan sunt echivalente. Prin urmare, pentru a explica structura spațială a moleculelor organice, se utilizează metoda hibridizare.

1. Când împărțirea a patru orbiti ai unui atom de carbon excitat (unul 2s și trei 2p) format patru noi echivalente sp 3 - orbitali hibriziîn formă de gantere alungită. Din cauza respingerii reciproce sp 3- orbitali hibrizi îndreptați în spațiu spre vârfuri tetraedru iar unghiurile dintre ele sunt egale 109 0 28" (locația cea mai avantajoasă). Această stare a atomului de carbon se numește prima stare de valență.

2. Când sp 2 -hibridare se amestecă un orbital s- și doi p-orbitali și se formează trei orbitali hibrizi, ale căror axe sunt situate în același plan și direcționate unul față de celălalt la un unghi de 120 °. Această stare a atomului de carbon se numește a doua stare de valență.

3. Când Hibridările sp îmbină un orbital s și unul p și formează doi orbitali hibrizi, ale căror axe sunt situate pe o singură linie dreaptă și îndreptate în direcții diferite față de nucleul atomului de carbon considerat la un unghi de 180 °. Această stare a atomului de carbon se numește a treia stare de valență.

TIPURI DE HIBRIDARE în substanţe organice.

4) Izomerie.

Izomerii sunt substanțe care au aceeași compoziție (numărul de atomi de fiecare tip), dar o aranjare reciprocă diferită a atomilor - o structură diferită.

De exemplu, există două substanțe cu formula moleculară C 4 H 10:

n-butan (cu schelet liniar): CH3-CH2-CH2-CH3 și izo-butan, sau 2-metilpropan:CH 3 - CH - CH 3

‌ │

CH 3Sunt izomerii.

Are loc izomeria structurale si spatiale.

Izomerie structurală.

1.Izomerie schelet de carbon- datorită ordinii diferite a legăturilor dintre atomii de carbon care formează scheletul moleculei (vezi butan și izobutan).

2.Izomeria poziției unei legături multiple sau a unei grupări funcționale- datorită poziției diferite a oricărei grupări reactive cu același schelet de carbon al moleculelor. Deci, propanul corespunde la doi alcooli izomeri:

CH3-CH2-CH2-OH-propanol-1 sau alcool n-propilic

şi CH3-CH-CH3

OH - propanol-2 sau alcool izopropilic.

Izomerie pozițiile legăturii multiple, de exemplu, în buten-1 și buten-2

CH3 - CH2 - CH = CH2 - buten-1

CH 3 - CH = CH - CH 3 - buten-2.

3. Izomerie interclasă- izomeria substanțelor aparținând diferitelor clase de compuși organici:

Alchene și cicloalcani (cu C 3)

Alchine și diene (cu C 3)

Alcooli și eteri (cu C 2)

Aldehide și cetone (cu C 3)

Acizi și esteri carboxilici monobazici saturați (cu C2)

Izomerie spațială- se împarte în două tipuri: geometric(sau cis-trans-izomerie) și optic.

Izomerie geometrică inerenți compușilor care conțin duble legături sau un ciclu ciclopropan; se datorează imposibilităţii de rotaţie liberă a atomilor în jurul unei duble legături sau într-un ciclu. În aceste cazuri, substituenții pot fi localizați fie pe aceeași parte a planului dublei legături, fie pe inel (cis - poziție), sau pe părți opuse (transă - poziţie).

Termenii „cis” și „trans” se referă de obicei la o pereche de identice substituenți și dacă toți substituenții sunt diferiți, atunci condiționat la una dintre perechi.
- două forme de acid etilen-1,2-dicarboxilic - forma cis sau acid maleic (I) și forma trans, sau acid fumaric (II) FORMA \ * MERGEFORMAT

Optic izomerie este caracteristică moleculelor de substanțe organice care nu sunt compatibile cu imaginea lor în oglindă (adică cu o moleculă corespunzătoare acestei imagini în oglindă). Cel mai adesea, activitatea optică se datorează prezenței în moleculă asimetricatom carbon, adică un atom de carbon legat la patru substituenți diferiți. Un exemplu este acidul lactic:

OH (atomul de carbon asimetric este marcat cu un asterisc).

O moleculă de acid lactic nu poate coincide cu imaginea în oglindă în timpul oricărei mișcări în spațiu. Aceste două forme de acid se leagă între ele, ca mâna dreaptă spre stânga, și se numesc antipozi optici. (enantiomeri).

Proprietățile fizice și chimice ale izomerilor optici sunt adesea foarte asemănătoare, dar pot diferi foarte mult în ceea ce privește activitatea biologică, gust și miros.

Clasificarea substantelor organice.

Clasa de substante	Caracteristică	General formulă	Sufix sau prefix
U gle v o d o r o d s	Alcani	Toate linkurile sunt unice	CnH2n + 2
Alchenele	1 dublu C = legătura C	CnH2n
Dienes	2 duble C = conexiune C	CnH2n-2
Alkyne	1 triplă legătură С≡С	CnH2n-2
Cicloalcani	Lanț de carbon în buclă	CnH2n
Arene (hidrocarburi aromatice)		CnH2n-6	…-benzen
Oxigenat conexiuni	Alcoolii		CnH2n + 2O CH30H
Fenolii	Inelul benzenic și în el	CnH2n-6O C6H5OH
Aldehide		CnH2nO NSNO
Cetone		CnH2nO C3H6O
Acizi carboxilici		CnH2nO2 UNLO	... -acid oic
Esteri		CnH2nO2
	Compuși nitro		CnH2n + 1NO2
Amine		CnH2n + 3N CH3NH2
Aminoacizi	Conține -NH2 și -COOH	CnH2n + 1NO2

Nomenclatura substanțelor organice

С 1 - întâlnit С 6 - hex

С 2 - etaj С 7 - hept

С 4 - dar С 9 - nu

Finale

An - există doar legături simple C - C în moleculă

En - există o legătură dublă C = C în moleculă

Ying - există o legătură triplă С≡С în moleculă

Dienă - există două legături duble C = C în moleculă

Vechimea grupurilor funcționale dintr-o moleculă

		Sufix (sau terminație)
	carboxi-	Acidul ovic
	hidroxi-	OL (-alcool ovy)
Halogeni	Fluor, clor etc.
Radical de hidrocarburi

Cel mai mare eveniment în dezvoltarea chimiei organice a fost crearea în 1961 de către marele om de știință rus. A.M. Butlerov teoria structurii chimice a compuşilor organici.

Înainte de A.M. Butlerov, s-a considerat imposibil să se cunoască structura unei molecule, adică ordinea legăturii chimice dintre atomi. Mulți oameni de știință chiar au negat realitatea atomilor și a moleculelor.

A.M. Butlerov a respins această opinie. El a procedat de la corect materialistși idei filozofice despre realitatea existenței atomilor și moleculelor, despre posibilitatea cunoașterii legăturii chimice a atomilor dintr-o moleculă. El a arătat că structura unei molecule poate fi stabilită empiric prin studierea transformărilor chimice ale unei substanțe. Dimpotrivă, cunoscând structura moleculei, puteți deduce proprietățile chimice ale compusului.

Teoria structurii chimice explică varietatea compușilor organici. Se datorează capacității carbonului tetravalent de a forma lanțuri și inele de carbon, de a se combina cu atomii altor elemente și prezenței izomeriei în structura chimică a compușilor organici. Această teorie a pus bazele științifice ale chimiei organice și a explicat cele mai importante legi ale acesteia. Principiile de bază ale teoriei sale A.M. Butlerov a prezentat în raportul „Despre teoria structurii chimice”.

Principalele prevederi ale teoriei structurii sunt următoarele:

1) în molecule, atomii sunt legați între ei într-o anumită secvență în conformitate cu valența lor. Ordinea în care atomii sunt legați se numește structură chimică;

2) proprietățile unei substanțe depind nu numai de ce atomi și în ce cantitate sunt incluși în compoziția moleculei sale, ci și de ordinea în care sunt conectați unul cu celălalt, adică de structura chimică a moleculei ;

3) atomi sau grupuri de atomi care au format o moleculă se influențează reciproc.

În teoria structurii chimice, se acordă multă atenție influenței reciproce a atomilor și grupurilor de atomi dintr-o moleculă.

Se numesc formule chimice, care descriu ordinea în care atomii sunt uniți în molecule formule structurale sau formule de structură.

Valoarea teoriei structurii chimice A.M. Butlerova:

1) este cea mai importantă parte a fundamentului teoretic al chimiei organice;

2) din punct de vedere al semnificației, poate fi comparat cu Tabelul periodic al elementelor din D.I. Mendeleev;

3) a făcut posibilă sistematizarea unei cantități uriașe de material practic;

4) a făcut posibilă prezicerea în avans a existenței unor noi substanțe, precum și indicarea modalităților de producere a acestora.

Teoria structurii chimice servește ca bază de ghidare în toate cercetările în chimia organică.

12 fenoli, derivați hidroxi compuși aromatici conţinând una sau mai multe grupări hidroxil (-OH) legate de atomii de carbon ai nucleului aromatic. După numărul de grupe OH, fosforul monoatomic se distinge, de exemplu, oxibenzenul C 6 H 5 OH, numit de obicei simplu fenol, oxitolueni CH 3 C 6 H 4 OH - așa-numitele cresoli, hidroxinaftalene - naftoli, diatomic, de exemplu dioxibenzeni C 6 H 4 (OH) 2 ( hidrochinonă, pirocatecol, resorcinol), poliatomic, de exemplu pirogallol, floroglucinol... F. - cristale incolore cu miros caracteristic, mai rar lichide; bine solubil în solvenți organici (alcool, eter, oenzen). Cu proprietăți acide, fosforul formează produse asemănătoare sărurilor, fenați: ArOH + NaOH (ArONa + H2O (Ar este un radical aromatic). Alchilarea și acilarea fenolaților duce la eteri de fosfor, ArOR simplu și ArOCOR complex (R este un radical organic). Esterii pot fi obținuți prin interacțiunea directă a fosforului cu acizii carboxilici, anhidridele acestora și clorurile acide. Când fenolii sunt încălziți cu CO 2, se formează acizi fenolici, de exemplu acid salicilic... Spre deosebire de alcooli, gruparea hidroxil a lui F. cu mare dificultate este înlocuită cu halogen. Substituția electrofilă în nucleul fosforului (halogenare, nitrare, sulfonare, alchilare etc.) este mult mai ușoară decât pentru hidrocarburile aromatice nesubstituite; grupările substituente sunt trimise către orto- și pereche-poziție față de grupa OH (vezi. Orientări ale regulilor). Hidrogenarea catalitică a fosforului conduce la alcooli aliciclici, de exemplu, C 6 H 5 OH este redus la ciclohexanol... F. se caracterizează și prin reacții de condensare, de exemplu, cu aldehide și cetone, care sunt utilizate în industrie pentru a obține rășini fenolice și resorcinol-formaldehidice, difenilolpropan și alte produse importante.

Fosfatul este obținut, de exemplu, prin hidroliza derivaților de halogen corespunzători, prin topirea alcalină a acizilor arilsulfonici ArSO 2 OH, și izolat din gudron de cărbune, gudron, cărbune brun și altele.F. este o materie primă importantă în producerea de diversi polimeri, adezivi, vopsele și lacuri, coloranți și produse farmaceutice (fenolftaleină, acid salicilic, salol), agenți tensioactivi și parfumuri. Unele F. sunt folosite ca antiseptice și antioxidanți (de exemplu, polimeri, uleiuri lubrifiante). Pentru identificarea calitativă a F. se folosesc soluții de clorură ferică, care formează produse colorate cu F.. F. sunt toxice (vezi. Ape uzate.).

13 Alcani

caracteristici generale

Hidrocarburile sunt cei mai simpli compuși organici, formați din două elemente: carbon și hidrogen. Hidrocarburile saturate, sau alcanii (denumire internațională), sunt compuși a căror compoziție este exprimată prin formula generală C n H 2n + 2, unde n este numărul de atomi de carbon. În moleculele hidrocarburilor saturate, atomii de carbon sunt legați printr-o legătură simplă (unică), iar toate celelalte valențe sunt saturate cu atomi de hidrogen. Alcanii sunt numiți și hidrocarburi saturate sau parafine (termenul „parafine” înseamnă „avand afinitate scăzută”).

Primul membru al seriei omoloage de alcani este metanul CH4. Desinența -an este caracteristică denumirilor hidrocarburilor saturate. Acesta este urmat de etan C2H6, propan C3H8, butan C4H10. Începând cu a cincea hidrocarbură, numele este format dintr-o cifră grecească care indică numărul de atomi de carbon dintr-o moleculă, iar terminația -an. Acestea sunt pentan C 5 H 12 hexan C 6 H 14, heptan C 7 H 16, octan C 8 H 18, nonan C 9 H 20, decan C 10 H 22 etc.

În seria omoloagă se observă o modificare treptată a proprietăților fizice ale hidrocarburilor: crește punctele de fierbere și de topire, iar densitatea crește. În condiții normale (temperatura ~ 22 ° C), primii patru membri ai seriei (metan, etan, propan, butan) sunt gaze, de la C 5 H 12 la C 16 H 34 sunt lichide, iar cu C 17 H 36 sunt solide.

Alcanii, începând cu al patrulea membru al seriei (butanul), au izomeri.

Toți alcanii sunt saturati cu hidrogen la limită (maxim). Atomii lor de carbon sunt în starea de hibridizare sp 3, ceea ce înseamnă că au legături simple (single).

Nomenclatură

Numele primilor zece membri ai seriei de hidrocarburi saturate au fost deja date. Pentru a sublinia faptul că un alcan are un lanț de carbon neramificat, cuvântul normal (n-) este adesea adăugat la nume, de exemplu:

CH3-CH2-CH2-CH3CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3

n-butan n-heptan

(butan normal) (heptan normal)

Când un atom de hidrogen este îndepărtat dintr-o moleculă de alcan, se formează particule de un an, numite radicali de hidrocarburi (abreviați cu litera R). Denumirile radicalilor monovalenți sunt derivate din denumirile hidrocarburilor corespunzătoare cu terminația -an înlocuită cu -yl. Iată exemple relevante:

Radicalii sunt formați nu numai din compuși organici, ci și anorganici. Deci, dacă grupa hidroxil OH este scăzută din acidul azotic, atunci obțineți un radical monovalent - NO 2, numit grup nitro etc.

Când doi atomi de hidrogen sunt îndepărtați dintr-o moleculă de hidrocarbură, se obțin radicali bivalenți. Numele lor sunt derivate și din denumirile hidrocarburilor saturate corespunzătoare cu înlocuirea terminației -an cu -iliden (dacă atomii de hidrogen sunt rupți dintr-un atom de carbon) sau -ilenă (dacă atomii de hidrogen sunt rupți din doi). atomi de carbon adiacenți). Radicalul CH 2 = poartă denumirea de metilen.

Denumirile de radicali sunt folosite în nomenclatura multor derivați de hidrocarburi. De exemplu: CH 3 I este iodură de metil, C 4 H 9 Cl este clorură de butii, CH 2 Cl 2 este clorură de metilen, C 2 H 4 Br 2 este bromură de etilenă (dacă atomii de brom sunt legați de diferiți atomi de carbon) sau bromură de etiliden (dacă atomii de brom sunt legați de un atom de carbon).

Pentru denumirea de izomeri sunt utilizate pe scară largă două nomenclaturi: cea veche - rațională și cea modernă - substituțională, care mai este numită și sistematică sau internațională (propusă de Uniunea Internațională de Chimie Teoretică și Aplicată IUPAC).

Conform nomenclaturii raționale, hidrocarburile sunt considerate derivați ai metanului, în care unul sau mai mulți atomi de hidrogen sunt înlocuiți cu radicali. Dacă în formulă aceiași radicali se repetă de mai multe ori, atunci aceștia sunt indicați prin numere grecești: di - doi, trei - trei, tetra - patru, penta - cinci, hexa - șase etc. De exemplu:

Nomenclatura rațională este convenabilă pentru conexiuni nu foarte complexe.

Conform nomenclaturii substituenților, numele se bazează pe un lanț de carbon și toate celelalte fragmente ale moleculei sunt considerate substituenți. În acest caz, se selectează cel mai lung lanț de atomi de carbon și atomii din lanț sunt numerotați de la capătul de care este mai aproape radicalul de hidrocarbură. Apoi numesc: 1) numărul atomului de carbon de care este legat radicalul (începând cu radicalul cel mai simplu); 2) hidrocarbură, care corespunde unui lanț lung. Dacă formula conține mai mulți radicali identici, atunci înainte de numele lor indicați numărul în cuvinte (di-, tri-, tetra- etc.), iar numerele radicalilor sunt separate prin virgule. Iată cum ar trebui să fie numiți izomerii hexan conform acestei nomenclaturi:

Și iată un exemplu mai complex:

Atât nomenclatura substituțională, cât și cea rațională sunt utilizate nu numai pentru hidrocarburi, ci și pentru alte clase de compuși organici. Pentru unii compuși organici se folosesc denumiri consacrate istoric (empirice) sau așa-numitele banale (acid formic, eter sulfuric, uree etc.).

Când scrieți formule pentru izomeri, este ușor de observat că atomii de carbon ocupă poziții diferite în ei. Un atom de carbon care este legat de un singur atom de carbon din lanț se numește primar, cu doi - secundar, cu trei - terțiar, cu patru - cuaternar. Deci, de exemplu, în ultimul exemplu, atomii de carbon 1 și 7 sunt primari, 4 și 6 sunt secundari, 2 și 3 sunt terțiari, 5 este cuaternar. Proprietățile atomilor de hidrogen, ale altor atomi și grupări funcționale depind de atomul de carbon cu care sunt asociați: primar, secundar sau terțiar. Acest lucru ar trebui să fie întotdeauna luat în considerare.

Primirea. Proprietăți.

Proprietăți fizice. În condiții normale, primii patru membri ai seriei omoloage de alcani (C 1 - C 4) sunt gaze. Alcanii normali de la pentan la heptadecan (C 5 - C 17) sunt lichizi, începând de la C 18 și mai sus sunt solide. Pe măsură ce numărul de atomi de carbon din lanț crește, de ex. odată cu creșterea greutății moleculare relative, punctele de fierbere și de topire ale alcanilor cresc. Cu același număr de atomi de carbon în moleculă, alcanii ramificati au puncte de fierbere mai mici decât alcanii normali.

Alcanii sunt practic insolubili în apă, deoarece moleculele lor au polaritate scăzută și nu interacționează cu moleculele de apă, se dizolvă bine în solvenți organici nepolari, cum ar fi benzenul, tetraclorura de carbon etc. Alcanii lichizi se amestecă ușor între ei.

Principalele surse naturale de alcani sunt petrolul și gazele naturale. Diverse fracții uleioase conțin alcani de la C5H12 la C30H62. Gazul natural constă din metan (95%) amestecat cu etan și propan.

Dintre metodele sintetice de producere a alcanilor, se pot distinge următoarele:

1. Obținerea din hidrocarburi nesaturate. Interacțiunea alchenelor sau alchinelor cu hidrogenul ("hidrogenarea") are loc în prezența catalizatorilor metalici (Ni, Pd) la
Incalzi:

CHs-C≡CH + 2H2 → CH3-CH2-CH3.

2. Obținerea din derivați halogenați. Când alcanii monohalogenați sunt încălziți cu sodiu metalic, se obțin alcani cu un număr dublu de atomi de carbon (reacția Würz):

C2H5Br + 2Na + Br-C2H5 → C2H5-C2H5 + 2NaBr.

O reacție similară nu este efectuată cu doi alcani halogenați diferiți, deoarece aceasta produce un amestec de trei alcani diferiți

3. Obţinerea din sărurile acizilor carboxilici. Când sărurile anhidre ale acizilor carboxilici sunt topite cu alcalii, se obțin alcani care conțin un atom de carbon mai puțin decât lanțul de carbon al acizilor carboxilici originali:

4. Producția de metan. Într-un arc electric care arde într-o atmosferă de hidrogen, se formează o cantitate semnificativă de metan:

C + 2H2 → CH4.

Aceeași reacție are loc atunci când carbonul este încălzit într-o atmosferă de hidrogen la 400-500 ° C la presiune ridicată în prezența unui catalizator.

În condiții de laborator, metanul este adesea obținut din carbură de aluminiu:

Al4C3 + 12H20 = 3CH4 + 4Al (OH)3.

Proprietăți chimice. În condiții normale, alcanii sunt inerți din punct de vedere chimic. Sunt rezistenți la acțiunea multor reactivi: nu interacționează cu acizii sulfuric și azotic concentrați, cu alcalii concentrați și topiți, nu sunt oxidați de oxidanți puternici - permanganat de potasiu KMnO 4 etc.

Stabilitatea chimică a alcanilor se explică prin rezistența ridicată a legăturilor s C-C și C-H, precum și prin nepolaritatea acestora. Legăturile C-C și C-H nepolare din alcani nu sunt predispuse la scindarea ionică, dar sunt capabile să se scindeze homolitic sub acțiunea radicalilor liberi activi. Prin urmare, alcanii sunt caracterizați prin reacții radicalice, care au ca rezultat compuși în care atomii de hidrogen sunt înlocuiți cu alți atomi sau grupuri de atomi. În consecință, alcanii intră în reacții care procedează prin mecanismul de substituție radicalică, notați cu simbolul S R (din engleză, substitution radicalic). Conform acestui mecanism, atomii de hidrogen sunt cel mai ușor înlocuiți la atomi de carbon terțiar, apoi la atomi de carbon secundari și primari.

1. Halogenare. Când alcanii reacţionează cu halogenii (clorul şi bromul) sub influenţa radiaţiilor UV sau a temperaturilor ridicate, se formează un amestec de produse de la alcani mono- până la polihalogenaţi. Schema generală a acestei reacții este prezentată folosind exemplul metanului:

b) Creșterea lanțului. Radicalul de clor ia un atom de hidrogen din molecula de alcan:

CI + CH4 → HCI + CH3

În acest caz, se formează un radical alchil, care îndepărtează atomul de clor din molecula de clor:

CH3 + CI2 → CH3CI + CI

Aceste reacții se repetă până când lanțul este terminat de una dintre reacțiile:

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

Ecuația generală a reacției:

În reacțiile radicalice (halogenare, nitrare), în primul rând, atomii de hidrogen sunt amestecați la atomi de carbon terțiar, apoi la atomi de carbon secundari și primari. Acest lucru se explică prin faptul că legătura homolitică a atomului de carbon terțiar cu hidrogenul se rupe cel mai ușor (energie de legare 376 kJ / mol), apoi cea secundară (390 kJ / mol) și abia apoi primară (415 kJ / mol) .

3. Izomerizare. Alcanii normali, în anumite condiții, pot fi transformați în alcani cu lanț ramificat:

4. Cracarea este o scindare hemolitică a legăturilor C-C, care are loc la încălzire și sub acțiunea catalizatorilor.
În cracarea alcanilor superiori se formează alchene și alcani inferiori, în cracarea metanului și etanului se formează acetilena:

C8H18 → C4H10 + C4H8,

2СН 4 → С 2 Н 2 + ЗН 2,

C2H6 → C2H2 + 2H2.

Aceste reacții sunt de mare importanță industrială. În acest fel, fracțiunile de ulei cu punct de fierbere ridicat (pacură) sunt transformate în benzină, kerosen și alte produse valoroase.

5. Oxidarea. Prin oxidarea ușoară a metanului cu oxigenul atmosferic în prezența diferiților catalizatori, se poate obține alcool metilic, formaldehidă și acid formic:

Oxidarea catalitică ușoară a butanului cu oxigenul atmosferic este una dintre metodele industriale de producere a acidului acetic:

t °
2C4H10 + 5O2 → 4CH3COOH + 2H2O.
pisică

În aer, alcanii ard la CO2 și H2O:

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

Alchenele

Alchenele (altfel olefine sau hidrocarburi de etilenă) sunt hidrocarburi aciclice nesaturate care conțin o dublă legătură între atomi de carbon, formând o serie omoloagă cu formula generală CnH2n. Atomii de carbon din legătura dublă sunt în stare de hibridizare sp².

Cea mai simplă alchenă este etena (C2H4). Conform nomenclaturii IUPAC, denumirile alchenelor sunt derivate din numele alcanilor corespunzători prin înlocuirea sufixului „-an” cu „-en”; poziţia dublei legături este indicată printr-o cifră arabă.

Seria omologică

Alchenele cu mai mult de trei atomi de carbon au izomeri. Alchenele sunt caracterizate prin izomerie ale scheletului de carbon, poziții de legături duble, interclase și geometrice.

ethen	C2H4
propenă	C3H6
n-butenă	C4H8
n-pentene	C5H10
n-hexenă	C6H12
n-heptenă	C7H14
n-octenă	C8H16
n-nonen	C9H18
n-decen	C10H20

Proprietăți fizice

Punctele de topire și de fierbere cresc odată cu greutatea moleculară și lungimea coloanei vertebrale de carbon.
În condiții normale, alchenele de la C2H4 la C4H8 sunt gaze; de la C5H10 la C17H34 - lichide, după C18H36 - solide. Alchenele sunt insolubile în apă, dar ușor solubile în solvenți organici.

Proprietăți chimice

Alchenele sunt reactive. Proprietățile lor chimice sunt determinate de prezența unei duble legături.
Ozonoliza: alchena se oxidează la aldehide (în cazul carbonilor vicinali monosubstituiți), cetone (în cazul carbonilor vicinali disubstituiți) sau un amestec de aldehidă și cetonă (în cazul unei alchene trisubstituite la dubla legătură) :

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

Ozonoliza în condiții dure - alchena este oxidată la acid:

R „–CH = CH – R” + O3 → R „–COOH + R” –COOH + H2O

Atașare dublă legătură:
CH2 = CH2 + Br2 → CH2Br-CH2Br

Oxidarea cu peracizi:
CH2 = CH2 + CH3COOOH →
sau
CH2 = CH2 + HCOOH → HOCH2CH2OH

1. Principalele prevederi ale teoriei structurii chimice a lui A.M. Butlerova

1. Atomii din molecule sunt legați între ei într-o anumită secvență în funcție de valențele lor. Secvența legăturilor interatomice dintr-o moleculă se numește structura sa chimică și este reflectată de o formulă structurală (formula de structură).

2. Structura chimică poate fi stabilită prin metode chimice. (În prezent, se folosesc și metode fizice moderne).

3. Proprietățile substanțelor depind de structura lor chimică.

4. După proprietățile unei substanțe date, puteți determina structura moleculei sale, iar după structura moleculei, puteți prezice proprietățile.

5. Atomii și grupurile de atomi dintr-o moleculă au o influență reciprocă unul asupra celuilalt.

O moleculă de compus organic este o colecție de atomi legați într-o anumită ordine, de obicei prin legături covalente. În acest caz, atomii legați pot diferi în mărimea electronegativității. Valorile electronegativităților determină în mare măsură caracteristici atât de importante ale unei legături precum polaritatea și rezistența (energia de formare). La rândul lor, polaritatea și rezistența legăturilor dintr-o moleculă, în mare măsură, determină capacitatea moleculei de a intra în anumite reacții chimice.

Electronegativitatea unui atom de carbon depinde de starea de hibridizare a acestuia. Acest lucru se datorează fracției de orbital s din orbital hibrid: este mai mic pentru sp3- și mai mult pentru sp2- și sp-hibrizi.

Toți atomii care constituie o moleculă sunt interconectați și experimentează influență reciprocă. Această influență se transmite în principal printr-un sistem de legături covalente, folosind așa-numitele efecte electronice.

Efectele electronice se numesc schimbarea densității electronilor într-o moleculă sub influența substituenților.

Atomii legați polar poartă sarcini parțiale, notate cu litera greacă delta (d). Un atom care „trage” densitatea electronică a legăturii s în direcția sa capătă o sarcină negativă d-. Când luăm în considerare o pereche de atomi legați printr-o legătură covalentă, atomul mai electronegativ este numit acceptor de electroni. Partenerul său de legătură S va avea, în consecință, un deficit de densitate de electroni egal, de exemplu. sarcina pozitivă parțială d + va fi numită donor de electroni.

Deplasarea densității electronilor de-a lungul lanțului de legături s se numește efect inductiv și este notat cu I.

2. Izomerie- existenţa unor compuşi (în principal organici), identici ca compoziţie elementară şi greutate moleculară, dar diferiţi ca proprietăţi fizico-chimice. Astfel de compuși se numesc izomeri.

Izomerie structurală- rezultatul diferenţelor de structură chimică. Acest tip include:

Izomeria scheletului de carbon, datorită ordinii diferite a legăturilor atomilor de carbon. Cel mai simplu exemplu este butanul CH3-CH2-CH2-CH3 și izobutanul (CH3) 3CH. Alte exemple: antracen și fenantren (formulele I și, respectiv, II), ciclobutan și metilciclopropan (III și IV).

Izomeria de valență este un tip special de izomerie structurală, în care izomerii pot fi transformați unul în altul numai datorită redistribuirii legăturilor. De exemplu, izomerii de valență ai benzenului (V) sunt biciclohexa-2,5-dienă (VI, „Dewar benzen”), Prisman (VII, „Ladenburg benzen”), benzvalenă (VIII).

Izomeria grupului funcțional - Diferă prin natura grupului funcțional; de exemplu etanol (CH3-CH2-OH) şi dimetil eter (CH3-O-CH3).

Izomerismul poziției- Un tip de izomerie structurală, caracterizată prin diferența de poziție a acelorași grupări funcționale sau legături duble cu același schelet de carbon. Exemplu: acid 2-clorbutanoic și acid 4-clorobutanoic.

Enantiomerii (izomeri optici, izomeri oglindă) sunt perechi de antipozi optici - substanțe caracterizate prin semne opuse și rotații egale ale planului de polarizare a luminii cu identitatea tuturor celorlalte proprietăți fizice și chimice (cu excepția reacțiilor cu alte substanțe optic active și fizice). proprietăți într-un mediu chiral). Un motiv necesar și suficient pentru apariția antipozilor optici este apartenența unei molecule la una dintre următoarele grupe de simetrie punctuală: Cn, Dn, T, O sau I (chiralitate). Cel mai adesea vorbim despre un atom de carbon asimetric, adică un atom legat la patru substituenți diferiți.

3. sp³-hibridare - Apare atunci când un s- și trei p-orbitali sunt amestecați. Apar patru orbitali identici, situati unul fata de celalalt la unghiuri tetraedrice de 109 ° 28 '(109,47 °), lungime 0,154 nm.

Pentru un atom de carbon și alte elemente din a doua perioadă, acest proces are loc conform schemei:

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

Alcanes(hidrocarburi saturate, parafine, compuși alifatici) - hidrocarburi aciclice liniare sau ramificate care conțin doar legături simple și formează o serie omoloagă cu formula generală CnH2n + 2 .Structura chimică a alchinei(ordinea de conectare a atomilor în molecule) dintre cei mai simpli alcani - metan, etan și propan - sunt arătate prin formulele lor structurale date în Secțiunea 2. Din aceste formule se poate observa că există două tipuri de legături chimice în alcani:

C-C și C-H. Legătura C-C este covalentă nepolară. Legătura C-H este covalentă slab polară, deoarece carbonul și hidrogenul sunt apropiate ca electronegativitate

Orbitul p nehibrizant perpendicular pe plan legături σ, este folosit pentru a forma o legătură π cu alți atomi. Această geometrie a carbonului este tipică pentru grafit, fenol etc.

Unghiul de valență- unghiul format de direcţiile legăturilor chimice emanate de la un atom. Cunoașterea unghiurilor de legătură este necesară pentru a determina geometria moleculelor. Unghiurile de legătură depind atât de caracteristicile individuale ale atomilor atașați, cât și de hibridizarea orbitalilor atomici ai atomului central. Pentru moleculele simple, unghiul de legătură, ca și alți parametri geometrici ai moleculei, poate fi calculat folosind metodele chimiei cuantice. Experimental se determină din valorile momentelor de inerție ale moleculelor obținute prin analiza spectrelor lor de rotație (vezi Spectroscopie în infraroșu, Spectre moleculare, Spectroscopie cu microunde). Unghiul de legătură al moleculelor complexe este determinat prin analiza structurală de difracție.

4.sp2-hibridare (plan-trigonal) Unul s și doi orbitali p se amestecă și se formează trei orbitali hibride sp2 echivalente, situați în același plan la un unghi de 120 ° (evidențiați cu albastru). Ele pot forma trei legături σ. Al treilea p-orbital rămâne nehibridizat și este orientat perpendicular pe planul orbitalilor hibrizi. Acest p-AO participă la formarea unei legături π . Pentru elementele perioadei a 2-a, procesul de hibridizare sp2 are loc conform schemei:

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

A doua stare de valență a atomului de carbon. Există substanțe organice în care un atom de carbon este legat nu de patru, ci de trei atomi vecini, rămânând în același timp tetravalent.

5.sp-hibridare (liniară) Un amestec de orbitali s- și unul p, formând doi orbitali sp echivalenti situati la un unghi de 180, i.e. pe o axa. Orbitalii sp hibrizi sunt implicați în formarea a două legături σ. Doi p-orbitali nu sunt hibridizați și sunt localizați în planuri reciproc perpendiculare. -Orbitalii formează două legături π în compuși.

Pentru elementele din a doua perioadă, hibridizarea sp are loc conform schemei:

2s + 2px = 2 (2sp)

2py- și 2pz-AO nu se modifică.

Acetilenă- hidrocarbură nesaturată C2H2. Are o legătură triplă între atomii de carbon, aparține clasei alchinelor

Atomii de carbon din acetilenă sunt sp-hibridați. Sunt conectate cu una și două conexiuni, max. densitățile to-rykh sunt situate în două zone reciproc perpendiculare, formând cilindrice. nor de densitate de electroni; în afara ei există H.

METILACETILENĂ(propină, alilenă) CH3C = CH. Prin chimie. Sf. tu M. este un reprezentant tipic al hidrocarburilor acetilenice. Intră cu ușurință în districtul electrof., Nucleoph. și adiție radicală la legătura triplă, de exemplu. la interacțiune. formează metil izopropenil eter cu metanolul.

6. Tipuri de comunicare - Legătură metalică, legătură covalentă, legătură ionică, legătură de hidrogen

Legătură ionică- o legătură chimică puternică formată între atomi cu o diferență mare de electronegativitate, în care perechea totală de electroni este transferată complet la un atom cu o electronegativitate mai mare. Un exemplu este compusul CsF, în care „gradul de ionicitate” este de 97%.

caz extrem de polarizare a unei legături polare covalente. Format între metal tipic și nemetal. În acest caz, electronii metalului sunt transferați complet către nemetal. Se formează ioni.

Dacă se formează o legătură chimică între atomi care au o diferență foarte mare de electronegativități (EO> 1,7 conform lui Pauling), atunci perechea totală de electroni este transferată complet la atomul cu o OE mai mare. Acest lucru are ca rezultat formarea unui compus de ioni cu încărcare opusă.

Legătură covalentă(legătură atomică, legătură homeopolară) - o legătură chimică formată prin suprapunerea (socializarea) unei perechi de nori de electroni de valență. Norii de electroni (electroni) care asigură comunicarea se numesc o pereche de electroni comună.

O legătură covalentă simplă se formează din doi electroni de valență nepereche, câte unul de la fiecare atom:

Ca rezultat al socializării, electronii formează un nivel de energie plin. O legătură se formează dacă energia lor totală la acest nivel este mai mică decât în ​​starea inițială (și diferența de energie nu va fi nimic mai mult decât energia legăturii).

Umplerea orbitalilor atomici (la margini) și moleculari (în centru) din molecula H2 cu electroni. Axa verticală corespunde nivelului de energie, electronii sunt indicați prin săgeți reprezentând spinurile lor.

Conform teoriei orbitalilor moleculari, suprapunerea a doi orbitali atomici duce in cel mai simplu caz la formarea a doi orbitali moleculari (MO): un MO de legare si un MO de antilegare (antibondare). Electronii împărtășiți sunt localizați la MO de legătură, care are o energie mai mică.

7. Alcanes- hidrocarburi aciclice cu structură liniară sau ramificată, care conţin doar legături simple şi formează o serie omoloagă cu formula generală CnH2n + 2.

Alcanii sunt hidrocarburi saturate și conțin cât mai mulți atomi de hidrogen. Fiecare atom de carbon din moleculele de alcan este într-o stare de sp³-hibridare - toți cei 4 orbitali hibrizi ai atomului de C sunt egali ca formă și energie, 4 nori de electroni sunt direcționați către vârfurile tetraedrului la unghiuri de 109 ° 28". la legături simple între atomii de C, rotație liberă în jurul legăturii de carbon Tipul de legătură de carbon - σ-legatură, legăturile sunt cu polaritate scăzută și slab polarizabile Lungimea legăturii de carbon - 0,154 nm.

Izomeria hidrocarburilor saturate se datorează celui mai simplu tip de izomerie structurală - izomeria scheletului de carbon. Omolog diferența este -CH2-. Alcanii cu mai mult de trei atomi de carbon au izomeri. Numărul acestor izomeri crește cu o viteză extraordinară pe măsură ce crește numărul de atomi de carbon. Pentru alcanii cu n = 1 ... 12, numărul de izomeri este 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.

Nomenclatura - Raţional. Este selectat unul dintre atomii lanțului de carbon, acesta este considerat a fi substituit cu metan și denumirea aeste construită în raport cu acesta.

Primirea... Reducerea alcanilor halogenați. Recuperarea alcoolilor. Reducerea compușilor carbonilici. Hidrogenarea hidrocarburilor nesaturate. Sinteza Kolbe. Gazeificarea combustibilului solid. Reacția Wurtz. Sinteza Fischer-Tropsch.

8. Alcani au activitate chimică scăzută. Acest lucru se datorează faptului că legăturile simple C-H și C-C sunt relativ puternice și greu de spart.

Reacții de substituție radicală.

Halogenarea alcanilor decurge printr-un mecanism radical. Pentru a iniția reacția, un amestec de alcan și halogen trebuie iradiat cu lumină UV sau încălzit. Clorarea metanului nu se oprește în etapa de obținere a clorurii de metil (dacă se iau cantități echimolare de clor și metan), ci duce la formarea tuturor produșilor de substituție posibili, de la clorura de metil la tetraclorura de carbon.

Nitrare (reacția Konovalov)

Alcanii reacţionează cu o soluţie 10% de acid azotic sau oxid de azot N2O4 în fază gazoasă pentru a forma derivaţi nitro:

RH + HNO3 = RNO2 + H2O

Toate datele disponibile indică un mecanism de radicali liberi. Ca rezultat al reacției, se formează amestecuri de produse.

Reacții de oxidare. Combustie

Principala proprietate chimică a hidrocarburilor saturate, care determină utilizarea lor ca combustibil, este reacția de ardere. Exemplu: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

În cazul lipsei de oxigen, în locul dioxidului de carbon se produce monoxid de carbon sau cărbune (în funcție de concentrația de oxigen).

În general, ecuația reacției de ardere pentru orice hidrocarbură CxHy poate fi scrisă astfel: CxHy + (x + 0,5y) O2 → xCO2 + 0,5yH2O

Oxidarea catalitică

Se pot forma alcooli, aldehide, acizi carboxilici.

Transformări termice ale alcanilor. Descompunere

Reacțiile de descompunere apar numai sub influența temperaturilor ridicate. O creștere a temperaturii duce la ruperea legăturii de carbon și formarea de radicali liberi.

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

Cracare

Când sunt încălziți peste 500 ° C, alcanii suferă descompunere pirolitică cu formarea unui amestec complex de produse, a cărui compoziție și raport depind de temperatură și timpul de reacție.

Dehidrogenare

Formarea alchenelor și evoluția hidrogenului

Condiții de curgere: 400 - 600 ° C, catalizatori - Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3; C2H6 → C2H4 + H2

Izomerizare - Sub acțiunea unui catalizator (de exemplu, AlCl3), alcanul este izomerizat, de exemplu:

butanul (C4H10) care interacționează cu clorura de aluminiu (AlCl3) este transformat din n-butan în 2-metilpropan.

Conversia metanului

CH4 + H2O → CO + H2 - catalizator Ni ("CO + H2" "gaz de sinteză")

Alcanii nu interacționează cu permanganatul de potasiu (KMnO4) și apa cu brom (Br2).

9 alchene(altfel olefine sau hidrocarburi de etilenă) - hidrocarburi nesaturate aciclice care conțin o dublă legătură între atomi de carbon, formând o serie omoloagă cu formula generală CnH2n. Atomii de carbon din legătura dublă sunt în stare de hibridizare sp² și au un unghi de legătură de 120 °. Cea mai simplă alchenă este etena (C2H4). Conform nomenclaturii IUPAC, denumirile alchenelor sunt derivate din numele alcanilor corespunzători prin înlocuirea sufixului „-an” cu „-en”; poziţia dublei legături este indicată printr-o cifră arabă.

Alchenele cu mai mult de trei atomi de carbon au izomeri. Alchenele se caracterizează prin izomerie a scheletului de carbon, poziții de legături duble, interclase și spațiale. etenă (etilenă) C2H4, propenă C3H6, buten C4H8, pentenă C5H10, hexenă C6H12,

Metode de obținere a alchenelor - Principala metodă industrială de producere a alchenelor este cracarea catalitică și la temperatură înaltă a hidrocarburilor din petrol și gaze naturale. Pentru producerea alchenelor inferioare se folosește și reacția de deshidratare a alcoolilor corespunzători.

În practica de laborator, se utilizează de obicei metoda de deshidratare a alcoolilor în prezența acizilor minerali puternici, dehidrohalogenarea și dehalogenarea derivaților halogenați corespunzători; sinteze ale lui Hoffmann, Chugaev, Wittig și Cope.

10. Proprietățile chimice ale alchenelor Alchenele sunt reactive. Proprietățile lor chimice sunt în mare măsură determinate de prezența unei duble legături. Pentru alchene, reacțiile cele mai caracteristice sunt reacțiile de adiție electrofilă și de adiție radicalică. Reacțiile de adiție nucleofile necesită de obicei un nucleofil puternic și nu sunt tipice pentru alchene.

Reacțiile de cicloadiție și metateză sunt, de asemenea, o caracteristică a alchenelor.

Alchenele intră cu ușurință în reacții de oxidare, sunt hidrogenate de agenți reducători puternici sau hidrogen sub acțiunea catalizatorilor la alcani și sunt, de asemenea, capabile să înlocuiască radicalii alil.

Reacții de adiție electrofile.În aceste reacții, particula care atacă este electrofilul.

Halogenarea alchenelor care are loc în absența inițiatorilor de reacție radicalică este o reacție de adiție electrofilă tipică. Se desfășoară într-un mediu de solvenți inerți nepolari (de exemplu: CCl4):

Reacția de halogenare este stereospecifică - adăugarea are loc din părți opuse față de planul moleculei de alchenă

Hidrohalogenare. Adăugarea electrofilă de halogenuri de hidrogen la alchene are loc conform regulii lui Markovnikov:

Hidroborarea. Adăugarea are loc în mai multe etape cu formarea unui complex intermediar ciclic activat, iar adăugarea de bor are loc împotriva regulii lui Markovnikov - la cel mai hidrogenat atom de carbon

Hidratarea. Reacția de adăugare a apei la alchene are loc în prezența acidului sulfuric

Alchilare. Adăugarea de alcani la alchene în prezența unui catalizator acid (HF sau H2SO4) la temperaturi scăzute duce la formarea unei hidrocarburi cu o greutate moleculară mai mare și este adesea folosită în industrie.

11. Alkyne(în rest hidrocarburi acetilenice) - hidrocarburi care conțin o legătură triplă între atomi de carbon, cu formula generală CnH2n-2. Atomii de carbon din legătura triplă sunt într-o stare de hibridizare sp.

Pentru alchine, reacțiile de adiție sunt caracteristice. Spre deosebire de alchene, care sunt caracterizate prin reacții de adiție electrofile, alchinele pot intra și în reacții de adiție nucleofile. Acest lucru se datorează naturii s semnificative a legăturii și, în consecință, electronegativității crescute a atomului de carbon. În plus, mobilitatea ridicată a atomului de hidrogen în legătura triplă determină proprietățile acide ale alchinelor în reacțiile de substituție.

Principalul industrial metoda de obtinere acetilena este cracarea electro- sau termică a metanului, piroliza gazului natural și metoda carburii

12. HIDROCARBURI DIENICE(diene), hidrocarburi nesaturate cu două duble legături. Alifatic. dienes СnН2n_2 numit. alcadiene, aliciclice СnН2n_4 - cicloalcadiene. Articolul tratează hidrocarburile diene cu duble legături conjugate [conjugated dienes; Vezi tabelul]. Diene cu legături duble izolate în chimie. Sf. la tine in principal. nu diferă de olefine. Despre conn. cu legături duble cumulate, vezi Allens. În hidrocarburile diene, toți cei patru atomi de carbon ai sistemului conjugat sunt hibridizați sp2 și se află în același plan. Patru electroni p (câte unul de la fiecare atom de carbon) se combină pentru a forma patru orbitali p-moleculari (doi cu legături - ocupați și doi antilegători - liberi), dintre care doar cel mai mic este delocalizat peste toți atomii de carbon. Delocalizarea parțială a electronilor p determină efectul de conjugare, care se manifestă printr-o scădere a energiei sistemului (cu 13-17 kJ/mol față de sistemul de legături duble izolate), egalizarea distanțelor interatomice: legăturile duble sunt oarecum mai lungi (0,135 nm), iar cele simple sunt mai scurte (0,146 nm) decat in moleculele fara conjugare (respectiv 0,133 si 0,154 nm), o crestere a polarizabilitatii, exaltare a refractiei moleculare etc. fizice. efecte. Hidrocarburile diene există sub formă de două conformații, trecând una în alta, iar forma s-trans este mai stabilă

13. Alcoolii se numesc compuși care conțin una sau mai multe grupări hidroxil. După numărul lor, alcoolii se împart în monohidric, diatomici, triatomici etc. Lungimile și unghiurile de legătură în alcool metilic.

Există mai multe moduri de a numi alcoolii. În nomenclatura modernă IUPAC, terminația „ol” este adăugată la numele hidrocarburii pentru denumirea de alcool. Cel mai lung lanț care conține gruparea funcțională OH este numerotat de la capătul de care este cel mai apropiat gruparea hidroxil, iar substituenții sunt indicați în prefix.

Primirea. Hidratarea alchenelor. Atunci când alchenele interacționează cu soluții apoase diluate de acizi, alcoolul este produsul principal.

Hidroximercurarea-demercurarea alchenelor... Această reacție nu este însoțită de rearanjamente și duce la formarea de alcooli individuali. Direcția reacției corespunde regulii Markovnikov, reacția se desfășoară în condiții blânde, cu randamente apropiate de cantitativ.

Hidroborarea alchenelor și oxidarea ulterioară borani cu o soluție de peroxid de hidrogen într-un mediu alcalin duce în cele din urmă la un produs anti-Markovnik de adăugare de apă la o legătură dublă.

Reducerea aldehidelor și cetonelor cu hidrură de litiu aluminiu sau borohidrură de sodiu

LiAlH4 și NaBH4 reduc aldehidele la alcooli primari, iar cetonele la alcooli secundari, iar borohidrura de sodiu este de preferat datorită siguranței mai mari la manipulare: poate fi folosită chiar și în soluții apoase și alcoolice. Hidrura de litiu-aluminiu reacționează cu apa și alcoolul exploziv și se descompune exploziv atunci când este încălzită peste 120 ° în stare uscată.

Reducerea esterilor și acizilor carboxilici la alcooli primari. Alcoolii primari se formează prin reducerea esterilor și acizilor carboxilici cu hidrură de litiu aluminiu în eter sau THF. Deosebit de convenabilă în sensul preparativ este metoda de reducere a esterilor cu hidrură de litiu aluminiu. Trebuie remarcat faptul că borohidrură de sodiu nu reduce grupările ester și carboxil. Aceasta permite reducerea selectivă a grupării carbonil cu NaBH4 în prezența unui ester și a unei grupări carboxil. Randamentele de recuperare sunt rareori sub 80%. Borhidrură de litiu, spre deosebire de NaBH4, reduce esterii la alcooli primari.

14. Alcooli polihidroxilici. Glicerol- un compus chimic cu formula HOCH2CH (OH) -CH2OH sau C3H5 (OH) 3. Cel mai simplu reprezentant al alcoolilor trihidroxilici. Este un lichid vascos transparent. Se formează cu ușurință în timpul hidrolizei grăsimilor și uleiurilor naturale (vegetale sau animale) (trigliceride), a fost obținut pentru prima dată de Karl Scheele în 1779 în timpul saponificării grăsimilor.

Proprietăți fizice. Glicerol- lichid incolor, vâscos, higroscopic, infinit solubil în apă. Dulce la gust, motiv pentru care și-a primit numele (glicos - dulce). Dizolvă bine multe substanțe.

Proprietăți chimice glicerolul sunt tipice pentru alcoolii polihidroxici.Interacţiunea glicerolului cu halogenuri de hidrogen sau halogenuri de fosfor duce la formarea de mono- şi dihalohidrine.Glicerolul este esterificat cu acizi carboxilici şi minerali pentru a forma esterii corespunzători. Deci, cu acidul azotic, glicerina formează trinitrat - nitroglicerina (obținut în 1847 de Ascanio Sobrero (engleză)), care este utilizat în prezent la producerea pulberilor fără fum.

Când este deshidratat, formează acroleină:

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

Etilen glicol, HO — CH2 — CH2 — OH este cel mai simplu reprezentant al alcoolilor polihidroxilici. În formă purificată, este un lichid limpede, incolor, de consistență ușor uleioasă. Este inodor și are un gust dulceag. Toxic. Ingestia de etilenglicol sau soluțiile sale din interior poate duce la modificări ireversibile ale organismului și la moarte.

Industria etilenglicolului obtinut prin hidratare oxid de etilenă la 10 atm și 190-200 ° C sau la 1 atm și 50-100 ° C în prezența acidului sulfuric (sau ortofosforic) de 0,1-0,5%, atingând un randament de 90%. În acest caz, subprodușii sunt dietilenglicolul, trietilenglicolul și o cantitate mică de polimeromologi superiori ai etilenglicolului.

15. Aldehide- alcool lipsit de hidrogen; compuși organici care conțin o grupare carbonil (C = O) cu un substituent.

Aldehidele și cetonele sunt foarte asemănătoare, diferența este că acestea din urmă au doi substituenți la grupa carbonil. Polarizarea dublei legături carbon-oxigen conform principiului conjugării mezomerice face posibilă scrierea următoarelor structuri de rezonanță:

Această separare a sarcinilor este confirmată de metodele de cercetare fizică și determină în mare măsură reactivitatea aldehidelor ca electrofili pronunțați. În general, proprietățile chimice ale aldehidelor sunt similare cu cetonele, dar aldehidele sunt mai active datorită polarizării mai mari a legăturii. În plus, aldehidele sunt caracterizate prin reacții care nu sunt tipice pentru cetone, de exemplu, hidratarea într-o soluție apoasă: în metanal, datorită polarizării și mai mari a legăturii, este completă, iar în alte aldehide, este parțială:

RC (O) H → RC (OH) 2H, unde R este H, orice radical alchil sau arii.

Cele mai simple aldehide au un miros caracteristic înțepător (de exemplu, benzaldehida este mirosul de migdale).

Sub acțiunea hidroxilaminei, ele sunt transformate în oxime: CH3CHO + NH2OH = CH3C (= NOH) H + H2O

Formaldehidă (din latină formica - furnică), aldehidă formică, CH2O, primul membru al seriei omoloage de aldehide alifatice; gaz incolor cu miros înțepător, ușor solubil în apă și alcool, punct de fierbere - 19 ° С. În industrie, fosforul este produs prin oxidarea alcoolului metilic sau a metanului cu oxigenul atmosferic. F. polimerizează ușor (în special la temperaturi de până la 100 ° C), prin urmare, este depozitat, transportat și utilizat în principal sub formă de formol și polimeri solizi cu greutate moleculară mică - trioxan (vezi Trioximetilen) și paraformaldehidă (vezi Paraformaldehidă ).

F. este foarte reactiv; multe dintre reacțiile sale stau la baza metodelor industriale de obținere a unui număr de produse importante. Astfel, atunci când interacționează cu amoniacul, F. formează urotropină (vezi Hexametilentetramină), cu uree, rășini uree-formaldehidice, cu melamină, rășini melamină-formaldehidice, cu fenoli, rășini fenolico-formaldehidice (vezi Rășini fenolico-formaldehidice), cu fenol - iar acizi naftalensulfonici - taninuri, cu cetenă - b-propiolactonă. F. se mai foloseste la obtinerea de polivinil formal (vezi. Polivinil acetal), izopren, pentaeritritol, substante medicinale, coloranti, pentru tanarea pieilor, ca agent dezinfectant si dezodorizant. Polimerizarea fosforului produce poliformaldehidă. F. este toxic; concentrația maximă admisă în aer este de 0,001 mg/l.

Acetaldehidă, Acetaldehidă, CH3CHO, compus organic, lichid incolor cu miros înțepător; punctul de fierbere 20,8 ° C. Punct de topire - 124 ° C, densitate 783 kg / m3 ", miscibil în toate privințele cu apă, alcool, eter. A. are toate proprietățile tipice ale aldehidelor. În prezența acizilor minerali, se polimerizează în paraldehidă trimerică lichidă (CH3CHO). ) 3 și metaldehida tetramerică cristalină (CH3CHO) 4. Când ambii polimeri sunt încălziți în prezența acidului sulfuric, A.

Una dintre cele mai cunoscute de mult timp modalități de a obține A. consta in adaugarea de apa la acetilena in prezenta sarurilor de mercur la o temperatura de aproximativ 95°C

16. Cetone sunt substanțe organice în moleculele cărora gruparea carbonil este legată de doi radicali hidrocarburi.

Formula generală a cetonelor: R1-CO-R2. Printre alți compuși carbonilici, prezența în cetone a doar doi atomi de carbon legați direct de gruparea carbonil îi deosebește de acizii carboxilici și derivații lor, precum și de aldehide.

Proprietăți fizice. Cetonele sunt lichide volatile sau solide cu punct de topire scăzut care se amestecă bine cu apa. Imposibilitatea formării legăturilor de hidrogen intermoleculare determină volatilitatea lor ceva mai mare decât cea a alcoolilor și acizilor carboxilici cu aceeași greutate moleculară.

Metode de sinteză. Oxidarea alcoolilor secundari.

Din peroxoesteri terțiari prin rearanjare Kriege.

Ciclocetonele pot fi obținute prin ciclizarea Ruzicka.

Cetonele aromatice pot fi obținute prin reacția Friedel-Crafts

Proprietăți chimice. Există trei tipuri principale de reacții cetonice.

Primul este asociat cu un atac nucleofil asupra atomului de carbon al grupării carbonil. De exemplu, interacțiunea cetonelor cu anionul cianură sau compuși organometalici. Același tip (adăugarea nucleofilă) include interacțiunea grupării carbonil cu alcooli, conducând la acetali și hemiacetali.

Interacțiune cu alcooli:

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

cu reactivi Grignard:

C2H5 — C (O) —C2H5 + C2H5MgI → (C2H5) 3OMgI → (C2H5) 3OH, alcool terțiar. Reacțiile cu aldehidele, și mai ales cu metanalul, sunt mult mai active, în timp ce alcoolii secundari se formează cu aldehide, iar alcoolii primari cu metanalul.

Cetonele reacţionează, de asemenea, cu bazele azotate, de exemplu, cu amoniacul şi aminele primare pentru a forma imine:

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

Al doilea tip de reacție este deprotonarea atomului de beta-carbon în raport cu gruparea carbonil. Carbanionul rezultat este stabilizat datorită conjugării cu gruparea carbonil, ușurința îndepărtării protonilor crește; prin urmare, compușii carbonilici sunt acizi CH relativ puternici.

Al treilea este coordonarea electrofililor de către perechea singură a atomului de oxigen, de exemplu, acizi Lewis precum AlCl3

Reducerea cetonelor - reducerea conform Leuckart cu randamente apropiate de cantitativ poate fi atribuită unui tip separat de reacții.

17. Comparați întrebările 15 și 16.

18. Acizi carboxilici saturați monobazici(acizi carboxilici saturați monobazici) - acizi carboxilici în care un radical de hidrocarbură saturată este combinat cu o grupă carboxil -COOH. Toate au formula generală СnH2n + 1COOH, unde n = 0, 1, 2, ...

Nomenclatură. Denumirile sistematice ale acizilor carboxilici saturați monobazici sunt date de numele alcanului corespunzător cu adăugarea sufixului -oic și a cuvântului acid.

Izomeria scheletică în radicalul hidrocarbură se manifestă pornind de la acidul butanoic, care are doi izomeri:

acid n-butanoic CH3-CH2-CH2-COOH; CH3-CH (CH3)-COOH acid 2-metilpropanoic.

Izomerismul interclaselor apare începând cu acidul acetic:

acid acetic CH3-COOH; formiat de metil H-COO-CH3 (ester metilic al acidului formic); HO — CH2 — COH hidroxietanal (aldehidă hidroxiacetică); HO-CHO-CH2 hidroxietilen oxid.

19. Esteri- compuşi organici, derivaţi ai acizilor carboxilici sau minerali, în care gruparea hidroxil -OH a funcţiei acid este înlocuită cu un reziduu de alcool. Ele diferă de eteri, în care doi radicali de hidrocarburi sunt legați de un atom de oxigen (R1-O-R2).

Grăsimi sau trigliceride- compuși organici naturali, esteri plini de glicerol și acizi grași monobazici; aparțin clasei lipidelor. Alături de carbohidrați și proteine, grăsimile sunt una dintre componentele principale ale celulelor animalelor, plantelor și microorganismelor. Grăsimile vegetale lichide sunt denumite în mod obișnuit uleiuri, la fel ca untul.

Acizi carboxilici- o clasă de compuși organici, ale căror molecule conțin una sau mai multe grupări carboxil funcționale -COOH. Proprietățile acide se explică prin faptul că acest grup poate îndepărta relativ ușor un proton. Cu rare excepții, acizii carboxilici sunt slabi. De exemplu, pentru acidul acetic CH3COOH, constanta de aciditate este 1,75 · 10−5. Acizii di- și tricarboxilici sunt mai puternici decât acizii monocarboxilici.

Grăsimea este un bun izolator termic, astfel încât la multe animale cu sânge cald se depune în țesutul adipos subcutanat, reducând pierderile de căldură. Un strat de grăsime subcutanat deosebit de gros este caracteristic mamiferelor acvatice (balene, morse etc.). În același timp, la animalele care trăiesc în climat cald (cămile, jerboas), rezervele de grăsime se depun pe

Funcția structurală

Fosfolipidele formează baza dublului strat al membranei celulare, colesterol - regulatori de fluiditate membranară. În arhee, membranele conțin derivați ai hidrocarburilor izoprenoide. Cerurile formează o cuticulă pe suprafața organelor supraterane (frunze și lăstari tineri) ale plantelor. Ele sunt, de asemenea, produse de multe insecte (de exemplu, albinele construiesc faguri de miere din ele, iar insectele solzi și solzii formează învelișuri de protecție).

de reglementare

Vitamine - lipide (A, D, E)

Hormonali (steroizi, eicosanoizi, prostaglandine și altele.)

Cofactori (dolichol)

Molecule de semnalizare (digliceride, acid iasmonic; cascadă MP3)

Protectie (depreciere)

Un strat gros de grăsime protejează organele interne ale multor animale de daune provocate de impact (de exemplu, leii de mare cu o greutate de până la o tonă pot sări pe un țărm stâncos din stânci de 4-5 m înălțime).

20-21-22. Acizi monobazici nesaturați- derivați ai hidrocarburilor nesaturate, în care un atom de hidrogen este înlocuit cu o grupare carboxil.

Nomenclatură, izomerie.În grupul acizilor nesaturați se folosesc cel mai des denumirile empirice: CH2 = CH-COOH - acid acrilic (propenoic), CH2 = C (CH3) -COOH - acid metacrilic (2-metilpropenoic). Izomeria în grupul acizilor monobazici nesaturați este asociată cu:

a) izomeria scheletului de carbon; b) poziţia dublei legături; c) izomerie cis-trans.

Metode de obținere.1. Dehidrohalogenarea acizilor halogenați:

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

2. Deshidratarea hidroxiacizilor: HO-CH2-CH2-COOH -> CH2 = CH-COOH

Proprietăți fizice... Acizii nesaturați inferiori sunt lichide solubile în apă cu un miros puternic înțepător; superior - substanțe solide, insolubile în apă, inodore.

Proprietăți chimice acizii carboxilici nesaturați se datorează atât proprietăților grupării carboxil cât și proprietăților dublei legături. Acizii cu o legătură dublă apropiată de gruparea carboxil - acizi alfa, beta-nesaturați - au proprietăți specifice. În acești acizi, adăugarea de halogenuri de hidrogen și hidratarea contravin regulii Markovnikov: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH

Cu o oxidare atentă, se formează dioxiacizi: CH2 = CH-COOH + [O] + H20 -> HO-CH2-CH (OH) -COOH

La oxidare viguroasă, legătura dublă se rupe și se formează un amestec de diferiți produse prin care se poate determina poziția dublei legături. Acidul oleic С17Н33СООН este unul dintre cei mai importanți acizi nesaturați superiori. Este un lichid incolor care se intareste la frig. Formula sa structurală: CH3- (CH2) 7-CH = CH- (CH2) 7-COOH.

23. Acizi carboxilici saturați dibazici(acizi carboxilici saturați dibazici) - acizi carboxilici în care un radical de hidrocarbură saturată este combinat cu două grupări carboxil -COOH. Toate au formula generală HOOC (CH2) nCOOH, unde n = 0, 1, 2, ...

Nomenclatură. Denumirile sistematice ale acizilor carboxilici saturați dibazici sunt date de numele alcanului corespunzător cu adăugarea sufixului -diic și a cuvântului acid.

Izomeria scheletică în radicalul hidrocarbură se manifestă pornind de la acidul butandioic, care are doi izomeri:

acid n-butandioic HOOC-CH2-CH2-COOH (acid etan-1,2-dicarboxilic);

Acid CH3-CH (COOH)-COOH etan-1,1-dicarboxilic.

24-25. OXICIZI (acizi hidroxicarboxilici), au în moleculă, împreună cu gruparea carboxil - COOH, gruparea hidroxil - OH, de exemplu. HOCH2COOH (acid glicolic). Conținut în organismele vegetale și animale (lactic, citric, tartric și alți acizi).

Distribuția în natură

Hidroxiacizii sunt foarte răspândiți; astfel, acizii tartric, citric, malic, lactic și alți acizi aparțin hidroxiacizilor, iar numele lor reflectă sursa naturală primară în care a fost găsită această substanță.

Metode de sinteză

Reacția Reformatsky este o metodă pentru sinteza esterilor acizilor β-hidroxicarboxilici.

„Acizi din fructe”. Mulți hidroxiacizi sunt folosiți în cosmetică ca keratolitice. Numele, totuși, a fost ușor schimbat de către marketeri - pentru o mai mare atractivitate în cosmetologie, aceștia sunt adesea numiți „acizi din fructe”.

26-27. OXICIZI (acizi alcoolici ), compuși cu dublă funcție, în același timp alcooli și acizi care conțin atât un reziduu apos, cât și o grupare carboxil. Privind poziția OH în raport cu COOH (lângă, prin unul, două, trei locuri), se disting a-, /? -, y-, b-hidroxiacizi. Pentru obţinerea O. există multe metode, dintre care cele mai importante sunt oxidarea atentă a glicolilor: CH3.CH (OH) .CH2.OH + 02 = CH3. .CH (OH) .COOH; saponificarea oxinitrililor cu CH3.CH (OH) .CN - * CH3.CH (OH) .COOH; schimb de halogen în acizi halogen cu OH: CH2C1.COOH + KOH = CH2 (OH) .COOH + + KC1, efectul HN02 asupra aminoacizilor: CH2 (NH2). COOH + HN02 = CH2 (OH) + N2 + + H20. În organismul animal, hidroxiacizii se formează în timpul dezaminării (vezi) aminoacizii, în timpul oxidării grașilor la - t (vezi. Corpii acetonici, Metabolismul — proteine), în timpul glicolizei (vezi), fermentației (vezi), etc. . proceselor. Hidroxiacizii sunt lichide groase sau cristaline. substante. În chimie. relaţia lui O. reacţionează atât ca alcooli cât şi ca la - tu: da de ex. atât eteri cât și esteri; sub acțiunea compușilor halogenați ai fosforului, ambii OH sunt înlocuiți cu halogen; halogenat la-vă reacționează numai cu OH alcoolic — Reacții speciale caracterizează a-, /) -, y- și b-hidroxiacizi: a- hidroxiacizi, pierzând apa din două molecule, dau esteri ciclici, lactide: 2CH2 (OH). COOH = 2H20 + CH2.O.CO (glicolidă); co.o.sn2 / Z-O., eliberând apă, formează nesaturat către tine: CH2 (OH) .CH2.COOH-H20 = CH2: CH. .O.N.U; y- şi d-hidroxiacizii formează anhidride - lactone: CH3.CH (OH) .CH2.CH2.COOH = H2O + CH3.SN.CH2.CH2.CO. O. sunt răspândite în organismele animale şi vegetale. Reprezentanți ai alifatic a-O. sunt acid glicolic, CH2OH.COOH (oxiacetic), acid lactic; din /? - hidroxiacizi - hidracrilici, CH2OH.CH2COOH, / acid 9-hidroxi-butiric; u-oh. în formă liberă sunt necunoscute, deoarece pierzând apă, trec în lactone. Printre dibazic O. mărul la - că (oksiyantar-naya) este de mare importanță; COOH.CHON.CH2.COOH, larg răspândit în plante; posedă rotație stângaci în soluțiile slabe, dreptaci în cele puternice; sintetic la-care este inactiv. Acizii tetrahidric dibazici includ acizii tartric (dioxisuccinic). Alte O. — lămâie, HO.CO.CH2. .(FIUL) (COOH) .CH2.COOH, este foarte răspândit în lumea vegetală (în struguri, lămâi) și se găsește în organismul animal (în lapte); sub formă de citrat feric este utilizat în medicină. Dintre substanțele aromatice oxigenate (acizi fenolici), acidul salicilic, acidul galic și derivații acestora sunt importanți în medicină; eter fenilic al acidului salicilic (salol), acid sul-fosalicilic, C6H3. OH.S03H.COOH (reactiv pentru proteine), acid acetilsalicilic (aspirina). În plante există multe serii aromatice O. diferite, derivații to-rykh includ, printre altele, taninurile, care au o importanță tehnică deosebită. Despre biol. valoarea separată a O. și despre metodele de determinare cantitativă a acestora – vezi. Corpi acetonici, Bro-glicoliză, Deaminare, Sânge, Acid lactic, Urina, Mușchi, Beta (^) - acid hidroxibutiric.

28-29. în molecula de amoniac, înlocuiți succesiv atomii de hidrogen cu radicali de hidrocarburi, apoi obțineți compuși care aparțin clasei aminelor. În consecință, aminele sunt primare (RNH2), secundare (R2NH), terțiare (R3N). Gruparea —NH2 se numește grupare amino.

Distingeți între amine alifatice, aromatice, aliciclice și heterociclice, în funcție de radicalii care sunt asociați cu atomul de azot.

Construcția denumirilor de amine se realizează prin adăugarea prefixului amino la denumirea hidrocarburii corespunzătoare (amine primare) sau a terminației -amină la denumirile enumerate ale radicalilor asociați cu atomul de azot (pentru orice amine).

Metode de obținere 1. Reacția lui Hoffmann. Una dintre primele metode de preparare a aminelor primare a fost alchilarea amoniacului cu halogenuri de alchil . 2. Reacția lui Zinin- o modalitate convenabilă de a obține amine aromatice în reducerea compușilor nitro aromatici. Utilizați ca agenți reducători: H2 (pe catalizator). Uneori, hidrogenul este generat direct în momentul reacției, pentru care metalele (zinc, fier) ​​sunt tratate cu acid diluat.

Proprietățile fizice ale aminelor. Prezența unei perechi de electroni singure la atomul de azot determină puncte de fierbere mai mari decât pentru alcanii corespunzători. Aminele au un miros neplăcut, înțepător. La temperatura camerei și presiunea atmosferică, primii reprezentanți ai unei serii de amine primare sunt gaze care se dizolvă bine în apă. Odată cu creșterea radicalului de carbon, punctul de fierbere crește și solubilitatea în apă scade.

Proprietățile chimice ale aminelor. Proprietățile de bază ale aminelor

Aminele sunt baze, deoarece atomul de azot poate furniza o pereche de electroni pentru formarea unei legături cu particulele deficitare de electroni conform mecanismului donor-acceptor (respectarea definiției Lewis a bazicității). Prin urmare, aminele, precum amoniacul, sunt capabile să interacționeze cu acizii și apa, atașând un proton pentru a forma sărurile de amoniu corespunzătoare.

Sărurile de amoniu sunt ușor solubile în apă, dar slab solubile în solvenți organici. Soluțiile apoase de amine sunt alcaline.

Proprietățile de bază ale aminelor depind de natura substituenților. În special, aminele aromatice sunt baze mai slabe decât cele alifatice, deoarece perechea de electroni liberi de azot intră în conjugare cu sistemul  al nucleului aromatic, ceea ce reduce densitatea electronilor pe atomul de azot (efectul -M). În schimb, gruparea alchil este un bun donor de densitate electronică (efect + I).

Oxidarea aminelor. Arderea aminelor este însoțită de formarea de dioxid de carbon, azot și apă: 4CH3NH2 + 9O2 = 4CO2 + 2N2 + 10H2O

Aminele aromatice se oxidează spontan în aer. Astfel, anilina devine rapid maro în aer din cauza oxidării.

Atașarea halogenurilor de alchil Aminele atașează haloalcanii pentru a forma o sare

Interacţiunea aminelor cu acidul azotat Reacţia de diazotare a aminelor aromatice primare sub acţiunea acidului azot obţinut in situ prin reacţia azotului de sodiu cu acidul clorhidric este de mare importanţă.

Aminele alifatice primare reacţionează cu acidul azot pentru a forma alcooli, în timp ce aminele alifatice şi aromatice secundare dau derivaţi N-nitrozo: R-NH2 + NaNO2 + HCl = R-OH + N2 + NaCl + H2O; NH + NaNO2 + HCI = R2N-N = O + NaCI + H2O

În aminele aromatice, gruparea amino facilitează substituția la pozițiile orto și para ale inelului benzenic. Prin urmare, halogenarea anilinei are loc rapid și în absența catalizatorilor, iar trei atomi de hidrogen ai inelului benzenic sunt înlocuiți simultan și un precipitat alb de 2,4,6-tribromoanilină precipită:

Această reacție cu apa de brom este utilizată ca reacție calitativă pentru anilină.

Aplicație

Aminele sunt utilizate în industria farmaceutică și sinteza organică (CH3NH2, (CH3) 2NH, (C2H5) 2NH etc.); în producerea nailonului (NH2- (CH2) 6-NH2 - hexametilendiamină); ca materie primă pentru producția de coloranți și materiale plastice (anilină).

30. Aminoacizi (acizi aminocarboxilici)- compuși organici, a căror moleculă conține simultan grupări carboxil și amină. Aminoacizii pot fi considerați derivați ai acizilor carboxilici în care unul sau mai mulți atomi de hidrogen sunt înlocuiți cu grupări amine.

Proprietăți chimice generale. 1. Aminoacizii pot prezenta atât proprietăți acide datorită prezenței în moleculele lor a grupării carboxil -COOH, cât și proprietăți bazice datorate grupării amino -NH2. Din acest motiv, soluțiile de aminoacizi din apă au proprietățile soluțiilor tampon.

Un zwitterion este o moleculă de aminoacid în care gruparea amino este reprezentată ca -NH3 + și gruparea carboxi ca -COO-. O astfel de moleculă are un moment dipol semnificativ la sarcina totală zero. Din aceste molecule sunt construite cristalele majorității aminoacizilor.

Unii aminoacizi au mai multe grupări amino și carboxil. Pentru acești aminoacizi, este dificil să vorbim despre un anumit zwitterion.

2. O caracteristică importantă a aminoacizilor este capacitatea lor de a se policondensa, ducând la formarea de poliamide, inclusiv peptide, proteine ​​și nylon-66.

3. Punctul izoelectric al unui aminoacid este valoarea pH-ului la care fracția maximă de molecule de aminoacid are sarcină zero. La acest pH, aminoacidul este cel mai puțin mobil în câmpul electric, iar această proprietate poate fi folosită pentru a separa aminoacizii, precum și proteinele și peptidele.

4. Aminoacizii pot intra de obicei în toate reacțiile caracteristice acizilor carboxilici și aminelor.

Izomerie optică... Toți α-aminoacizii care formează organismele vii, cu excepția glicinei, conțin un atom de carbon asimetric (treonina și izoleucina conțin doi atomi asimetrici) și au activitate optică. Aproape toți α-aminoacizii naturali au formă de L și numai L-aminoacizii sunt incluși în proteinele sintetizate pe ribozomi.

Această caracteristică a aminoacizilor „vii” este foarte greu de explicat, deoarece în reacțiile dintre substanțele optic inactive sau racemații (care, aparent, erau molecule organice pe Pământul antic), formele L și D se formează în cantități egale. Poate. alegerea uneia dintre formele (L sau D) este pur și simplu rezultatul unei coincidențe de circumstanțe: primele molecule din care putea începe sinteza matricei aveau o anumită formă, iar enzimele corespunzătoare s-au „adaptat” acestora.

31. Aminoacizii sunt compuși amfoteri organici... Acestea conțin două grupe funcționale opuse în moleculă: o grupă amino cu proprietăți bazice și o grupă carboxil cu proprietăți acide. Aminoacizii reacţionează atât cu acizii cât şi cu bazele:

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

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

Când aminoacizii sunt dizolvați în apă, gruparea carboxil elimină un ion de hidrogen, care se poate atașa de gruparea amino. În acest caz, se formează o sare internă, a cărei moleculă este un ion bipolar:

H2N-CH2 — COOH + H3N-CH2 — COO-.

Soluțiile apoase de aminoacizi au un mediu neutru, alcalin sau acid, în funcție de numărul de grupe funcționale. Deci, acidul glutamic formează o soluție acidă (două grupe -COOH, una -NH2), lizină - alcalină (o grupă -COOH, două -NH2).

Ca și aminele primare, aminoacizii reacţionează cu acidul azot, în timp ce gruparea amino este transformată într-o grupă hidroxo, iar aminoacidul într-un hidroxi acid: H2N-CH (R) -COOH + HNO2 → HO-CH (R) -COOH + N2 + H2O

Măsurarea volumului de azot eliberat vă permite să determinați cantitatea de aminoacid (metoda Van Slike).

Aminoacizii pot reacționa cu alcoolii în prezența acidului clorhidric gazos, transformându-se într-un ester (mai precis, într-o sare de ester clorhidric): H2N-CH (R) -COOH + R „OH H2N-CH (R) -COOR” + H2O.

Esterii aminoacizilor nu au o structură bipolară și sunt compuși volatili. Cea mai importantă proprietate a aminoacizilor este capacitatea lor de a se condensa pentru a forma peptide.

32. Grupa carboxil combină două grupe funcționale - carbonil = CO și hidroxil-OH, influențându-se reciproc.

Proprietățile acide ale acizilor carboxilici se datorează deplasării densității electronice la oxigenul carbonil și polarizării suplimentare (în comparație cu alcoolii) rezultată a legăturii O - H.

Într-o soluție apoasă, acizii carboxilici se disociază în ioni: R-COOH = R-COO- + H +

Solubilitatea în apă și punctele mari de fierbere ale acizilor se datorează formării legăturilor de hidrogen intermoleculare.

Aminogruppa - grup monovalent -NH2, restul de amoniac (NH3). Gruparea amino se găsește în mulți compuși organici - amine, aminoacizi, aminoalcooli etc. Compușii care conțin gruparea —NH2 sunt, de regulă, bazici în natură, datorită prezenței unei perechi de electroni singuri pe atomul de azot.

În reacțiile de substituție electrofilă în compușii aromatici, gruparea amino este un orientant de primul fel, adică. activează pozițiile orto și para din inelul benzenic.

33. Policondensare- procesul de sinteză a polimerilor din compuși polifuncționali (cel mai adesea bifuncționali), însoțit de obicei de eliberarea de subproduși cu greutate moleculară mică (apă, alcooli etc.) în timpul interacțiunii grupărilor funcționale.

Greutatea moleculară a polimerului format în cursul policondensării depinde de raportul dintre componentele inițiale și condițiile de reacție.

Reacțiile de policondensare pot implica atât un monomer cu două grupe funcționale diferite: de exemplu, sinteza poli-ε-caproamidei (nylon-6, nylon) din acidul ε-aminocaproic, cât și doi monomeri care poartă grupe funcționale diferite, de exemplu, sinteza a nailonului 66 prin policondensarea acidului adipic și a hexametilendiaminei; în acest caz, se formează polimeri cu structură liniară (policondensare liniară, vezi Fig. 1). Dacă monomerul (sau monomerii) poartă mai mult de două grupări funcționale, se formează polimeri reticulați cu o structură de rețea tridimensională (policondensare tridimensională). Pentru a obține astfel de polimeri, la un amestec de monomeri se adaugă adesea componente polifuncționale „reticulante”.

Reacțiile de sinteză a polimerilor din monomeri ciclici prin mecanismul de deschidere a inelului se deosebesc - adăugare, de exemplu, sinteza nailon-6 din caprolactamă (amida ciclică a acidului ε-aminocaproic); în ciuda faptului că izolarea fragmentului cu greutate moleculară mică nu are loc în acest caz, astfel de reacții sunt denumite mai des policondensare.

Legătură peptidică- tipul de legătură amidă care apare în timpul formării proteinelor și peptidelor ca urmare a interacțiunii grupării α-amino (—NH2) a unui aminoacid cu gruparea α-carboxil (—COOH) a altui aminoacid.

ide C-N în legătura peptidică are parțial un caracter dublu, care se manifestă, în special, printr-o scădere a lungimii sale la 1,32 angstromi. Acest lucru duce la următoarele proprietăți:

4 atomi de legătură (C, N, O și H) și 2 atomi de carbon sunt în același plan. Grupurile R de aminoacizi și hidrogeni la atomi de carbon se află în afara acestui plan.

H și O din legătura peptidică, precum și carbonii α a doi aminoacizi, sunt transorientate (izomerul trans este mai stabil). În cazul L-aminoacizilor, care apare în toate proteinele și peptidele naturale, grupările R sunt de asemenea transorientate.

Rotația în jurul legăturii C-N este imposibilă, este posibilă rotația în jurul legăturii C-C.

peptide (greacă πεπτος - nutritiv) - o familie de substanțe, ale căror molecule sunt construite din reziduurile de α-aminoacizi legați într-un lanț prin legături peptidice (amide) —C (O) NH—.

34. Proteine ​​(proteine, polipeptide) - substanțe organice cu greutate moleculară mare, formate din aminoacizi legați într-un lanț printr-o legătură peptidică. În organismele vii, compoziția de aminoacizi a proteinelor este determinată de codul genetic; în sinteză, în majoritatea cazurilor, sunt utilizați 20 de aminoacizi standard. Multe dintre combinațiile lor oferă o mare varietate de proprietăți ale moleculelor de proteine. În plus, aminoacizii din proteină suferă adesea modificări post-translaționale, care pot apărea atât înainte ca proteina să înceapă să-și îndeplinească funcția, cât și în timpul „lucrării” acesteia în celulă. Adesea, în organismele vii, mai multe molecule de proteine ​​formează complexe complexe, de exemplu, un complex fotosintetic.

Pentru a înțelege împachetarea complicată (arhitectonica) a unei macromolecule de proteine, ar trebui să ia în considerare mai multe niveluri de organizare... Structura primară, cea mai simplă este un lanț polipeptidic, adică un șir de aminoacizi legați prin legături peptidice. În structura primară, toate legăturile dintre aminoacizi sunt covalente și, prin urmare, puternice. Următorul nivel superior de organizare este structura secundară, când firul proteic este răsucit în spirală. Legăturile de hidrogen se formează între grupările -COOH situate pe o tură a helixului și grupările -NH2 pe cealaltă tură. Ele apar pe baza hidrogenului, cel mai adesea situat între doi atomi negativi. Legăturile de hidrogen sunt mai slabe decât legăturile covalente, dar cu un număr mare de ele asigură formarea unei structuri suficient de puternice. Un șir de aminoacizi (polipeptidă) se coagulează apoi, formând o bilă, sau o fibrilă sau globule, specifică fiecărei proteine. Astfel, apare o configurație complexă numită structură terțiară. Determinarea sa se realizează de obicei folosind metoda analizei structurale cu raze X, ceea ce face posibilă stabilirea poziției în spațiu a atomilor și a grupurilor de atomi în cristale și compuși complecși.

Legăturile care susțin structura terțiară a proteinei sunt, de asemenea, slabe. Ele apar, în special, din cauza interacțiunilor hidrofobe. Acestea sunt forțele de atracție dintre moleculele nepolare sau dintre regiunile nepolare ale moleculelor într-un mediu apos. Reziduurile hidrofobe ale unor aminoacizi într-o soluție apoasă se „lipesc” și stabilizează astfel structura proteinei. Pe lângă forțele hidrofobe, legăturile electrostatice dintre radicalii electronegativi și electropozitivi ai reziduurilor de aminoacizi joacă un rol esențial în menținerea structurii terțiare a proteinei. Structura terțiară este susținută și de un număr mic de legături covalente disulfură -S-S care apar între atomii de sulf ai aminoacizilor care conțin sulf. Trebuie să spun că este și terțiar; structura proteinei nu este finită. Macromoleculele aceleiași proteine ​​sau moleculele altor proteine ​​sunt adesea atașate unei macromolecule proteice. De exemplu, o moleculă complexă de hemoglobină, o proteină găsită în eritrocite, constă din patru macromolecule de globină: două lanțuri alfa și două lanțuri beta, fiecare dintre ele combinată cu un hem care conține fier. Ca rezultat al combinației lor, se formează o moleculă de hemoglobină funcțională. Doar într-un astfel de pachet hemoglobina funcționează pe deplin, adică este capabilă să transporte oxigen. Datorită combinației mai multor molecule de proteine, se formează o structură cuaternară. Dacă lanțurile peptidice sunt pliate sub formă de spirală, atunci astfel de proteine ​​se numesc globulare. Când lanțurile polipeptidice sunt pliate în mănunchiuri de filamente, ele se numesc proteine ​​fibrilare. Pornind de la structura secundară, aranjarea (conformația) spațială a macromoleculelor proteice, după cum am aflat, este susținută în principal de legături chimice slabe. Sub influența factorilor externi (modificarea temperaturii, compoziția sării a mediului, pH-ul, sub influența radiațiilor și a altor factori), legăturile slabe care stabilizează ruperea macromoleculei și structura proteinei și, prin urmare, proprietățile sale, se modifică. . Acest proces se numește denaturare. Ruperea unora dintre legăturile slabe, modificările conformației și proprietăților proteinei apar și sub influența factorilor fiziologici (de exemplu, sub influența hormonilor). Astfel, proprietățile proteinelor sunt reglate: enzime, receptori, transportori. Aceste modificări ale structurii proteinelor sunt de obicei ușor reversibile. Ruperea unui număr mare de legături slabe duce la denaturarea proteinelor, care poate fi ireversibilă (de exemplu, coagularea albușului de ou când ouăle sunt fierte). Uneori, denaturarea proteinelor are și sens biologic. De exemplu, un păianjen secretă o picătură de secreție și o lipește de un fel de suport. Apoi, în timp ce continuă să secrete un secret, trage ușor firul, iar această tensiune slabă este suficientă pentru ca proteina să se denaturaze, de la o formă solubilă la una insolubilă, iar firul capătă putere.

35-36. Monozaharide(din grecescul monos: singur, zahar: zahăr) - compuși organici, una dintre principalele grupe de carbohidrați; cea mai simplă formă de zahăr; sunt de obicei solide incolore, solubile în apă, transparente. Unele monozaharide au un gust dulce. Monozaharide - blocurile de construcție din care sunt sintetizate dizaharidele (cum ar fi zaharoza) și polizaharidele (cum ar fi celuloza și amidonul), conțin grupări hidroxil și o grupare aldehidă (aldoze) sau ceto (cetoză). Fiecare atom de carbon la care este atașată o grupare hidroxil (cu excepția primului și ultimului) este chiral, dând naștere la multe forme izomerice. De exemplu, galactoza și glucoza sunt aldohexoze, dar au proprietăți chimice și fizice diferite. Monozaharidele, ca toți carbohidrații, conțin doar 3 elemente (C, O, H).

Monozaharidele sunt subdivizate pentru trioze, tetroze, pentoze, hexoze etc. (3, 4, 5, 6, etc. atomi de carbon din catenă); nu au fost găsite monozaharide naturale cu un lanț de carbon care conține mai mult de 9 atomi de carbon. Monozaharidele care conțin un inel cu 5 membri se numesc furanoze, un inel cu 6 membri - piranoze.

Izomerie. Pentru monozaharidele care conțin n atomi de carbon asimetrici este posibilă existența a 2n stereoizomeri (vezi Izomerie).

38. Proprietăţi chimice. Monozaharidele intră în reacții chimice caracteristice grupărilor carbonil și hidroxil. O trăsătură caracteristică a monozaharidelor este capacitatea de a exista în forme deschise (aciclice) și ciclice și de a da derivați din fiecare dintre forme. Majoritatea monozelor ciclează în soluție apoasă pentru a forma hemiacetali sau hemicetale (în funcție de aldoze sau cetoze) între alcool și gruparea carbonil a aceluiași zahăr. Glucoza, de exemplu, formează cu ușurință hemiacetali, unindu-și C1 și O5 pentru a forma un inel cu 6 membri numit piranozidă. Aceeași reacție poate avea loc între C1 și O4 pentru a forma furanozida cu 5 membri.

Monozaharide în natură. Monozaharidele fac parte din carbohidrații complecși (glicozide, oligozaharide, polizaharide) și biopolimeri care conțin carbohidrați în amestec (glicoproteine, glicolipide etc.). În acest caz, monozaharidele sunt legate între ele și de partea non-carbohidrată a moleculei prin legături glicozidice. Când sunt hidrolizate de acizi sau enzime, aceste legături se pot rupe odată cu eliberarea de monozaharide. Monozaharidele libere, cu excepția D-glucozei și D-fructozei, sunt rare în natură. Biosinteza monozaharidelor din dioxid de carbon și apă are loc în plante (vezi Fotosinteza); cu participarea derivaților activați ai monozaharidelor - zaharuri nucleozide difosfat - are loc, de regulă, biosinteza carbohidraților complecși. Descompunerea monozaharidelor în organism (de exemplu, fermentația alcoolică, glicoliza) este însoțită de eliberarea de energie.

Aplicație. Unele monozaharide libere și derivații lor (de exemplu, glucoza, fructoza și difosfatul acesteia etc.) sunt utilizate în industria alimentară și în medicină.

37. Glucoză (C6H12O6)(„Zahărul din struguri”, dextroză) se găsește în sucul multor fructe și fructe de pădure, inclusiv din struguri, motiv pentru care și-a luat naștere denumirea acestui tip de zahăr. Este un zahăr hexoză.

Proprietăți fizice... Substanță cristalină albă cu gust dulce, ușor solubilă în apă, insolubilă în eter, slab solubilă în alcool.

Structura moleculei

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

Glucoza poate exista în cicluri (glucoză α și β).

glucoza α și β

Transferul glucozei de la proiecția Fischer la proiecția Haworth Glucoza este produsul final al hidrolizei majorității dizaharidelor și polizaharidelor.

Rolul biologic. Glucoza, principalul produs al fotosintezei, se formează în ciclul Calvin.

La oameni și animale, glucoza este principala și cea mai versatilă sursă de energie pentru procesele metabolice. Toate celulele corpului animal au capacitatea de a asimila glucoza. În același timp, capacitatea de a folosi alte surse de energie - de exemplu, acizii grași liberi și glicerina, fructoza sau acidul lactic - nu sunt deținute de toate celulele corpului, ci doar de unele dintre tipurile lor.

Transportul glucozei din mediul extern în celula animală se realizează prin transfer activ transmembranar cu ajutorul unei molecule proteice speciale - un purtător (transportor) de hexoze.

Glucoza din celule poate suferi glicoliză pentru a furniza energie sub formă de ATP. Prima enzimă din lanțul de glicoliză este hexokinaza. Activitatea hexokinazei celulare este sub influența reglatoare a hormonilor - de exemplu, insulina crește brusc activitatea hexokinazei și, în consecință, utilizarea glucozei de către celule, în timp ce glucocorticoizii scad activitatea hexokinazei.

Multe surse de energie, altele decât glucoza, pot fi transformate direct în glucoză în ficat - de exemplu, acid lactic, mulți acizi grași liberi și glicerol sau aminoacizi liberi, în special cei mai simpli, precum alanina. Procesul de producere a glucozei în ficat din alți compuși se numește gluconeogeneză.

Acele surse de energie pentru care nu există o cale de conversie biochimică directă în glucoză pot fi utilizate de celulele hepatice pentru producerea de ATP și aprovizionarea ulterioară cu energie a proceselor de gluconeogeneză, resinteza glucozei din acid lactic sau alimentarea cu energie pentru sinteza polizaharidei glicogenului. rezerve din monomeri de glucoză. Glucoza este din nou produsă cu ușurință din glicogen prin defalcare simplă.

Datorită importanței extreme a menținerii unui nivel stabil de glucoză în sânge, oamenii și multe alte animale au un sistem complex de reglare hormonală a parametrilor metabolismului carbohidraților. Când 1 gram de glucoză este oxidat în dioxid de carbon și apă, se eliberează 17,6 kJ de energie. „Energia potențială” maximă stocată în molecula de glucoză sub forma stării de oxidare a -4 atomi de carbon (C-4) poate scădea în timpul proceselor metabolice la C + 4 (în molecula de CO2). Restabilirea lui la nivelul anterior poate fi efectuată de autotrofi.

Fructoză sau zahăr din fructe C6H12O6- o monozaharidă, care este prezentă sub formă liberă în aproape toate fructele și fructele dulci. Mulți oameni preferă să înlocuiască zahărul nu cu medicamente sintetice, ci cu fructoză naturală.

Spre deosebire de glucoză, care servește ca sursă de energie universală, fructoza nu este absorbită de țesuturile dependente de insulină. Este aproape complet absorbit și metabolizat de celulele hepatice. Practic, nicio altă celulă din corpul uman (cu excepția spermei) nu poate folosi fructoza. În celulele hepatice, fructoza este fosforilată și apoi descompusă în trioze, care fie sunt utilizate pentru a sintetiza acizi grași, care pot duce la obezitate, precum și la creșterea nivelului de trigliceride (care, la rândul său, crește riscul de ateroscleroză), fie este folosit pentru a sintetiza glicogen (de asemenea, parțial transformat în glucoză în timpul gluconeogenezei). Cu toate acestea, conversia fructozei în glucoză este un proces complex în mai multe etape, iar capacitatea ficatului de a procesa fructoza este limitată. Întrebarea dacă merită să includă fructoza în dieta diabeticilor, deoarece insulina nu este necesară pentru absorbția ei, a fost cercetată intens în ultimii ani.

Deși fructoza nu crește (sau nu crește semnificativ) glicemia la o persoană sănătoasă, fructoza crește adesea nivelul de glucoză la diabetici. Pe de altă parte, din cauza lipsei de glucoză din celule, grăsimile pot fi arse în corpurile diabeticilor, ducând la epuizarea rezervelor de grăsime. În acest caz, fructoza, care se transformă ușor în grăsime și nu necesită insulină, poate fi folosită pentru a le reface. Avantajul fructozei este că un gust dulce poate fi conferit unui fel de mâncare cu cantități relativ mici de fructoză, deoarece cu același conținut de calorii ca și zahărul (380 kcal / 100 g), este de 1,2-1,8 ori mai dulce. Cu toate acestea, studiile arată că consumatorii de fructoză nu își reduc aportul de calorii, ci consumă alimente mai dulci.

39. Oligozaharide- acestea sunt oligomeri, formați din mai mulți (nu mai mult de 20) monomeri - monozaharide, spre deosebire de polizaharide, formate din zeci, sute sau mii de monozaharide; - compuși formați din mai multe reziduuri de monozaharide (de la 2 la 10), legați printr-o legătură glicozidică.

Un caz special foarte important și larg răspândit de oligozaharide este dizaharidele - dimeri formați din două molecule de monozaharide.

Puteți vorbi și despre tri-, tetra- etc. zaharide.

40. Dizaharide- denumirea generală a unei subclase de oligozaharide, în care molecula este formată din doi monomeri - monozaharide. Dizaharidele se formează ca urmare a unei reacții de condensare între două monozaharide, de obicei hexoze. Reacția de condensare implică îndepărtarea apei. Legătura dintre monozaharide care rezultă dintr-o reacție de condensare se numește legătură glicozidică, de obicei între atomii de carbon 1 și 4 ai unităților de monozaharide adiacente (legatură 1,4-glicozidică).

Procesul de condensare poate fi repetat de nenumărate ori, rezultând molecule de polizaharide uriașe. Odată ce unitățile de monozaharide sunt combinate, ele se numesc reziduuri. Cele mai comune dizaharide sunt lactoza și zaharoza.

Mutarotație(din Lat. muto-change și rotatio - rotation), modificați valoarea optică. rotația soluțiilor de compuși optic activi datorită epimerizării lor. Este caracteristică monozaharidelor, oligozaharide reducătoare, lactone etc. Mutarotația poate fi catalizată de acizi și baze. În cazul glucozei, mutarotația se explică prin stabilirea echilibrului: în echilibru sunt prezente 38% din forma alfa și 62% din forma beta. Intre. forma aldehidă este conținută în concentrație neglijabilă. Avantajele formării formei b se explică prin faptul că este mai stabilă termodinamic.

Reacțiile „oglindă de argint” și „oglindă de cupru” sunt caracteristice aldehidelor

1) Reacția „oglinzii de argint”, formarea precipitatului de Ag pe pereții eprubetei

2) Reacția „oglinzii de cupru”, precipitarea unui precipitat roșu de Cu2O

40. La rândul lor, dizaharidele apar într-un număr de cazuri în timpul hidroliza polizaharidelor(maltoza în hidroliza amidonului, celobioza în hidroliza celulozei) sau existente în organism sub formă liberă (lactoză, zaharoză, trehaloză etc.), sunt hidrolizate sub acțiunea catalitică a viespilor și p-glicozidazelor la monozaharide individuale. Toate glicozidazele, cu excepția trehalazei (ot, omrehalozo-glucohidrogenază), au un spectru larg de specificitate, accelerând hidroliza aproape oricăror glicozide care sunt derivați ai unuia sau altuia a- sau (3-monozaharide. Astfel, a-glucozidaza). accelerează reacția de hidroliză a a-glucozidelor, inclusiv a maltozei, p-glshcosidaza - p-glucozide, inclusiv celobioza, B-galactozidaza - B-galactozidele și lactoza printre ele etc. Exemple de acțiune ale a și P-glucozidazelor au fost date mai devreme

41. Conform eşecului structura chimică a dizaharidelor tip trehaloza (glicozid-glicozide) și tipul maltoză (glicozid-glucoză) au proprietăți chimice semnificativ diferite: primele nu dau reacții caracteristice grupării aldehide sau cetone, adică nu se oxidează, nu se recuperează, nu formează ozazone , nu intră într-o reacție de policidenzare (nu sunt rășinoase), nu mutarotează etc. Pentru dizaharidele de tip maltoză, toate reacțiile menționate, dimpotrivă, sunt foarte caracteristice. Motivul acestei diferențe este destul de clar din ceea ce s-a spus mai sus despre cele două tipuri de structură a dizaharidelor și proprietățile reziduurilor de monozaharide incluse în compoziția lor. Constă în faptul că tautomerismul inelar este posibil numai în dizaharidele de tip maltoză, în urma cărora se formează o grupare aldehidă sau cetonă liberă, care își prezintă proprietățile caracteristice.

Pentru hidroxilii alcoolici, ambele tipuri de dizaharide dau aceleași reacții: formează eteri și esteri, interacționează cu hidrații oxizilor metalici.

Există un număr mare de dizaharide în natură; Printre acestea, trehaloza și maltoza menționate mai sus, precum și zaharoza, celobioza și lactoza au o valoare existentă.

42. Maltoză(din engleză malt - malt) - zahăr de malț, o dizaharidă naturală formată din două reziduuri de glucoză; se găsește în cantități mari în boabele încolțite (malț) de orz, secară și alte cereale; se găsește și în roșii, polen și nectarul unui număr de plante. M. este usor solubil in apa, are gust dulce; este un zahăr reducător deoarece are o grupă hidroxil hemiacetal nesubstituită. Biosinteza M. din b-D-glucopiranozil fosfat și D-glucoză este cunoscută numai la unele specii de bacterii. În organismele animale și vegetale, M. se formează prin descompunerea enzimatică a amidonului și a glicogenului (vezi. Amilazele). Divizarea M. la două resturi de glucoză are loc ca urmare a acțiunii enzimei a-glucozidazei, sau maltazei, care este conținută în sucurile digestive ale animalelor și ale oamenilor, în boabele încolțite, în mucegaiuri și drojdii. Absența determinată genetic a acestei enzime în membrana mucoasă a intestinului uman duce la intoleranță congenitală la M., o boală gravă care necesită excluderea amidonului și a glicogenului din dieta lui M. sau adăugarea enzimei maltazei în alimente.

Când maltoza se fierbe cu acid diluat și sub acțiunea enzimei, maltaza este hidrolizată (se formează două molecule de glucoză C6H12O6). Maltoza este ușor absorbită de corpul uman. Greutate moleculară - 342,32 T de topire - 108 (anhidru)

43. Lactoza(din latină lactis - lapte) С12Н22О11 - carbohidrați din grupul dizaharidelor, care se găsesc în lapte și produse lactate. Molecula de lactoză este formată din reziduuri de molecule de glucoză și galactoză. Lactoza este uneori numită zahăr din lapte.

Proprietăți chimice. Când este fiert cu acid diluat, are loc hidroliza lactozei.

Lactoza se obține din zerul de lapte.

Aplicație. Folosit pentru prepararea mediilor nutritive, de exemplu, la producerea penicilinei. Folosit ca excipient (de umplutură) în industria farmaceutică.

Din lactoză se obține lactuloza, un medicament valoros pentru tratamentul tulburărilor intestinale, precum constipația.

44. Zaharoză C12H22O11, sau zahăr de sfeclă, zahăr din trestie, în viața de zi cu zi doar zahăr - o dizaharidă, constând din două monozaharide - α-glucoză și β-fructoză.

Zaharoza este o dizaharidă foarte comună în natură; se găsește în multe fructe, fructe și fructe de pădure. Conținutul de zaharoză este deosebit de mare în sfecla de zahăr și trestia de zahăr, care sunt utilizate pentru producția industrială de zahăr comestibil.

Zaharoza este foarte solubilă. Din punct de vedere chimic, fructoza este destul de inertă, adică. când se deplasează dintr-un loc în altul, aproape că nu este implicat în metabolism. Uneori, zaharoza este depusă ca nutrient de rezervă.

Zaharoza, care intră în intestin, este rapid hidrolizată de alfa-glucozidaza intestinului subțire în glucoză și fructoză, care sunt apoi absorbite în sânge. Inhibitorii de alfa-glucozidază, cum ar fi acarboza, inhibă descompunerea și absorbția zaharozei, precum și alți carbohidrați hidrolizați de alfa-glucozidază, în special amidonul. Este utilizat în tratamentul diabetului de tip 2. Sinonime: alfa-D-glucopiranosil-beta-D-fructofuranozid, zahăr din sfeclă, zahăr din trestie.

Proprietăți chimice și fizice. Greutate moleculară 342,3 amu Formula empirică (sistemul Hill): C12H22O11. Gustul este dulceag. Solubilitate (grame la 100 de grame): în apă 179 (0 ° C) și 487 (100 ° C), în etanol 0,9 (20 ° C). Puțin solubil în metanol. Insolubil în dietil eter. Densitate 1,5879 g/cm3 (15 ° C). Rotație specifică pentru linia D de sodiu: 66,53 (apă; 35 g / 100g; 20 ° C). La răcire cu aer lichid, după iluminare cu lumină puternică, cristalele de zaharoză fosforesc. Nu prezintă proprietăți reducătoare - nu reacționează cu reactivul Tollens și cu reactivul Fehling. Prezența grupărilor hidroxil în molecula de zaharoză este ușor de confirmat prin reacția cu hidroxizi metalici. Dacă se adaugă o soluție de zaharoză la hidroxid de cupru (II), se formează o soluție albastră strălucitoare de zaharoză de cupru. Nu există o grupare aldehidă în zaharoză: atunci când este încălzită cu o soluție de amoniac de oxid de argint (I), nu dă o „oglindă de argint”; când este încălzită cu hidroxid de cupru (II), nu formează oxid roșu de cupru (I). . Printre izomerii zaharozei având formula moleculară C12H22O11, pot fi izolate maltoza și lactoza.

Reacția zaharozei cu apa. Dacă fierbeți o soluție de zaharoză cu câteva picături de acid clorhidric sau sulfuric și neutralizați acidul cu alcalii, apoi încălziți soluția, atunci apar molecule cu grupări aldehidice, care reduc hidroxidul de cupru (II) la oxid de cupru (I). Această reacție arată că zaharoza suferă hidroliză în timpul acțiunii catalitice a acidului, rezultând formarea de glucoză și fructoză: С12Н22О11 + Н2О → С6Н12O6 + С6Н12O6

Surse naturale și antropice. Conținut în trestie de zahăr, sfeclă de zahăr (până la 28% substanță uscată), sucuri de plante și fructe (de exemplu, mesteacăn, arțar, pepene galben și morcovi). Sursa producției de zaharoză - din sfeclă sau trestie - este determinată de raportul dintre conținutul de izotopi stabili de carbon 12C și 13C. Sfecla de zahar are un mecanism C3 de asimilare a dioxidului de carbon (prin acid fosfogliceric) si absoarbe preferential izotopul 12C; Trestia de zahăr are un mecanism de absorbție C4 a dioxidului de carbon (prin acid oxaloacetic) și absoarbe preferenţial izotopul 13C.

45. Celobioză- un carbohidrat din grupa dizaharidelor, format din două resturi de glucoză conectate (legatură β-glucozidică; principala unitate structurală a celulozei.

Substanță cristalină albă, ușor solubilă în apă. Celobioza se caracterizează prin reacții care implică o grupare aldehidă (hemiacetal) și grupări hidroxil. În timpul hidrolizei acide sau sub acțiunea enzimei β-glucozidaze, celobioza este scindată pentru a forma 2 molecule de glucoză.

Celobioza se obține prin hidroliza parțială a celulozei. Celobioza se găsește sub formă liberă în seva unor copaci.

46. ​​Polizaharide- denumirea generală pentru o clasă de carbohidrați complexi cu greutate moleculară mare, ale căror molecule constau din zeci, sute sau mii de monomeri - monozaharide.

Polizaharidele sunt esențiale pentru viața animalelor și a organismelor vegetale. Sunt una dintre principalele surse de energie generate ca urmare a metabolismului organismului. Ei iau parte la procesele imunitare, asigură aderența celulelor în țesuturi și reprezintă cea mai mare parte a materiei organice din biosferă.

S-a stabilit activitatea biologică diversă a polizaharidelor vegetale: antibiotic, antiviral, antitumoral, antidot [sursa nespecificată 236 zile]. Polizaharidele vegetale joacă un rol important în reducerea lipemiei vasculare și a ateromatozei datorită capacității de a forma complexe cu proteinele și lipoproteinele din plasma sanguină.

Polizaharidele includ, în special:

dextrina este o polizaharidă, un produs de hidroliză a amidonului;

amidonul este principala polizaharidă depusă ca rezervă de energie în organismele vegetale;

glicogenul este o polizaharidă depusă ca rezervă de energie în celulele organismelor animale, dar se găsește în cantități mici în țesuturile plantelor;

celuloza este principala polizaharidă structurală a pereților celulelor vegetale;

galactomanani - polizaharide de depozitare ale unor plante din familia leguminoaselor, precum guarana și guma de roșcove;

glucomanan - o polizaharidă obținută din tuberculi konnyaku, constă din unități alternante de glucoză și manoză, fibre alimentare solubile care reduc pofta de mâncare;

amiloid - folosit la producerea hârtiei de pergament.

Celuloza ( din lat. celula - celulă, la fel ca celuloza) - [С6Н7О2 (OH) 3] n, polizaharidă; componenta principală a pereților celulari ai tuturor plantelor superioare.

Celuloza constă din reziduuri de molecule de glucoză, care se formează în timpul hidrolizei acide a celulozei:

(C6H10O5) n + nH2O -> nC6H12O6

Celuloza este un fir lung care conține 300-2500 de reziduuri de glucoză fără ramuri laterale. Aceste fire sunt interconectate prin multe legături de hidrogen, ceea ce conferă celulozei o rezistență mecanică mai mare. Mamiferele (ca majoritatea celorlalte animale) nu au enzime care pot descompune celuloza. Cu toate acestea, multe ierbivore (de exemplu, rumegătoare) au bacterii simbionte în tractul digestiv care se descompun și ajută gazdele să absoarbă această polizaharidă.

Prin metoda industrială, celuloza se obține prin metoda de gătire la mori de celuloză care fac parte din complexe industriale (combine). După tipul de reactivi utilizați, se disting următoarele metode de gătire a celulozei:

sulfit. Soluția de gătit conține acid sulfuros și sarea acestuia, de exemplu hidrogen sulfit de sodiu. Această metodă este utilizată pentru obținerea celulozei din specii de lemn cu rășină scăzută: molid, brad.

Alcalin:

Natronny. Se folosește soluția de hidroxid de sodiu. Metoda natronului poate fi folosită pentru a obține celuloză din specii de foioase și plante anuale.

Sulfat. Cea mai comună metodă astăzi. Ca reactiv, se folosește o soluție care conține hidroxid de sodiu și sulfură și numită lichior alb. Metoda și-a luat numele de la sulfatul de sodiu, din care se obține sulfura pentru lichior alb la morile de celuloză. Metoda este potrivită pentru obținerea celulozei din orice tip de material vegetal. Dezavantajul său este eliberarea unui număr mare de compuși ai sulfului urât mirositoare: metil mercaptan, dimetil sulfură etc., ca urmare a reacțiilor secundare.

Celuloza tehnică obținută după gătire conține diverse impurități: lignină, hemiceluloză. Dacă celuloza este destinată prelucrării chimice (de exemplu, pentru producția de fibre artificiale), atunci este supusă rafinare - tratament cu o soluție alcalină rece sau fierbinte pentru a elimina hemicelulozele.

Pentru a elimina lignina reziduală și pentru a da pulpei o alb, se albește. Albirea tradițională cu clor include două etape:

tratament cu clor - pentru a distruge macromoleculele de lignină;

tratament alcalin - pentru extragerea produselor de degradare a ligninei rezultate.

47. Amidon- polizaharide ale amilozei și amilopectinei, al căror monomer este alfa-glucoza. Amidonul sintetizat de diferite plante sub influența luminii (fotosinteză) are mai multe compoziții și structuri de cereale diferite.

Proprietăți biologice. Amidonul, fiind unul dintre produsele fotosintezei, este larg răspândit în natură. Pentru plante, este o rezervă de nutrienți și se găsește mai ales în fructe, semințe și tuberculi. Cel mai bogat în amidon este boabele de cereale: orez (până la 86%), grâu (până la 75%), porumb (până la 72%), precum și tuberculi de cartofi (până la 24%).

Pentru corpul uman, amidonul, împreună cu zaharoza, este principalul furnizor de carbohidrați - una dintre cele mai importante componente ale alimentelor. Sub acțiunea enzimelor, amidonul este hidrolizat la glucoză, care este oxidată în celule în dioxid de carbon și apă cu eliberarea energiei necesare funcționării unui organism viu.

Biosinteza. O parte din glucoza produsă de plantele verzi în timpul fotosintezei se transformă în amidon:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6 (glucoză) → (C6H10O5) n + nH2O

În termeni generali, aceasta poate fi scrisă ca 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5) n 6nO2.

Amidonul se acumulează în tuberculi, fructe și semințe de plante ca hrană de rezervă. Astfel, tuberculii de cartofi conțin până la 24% amidon, boabe de grâu - până la 64%, orez - 75%, porumb - 70%.

Glicogenul este o polizaharidă format din reziduuri de glucoză; principalul carbohidrat de stocare la oameni și animale. Glicogenul (numit uneori și amidon animal, deși termenul este inexact) este forma principală de stocare a glucozei în celulele animale. Se depune sub formă de granule în citoplasmă în multe tipuri de celule (în principal ficat și mușchi). Glicogenul formează o rezervă de energie care poate fi mobilizată rapid dacă este necesar pentru a compensa lipsa bruscă de glucoză. Depozitele de glicogen, totuși, nu sunt la fel de bogate în calorii pe gram precum trigliceridele (grăsimile). Doar glicogenul stocat în celulele hepatice (hepatocite) poate fi procesat în glucoză pentru a hrăni întregul organism, în timp ce hepatocitele sunt capabile să acumuleze până la 8% din greutatea lor sub formă de glicogen, care este concentrația maximă dintre toate tipurile de celule. Masa totală de glicogen din ficat poate ajunge la 100-120 de grame la adulți. În mușchi, glicogenul este procesat în glucoză exclusiv pentru consum local și se acumulează în concentrații mult mai mici (nu mai mult de 1% din masa musculară totală), în același timp, aprovizionarea sa musculară totală poate depăși cantitatea acumulată în hepatocite. O cantitate mică de glicogen se găsește în rinichi și chiar mai puțin în anumite tipuri de celule cerebrale (gliale) și celule albe din sânge.

48. Chitină (C8H13O5N) (chitina franceză, din greacă chiton: chiton - îmbrăcăminte, piele, coajă) este un compus natural din grupa polizaharidelor care conțin azot. Denumire chimică: poli-N-acetil-D-glucoză-2-amină, un polimer al reziduurilor de N-acetilglucozamină legate prin legături b-(1,4)-glicozidice. Componenta principală a exoscheletului (cuticulei) artropodelor și a unui număr de alte nevertebrate face parte din peretele celular al ciupercilor și bacteriilor.

Distribuția în natură. Chitina este una dintre cele mai răspândite polizaharide din natură - aproximativ 10 gigatone de chitină se formează și se descompun în organismele vii de pe Pământ în fiecare an.

Îndeplinește funcții de protecție și de susținere, asigurând rigiditatea celulelor - este conținut în pereții celulari ai ciupercilor.

Componenta principală a exoscheletului artropodelor.

Chitina se formează și în organismele multor alte animale - diverse viermi, celenterate etc.

În toate organismele care produc și folosesc chitina, aceasta nu este în formă pură, ci într-un complex cu alte polizaharide și este foarte des asociată cu proteine. În ciuda faptului că chitina este o substanță foarte asemănătoare ca structură, proprietăți fizico-chimice și rol biologic cu celuloza, nu a fost posibil să se găsească chitină în organismele care formează celuloză (plante, unele bacterii).

Chimia chitinei.În forma lor naturală, chitinele diferitelor organisme sunt oarecum diferite unele de altele ca compoziție și proprietăți. Greutatea moleculară a chitinei ajunge la 260.000.

Chitina este insolubilă în apă, rezistentă la acizi diluați, alcalii, alcool și alți solvenți organici. Să dizolvăm în soluții concentrate ale unor săruri (clorură de zinc, tiocianat de litiu, săruri de calciu).

Când este încălzit cu soluții concentrate de acizi minerali, este distrus (hidrolizat), despărțind grupările acetil.

Uz practic. Unul dintre derivații chitinei obținuți industrial din aceasta este chitosanul. Materiile prime pentru producerea sa sunt coji de crustacee (krill, crab regal), precum și produse de sinteză microbiologică.

49. Hidrocarburi aromatice, compuși organici formați din carbon și hidrogen și care conțin nuclee de benzen. Cei mai simpli și importanți reprezentanți ai lui A. y. - benzen (I) și omologii săi: metilbenzen, sau toluen (II), dimetilbenzen, sau xilen etc. includ, de asemenea, derivați de benzen cu catene laterale nesaturate, de exemplu stirenul (III). Sunt multe cunoscute A. la. cu mai multe nuclee de benzen în moleculă, de exemplu, difenilmetan (IV), difenil C6H5 — C6H5, în care ambele nuclee de benzen sunt legate direct unul de celălalt; în naftalină (V), ambele inele au 2 atomi de carbon comuni; astfel de hidrocarburi se numesc A. y. cu nuclee condensate.

Benzen C6H6, PhH) Este un compus chimic organic, un lichid incolor cu un miros plăcut dulceag. Hidrocarbură aromatică. Benzenul este o parte a benzinei, este utilizat pe scară largă în industrie, este o materie primă pentru producția de medicamente, diverse materiale plastice, cauciuc sintetic, coloranți. Deși benzenul se găsește în petrolul brut, este sintetizat comercial din alte componente. Toxic, cancerigen.

Omologi- Compuși aparținând aceleiași clase, dar diferiți unul de celălalt ca compoziție printr-un număr întreg de grupe CH2. Colecția tuturor omologilor formează o serie omoloagă.

Proprietăți fizice. Lichid incolor cu un miros înțepător deosebit. Punct de topire = 5,5 ° C, punct de fierbere = 80,1 ° C, densitate = 0,879 g / cm³, greutate moleculară = 78,11 g / mol. Ca toate hidrocarburile, benzenul arde și produce multă funingine. Formează amestecuri explozive cu aerul, se amestecă bine cu eteri, benzină și alți solvenți organici, formează un amestec azeotrop cu apă cu un punct de fierbere de 69,25 ° C. Solubilitate în apă 1,79 g/l (la 25 ° C).

Structura. Din punct de vedere al compoziției, benzenul aparține hidrocarburilor nesaturate (seria omoloagă CnH2n-6), dar spre deosebire de hidrocarburile din seria etilenei, C2H4 prezintă proprietăți inerente hidrocarburilor saturate în condiții dure, dar benzenul este mai predispus la reacții de substituție. Acest „comportament” al benzenului se explică prin structura sa specială: prezența unui nor de electroni 6π conjugați în structură. Ideea modernă a naturii electronice a legăturilor din benzen se bazează pe ipoteza lui Linus Pauling, care a propus reprezentarea unei molecule de benzen sub forma unui hexagon cu un cerc înscris, subliniind astfel absența legăturilor duble fixe și prezența. a unui singur nor de electroni care acoperă toți cei șase atomi de carbon ai ciclului.

50. Compuși aromatici (arene)- compuși organici ciclici care conțin un sistem de legături aromatice. Pot avea lanțuri laterale saturate sau nesaturate.

Cele mai importante hidrocarburi aromatice includ benzenul C6H6 și omologii săi: toluenul C6H5CH3, xilenul C6H4 (CH3)2 etc.; naftalină C10H8, antracen C14H10 și derivații acestora. Proprietăți chimice distincte- stabilitate crescuta a nucleului aromatic si tendinta la reactii de substitutie. Principala sursă de hidrocarburi aromatice este gudronul de cărbune, petrolul și produsele petroliere. Metodele sintetice de obținere sunt de mare importanță. Hidrocarburile aromatice sunt precursori pentru producerea de cetone, aldehide și acizi aromatici, precum și multe alte substanțe. Există și arene heterociclice, printre care se găsesc cel mai adesea sub formă pură și sub formă de compuși - piridină, pirol, furan și tiofen, indol, purină, chinolină.

Borazolul („benzenul anorganic”) are, de asemenea, aromaticitate, dar proprietățile sale diferă semnificativ de cele ale arenelor organice.

Reacții de substituție electrofilă"(Reacție electrofilă de substituție engleză) - reacții de substituție în care atacul este efectuat de un electrofil - o particulă care este încărcată pozitiv sau are un deficit de electroni. Când se formează o nouă legătură, particula părăsitoare - electrofagul este desprins fără perechea sa de electroni. Cel mai popular grup ieșitor este protonul H +.

51-52. Reacții de substituție electrofilă aromatică

Pentru sistemele aromatice, există de fapt un mecanism de substituție electrofilă - SEAr. Mecanismul SE1 (prin analogie cu SN1) este extrem de rar, iar SE2 (corespunzător prin analogie cu SN2) nu apare deloc.

Mecanismul de reacție SEAr sau reacția de substituție electrofilă aromatică (english substitution electrophilic aromatic) este cea mai frecventă și cea mai importantă dintre reacțiile de substituție a compușilor aromatici și constă din două etape. În prima etapă, electrofilul este atașat, în a doua, electrofugul este desprins.

În cursul reacției, se formează un intermediar încărcat pozitiv (în figura - 2b). Se numește intermediar Weland, ion de aroniu sau complex σ. Acest complex este în general foarte reactiv și se stabilizează ușor prin scindarea rapidă a cationului. Etapa limitativă în majoritatea covârșitoare a reacțiilor SEAr este prima etapă.

Viteza de reacție = k **

Ca particulă atacantă, electrofilii relativ slabi acționează de obicei; prin urmare, în cele mai multe cazuri, reacția SEAr are loc sub acțiunea unui catalizator - acidul Lewis. Cele mai frecvent utilizate sunt AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2.

În acest caz, mecanismul de reacție este următorul (de exemplu, clorurarea benzenului, catalizatorul FeCl3):

(1) În prima etapă, catalizatorul interacționează cu particula atacatoare pentru a forma un agent electrofil activ

În a doua etapă, de fapt, este implementat mecanismul SEAr

53. Compuși heterociclici(heterocicluri) - compuși organici care conțin cicluri, care, împreună cu carbonul, includ și atomi ai altor elemente. Pot fi considerați compuși carbociclici cu hetero substituenți (heteroatomi) în inel. Cei mai diversi și bine studiati sunt compușii heterociclici aromatici care conțin azot. Cazurile limitative ale compușilor heterociclici sunt compușii care nu conțin atomi de carbon în ciclu, de exemplu, pentazol.

Pirol- heterociclu azotat aromatic cu cinci membri, are proprietăți de bază slabe. Conținut în ulei de oase (care se obține prin distilarea uscată a oaselor), precum și în gudron de cărbune. Inelele de pirol fac parte din porfirine - clorofila vegetală, hemul hemoglobinelor și citocromilor și o serie de alți compuși importanți din punct de vedere biologic.

Structură și proprietăți. Pirolul este un lichid incolor, care amintește de cloroform în miros, care se întunecă lent când este expus la aer. Este ușor higroscopic, ușor solubil în apă și foarte solubil în majoritatea solvenților organici. Structura pirolului a fost propusă în 1870 de Bayer, pe baza oxidării sale cu acid cromic la maleimidă și a formării sale în timpul distilării succinimidei cu praf de zinc.

Aciditate și metalare. Pirolul este un NH-acid slab (pKa 17,5 în apă) și reacționează cu metalele alcaline și amidele acestora în amoniac lichid sau solvenți inerți cu deprotonarea la poziția 1 și formarea sărurilor corespunzătoare. Reacția cu reactivii Grignard se desfășoară într-un mod similar, în care se formează săruri de N-magneziu. Pirolii N-substituiți reacționează cu butii și fenilitiu, metalând în poziția α.

54. INDOL (benzo [b] pirol), ei spun. m. 117,18; incolor cristale cu un miros slab de naftalină; t. pl. 52,5°C, bp 254 ° C; d456 1,0718; sublim la sarcină. până la 150 ° C; m 7,03,10-30 CL m (benzen, 25 ° C); distilat cu vapori de apă, dietil eter și NH3; sol bun. în org. soluție, apă fierbinte, NH3 lichid. Molecula are o configurație plată.

Indolul este o bază slabă (pKa - 2,4). Atunci când este protonat, formează un cation 3H-indolium (f-la I), care este în timpul interacțiunii. cu o moleculă neutră indolul dă dimer (II). Ca acid slab (pKa 17), indolul cu Na în NH3 lichid formează N-indol de sodiu, cu KOH la 130 ° C - N-indol de potasiu. Posedă aromate. Sf. tu. Electroph. înlocuirea se duce la cap. arr. în poziţia 3. Nitrarea se realizează de obicei cu azotat de benzoil, sulfonarea cu sulfotrioxid de piridină, bromurarea cu dibromură de dioxan, clorurarea cu SO2Cl2 şi alchilarea cu halogenuri de alchil active. Acetilarea în acid acetic merge și ea în poziția 3, în prezență. CH3COONa - la pozitia 1; 1,3-diacetilindolul se formează în anhidrida acetică. Indolul se atașează cu ușurință de dubla legătură a cetonelor și nitrililor a, b-nesaturați.

Aminometilarea (soluția Mannich) în condiții blânde se realizează în poziția 1, în condiții dure - la poziția 3. Substituția în inelul benzenic (în principal în pozițiile 4 și 6) are loc numai în medii acide când poziția 3 este blocată. H2O2, peracizi sau în lumină, indolul este oxidat în indoxil, care este apoi transformat. în trimer sau indigo. Oxidarea mai severă sub acțiunea O3, MnO2 duce la ruperea inelului pirolic cu formarea 2-formamidobenzaldehidei. Când indolul este hidrogenat cu hidrogen în condiții blânde, inelul pirol este redus, iar în condiții mai dure, inelul benzenic este de asemenea redus.

Indolul este conținut în uleiurile esențiale de iasomie și citrice, face parte din cam.-ug. răşină. Inelul indolic este un fragment de molecule de natură importantă. compuși (de exemplu, triptofan, serotonină, melatonină, bufotenină). De obicei, indolul este izolat din fracția naftalină a kam.-ug. rășină sau obținută prin dehidrogenarea o-etilanilinei urmată de. ciclizarea produsului rezultat. Indolul și derivații săi sunt, de asemenea, sintetizați prin ciclizarea arilhidrazonelor compușilor carbonilici. (districtul Fisher), interacțiune. arilamine cu compuși a-halogen- sau a-hidroxicarbonil. (districtul Bischler), etc. Nucleul indolic este o parte a alcaloizilor indolici. Indolul în sine este un fixator de miros în parfumerie; derivații săi sunt utilizați la producerea de compuși biologic activi. (hormoni, halucinogene) și medicamente. Miercuri (de exemplu, indopan, indometacin).

55. Imidazol- un compus organic din clasa heterociclurilor, un inel cu cinci atomi cu doi atomi de azot și trei atomi de carbon în ciclu, izomer la pirazol.

Proprietăți.În imidazolul nesubstituit, pozițiile 4 și 5 (atomi de carbon) sunt echivalente datorită tautomeriei. Aromatic, reactioneaza cu sarurile de diazoniu (combinatie). Este nitrat si sulfonat doar in mediu acid la pozitia 4, halogenii in mediu alcalin intra in pozitia 2, in mediu acid in pozitia 4. Este usor alchilat si acilat la imina N, deschide un ciclu cand interactioneaza cu solutii de acizi tari și peroxizi. Catalizează hidroliza esterilor refractari și amidelor acizilor carboxilici.

Pe baza de imidazol sunt produse un număr mare de diferite lichide ionice.

Metode de primire. Din orto-fenilendiamină prin benzimidazol și acid 4,5-imidazol dicarboxilic.

Interacțiunea glioxalului (oxalaldehida) cu amoniacul și formaldehida.

Rolul biologic. Ciclul imidazolului face parte din aminoacidul esențial histidină. Fragment structural de histamină, baze purinice, dibazol.

56. Piridină- un heterociclu aromatic cu șase membri cu un atom de azot, un lichid incolor cu un miros neplăcut înțepător; miscibil cu apa si solventi organici. Piridina este o bază slabă, dă săruri cu acizi minerali puternici, formează cu ușurință săruri duble și compuși complecși.

Primirea. Principala sursă pentru producția de piridină este gudronul de cărbune.

Proprietăți chimice. Piridină prezintă proprietăți caracteristice aminelor terțiare: formează N-oxizi, săruri de N-alchilpiridiniu și poate acționa ca un ligand donor sigma.

În același timp, piridina are proprietăți aromatice distincte. Cu toate acestea, prezența unui atom de azot în inelul de conjugare duce la o redistribuire serioasă a densității electronilor, ceea ce duce la o scădere puternică a activității piridinei în reacțiile de substituție aromatică electrofilă. În astfel de reacții, reacţionează predominant metapoziţiile inelului.

Pentru piridină, reacțiile de substituție nucleofilă aromatică sunt caracteristice, decurgând în principal la pozițiile orto-para ale inelului. Această reactivitate indică natura deficitară de electroni a inelului piridinic, care poate fi rezumată în următoarea regulă generală: reactivitatea piridinei ca compus aromatic corespunde aproximativ cu reactivitatea nitrobenzenului.

Aplicație. Sunt utilizate în sinteza coloranților, substanțelor medicinale, insecticidelor, în chimia analitică, ca solvent pentru multe substanțe organice și unele anorganice, pentru denaturarea alcoolului.

Securitate. Piridina este toxică, afectează sistemul nervos și pielea.

57. Rolul biologic. Acidul nicotinic este un derivat de piridină. Este absorbit în stomac și duoden, apoi suferă o aminare, rezultând nicotinoamidă, care în organism, în combinație cu proteine, formează mai mult de 80 de enzime. Acesta este rolul fiziologic principal al vitaminei B5. Deci, acidul nicotinic este o parte a unor enzime redox importante precum dehidrogeneza, care catalizează eliminarea hidrogenului din substanțele organice oxidate. Hidrogenul îndepărtat în acest fel este transferat de aceste enzime către enzimele redox, care includ riboflavina. În plus, în corpul mamiferelor, din nicotinamidă (niacină) și acid nicotinic, se formează nucleotide de piridină, care servesc ca coenzime NAD și NADP. Lipsa acestor precursori la animale determină pelagra, boală manifestată prin simptome ale pielii, tractului gastrointestinal și ale sistemului nervos (dermatită, diaree, demență). Ca coenzime NAD și NADP, precursorii acidului nicotinic sunt implicați în multe reacții redox catalizate de dehidrogenaze. Efectul biologic al niacinei se manifestă sub formă de stimulare a funcției secretoare a stomacului și a glandelor digestive (în prezența acesteia, crește concentrația de acid clorhidric liber în stomac). Sub influența vitaminei B5, există o creștere a biosintezei glicogenului și o scădere a hiperglicemiei, o creștere a funcției de detoxifiere a ficatului, o extindere a vaselor de sânge, o îmbunătățire a microcirculației sanguine.

Există o relație între acidul nicotinic și aminoacizii care conțin sulf. Excreția urinară crescută a metilnicotinamidei în deficiența de proteine ​​este normalizată prin includerea în dietă a aminoacizilor care conțin sulf. În același timp, conținutul de fosfopirinucleotide din ficat este de asemenea normalizat.

58. Pirimidină (C4N2H4, Pirimidină, 1,3- sau m-diazină, miazina) este un compus heterociclic cu o moleculă plană, cel mai simplu reprezentant al 1,3-diazinelor.

Proprietăți fizice. Pirimidinele sunt cristale incolore cu un miros caracteristic.

Proprietăți chimice. Greutatea moleculară a pirimidinei este de 80,09 g/mol. Pirimidina prezintă proprietățile unei baze slabe cu doi acizi, deoarece atomii de azot pot atașa protonii printr-o legătură donor-acceptor, dobândind astfel o sarcină pozitivă. Reactivitatea în reacțiile de substituție electrofilă în pirimidină este redusă din cauza scăderii densității electronilor la pozițiile 2,4,6 cauzată de prezența a doi atomi de azot în inel. Substituția devine posibilă numai în prezența substituenților donatori de electroni și este direcționată către poziția 5 cel mai puțin dezactivată. Cu toate acestea, în contrast, pirimidina este activă în raport cu reactivii nucleofili care atacă 2, 4 și 6 atomi de carbon din inel.

Primirea. Pirimidina se obține prin reducerea derivaților de pirimidină halogenați. Sau din 2,4,6-triclorpirimidină, obținută prin tratarea acidului barbituric cu cloroxid de fosfor.

Derivați de pirimidină răspândite pe scară largă în fauna sălbatică, unde sunt implicate în multe procese biologice importante. În special, derivații precum citozina, timina, uracilul fac parte din nucleotide, care sunt unitățile structurale ale acizilor nucleici, miezul pirimidinic este parte a unor vitamine B, în special B1, coenzime și antibiotice.

59. Purină (C5N4H4, Purină)- un compus heterociclic, cel mai simplu reprezentant al imidazopirimidinelor.

Derivații purinici joacă un rol important în chimia compușilor naturali (bazele purinice ale ADN-ului și ARN; coenzima NAD; alcaloizi, cofeină, teofilină și teobromină; toxine, saxitoxină și compuși înrudiți; acid uric) și, prin urmare, în produse farmaceutice.

Adenina- baza azotata, amino derivat al purinei (6-aminopurina). Formează două legături de hidrogen cu uracil și timină (complementaritate).

Proprietăți fizice. Adenina este un cristal incolor care se topește la o temperatură de 360–365 C. Are un maxim caracteristic de absorbție (λmax) la 266 mmq (pH 7) cu un coeficient molar de extincție (εmax) de 13500.

Formula chimică C5H5N5, greutate moleculară 135,14 g/mol. Adenina prezintă proprietăți de bază (pKa1 = 4,15; pKa2 = 9,8). Atunci când interacționează cu acidul azotic, adenina își pierde grupa amino, transformându-se în hipoxantină (6-hidroxipurină). În soluții apoase, se cristalizează într-un hidrat cristalin cu trei molecule de apă.

Solubilitate. Să ne dizolvăm bine în apă, mai ales fierbinte, cu scăderea temperaturii apei, solubilitatea adeninei în ea scade. Puțin solubil în alcool, cloroform, eter, precum și în acizi și baze - insolubil.

Prevalența și semnificația în natură. Adenina este o parte a multor compuși vitali pentru organismele vii, cum ar fi: adenozină, adenozin fosfataze, adenozin-acizi fosforici, acizi nucleici, adenin nucleotide etc. Sub forma acestor compuși, adenina este răspândită în natură.

Guanina- baza azotata, amino derivat al purinei (6-hidroxi-2-aminopurina), este parte integranta a acizilor nucleici. În ADN, în timpul replicării și transcripției, formează trei legături de hidrogen cu citozina (complementaritate). Mai întâi izolat de guano.

Proprietăți fizice. Pulbere cristalină incoloră, amorfă. Punct de topire 365 ° C. O soluție de guanină în HCl are fluorescență. În medii alcaline și acide, are două maxime de absorbție (λmax) în spectrul ultraviolet: la 275 și 248 mK (pH 2) și 246 și 273 mK (pH 11).

Proprietăți chimice. Formula chimică - C5H5N5O, greutate moleculară - 151,15 g / mol. Prezintă proprietăți de bază, pKa1 = 3,3; pKa2 = 9,2; pKa3 = 12,3. Reacționează cu acizi și alcalii formând săruri.

Solubilitate. Bine solubil în acizi și baze, slab solubil în eter, alcool, amoniac și soluții neutre, insolubil în apă .

Reacții calitative. Pentru determinarea guaninei se precipită cu acizi metafosforic și picric, cu acid diazosulfonic în soluție de Na2CO3, dă culoare roșie.

Distribuție în natură și sens. Parte a acizilor nucleici.

60. Nucleozide Sunt glicozilaminele care conțin o bază azotată legată de un zahăr (riboză sau dezoxiriboză).

Nucleozidele pot fi fosforilate de către kinazele celulare la grupa alcoolică primară a zahărului și se formează nucleotidele corespunzătoare.

Nucleotide- esteri fosforici ai nucleozidelor, fosfaţilor nucleozidici. Nucleotidele libere, în special ATP, cAMP, ADP, joacă un rol important în procesele energetice și informaționale intracelulare și sunt, de asemenea, părți constitutive ale acizilor nucleici și ale multor coenzime.

Nucleotidele sunt esteri de nucleozide și acizi fosforici. Nucleozidele, la rândul lor, sunt N-glicozide care conțin un fragment heterociclic legat printr-un atom de azot la atomul C-1 al reziduului de zahăr.

Structura nucleotidelor.În natură, cele mai comune nucleotide sunt β-N-glicozidele purinelor sau pirimidinelor și pentozele - D-riboză sau D-2-riboză. În funcție de structura pentozei, se disting ribonucleotide și dezoxiribonucleotide, care sunt monomeri ai moleculelor de polimeri biologici complecși (polinucleotide) - ARN sau, respectiv, ADN.

Reziduul fosfat din nucleotide formează de obicei o legătură ester cu 2 „-, 3” - sau 5 „-hidroxil grupări de ribonucleozide, în cazul 2”-deoxinucleozide, 3 „- sau 5”-hidroxil grupări sunt esterificate.

Compușii formați din două molecule de nucleotide se numesc dinucleotide, din trei - trinucleotide, dintr-un număr mic - oligonucleotide și din multe - polinucleotide sau acizi nucleici.

Numele nucleotidelor sunt abrevieri sub forma unor coduri standard de trei sau patru litere.

Dacă abrevierea începe cu litera mică „d” (ing. D), înseamnă dezoxiribonucleotidă; absența literei „d” înseamnă o ribonucleotidă. Dacă abrevierea începe cu litera minusculă „c” (ing. C), atunci vorbim despre forma ciclică a nucleotidei (de exemplu, cAMP).

Prima literă majusculă a abrevierei indică o bază azotată specifică sau un grup de baze nucleice posibile, a doua literă indică numărul de resturi de acid fosforic din structură (M - mono-, D - di-, T - tri-), iar a treia literă mare este întotdeauna litera F ("-Phosphate"; engleză P).

Codurile latină și rusă pentru baze nucleice:

A - A: Adenina; G - G: Guanina; C - C: Citozină; T - T: Timina (5-metiluracil), nu apare în ARN, ia locul uracilului în ADN; U - U: uracilul, care nu se găsește în ADN, ia locul timinei în ARN.

Cel mai mare eveniment în dezvoltarea chimiei organice a fost crearea în 1961 de către marele om de știință rus A.M. Butlerov al teoriei structurii chimice a compușilor organici.

Înainte de A.M. Butlerov, s-a considerat imposibil să se cunoască structura unei molecule, adică ordinea legăturii chimice dintre atomi. Mulți oameni de știință chiar au negat realitatea atomilor și a moleculelor.

A.M. Butlerov a respins această opinie. El a pornit de la idei materialiste și filozofice corecte despre realitatea existenței atomilor și moleculelor, despre posibilitatea cunoașterii legăturii chimice a atomilor dintr-o moleculă. El a arătat că structura unei molecule poate fi stabilită empiric prin studierea transformărilor chimice ale unei substanțe. Dimpotrivă, cunoscând structura moleculei, puteți deduce proprietățile chimice ale compusului.

Teoria structurii chimice explică varietatea compușilor organici. Se datorează capacității carbonului tetravalent de a forma lanțuri și inele de carbon, de a se combina cu atomii altor elemente și prezenței izomeriei în structura chimică a compușilor organici. Această teorie a pus bazele științifice ale chimiei organice și a explicat cele mai importante legi ale acesteia. Principiile de bază ale teoriei sale A.M. Butlerov a prezentat în raportul „Despre teoria structurii chimice”.

Principalele prevederi ale teoriei structurii sunt următoarele:

1) în molecule, atomii sunt legați între ei într-o anumită secvență în conformitate cu valența lor. Ordinea în care atomii sunt legați se numește structură chimică;

2) proprietățile unei substanțe depind nu numai de ce atomi și în ce cantitate sunt incluși în compoziția moleculei sale, ci și de ordinea în care sunt conectați unul cu celălalt, adică de structura chimică a moleculei ;

3) atomi sau grupuri de atomi care au format o moleculă se influențează reciproc.

În teoria structurii chimice, se acordă multă atenție influenței reciproce a atomilor și grupurilor de atomi dintr-o moleculă.

Formulele chimice, care descriu ordinea în care atomii sunt uniți în molecule, sunt numite formule structurale sau formule de structură.

Valoarea teoriei structurii chimice A.M. Butlerova:

1) este cea mai importantă parte a fundamentului teoretic al chimiei organice;

2) din punct de vedere al semnificației, poate fi comparat cu Tabelul periodic al elementelor din D.I. Mendeleev;

3) a făcut posibilă sistematizarea unei cantități uriașe de material practic;

4) a făcut posibilă prezicerea în avans a existenței unor noi substanțe, precum și indicarea modalităților de producere a acestora.

Teoria structurii chimice servește ca bază de ghidare în toate cercetările în chimia organică.

5. Izomerie. Structura electronică a atomilor elementelor de perioade mici.

Proprietățile substanțelor organice depind nu numai de compoziția lor, ci și de ordinea în care atomii sunt uniți într-o moleculă.

Izomerii sunt substanțe care au aceeași compoziție și aceeași masă molară, dar structuri moleculare diferite și, prin urmare, au proprietăți diferite.

Semnificația științifică a teoriei structurii chimice:

1) adâncește înțelegerea substanței;

2) indică calea către cunoașterea structurii interne a moleculelor;

3) face posibilă înțelegerea faptelor acumulate în chimie; prezice existenţa unor noi substanţe şi găsesc modalităţi de sinteză a acestora.

Toată această teorie a contribuit în mare măsură la dezvoltarea în continuare a chimiei organice și a industriei chimice.

Omul de știință german A. Kekule a exprimat ideea combinării atomilor de carbon între ei într-un lanț.

Doctrina structurii electronice a atomilor.

Caracteristici ale doctrinei structurii electronice a atomilor: 1) au făcut posibilă înțelegerea naturii legăturii chimice a atomilor; 2) aflați esența influenței reciproce a atomilor.

Starea electronilor în atomi și structura învelișurilor de electroni.

Norii de electroni sunt zonele cu cea mai mare probabilitate de prezență a unui electron, care diferă ca formă, dimensiune, direcționalitate în spațiu.

În atom hidrogen un singur electron în mișcarea sa formează un nor încărcat negativ de formă sferică (sferică).

Electronii S sunt electroni care formează un nor sferic.

Atomul de hidrogen are un electron s.

În atom heliu- doi electroni s.

Caracteristicile atomului de heliu: 1) nori de aceeași formă sferică; 2) cea mai mare densitate este la fel de îndepărtată de miez; 3) norii electronici sunt combinați; 4) formează un nor comun cu doi electroni.

Caracteristici ale atomului de litiu: 1) are două straturi electronice; 2) are un nor sferic, dar ca dimensiune este mult mai mare decât norul intern cu doi electroni; 3) electronul celui de-al doilea strat este mai puțin atras de nucleu decât primii doi; 4) ușor de captat de alți atomi în reacții redox; 5) are un electron s.

Caracteristicile atomului de beriliu: 1) al patrulea electron - electronul s; 2) norul sferic este combinat cu norul celui de-al treilea electron; 3) există doi electroni s perechi în stratul interior și doi electroni s perechi în cel exterior.

Cu cât se suprapun mai mulți nori de electroni atunci când atomii se combină, cu atât se eliberează mai multă energie și este mai puternică legătură chimică.

Comportarea particulelor în compuși depinde de mulți factori. Teoria structurilor compușilor organici doar studiază comportamentul unei molecule în compuși, natura atomilor, valența, ordinea și natura legăturilor chimice. Acest articol rezumă principalele prevederi ale acestei teorii.

Structura compușilor organici

Varietatea compușilor organici se explică prin particularitatea structurii lor chimice. Atomii dintr-o moleculă sunt aranjați într-o ordine specifică în funcție de valența lor. Această secvență este structura chimică.

Substanțele care au aceeași compoziție calitativă și cantitativă (formula moleculară), dar o structură diferită, se numesc izomeri, iar existența lor însăși se numește izomerie. Celebrul chimist rus A.M.Butlerov a dovedit că cu ajutorul reacțiilor controlate este posibilă obținerea de noi substanțe.

Orez. 1. Definiția izomeriei.

De asemenea, importantă este prevederea că atomii și grupurile de atomi dintr-o moleculă se influențează reciproc.

Teoria structurilor substanţelor organice

Teoria structurii compușilor organici a fost formulată de chimistul rus A.M.Butlerov în 1861. Principala concluzie a acestei lucrări științifice a fost afirmația că fiecărei substanțe îi corespunde o singură formulă. Această lucrare arată comportamentul atomilor în cadrul moleculelor.

Orez. 2. A. M. Butlerov.

Principalele prevederi și consecințe ale teoriei structurii lui Butlerov pot fi formulate după cum urmează:

• În molecule, atomii nu sunt aranjați aleatoriu, ci au o structură specifică.

O reprezentare schematică a structurii unei molecule se numește formulă structurală

Orez. 3. Formula structurală a moleculei.

Pe baza poziției valenței atomului de carbon egală cu patru și a capacității acestuia de a forma lanțuri și cicluri, se construiesc formulele structurale ale substanțelor organice.

• Proprietățile chimice ale unei substanțe depind de compoziția și aranjarea atomilor și moleculelor.
• O structură diferită cu aceeași compoziție și greutate moleculară a unei substanțe determină fenomenul de izomerie. Elementele chimice absolut diferite pot avea aceeași compoziție și greutate moleculară, totul depinde de locația celor mai mici particule și de legăturile dintre ele.
• După proprietățile unei substanțe, puteți determina structura unei molecule și, după structura acesteia, puteți prezice proprietățile
• Deoarece în timpul reacțiilor individuale, nu toate, ci doar unele părți ale moleculelor se schimbă, atunci, prin studierea produselor transformărilor chimice ale unui compus, este posibil să se stabilească structura acestuia.
• Reactivitatea atomilor incluși într-o moleculă variază în funcție de atomi cu care sunt asociați într-o moleculă dată. Atomii legați se afectează unul pe altul cu o forță mai mare decât atomii nelegați.

Ce am învățat?

Importanța teoriei lui Butlerov a structurilor chimice ale compușilor organici este mare. Teoria sa explică nu numai structura moleculelor tuturor substanțelor organice cunoscute și proprietățile lor, dar face posibilă și prezicerea teoretică a existenței unor substanțe necunoscute și noi, precum și găsirea unei modalități de a le obține și sintetiza.