História vzniku teórie o chemickej štruktúre organických látok. Teória štruktúry organických látok

Téma: Základy teórie štruktúry organických zlúčenín A.M. Butlerov.

Teóriu chemickej štruktúry organických zlúčenín, ktorú predložil A.M. Butlerov v druhej polovici minulého storočia (1861), potvrdili práce mnohých vedcov vrátane Butlerovových študentov a jeho samotného. Ukázalo sa, že je možné na jeho základe vysvetliť mnohé javy, ktoré do tej doby nemali žiadnu interpretáciu: homológia, prejav štvormocných atómov uhlíka v organických látkach. Teória splnila aj svoju prediktívnu funkciu: na jej základe vedci predpovedali existenciu stále neznámych zlúčenín, popísali vlastnosti a objavili ich. V rokoch 1862-1864. AM Butlerov zvažoval propylové, butylové a amylalkoholy, určil počet možných izomérov a odvodil vzorce týchto látok. Ich existencia bola neskôr experimentálne dokázaná a niektoré izoméry syntetizoval sám Butlerov.

V priebehu XX storočia. ustanovenia teórie chemickej štruktúry chemických zlúčenín boli vyvinuté na základe nových pohľadov, ktoré sa rozšírili vo vede: teória štruktúry atómu, teória chemických väzieb, predstavy o mechanizmoch chemických reakcií. V súčasnosti má táto teória univerzálny charakter, to znamená, že platí nielen pre organické látky, ale aj pre anorganické látky.

Prvá pozícia. Atómy v molekulách sú spojené v určitom poradí podľa svojej valencie. Uhlík vo všetkých organických a vo väčšine anorganické zlúčeninyštvormocný.

Je zrejmé, že posledná časť prvého návrhu teórie sa dá ľahko vysvetliť skutočnosťou, že atómy uhlíka v zlúčeninách sú vo vzrušenom stave:

štvormocné atómy uhlíka sa môžu navzájom kombinovať a vytvárať rôzne reťazce:

Poradie spájania atómov uhlíka v molekulách môže byť rôzne a závisí od typu kovalentnej chemickej väzby medzi atómami uhlíka - jednoduchej alebo viacnásobnej (dvojitej a trojitej):

Toto ustanovenie vysvetľuje tento jav.

Látky, ktoré majú rovnaké zloženie, ale odlišnú chemickú alebo priestorovú štruktúru, a teda aj odlišné vlastnosti, sa nazývajú izoméry.

Hlavné typy:

Štrukturálna izoméria, v ktorej sa látky líšia v poradí väzby atómov v molekulách: uhlíková kostra

Tretia pozícia. Vlastnosti látok závisia od vzájomného vplyvu atómov v molekulách.

Napríklad v kyseline octovej reaguje so zásadou iba jeden zo štyroch atómov vodíka. Na základe toho možno predpokladať, že k kyslíku je viazaný iba jeden atóm vodíka:

Hlavné smery vývoja teórie štruktúry chemických zlúčenín a jej význam.

V čase A.M. Butlerova bola organická chémia široko používaná

empirické (molekulárne) a štruktúrne vzorce. Posledné uvedené odrážajú poradie, v ktorom sú atómy spojené v molekule podľa ich valencie, čo je naznačené čiarkami.

Na uľahčenie zápisu sa často používajú skrátené štruktúrne vzorce, v ktorých sú iba väzby medzi atómami uhlíka alebo uhlíka a kyslíka označené čiarkami.

A vlákna, výrobky z ktorých sa používajú v technológiách, každodennom živote, medicíne, poľnohospodárstvo... Hodnotu teórie chemickej štruktúry A. M. Butlerova pre organickú chémiu je možné porovnať s hodnotou periodického zákona a periodickej tabuľky chemické prvky DI Mendeleev pre anorganickú chémiu. Nie nadarmo majú obe teórie toľko spoločného v spôsoboch ich formovania, smeroch vývoja a všeobecnom vedeckom význame.

1. Hlavné ustanovenia teórie chemickej štruktúry A.M. Butlerova

1. Atómy v molekulách sú navzájom spojené v určitej sekvencii podľa svojich valencií. Sekvencia medziatomových väzieb v molekule sa nazýva jej chemická štruktúra a odráža ju jeden štruktúrny vzorec (štruktúrny vzorec).

2. Chemická štruktúra sa dá nastaviť chemické metódy... (V súčasnosti sa používajú aj moderné fyzikálne metódy).

3. Vlastnosti látok závisia od ich chemickej štruktúry.

4. Podľa vlastností danej látky môžete určiť štruktúru jej molekuly a podľa štruktúry molekuly môžete predpovedať vlastnosti.

5. Atómy a skupiny atómov v molekule majú na seba vzájomný vplyv.

Molekula organickej zlúčeniny je súbor atómov spojených v určitom poradí, zvyčajne kovalentnými väzbami. V tomto prípade sa viazané atómy môžu líšiť veľkosťou elektronegativity. Hodnoty elektronegativít to do značnej miery určujú základné charakteristiky väzby ako polarita a sila (energia tvorby). Polarita a sila väzieb v molekule do značnej miery určujú schopnosť molekuly vstúpiť do určitých chemických reakcií.

Elektronegativita atómu uhlíka závisí od stavu jeho hybridizácie. Je to spôsobené zlomkom s-orbitálu v hybridnom orbitáli: je menší pre sp3- a viac pre sp2- a sp-hybridné atómy.

Všetky atómy tvoriace molekulu sú navzájom prepojené a zažívajú vzájomný vplyv. Tento vplyv sa prenáša hlavne systémom kovalentných väzieb pomocou takzvaných elektronických efektov.

Elektronické efekty sa nazývajú posun hustoty elektrónov v molekule pod vplyvom substituentov.

Polárne viazané atómy nesú čiastočné náboje, označené gréckym písmenom delta (d). Atóm, ktorý „ťahá“ elektrónovú hustotu s-väzby vo svojom smere, získava záporný náboj d-. Keď uvažujeme o páre atómov viazaných kovalentnou väzbou, elektronegatívnejší atóm sa nazýva akceptor elektrónov. Jeho partner s-väzby bude mať teda rovnaký deficit elektrónovej hustoty, t.j. čiastočný kladný náboj d + sa bude nazývať donor elektrónov.

Posun hustoty elektrónov pozdĺž reťazca s-väzieb sa nazýva induktívny efekt a označuje sa I.

2. Izoméria- existencia zlúčenín (hlavne organických), ktoré sú identické v zložení prvkov a molekulovej hmotnosti, ale líšia sa fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami. Také zlúčeniny sa nazývajú izoméry.

Štrukturálna izoméria- výsledok rozdielov v chemickej štruktúre. Tento typ zahŕňa:

Izoméria uhlíkového skeletu v dôsledku odlišného poradia väzieb atómov uhlíka. Najjednoduchší príklad-bután CH3-CH2-CH2-CH3 a izobután (CH3) 3CH. Ďalšie príklady: antracén a fenantrén (vzorce I a II, v uvedenom poradí), cyklobután a metylcyklopropán (III a IV).

Valenčná izoméria je špeciálny typ štruktúrnej izomérie, pri ktorej je možné izoméry navzájom transformovať iba v dôsledku prerozdelenia väzieb. Valenčnými izomérmi benzénu (V) sú napríklad bicyklohexa-2,5-dién (VI, "Dewar benzén"), Prisman (VII, "Ladenburg benzén"), benzvalén (VIII).

Izoméria funkčných skupín - líši sa povahou funkčnej skupiny; napríklad etanol (CH3-CH2-OH) a dimetyléter (CH3-0-CH3).

Izomerizmus polohy- Typ štruktúrnej izomérie, charakterizovaný rozdielom v polohe rovnakých funkčných skupín alebo dvojitých väzieb s rovnakým uhlíkovým skeletom. Príklad: kyselina 2-chlórbutánová a kyselina 4-chlórbutánová.

Enantioméry (optické izoméry, zrkadlové izoméry) sú páry optických antipódov - látok charakterizovaných opačným znamienkom a rovnakými rotáciami roviny polarizácie svetla s identitou všetkých ostatných fyzikálnych a chemické vlastnosti(s výnimkou reakcií s inými opticky aktívnymi látkami a fyzikálnymi vlastnosťami v chirálnom médiu). Nevyhnutným a postačujúcim dôvodom vzniku optických antipódov je príslušnosť molekuly k jednej z nasledujúcich skupín bodovej symetrie: Cn, Dn, T, O alebo I (chiralita). Často prichádza asymetrický atóm uhlíka, to znamená atóm viazaný na štyri rôzne substituenty.

3. sp³ -hybridizácia - Vyskytuje sa, keď sú zmiešané jeden s- a tri p-orbitaly. Objavujú sa štyri identické orbitaly umiestnené navzájom voči sebe v tetraedrických uhloch 109 ° 28 '(109,47 °), dĺžke 0,154 nm.

Pre atóm uhlíka a ďalšie prvky 2. periódy tento proces prebieha podľa schémy:

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

Alcanes(nasýtené uhľovodíky, parafíny, alifatické zlúčeniny) - lineárne alebo rozvetvené acyklické uhľovodíky obsahujúce iba jednoduché väzby a tvoriace homológny rad so všeobecným vzorcom CnH2n + 2 .Chemická štruktúra alkínu(poradie spojenia atómov v molekulách) najjednoduchších alkánov - metánu, etánu a propánu - ukazujú ich štruktúrne vzorce uvedené v časti 2. Z týchto vzorcov je zrejmé, že v alkánoch existujú dva typy chemických väzieb:

C-C a C-H. Väzba C-C je kovalentná nepolárna. Väzba CH je kovalentná slabo polárna, pretože uhlík a vodík majú blízko k elektronegativite

Nehybridizujúci p-orbitál kolmý na rovinu σ-väzby, sa používa na vytvorenie väzby π s inými atómami. Táto uhlíková geometria je typická pre grafit, fenol atď.

Valenčný uhol- uhol tvorený smermi chemických väzieb vychádzajúcich z jedného atómu. Na určenie geometrie molekúl je potrebná znalosť uhlov väzby. Uhly väzby závisia od individuálnych charakteristík pripojených atómov a od hybridizácie atómových orbitálov centrálneho atómu. U jednoduchých molekúl sa uhol väzby, podobne ako ostatné geometrické parametre molekuly, dá vypočítať metódami kvantovej chémie. Experimentálne sú určené z hodnôt momentov zotrvačnosti molekúl získaných analýzou ich rotačných spektier (pozri infračervená spektroskopia, molekulárne spektrá, mikrovlnná spektroskopia). Uhol väzby komplexných molekúl je určený difrakčnou štrukturálnou analýzou.

4. hybridizácia sp2 (trigonálna) Zmieša sa jeden s- a dva p-orbitaly a vytvoria sa tri ekvivalentné sp2-hybridné orbitaly umiestnené v tej istej rovine pod uhlom 120 ° (zvýraznené modrou farbou). Môžu vytvoriť tri σ-väzby. Tretí p-orbitál zostáva nehybridizovaný a je orientovaný kolmo na rovinu hybridných orbitálov. Tento p-AO sa podieľa na tvorbe π-väzby . Pre prvky druhého obdobia prebieha proces hybridizácie sp2 podľa schémy:

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

Druhý valenčný stav atómu uhlíka. Existujú organické látky, v ktorých je atóm uhlíka viazaný nie na štyri, ale na tri susedné atómy, pričom zostáva štvormocný

5.sp-hybridizácia (lineárna) Jeden s- a jeden p-orbitálny mix, tvoriaci dva ekvivalentné sp-orbitaly umiestnené v uhle 180, t.j. na jednej osi. Hybridné sp-orbitaly sa podieľajú na tvorbe dvoch σ-väzieb. Dva p-orbitály nie sú hybridizované a sú umiestnené navzájom kolmé roviny... -Orbitály tvoria v zlúčeninách dve π-väzby.

Pre prvky druhého obdobia dochádza k hybridizácii sp podľa schémy:

2s + 2px = 2 (2sp)

2py- a 2pz-AO sa nemenia.

Acetylén- nenasýtený uhľovodík C2H2. Má trojitú väzbu medzi atómami uhlíka, patrí do triedy alkínov

Atómy uhlíka v acetyléne sú sp-hybridizované. Sú spojené jedným a dvoma pripojeniami, max. hustoty to-rykh sú umiestnené v dvoch navzájom kolmých oblastiach, ktoré tvoria valcovité. oblak elektrónovej hustoty; mimo neho sú H.

METHYLACETYLÉN(propín, alylén) CH3C = CH. Chem. St. you M. je typickým predstaviteľom acetylénových uhľovodíkov. Ľahko vstupuje do okresu elektrofilného., Nucleoph. a radikálna adícia napríklad na trojitej väzbe. pri interakcii. tvorí metylizopropyléter s metanolom.

6. Typy komunikácie - Kovová väzba, kovalentná väzba, iónová väzba, vodíková väzba

Iónová väzba- silná chemická väzba vytvorená medzi atómami s veľkým rozdielom elektronegativity, pri ktorej sa celý elektrónový pár úplne prenesie na atóm s väčšou elektronegativitou. Príkladom je zlúčenina CsF, v ktorej je "stupeň ionicity" 97%.

extrémny prípad polarizácie kovalentnej polárnej väzby. Vytvorený medzi typickým kovovým a nekovovým. V tomto prípade sú elektróny kovu úplne prenesené na nekov. Tvoria sa ióny.

Ak sa medzi atómami vytvorí chemická väzba, ktorá má veľmi veľký rozdiel elektronegativít (EO> 1,7 podľa Paulinga), potom sa celý elektrónový pár úplne prenesie na atóm s vyšším EO. Výsledkom je zlúčenina opačne nabitých iónov.

Kovalentná väzba(atómová väzba, homeopolárna väzba) - chemická väzba vytvorená prekrytím (socializáciou) páru valenčných elektrónových mrakov. Elektrónové oblaky (elektróny), ktoré poskytujú komunikáciu, sa nazývajú bežný elektrónový pár.

Jednoduchá kovalentná väzba je vytvorená z dvoch nepárových valenčných elektrónov, jedného z každého atómu:

V dôsledku socializácie elektróny vytvárajú plnú energetickú hladinu. Väzba sa vytvorí, ak je ich celková energia na tejto úrovni menšia ako v počiatočnom stave (a rozdiel v energii nebude nič iné ako energia väzby).

Naplnenie atómových (na okrajoch) a molekulárnych (v strede) orbitálov v molekule H2 elektrónmi. Vertikálna os zodpovedá úrovni energie, elektróny sú označené šípkami predstavujúcimi ich otáčky.

Podľa teórie molekulárnych orbitálov vedie prekrývanie dvoch atómových orbitálov v najjednoduchšom prípade k vzniku dvoch molekulárnych orbitálov (MO): väzbového MO a antibondujúceho (antibondujúceho) MO. Zdieľané elektróny sú umiestnené na väzbovom MO, ktorý má nižšiu energiu.

7. Alcanes- acyklické uhľovodíky lineárnej alebo rozvetvenej štruktúry, obsahujúce iba jednoduché väzby a tvoriace homológny rad so všeobecným vzorcom CnH2n + 2.

Alkány sú nasýtené uhľovodíky a obsahujú čo najviac atómov vodíka. Každý atóm uhlíka v molekulách alkánu je v stave sp³ -hybridizácie - všetky 4 hybridné orbitaly atómu C majú rovnaký tvar a energiu, 4 elektrónové oblaky sú nasmerované na vrcholy štvorstena v uhloch 109 ° 28 ". na jednoduché väzby medzi atómami C, voľná rotácia okolo uhlíkovej väzby Typ uhlíkovej väzby - väzba σ, väzby sú nízko polárne a slabo polarizovateľné Dĺžka uhlíkovej väzby - 0,154 nm.

Izoméria nasýtených uhľovodíkov je spôsobená najjednoduchším typom štrukturálnej izomérie - izomériou uhlíkového skeletu. Homológny rozdiel je -CH2-. Alkány s viac ako tromi atómami uhlíka majú izoméry. Počet týchto izomérov sa zvyšuje obrovskou rýchlosťou, pretože sa zvyšuje počet atómov uhlíka. Pre alkány s n = 1 ... 12 je počet izomérov 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.

Nomenklatúra - Racionálne. Je vybraný jeden z atómov uhlíkového reťazca, považuje sa za substituovaný metánom a vzhľadom na neho je vytvorený názov alkyl1alkyl2alkyl3alkyl4metan

Príjem... Redukcia halogénovaných alkánov. Znovuzískanie alkoholov. Redukcia karbonylových zlúčenín. Hydrogenácia nenasýtených uhľovodíkov. Kolbeho syntéza. Splyňovanie tuhého paliva. Wurtzova reakcia. Fischer-Tropschova syntéza.

8. Alkány majú nízku chemickú aktivitu. Je to spôsobené tým, že jednoduché väzby C-H a C-C sú relatívne silné a je ťažké ich zlomiť.

Radikálne substitučné reakcie.

Halogenácia alkánov prebieha radikálnym mechanizmom. Na spustenie reakcie je potrebné zmes alkánu a halogénu ožarovať ultrafialovým svetlom alebo zahriať. Chlórovanie metánu sa nezastavuje v štádiu získavania metylchloridu (ak sa odoberá ekvimolárne množstvo chlóru a metánu), ale vedie k tvorbe všetkých možných substitučných produktov, od metylchloridu po chlorid uhličitý.

Nitrácia (Konovalovova reakcia)

Alkány reagujú s 10% roztokom kyseliny dusičnej alebo oxidu dusičitého N2O4 v plynnej fáze za vzniku nitroderivátov:

RH + HNO3 = RNO2 + H20

Všetky dostupné údaje poukazujú na mechanizmus voľných radikálov. V dôsledku reakcie sa vytvoria zmesi produktov.

Oxidačné reakcie. Spaľovanie

Hlavnou chemickou vlastnosťou nasýtených uhľovodíkov, ktorá určuje ich použitie ako palivo, je spaľovacia reakcia. Príklad: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

V prípade nedostatku kyslíka namiesto oxid uhličitý získava sa oxid uhoľnatý alebo uhlie (v závislosti od koncentrácie kyslíka).

Rovnicu spaľovacej reakcie pre akýkoľvek uhľovodík CxHy možno vo všeobecnosti napísať nasledovne: CxHy + (x + 0,5y) O2 → xCO2 + 0,5yH2O

Katalytická oxidácia

Môžu vznikať alkoholy, aldehydy, karboxylové kyseliny.

Tepelné transformácie alkánov. Rozklad

Rozkladné reakcie sa vyskytujú iba pod vplyvom vysokých teplôt. Zvýšenie teploty vedie k prerušeniu uhlíkovej väzby a tvorbe voľných radikálov.

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

Praskanie

Pri zahrievaní nad 500 ° C podliehajú alkány pyrolytickému rozkladu za vzniku komplexnej zmesi produktov, ktorých zloženie a pomer závisia od teploty a reakčného času.

Dehydrogenácia

Tvorba alkénov a vývoj vodíka

Prietokové podmienky: 400 - 600 ° C, katalyzátory - Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3; C2H6 → C2H4 + H2

Izomerizácia - Pôsobením katalyzátora (napr. AlCl3) sa alkán izomerizuje, napríklad:

bután (C4H10) interagujúci s chloridom hlinitým (AlCl3) sa prevádza z n-butánu na 2-metylpropán.

Konverzia metánu

CH4 + H2O → CO + H2 - Ni katalyzátor („CO + H2“ „syntézny plyn“)

Alkány neinteragujú s manganistanom draselným (KMnO4) a brómovou vodou (Br2).

9 alkénov(inak olefíny alebo etylénové uhľovodíky) - acyklické nenasýtené uhľovodíky obsahujúce jednu dvojitú väzbu medzi atómami uhlíka, ktoré tvoria homológny rad so všeobecným vzorcom CnH2n. Atómy uhlíka v dvojitej väzbe sú v stave hybridizácie sp² a majú uhol väzby 120 °. Najjednoduchším alkénom je etén (C2H4). Podľa nomenklatúry IUPAC sú názvy alkénov odvodené od názvov príslušných alkánov nahradením prípony „-an“ výrazom „-en“; poloha dvojitej väzby je označená arabskou číslicou.

Alkény s viac ako tromi atómami uhlíka majú izoméry. Alkény sa vyznačujú izomerizmom uhlíkového skeletu, polohami dvojitých väzieb, medzitriednymi a priestorovými. etén (etylén) C2H4, propénC3H6, buténC4H8, penténC5H10, hexénC6H12,

Metódy získavania alkénov - Hlavnou priemyselnou metódou výroby alkénov je katalytické a vysokoteplotné krakovanie uhľovodíkov z ropy a zemného plynu. Na výrobu nižších alkénov sa používa aj dehydratačná reakcia zodpovedajúcich alkoholov.

V laboratórnej praxi sa zvyčajne používa spôsob dehydratácie alkoholov v prítomnosti silných minerálnych kyselín, dehydrohalogenácia a dehalogenácia zodpovedajúcich halogénovaných derivátov; syntézy Hoffmanna, Chugaeva, Wittiga a Copeho.

10. Chemické vlastnosti alkénov Alkény sú reaktívne. Ich chemické vlastnosti sú do značnej miery determinované prítomnosťou dvojitej väzby. Pre alkény sú najcharakteristickejšími reakciami reakcie elektrofilnej adície a radikálovej adície. Nukleofilné adičné reakcie zvyčajne vyžadujú silného nukleofila a nie sú typické pre alkény.

Cykloadičná a metatézna reakcia sú tiež znakom alkénov.

Alkény ľahko vstupujú do oxidačných reakcií, sú hydrogenované silnými redukčnými činidlami alebo vodíkom pôsobením katalyzátorov na alkány a sú tiež schopné substitúcie alylových radikálov.

Elektrofilné adičné reakcie. Pri týchto reakciách je útočnou časticou elektrofil.

Halogenácia alkénov prebiehajúca v neprítomnosti iniciátorov radikálových reakcií je typickou elektrofilnou adičnou reakciou. Vykonáva sa v prostredí nepolárnych inertných rozpúšťadiel (napríklad: CCl4):

Halogenačná reakcia je stereošpecifická - adícia prebieha z opačných strán vzhľadom na rovinu molekuly alkénu

Hydrohalogenácia. Elektrofilné pridanie halogenovodíkov do alkénov prebieha podľa Markovnikova pravidla:

Hydroboračné. K adícii dochádza viacstupňovo za vzniku medziproduktu cyklicky aktivovaného komplexu a k bóru dochádza proti Markovnikovovu pravidlu - k najviac hydrogenovanému atómu uhlíka

Hydratácia. Reakcia pridania vody k alkénom prebieha v prítomnosti kyseliny sírovej

Alkylácia. Prídavok alkánov k alkénom v prítomnosti kyslého katalyzátora (HF alebo H2SO4) pri nízke teploty vedie k tvorbe uhľovodíkov s vyššou molekulovou hmotnosťou a často sa používa v priemysle

11. Alkyne(inak acetylénové uhľovodíky) - uhľovodíky obsahujúce trojitú väzbu medzi atómami uhlíka, všeobecného vzorca CnH2n -2. Atómy uhlíka v trojitej väzbe sú v stave hybridizácie sp.

Pre alkíny sú charakteristické adičné reakcie. Na rozdiel od alkénov, ktoré sa vyznačujú elektrofilnými adičnými reakciami, môžu alkíny tiež vstupovať do nukleofilných adičných reakcií. Je to spôsobené významnou s-povahou väzby a v dôsledku toho zvýšenou elektronegativitou atómu uhlíka. Vysoká mobilita atómu vodíka v trojitej väzbe navyše určuje kyslé vlastnosti alkínov v substitučných reakciách.

Hlavný priemyselný spôsob získania acetylén je elektrické alebo tepelné krakovanie metánu, pyrolýza zemného plynu a karbidová metóda

12. DIENE HYDROCARBONS(diény), nenasýtené uhľovodíky s dvoma dvojitými väzbami. Alifatic. zavolali dienes СnН2n_2. alkadiény, alicyklické. СnН2n_4 - cykloalkadiény. Článok sa zaoberá uhľovodíkmi diénu s konjugovanými dvojitými väzbami [konjugované diény; pozri tabuľku]. Dienes s izolovanými dvojitými väzbami chem. Hlavne vám je sv. nelíšia sa od olefínov. O pripojení s kumulovanými dvojitými väzbami, pozri Allens. V diénových uhľovodíkoch sú všetky štyri atómy uhlíka konjugovaného systému hybridizované s sp2 a ležia v rovnakej rovine. Štyri p -elektróny (jeden z každého atómu uhlíka) sa spoja a vytvoria štyri p -molekulárne orbitaly (dve väzby - obsadené a dve bez väzby) - z ktorých iba najnižšia je delokalizovaná cez všetky atómy uhlíka. Čiastočná delokalizácia p-elektrónov spôsobuje konjugačný efekt, ktorý sa prejavuje poklesom energie systému (o 13-17 kJ / mol v porovnaní so systémom izolovaných dvojitých väzieb), vyrovnaním interatomických vzdialeností: dvojité väzby sú do určitej miery dlhšie (0,135 nm) a jednoduché sú kratšie (0,146 nm) ako v molekulách bez konjugácie (0,133 a 0,154 nm), zvýšenie polarizovateľnosti, exaltácia molekulárnej refrakcie atď. fyzikálne. účinky. Uhľovodíky diénu existujú vo forme dvoch konformácií, ktoré prechádzajú do seba a forma s-trans je stabilnejšia

13. Alkoholy sa nazývajú zlúčeniny obsahujúce jednu alebo viac hydroxylových skupín. Podľa ich počtu sú alkoholy rozdelené na monohydrátové, dvojatómové, triatomické atď. Dĺžky a uhly väzby v metylalkohole.

Existuje niekoľko spôsobov, ako pomenovať alkoholy. V modernej nomenklatúre IUPAC sa do názvu uhľovodíka pre názov alkoholu pridáva koncovka „ol“. Najdlhší reťazec obsahujúci OH-funkčnú skupinu je očíslovaný od konca, ku ktorému je najbližšie hydroxylová skupina, a substituenty sú uvedené v predpone.

Príjem. Hydratácia alkénov. Keď alkény interagujú so zriedenými vodnými roztokmi kyselín, hlavným produktom je alkohol.

Alkénová hydroxymerkurácia-demercurácia... Táto reakcia nie je sprevádzaná prestavbami a vedie k tvorbe jednotlivých alkoholov. Smer reakcie zodpovedá Markovnikovovu pravidlu; reakcia sa vykonáva za miernych podmienok s výťažkami blízkymi kvantitatívnym.

Hydroborácia alkénov a následná oxidácia borány s roztokom peroxidu vodíka v alkalickom prostredí nakoniec vedú k anti-Markovnikovmu produktu pridania vody k dvojitej väzbe.

Redukcia aldehydov a ketónov hydridom hlinitolítnym alebo borohydridom sodným

LiAlH4 a NaBH4 redukujú aldehydy na primárne alkoholy a ketóny na sekundárne alkoholy a kvôli väčšej bezpečnosti pri manipulácii je výhodnejší bórhydrid sodný: môže byť použitý aj vo vodných a alkoholových roztokoch. Lítiumalumíniumhydrid reaguje s vodou a alkoholom explozívne a pri zahriatí nad 120 ° v suchom stave sa explozívne rozkladá.

Redukcia esterov a karboxylových kyselín na primárne alkoholy. Primárne alkoholy vznikajú redukciou esterov a karboxylových kyselín lítiumalumíniumhydridom v éteri alebo THF. V prípravnom zmysle je obzvlášť vhodný spôsob redukcie esterov lítiumalumíniumhydridom. Je potrebné poznamenať, že borohydrid sodný neredukuje esterové a karboxylové skupiny. To umožňuje selektívnu redukciu karbonylovej skupiny pomocou NaBH4 v prítomnosti esterovej a karboxylovej skupiny. Výťažky regenerácie sú zriedka pod 80%. Borohydrid lítny, na rozdiel od NaBH4, redukuje estery na primárne alkoholy.

14. Viacsýtne alkoholy. Glycerol- chemická zlúčenina vzorca HOCH2CH (OH) -CH2OH alebo C3H5 (OH) 3. Najjednoduchší zástupca trojsýtnych alkoholov. Je to viskózna priehľadná kvapalina. Ľahko sa tvorí počas hydrolýzy prírodných (rastlinných alebo živočíšnych) tukov a olejov (triglyceridov), prvýkrát ho získal Karl Scheele v roku 1779 počas zmydelnenia tukov.

Fyzikálne vlastnosti. Glycerol- bezfarebná, viskózna, hygroskopická kvapalina, nekonečne rozpustná vo vode. Chuť je sladká, a preto dostala názov (glykos - sladká). Dobre rozpúšťa mnoho látok.

Chemické vlastnosti pre viacsýtne alkoholy sú typické glycerol. Interakcia glycerolu s halogenovodíkom alebo halogenidom fosforu vedie k tvorbe mono- a dihalogénhydrínov. Glycerín je esterifikovaný karboxylovými a minerálnymi kyselinami za vzniku zodpovedajúcich esterov. S kyselinou dusičnou teda glycerín tvorí trinitrát - nitroglycerín (získaný v roku 1847 spoločnosťou Ascanio Sobrero (anglicky)), ktorý sa v súčasnosti používa na výrobu bezdymových hnacích plynov.

Keď je dehydrovaný, tvorí akroleín:

HOCH2CH (OH) -CH2OH H2C = CH -CHO + 2 H20,

Etylénglykol, HO - CH2 - CH2 - OH je najjednoduchším zástupcom viacsýtnych alkoholov. V purifikovanej forme je to číra, bezfarebná kvapalina mierne olejovej konzistencie. Je bez zápachu a má sladkastú chuť. Toxický. Požitie etylénglykolu alebo jeho roztokov vo vnútri môže viesť k nezvratným zmenám v tele a smrti.

Etylénglykolový priemysel získané hydratáciou etylénoxidu pri 10 atm a 190-200 ° C alebo pri 1 atm a 50-100 ° C v prítomnosti 0,1-0,5% kyseliny sírovej (alebo ortofosforečnej), dosahujúcej 90% výťažok. V tomto prípade sú vedľajšími produktmi dietylénglykol, trietylénglykol a malé množstvo vyšších polymérnych homológov etylénglykolu.

15. Aldehydy- alkohol bez vodíka; organické zlúčeniny obsahujúce karbonylovú skupinu (C = O) s jedným substituentom.

Aldehydy a ketóny sú veľmi podobné, rozdiel je v tom, že tieto majú na karbonylovej skupine dva substituenty. Polarizácia dvojitej väzby uhlík-kyslík podľa mezomerickej konjugácie umožňuje napísať nasledujúce rezonančné štruktúry:

Toto oddelenie nábojov je potvrdené fyzikálnymi výskumnými metódami a do značnej miery určuje reaktivitu aldehydov ako výrazných elektrofilov. Chemické vlastnosti aldehydov sú vo všeobecnosti podobné ketónom, ale aldehydy sú aktívnejšie kvôli väčšej polarizácii väzby. Okrem toho sú aldehydy charakterizované reakciami, ktoré nie sú typické pre ketóny, napríklad hydratáciou vo vodnom roztoku: v metanole je kvôli ešte väčšej polarizácii väzby úplná a v iných aldehydoch je čiastočná:

RC (O) H → RC (OH) 2H, kde R je H, akýkoľvek alkylový alebo arylový radikál.

Najjednoduchšie aldehydy majú štipľavý charakteristický zápach (napríklad benzaldehyd je vôňa mandlí).

Pôsobením hydroxylamínu sa prevádzajú na oximy: CH3CHO + NH2OH = CH3C (= NOH) H + H2O

Formaldehyd (z lat. Formica - mravec), mravčický aldehyd, CH2O, prvý člen homológnej série alifatických aldehydov; bezfarebný plyn štipľavého zápachu, ľahko rozpustný vo vode a alkohole, teplota varu - 19 ° С. V priemysle sa fosfor vyrába oxidáciou metylalkoholu alebo metánu atmosférickým kyslíkom. F. ľahko polymerizuje (najmä pri teplotách do 100 ° C); preto sa skladuje, prepravuje a používa sa predovšetkým vo forme formalínu a pevných nízkomolekulárnych polymérov-trioxán (pozri trioxymetylén) a paraformaldehyd (pozri paraformaldehyd) ).

F. je veľmi reaktívny; mnohé z jeho reakcií sú základom priemyselných metód získavania radu dôležitých produktov. Pri interakcii s amoniakom teda F. tvorí urotropín (pozri hexametyléntetramín), s močovinou, močovino-formaldehydovými živicami, s melamínom, melamín-formaldehydovými živicami, s fenolami, fenolicko-formaldehydovými živicami (pozri fenolické-aldehydové živice), s fenolom- a kyseliny naftalénsulfónové - taníny, s keténom - b -propiolaktónom. F. sa tiež používa na získanie polyvinylformalu (pozri. Polyvinylacetal), izoprénu, pentaerytritolu, liečivých látok, farbív na činenie kože, ako dezinfekčný a dezodoračný prostriedok. Polymerizáciou fosforu vzniká polyformaldehyd. F. je toxický; maximálna prípustná koncentrácia vo vzduchu je 0,001 mg / l.

Acetaldehyd, acetaldehyd, CH3CHO, organická zlúčenina, bezfarebná kvapalina štipľavého zápachu; bod varu 20,8 ° C Teplota topenia - 124 ° C, hustota 783 kg / m3 ", miešateľný vo všetkých ohľadoch s vodou, alkoholom, éterom. A. má všetky typické vlastnosti aldehydov. V prítomnosti minerálnych kyselín polymerizuje na kvapalný trimérny paraldehyd (CH3CHO ) 3 a kryštalický tetramérny metaldehyd (CH3CHO) 4. Keď sa oba polyméry zahrievajú v prítomnosti kyseliny sírovej, A.

Jeden z hlavných dlho známych spôsoby, ako sa dostať A. spočíva v pridaní vody k acetylénu v prítomnosti solí ortuti pri teplote asi 95 ° C

16. Ketóny sú organické látky, v ktorých molekulách je karbonylová skupina viazaná na dva uhľovodíkové radikály.

Všeobecný vzorec ketónov: R1-CO-R2. Medzi inými karbonylovými zlúčeninami ich prítomnosť v ketónoch iba dvoch atómov uhlíka priamo viazaných na karbonylovú skupinu odlišuje od karboxylových kyselín a ich derivátov, ako aj od aldehydov.

Fyzikálne vlastnosti. Ketóny sú prchavé kvapaliny alebo tuhé látky s nízkou teplotou topenia, ktoré sa dobre miešajú s vodou. Nemožnosť tvorby intermolekulárnych vodíkových väzieb určuje ich o niečo väčšiu prchavosť ako prchavosť alkoholov a karboxylových kyselín s rovnakou molekulovou hmotnosťou.

Syntetické metódy. Oxidácia sekundárnych alkoholov.

Z terciárnych peroxoesterov podľa Kriegeho preskupenia.

Cykloketóny je možné získať cyklizáciou Ružičky.

Aromatické ketóny je možné získať Friedel-Craftsovou reakciou

Chemické vlastnosti. Existujú tri hlavné typy ketónových reakcií.

Prvý je spojený s nukleofilným útokom na karbonylový atóm uhlíka. Napríklad interakcia ketónov s kyanidovým aniónom alebo organokovovými zlúčeninami. Rovnaký typ (nukleofilná adícia) zahŕňa interakciu karbonylovej skupiny s alkoholmi, čo vedie k acetálom a hemiacetalom.

Interakcia s alkoholmi:

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

s Grignardovými činidlami:

C2H5 - C (0) -C2H5 + C2H5Mgl → (C2H5) 3OMgI → (C2H5) 3OH, terciárny alkohol. Reakcie s aldehydmi, a najmä s metanolom, sú oveľa aktívnejšie, zatiaľ čo sekundárne alkoholy sa tvoria s aldehydmi a primárne alkoholy s metanolom.

Ketóny tiež reagujú s dusíkatými zásadami, napríklad s amoniakom a primárnymi amínmi, za vzniku imínov:

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

Druhým typom reakcie je deprotonizácia atómu beta-uhlíka vo vzťahu ku karbonylovej skupine. Výsledný karbanion je stabilizovaný konjugáciou s karbonylovou skupinou, zvyšuje sa jednoduchosť odstraňovania protónov; preto sú karbonylové zlúčeniny relatívne silné CH kyseliny.

Treťou je koordinácia elektrofilov osamelým párom atómu kyslíka, napríklad Lewisových kyselín ako AlCl3

Redukciu ketónov - redukciu podľa Leuckarta s výťažkami blízkymi kvantitatívnym možno pripísať oddelenému typu reakcie.

17. Porovnajte otázky 15 a 16.

18. Monobázické nasýtené karboxylové kyseliny(monobázické nasýtené karboxylové kyseliny) - karboxylové kyseliny, v ktorých je nasýtený uhľovodíkový radikál kombinovaný s jednou karboxylovou skupinou -COOH. Všetky majú všeobecný vzorec СnH2n + 1COOH, kde n = 0, 1, 2, ...

Nomenklatúra. Systematické názvy jednosýtnych nasýtených karboxylových kyselín sú dané názvom zodpovedajúceho alkánu s doplnením prípony -oová a slova kyselina.

Izoméria skeletu v uhľovodíkovom radikáli sa prejavuje vychádzaním z kyseliny butánovej, ktorá má dva izoméry:

CH3-CH2-CH2-COOH n-butánová kyselina; CH3-CH (CH3) -COOH 2-metylpropánová kyselina.

Izoméria medzi triedami sa začína kyselinou octovou:

CH3-COOH kyselina octová; H-COO-CH3 metylformiát (metylester kyseliny mravčej); HO -CH2 -COH hydroxyethanal (hydroxyoctový aldehyd); Hydroxyetylénoxid HO-CHO-CH2.

19. Estery- organické zlúčeniny, deriváty karboxylových alebo minerálnych kyselín, v ktorých je hydroxylová skupina -OH kyslej funkcie nahradená alkoholovým zvyškom. Líšia sa od éterov, v ktorých sú dva uhľovodíkové radikály spojené atómom kyslíka (R1-O-R2).

Tuky alebo triglyceridy- prírodné organické zlúčeniny, úplné estery glycerolu a jednosýtnych mastných kyselín; patria do triedy lipidov. Spolu so sacharidmi a bielkovinami sú tuky jednou z hlavných zložiek buniek zvierat, rastlín a mikroorganizmov. Tekuté rastlinné tuky sa bežne označujú ako oleje, rovnako ako maslo.

Karboxylové kyseliny- trieda organických zlúčenín, ktorých molekuly obsahujú jednu alebo viac funkčných karboxylových skupín -COOH. Kyslé vlastnosti sa vysvetľujú tým, že táto skupina môže relatívne ľahko odstrániť protón. Karboxylové kyseliny sú až na zriedkavé výnimky slabé. Napríklad pre CH3COOH kyseliny octovej je konštanta kyslosti 1,75 · 10−5. Di- a trikarboxylové kyseliny sú silnejšie ako monokarboxylové kyseliny.

Tuk je dobrý tepelný izolátor, preto sa u mnohých teplokrvných zvierat ukladá v podkožnom tukovom tkanive, čím sa znižujú tepelné straty. Zvlášť hrubá vrstva podkožného tuku je charakteristická pre vodné cicavce (veľryby, mrože atď.). Súčasne sa u zvierat žijúcich v horúcom podnebí (ťavy, jerboas) ukladajú tukové zásoby na

Štrukturálna funkcia

Fosfolipidy tvoria základ dvojvrstvy bunkových membrán, regulátorov tekutosti cholesterolu a membrány. V archeach membrány obsahujú deriváty izoprenoidných uhľovodíkov. Vosky tvoria kutikulu na povrchu nadzemných orgánov (listy a mladé výhonky) rastlín. Produkuje ich aj mnoho hmyzu (napríklad včely z nich stavajú plásty a šupinatý a šupinatý hmyz tvorí ochranné kryty).

Regulačné

Vitamíny - lipidy (A, D, E)

Hormonálne (steroidy, eikosanoidy, prostaglandíny a ďalšie.)

Kofaktory (dolichol)

Signálne molekuly (diglyceridy, kyselina jasmónová; MP3 kaskáda)

Ochranné (odpisy)

Silná vrstva tuku chráni vnútorné orgány mnohých zvierat pred poškodením nárazom (napríklad lachtani s hmotnosťou do tony môžu vyskočiť na skalnaté pobrežie zo skál vysokých 4-5 m).

20-21-22. Monobázické nenasýtené kyseliny- deriváty nenasýtených uhľovodíkov, v ktorých je jeden atóm vodíka nahradený karboxylovou skupinou.

Názvoslovie, izoméria. V skupine nenasýtených kyselín sa najčastejšie používajú empirické názvy: CH2 = CH -COOH -kyselina akrylová (propénová), CH2 = C (CH3) -COOH -kyselina metakrylová (2 -metylpropénová). Izomerizmus v skupine nenasýtených jednosýtnych kyselín je spojený s:

a) izoméria uhlíkového skeletu; b) poloha dvojitej väzby; c) cis-trans izomerizmus.

Spôsoby získavania.1. Dehydrohalogenácia halogénovaných kyselín:

CH3-CH2-CHCI-COOH --- KOH (koncentrovaný) ---> CH3-CH = CH-COOH

2. Dehydratácia hydroxykyselín: HO-CH2-CH2-COOH-> CH2 = CH-COOH

Fyzikálne vlastnosti... Nižšie nenasýtené kyseliny sú vo vode rozpustné kvapaliny so silným štipľavým zápachom; vyššie - tuhé, vo vode nerozpustné látky, bez zápachu.

Chemické vlastnosti nenasýtené karboxylové kyseliny sú dané jednak vlastnosťami karboxylovej skupiny, jednak vlastnosťami dvojitej väzby. Kyseliny s dvojitou väzbou blízkou karboxylovej skupine - alfa, beta -nenasýtené kyseliny - majú špecifické vlastnosti. V týchto kyselinách je pridanie halogenovodíkov a hydratácia v rozpore s Markovnikovovým pravidlom: CH2 = CH-COOH + HBr-> CH2Br-CH2-COOH

Starostlivou oxidáciou sa tvoria dioxykyseliny: CH2 = CH-COOH + [O] + H20-> HO-CH2-CH (OH) -COOH

Pri silnej oxidácii sa dvojná väzba rozbije a vznikne zmes rôznych produktov, pomocou ktorých sa dá určiť poloha dvojitej väzby. Kyselina olejová С17Н33СООН je jednou z najdôležitejších vyšších nenasýtených kyselín. Je to bezfarebná kvapalina, ktorá v chlade tvrdne. Jeho štruktúrny vzorec: CH3- (CH2) 7-CH = CH- (CH2) 7-COOH.

23. Dvojsýtne nasýtené karboxylové kyseliny(dvojsýtne nasýtené karboxylové kyseliny) - karboxylové kyseliny, v ktorých je nasýtený uhľovodíkový radikál kombinovaný s dvoma karboxylovými skupinami -COOH. Všetky majú všeobecný vzorec HOOC (CH2) nCOOH, kde n = 0, 1, 2, ...

Nomenklatúra. Systematické názvy dvojsýtnych nasýtených karboxylových kyselín sú dané názvom zodpovedajúceho alkánu s príponou -diová a slovom kyselina.

Izomerizmus skeletu v uhľovodíkovom radikáli sa prejavuje vychádzaním z kyseliny butándiovej, ktorá má dva izoméry:

HOOC-CH2-CH2-COOH kyselina n-butándiová (kyselina etán-1,2-dikarboxylová);

CH3-CH (COOH) -COOH etán-1,1-dikarboxylová kyselina.

24-25. OXYCIDY (hydroxykarboxylové kyseliny) majú v molekule spolu s karboxylovou skupinou - COOH napríklad hydroxylovú skupinu - OH. HOCH2COOH (kyselina glykolová). Obsiahnuté v rastlinných a živočíšnych organizmoch (kyselina mliečna, citrónová, vínna a iné).

Distribúcia v prírode

Hydroxykyseliny sú veľmi rozšírené; Kyselina vínna, citrónová, jablčná, mliečna a ďalšie patria medzi hydroxykyseliny a ich názov odráža primárne prírodný zdroj v ktorom sa látka našla.

Syntetické metódy

Reformatského reakcia je spôsob syntézy esterov β-hydroxykarboxylových kyselín.

"Ovocné kyseliny". Mnoho hydroxykyselín sa používa v kozmetike ako keratolytiká. Obchodníci však názov mierne zmenili - kvôli väčšej príťažlivosti v kozmetike sa im často hovorí „ovocné kyseliny“.

26-27. OXYACIDY (alkoholické kyseliny), zlúčeniny s dvojitou funkciou, súčasne alkoholy a kyseliny obsahujúce vodný zvyšok aj karboxylovú skupinu. Pri pohľade na polohu OH vo vzťahu k COOH (vedľa, cez jedno, dve, tri miesta) sa rozlišujú a-, /?-, y-, b-hydroxykyseliny. Na získanie O. existuje mnoho spôsobov, z ktorých najdôležitejšie sú starostlivá oxidácia glykolov: CH3.CH (OH) .CH2.OH + 02 = CH3. .CH (OH) .COOH; zmydelnenie oxynitrilov s CH3.CH (OH) .CN - * CH3.CH (OH) .COOH; výmena halogénu v halogénových kyselinách za OH: CH2C1.COOH + KOH = CH2 (OH) .COOH + + KC1, vplyv HN02 na aminokyseliny: CH2 (NH2). COOH + HN02 = CH2 (OH) + N2 + + H20. V živočíšnom organizme sa hydroxykyseliny tvoria počas deaminácie (pozri) aminokyselín, počas oxidácie mastných kyselín na - t (pozri. Acetónové telieska, metabolizmus - proteín), počas glykolýzy (pozri), fermentácie (pozri) atď. . procesy. Hydroxykyseliny sú husté kvapaliny alebo kryštalické. látky. V chem. O. vzťah reaguje ako alkoholy, tak aj - ty: daj napr. étery aj estery; pri pôsobení halogénovaných zlúčenín fosforu sú obidva OH nahradené halogénom; halogenované na-reagujete iba s alkoholickým OH-Špeciálne reakcie charakterizujú a-, /)-, y- a b-hydroxykyseliny: a- hydroxykyseliny, strácajúcu vodu z dvoch molekúl, poskytujú cyklické estery, laktidy: 2CH2 (OH). COOH = 2H20 + CH20.CO (glykolid); co.o.sn2 / Z-O., pričom sa uvoľňuje voda, tvorí pre vás nenasýtený: CH2 (OH) .CH2.COOH-H20 = CH2: CH. .UNO; y- a d-hydroxykyseliny tvoria anhydridy- laktóny: CH3.CH (OH) .CH2.CH2.COOH = H20 + CH3.SN.CH2.CH2.CO. O. sú rozšírené v živočíšnych a rastlinných organizmoch. Predstavitelia alifatických a-O. sú kyselina glykolová, CH20H.COOH (oxyoctová), kyselina mliečna; z / a - hydroxykyselín - hydrakrylovej, CH20H.CH2COOH, / 9 -hydroxymaslovej kyseliny; u-oh. vo voľnej forme nie sú známe, pretože stratou vody prechádzajú na laktóny. Medzi dvojslovnými O. zásadný má jablko k tomu (oxyantín); COOH.CHON.CH2.COOH, rozšírený v rastlinách; má rotáciu ľavou rukou v slabých riešeniach, pravou rukou v silných; syntetický-to je neaktívne. Medzi dvojsýtne kyseliny tetrahydrické patria kyseliny vínne (dioxysukcinová). Ostatné O. - citrón, HO.CO.CH2. . (COOH) (COOH) .CH2. COOH, veľmi častý v flóra(v hrozne, citrónoch) a nájdené v živočíšnom organizme (v mlieku); vo forme citrátu železitého sa používa v medicíne. Z aromatických oxygenátov (fenolové kyseliny) sú v medicíne dôležité kyselina salicylová, kyselina gallová a ich deriváty; fenyléter kyseliny salicylovej (salol), kyselina sulfosalicylová, C6H3.OH.S03H.COOH (činidlo pre bielkoviny), kyselina acetylsalicylová (aspirín). V rastlinách existuje mnoho rôznych O. aromatických sérií, medzi deriváty to-rykh patria okrem iného triesloviny, ktoré majú veľký technický význam. O biol. hodnotu oddelených O. a o metódach ich kvantitatívneho určenia - viď. Acetónové telieska, Bro -glykolýza, Deaminácia, Krv, Kyselina mliečna, Moč, Svaly, Beta (^) - kyselina hydroxymaslová.

28-29. v molekule amoniaku postupne nahraďte atómy vodíka uhľovodíkovými radikálmi, potom získate zlúčeniny, ktoré patria do triedy amínov. Amíny sú teda primárne (RNH2), sekundárne (R2NH), terciárne (R3N). Skupina -NH2 sa nazýva aminoskupina.

Rozlišujte medzi alifatickými, aromatickými, alicyklickými a heterocyklickými amínmi podľa toho, ktoré radikály sú spojené s atómom dusíka.

Konštrukcia názvov amínov sa vykonáva pridaním predpony amino k názvu zodpovedajúceho uhľovodíka (primárne amíny) alebo koncového amínu k uvedeným názvom radikálov spojených s atómom dusíka (pre akékoľvek amíny).

Spôsoby získania. Hoffmannova reakcia. Jednou z prvých metód prípravy primárnych amínov bola alkylácia amoniaku alkylhalogenidmi . 2. Zininova reakcia- pohodlný spôsob získavania aromatických amínov pri redukcii aromatických nitrozlúčenín. Používa sa ako redukčné činidlo: H2 (na katalyzátore). Niekedy sa vodík generuje priamo v čase reakcie, na čo sa kovy (zinok, železo) spracujú zriedenou kyselinou.

Fyzikálne vlastnosti amínov. Prítomnosť osamelého elektrónového páru na atóme dusíka spôsobuje vyššie teploty varu ako v prípade príslušných alkánov. Amíny majú nepríjemný, štipľavý zápach. Pri izbovej teplote a atmosférickom tlaku sú prvými zástupcami radu primárnych amínov plyny, ktoré sa dobre rozpúšťajú vo vode. S nárastom uhlíkového radikálu teplota varu stúpa a rozpustnosť vo vode klesá.

Chemické vlastnosti amínov. Základné vlastnosti amínov

Amíny sú zásady, pretože atóm dusíka môže poskytnúť elektrónový pár na vytvorenie väzby s časticami s nedostatkom elektrónov podľa mechanizmu donora-akceptora (zhoda s Lewisovou definíciou zásaditosti). Preto sú amíny, podobne ako amoniak, schopné interakcie s kyselinami a vodou, pričom viažu protón za vzniku zodpovedajúcich amónnych solí.

Amónne soli sú ľahko rozpustné vo vode, ale slabo rozpustné v organických rozpúšťadlách. Vodné roztoky amínov sú zásadité.

Základné vlastnosti amínov závisia od povahy substituentov. Najmä aromatické amíny sú slabšími zásadami ako alifatické, pretože voľný elektrónový pár dusíka vstupuje do konjugácie s -systémom aromatického jadra, čo znižuje hustotu elektrónov na atóme dusíka (-M-efekt). Naopak, alkylová skupina je dobrým donorom elektrónovej hustoty (+ I efekt).

Oxidácia amínov. Spaľovanie amínov je sprevádzané tvorbou oxidu uhličitého, dusíka a vody: 4CH3NH2 + 9O2 = 4CO2 + 2N2 + 10H2O

Aromatické amíny na vzduchu spontánne oxidujú. Anilín teda na vzduchu v dôsledku oxidácie rýchlo zhnedne.

Pripojenie alkylhalogenidov Amíny viažu halogénalkány za vzniku soli

Interakcia amínov s kyselinou dusitou Veľký význam má reakcia diazotácie primárnych aromatických amínov pôsobením kyseliny dusitej získanej in situ reakciou dusitanu sodného s kyselinou chlorovodíkovou.

Primárne alifatické amíny reagujú s kyselinou dusitou za vzniku alkoholov, zatiaľ čo sekundárne alifatické a aromatické amíny poskytujú N-nitrózoderiváty: R-NH2 + NaNO2 + HCl = R-OH + N2 + NaCl + H2O; NH + NaNO2 + HCl = R2N-N = O + NaCl + H20

V aromatických amínoch aminoskupina uľahčuje substitúciu v orto a para polohách benzénového kruhu. Halogenácia anilínu preto prebieha rýchlo a bez prítomnosti katalyzátorov a naraz sa nahradia tri atómy vodíka benzénového kruhu a vyzráža sa biela zrazenina 2,4,6-tribromoanilínu:

Táto reakcia s brómovou vodou sa používa ako kvalitatívna reakcia pre anilín.

Aplikácia

Amíny sa používajú vo farmaceutickom priemysle a organickej syntéze (CH3NH2, (CH3) 2NH, (C2H5) 2NH atď.); pri výrobe nylonu (NH2- (CH2) 6-NH2- hexametyléndiamín); ako surovina na výrobu farbív a plastov (anilín).

30. Aminokyseliny (aminokarboxylové kyseliny)- organické zlúčeniny, ktorých molekula súčasne obsahuje karboxylové a amínové skupiny. Aminokyseliny možno považovať za deriváty karboxylových kyselín, v ktorých je jeden alebo viac atómov vodíka nahradených amínovými skupinami.

Všeobecné chemické vlastnosti. 1. Aminokyseliny môžu vykazovať kyslé vlastnosti v dôsledku prítomnosti karboxylovej skupiny -COOH v ich molekulách, ako aj zásadité vlastnosti vďaka aminoskupine -NH2. Z tohto dôvodu majú roztoky aminokyselín vo vode vlastnosti tlmivých roztokov.

Zwitterión je molekula aminokyseliny, v ktorej je aminoskupina reprezentovaná ako -NH3 + a karboxylová skupina ako -COO-. Takáto molekula má pri nulovom celkovom náboji významný dipólový moment. Práve z týchto molekúl sú postavené kryštály väčšiny aminokyselín.

Niektoré aminokyseliny majú viac aminoskupín a karboxylových skupín. Pre tieto aminokyseliny je ťažké hovoriť o nejakom konkrétnom zwitterióne.

2. Dôležitou vlastnosťou aminokyselín je ich schopnosť polykondenzácie, čo vedie k tvorbe polyamidov vrátane peptidov, bielkovín a nylonu-66.

3. Izoelektrický bod aminokyseliny je hodnota pH, pri ktorej má maximálna frakcia molekúl aminokyselín nulový náboj. Pri tomto pH je aminokyselina najmenej pohyblivá v elektrickom poli a túto vlastnosť je možné použiť na oddelenie aminokyselín, ako aj bielkovín a peptidov.

4. Aminokyseliny môžu obvykle vstupovať do všetkých reakcií charakteristických pre karboxylové kyseliny a amíny.

Optická izoméria... Všetky α-aminokyseliny, ktoré tvoria živé organizmy, okrem glycínu, obsahujú asymetrický atóm uhlíka (treonín a izoleucín obsahujú dva asymetrické atómy) a majú optickú aktivitu. Takmer všetky prirodzene sa vyskytujúce a-aminokyseliny majú tvar L a iba L-aminokyseliny sú zahrnuté v proteínoch syntetizovaných na ribozómoch.

Túto vlastnosť „živých“ aminokyselín je veľmi ťažké vysvetliť, pretože v reakciách medzi opticky neaktívnymi látkami alebo racemátmi (čo boli očividne organické molekuly na starovekej Zemi) sa formy L a D tvoria v rovnakých množstvách. Možno. výber jednej z foriem (L alebo D) je jednoducho výsledkom súladu okolností: prvé molekuly, od ktorých sa mohla začať syntéza matrice, mali určitý tvar a zodpovedajúce enzýmy sa im „prispôsobili“.

31. Aminokyseliny sú organické amfotérne zlúčeniny... V molekule obsahujú dve protiľahlé funkčné skupiny: aminoskupinu so zásaditými vlastnosťami a karboxylovú skupinu s kyslými vlastnosťami. Aminokyseliny reagujú s kyselinami aj zásadami:

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

H2N-CH2-COOH + NaOH → H2N-CH2-COONa + H20.

Keď sú aminokyseliny rozpustené vo vode, karboxylová skupina eliminuje vodíkový ión, ktorý sa môže pripojiť k aminoskupine. V tomto prípade sa vytvorí vnútorná soľ, ktorej molekulou je bipolárny ión:

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

Vodné roztoky aminokyselín majú neutrálne, zásadité alebo kyslé prostredie, v závislosti od počtu funkčných skupín. Takže sa tvorí kyselina glutámová kyslý roztok(dve skupiny -COOH, jedna -NH2), lyzín je zásaditý (jedna skupina -COOH, dve -NH2).

Rovnako ako primárne amíny reagujú aminokyseliny s kyselinou dusitou, pričom aminoskupina sa premieňa na hydroxoskupinu a aminokyselina na hydroxykyselinu: H2N -CH (R) -COOH + HNO2 → HO -CH (R) -COOH + N2 + H2O

Meranie objemu uvoľneného dusíka vám umožňuje určiť množstvo aminokyseliny (metóda Van Slike).

Aminokyseliny môžu reagovať s alkoholmi v prítomnosti plynného chlorovodíka, pričom sa menia na ester (presnejšie na soľ esteru kyseliny chlorovodíkovej): H2N -CH (R) -COOH + R "OH H2N -CH (R) -COOR" + H2O.

Estery aminokyselín nemajú bipolárnu štruktúru a sú prchavé zlúčeniny. Najdôležitejšou vlastnosťou aminokyselín je ich schopnosť kondenzovať za vzniku peptidov.

32. Karboxylová skupina kombinuje dve funkčné skupiny - karbonyl = CO a hydroxyl -OH, pričom sa navzájom ovplyvňujú.

Kyslé vlastnosti karboxylových kyselín sú dôsledkom posunu hustoty elektrónov na karbonylový kyslík a z toho vyplývajúcej dodatočnej (v porovnaní s alkoholmi) polarizácie väzby O - H.

Vo vodnom roztoku sa karboxylové kyseliny disociujú na ióny: R-COOH = R-COO- + H +

Rozpustnosť vo vode a vysoké teploty varu kyselín sú dôsledkom tvorby medzimolekulových vodíkových väzieb.

Aminogruppa - jednoväzbová skupina - NH2, zvyšok amoniaku (NH3). Aminoskupina sa nachádza v mnohých organických zlúčeninách - amínoch, aminokyselinách, aminoalkoholoch atď. Zlúčeniny obsahujúce skupinu -NH2 sú spravidla zásaditej povahy v dôsledku prítomnosti osamoteného elektrónového páru na atóme dusíka.

Pri reakciách elektrofilnej substitúcie v aromatických zlúčeninách je aminoskupina orientantom prvého druhu, t.j. aktivuje orto a para polohy v benzénovom kruhu.

33. Polykondenzácia- proces syntézy polymérov z polyfunkčných (najčastejšie bifunkčných) zlúčenín, zvyčajne sprevádzaný uvoľňovaním vedľajších produktov nízkej molekulovej hmotnosti (voda, alkoholy atď.) počas interakcie funkčných skupín.

Molekulová hmotnosť polyméru vytvoreného v priebehu polykondenzácie závisí od pomeru východiskových zložiek a reakčných podmienok.

Polykondenzačné reakcie môžu zahŕňať jeden monomér s dvoma rôznymi funkčnými skupinami: napríklad syntézu poly-e-kaproamidu (nylon-6, nylon) z kyseliny e-aminokapronovej a dva monoméry nesúce rôzne funkčné skupiny, napríklad syntézu z nylonu 66 polykondenzáciou kyseliny adipovej a hexametyléndiamínu; v tomto prípade sa tvoria polyméry lineárnej štruktúry (lineárna polykondenzácia, pozri obr. 1). Ak monomér (alebo monoméry) nesie viac ako dve funkčné skupiny, vytvoria sa zosieťované polyméry trojrozmernej sieťovej štruktúry (trojrozmerná polykondenzácia). Aby sa získali také polyméry, často sa do zmesi monomérov pridávajú "zosieťujúce" polyfunkčné zložky.

Reakcie syntézy polymérov z cyklických monomérov mechanizmom otvárania kruhu stoja oddelene-okrem toho napríklad syntéza nylonu-6 z kaprolaktámu (cyklický amid kyseliny e-aminokapronovej); napriek tomu, že k izolácii fragmentu s nízkou molekulovou hmotnosťou nedochádza, takéto reakcie sa častejšie označujú ako polykondenzácia.

Peptidová väzba-typ amidovej väzby vznikajúci pri tvorbe bielkovín a peptidov v dôsledku interakcie α-aminoskupiny (–NH2) jednej aminokyseliny s a-karboxylovou skupinou (–COOH) inej aminokyseliny.

ide C-N v peptidovej väzbe má čiastočne dvojitý charakter, čo sa prejavuje najmä zmenšením jeho dĺžky na 1,32 angströmov. Výsledkom sú nasledujúce vlastnosti:

4 atómy väzby (C, N, O a H) a 2 α-uhlíky sú v jednej rovine. R-skupiny aminokyselín a vodíkov na a-uhlíkoch sú mimo tejto roviny.

H a O v peptidovej väzbe, ako aj a-uhlíky dvoch aminokyselín, sú transorientované (trans izomér je stabilnejší). V prípade L-aminokyselín, ktoré sa vyskytujú vo všetkých prírodných proteínoch a peptidoch, sú transorientované aj R-skupiny.

Rotácia okolo väzby C-N je nemožná, rotácia okolo väzby C-C je možná.

peptidy (grécky πεπτος - výživné) - skupina látok, ktorých molekuly sú postavené zo zvyškov α -aminokyselín spojených do reťazca peptidovými (amidovými) väzbami —C (O) NH—.

34. Proteíny (proteíny, polypeptidy) - organické látky s vysokou molekulovou hmotnosťou, pozostávajúce z aminokyselín spojených do reťazca peptidovou väzbou. V živých organizmoch je aminokyselinové zloženie bielkovín určené genetickým kódom; pri syntéze sa vo väčšine prípadov používa 20 štandardných aminokyselín. Mnohé z ich kombinácií poskytujú širokú škálu vlastností proteínových molekúl. Aminokyseliny v proteíne navyše často prechádzajú posttranslačnými modifikáciami, ktoré môžu nastať tak pred tým, ako proteín začne vykonávať svoju funkciu, a počas „práce“ v bunke. V živých organizmoch často niekoľko molekúl bielkovín tvorí komplexné komplexy, napríklad fotosyntetický komplex.

Aby sme pochopili zložité balenie (architektoniku) proteínovej makromolekuly, mali by sme zvážiť niekoľko úrovne organizácie... Primárnou, najjednoduchšou štruktúrou je polypeptidový reťazec, to znamená reťazec aminokyselín spojených peptidovými väzbami. V primárnej štruktúre sú všetky väzby medzi aminokyselinami kovalentné, a preto silné. Ďalšou, vyššou úrovňou organizácie je sekundárna štruktúra, keď je proteínová niť skrútená v špirále. Vodíkové väzby sa tvoria medzi skupinami -COOH umiestnenými na jednom otočení špirály a skupinami -NH2 na druhom závitníku. Vznikajú na báze vodíka, najčastejšie sa nachádzajú medzi dvoma negatívnymi atómami. Vodíkové väzby sú slabšie ako kovalentné väzby, ale pri ich veľkom počte poskytujú tvorbu dostatočne silnej štruktúry. Reťazec aminokyselín (polypeptid) potom koaguluje, pričom tvorí guľôčku alebo vlákno alebo guľôčku, špecifické pre každý proteín. Vzniká teda komplexná konfigurácia nazývaná terciárna štruktúra. Jeho stanovenie sa obvykle vykonáva pomocou metódy röntgenovej štruktúrnej analýzy, ktorá umožňuje stanoviť polohu atómov v priestore a skupín atómov v kryštáloch a komplexných zlúčeninách.

Väzby podporujúce terciárnu štruktúru proteínu sú tiež slabé. Vznikajú najmä v dôsledku hydrofóbnych interakcií. Toto sú sily príťažlivosti medzi nepolárnymi molekulami alebo medzi nepolárnymi oblasťami molekúl vo vodnom médiu. Hydrofóbne zvyšky niektorých aminokyselín vo vodnom roztoku sa priblížia, „zlepia“ a tým stabilizujú štruktúru proteínu. Okrem hydrofóbnych síl hrajú pri udržiavaní terciárnej štruktúry proteínu zásadnú úlohu elektrostatické väzby medzi elektronegatívnymi a elektropozitívnymi radikálmi zvyškov aminokyselín. Terciárna štruktúra je tiež podporovaná malým počtom kovalentných disulfidových -S-S-väzieb vznikajúcich medzi atómami síry aminokyselín obsahujúcich síru. Musím povedať, že je aj terciárny; proteínová štruktúra nie je konečná. Makromolekuly rovnakého proteínu alebo molekuly iných proteínov sú často prichytené k proteínovej makromolekule. Napríklad komplexná molekula hemoglobínu, proteínu nachádzajúceho sa v erytrocytoch, pozostáva zo štyroch globínových makromolekúl: dvoch alfa reťazcov a dvoch beta reťazcov, z ktorých každý je kombinovaný s hemom obsahujúcim železo. V dôsledku ich kombinácie sa vytvorí funkčná molekula hemoglobínu. Len v takom balení funguje hemoglobín naplno, to znamená, že je schopný prenášať kyslík. Vďaka kombinácii niekoľkých molekúl bielkovín vzniká kvartérna štruktúra. Ak sú peptidové reťazce zložené vo forme cievky, potom sa tieto proteíny nazývajú globulárne. Keď sú polypeptidové reťazce zložené do zväzkov vlákien, nazývajú sa fibrilárne proteíny. Vychádzajúc zo sekundárnej štruktúry, priestorové usporiadanie (konformácia) proteínových makromolekúl, ako sme zistili, je podporované hlavne slabými chemickými väzbami. Vplyvom vonkajších faktorov (zmena teploty, zloženie soli média, pH, pod vplyvom žiarenia a ďalších faktorov) sa menia slabé väzby stabilizujúce rozpad makromolekuly a štruktúra proteínu, a teda aj jeho vlastnosti . Tento proces sa nazýva denaturácia. K lámaniu niektorých slabých väzieb, zmenám v konformácii a vlastnostiach proteínu dochádza aj pod vplyvom fyziologických faktorov (napríklad pod vplyvom hormónov). Regulujú sa teda vlastnosti bielkovín: enzýmy, receptory, transportéry. Tieto zmeny v štruktúre bielkovín sú zvyčajne ľahko reverzibilné. Prerušenie veľkého počtu slabých väzieb vedie k denaturácii bielkovín, ktorá môže byť nevratná (napríklad koagulácia bielok pri varení vajec). Denná denaturácia proteínu má niekedy aj biologický zmysel. Napríklad pavúk vylučuje kvapku tajomstva a prilepí ho k nejakej podpore. Potom, keď pokračuje v vylučovaní tajomstva, mierne potiahne vlákno a toto slabé napätie stačí na denaturáciu proteínu z rozpustnej formy na nerozpustnú a vlákno získa silu.

35-36. Monosacharidy(z gréckeho monos: jednoduchý, sacharid: cukor) - organické zlúčeniny, jedna z hlavných skupín uhľohydrátov; najjednoduchšia forma cukru; sú zvyčajne bezfarebné, vo vode rozpustné, transparentné pevné látky. Niektoré monosacharidy majú sladkú chuť. Monosacharidy - stavebné bloky, z ktorých sa syntetizujú disacharidy (napríklad sacharóza) a polysacharidy (napríklad celulóza a škrob), obsahujú hydroxylové skupiny a aldehyd (aldózy) alebo keto skupiny (ketózy). Každý atóm uhlíka, ku ktorému je pripojená hydroxylová skupina (okrem prvého a posledného), je chirálny, čo vedie k vzniku mnohých izomérnych foriem. Napríklad galaktóza a glukóza sú aldohexózy, ale majú odlišné chemické a fyzikálne vlastnosti. Monosacharidy, ako všetky sacharidy, obsahujú iba 3 prvky (C, O, H).

Monosacharidy sú ďalej rozdelené pre triózy, tetrosy, pentózy, hexózy atď. (3, 4, 5, 6 atď. atómy uhlíka v reťazci); prírodné monosacharidy s uhlíkovým reťazcom obsahujúcim viac ako 9 atómov uhlíka neboli nájdené. Monosacharidy obsahujúce 5-členný kruh sa nazývajú furanózy, 6-členný kruh-pyranózy.

Izomerizmus. Pri monosacharidoch obsahujúcich n asymetrických atómov uhlíka je možná existencia 2n stereoizomérov (pozri izomerizmus).

38. Chemické vlastnosti. Monosacharidy vstupujú do chemických reakcií charakteristických pre karbonylové a hydroxylové skupiny. Charakteristickým znakom monosacharidov je schopnosť existovať v otvorených (acyklických) a cyklických formách a poskytovať deriváty pre každú z týchto foriem. Väčšina monóz cyklizuje vo vodnom roztoku za vzniku hemiacetálov alebo hemicetálov (v závislosti od toho, či ide o aldózy alebo ketózy) medzi alkoholom a karbonylovou skupinou rovnakého cukru. Glukóza napríklad ľahko tvorí hemiacetály a spája svoje C1 a O5 za vzniku 6-členného kruhu nazývaného pyranosid. Rovnaká reakcia môže prebiehať medzi C1 a O4 za vzniku 5-členného furanosidu.

Monosacharidy v prírode. Monosacharidy sú súčasťou komplexných sacharidov (glykozidy, oligosacharidy, polysacharidy) a zmiešaných biopolymérov obsahujúcich sacharidy (glykoproteíny, glykolipidy atď.). V tomto prípade sú monosacharidy prepojené navzájom a s nesacharidovou časťou molekuly glykozidickými väzbami. Pri hydrolyzácii kyselinami alebo enzýmami sa tieto väzby môžu rozbiť a uvoľniť monosacharidy. Voľné monosacharidy, s výnimkou D-glukózy a D-fruktózy, sú v prírode vzácne. Biosyntéza monosacharidov z oxidu uhličitého a vody prebieha v rastlinách (pozri fotosyntézu); za účasti aktivovaných derivátov monosacharidov - nukleozidových difosfátových cukrov - spravidla dochádza k biosyntéze komplexných uhľohydrátov. Rozklad monosacharidov v tele (napríklad alkoholové kvasenie, glykolýza) je sprevádzaný uvoľňovaním energie.

Aplikácia. Niektoré voľné monosacharidy a ich deriváty (napríklad glukóza, fruktóza a jej difosfát atď.) Sa používajú v potravinárskom priemysle a medicíne.

37. Glukóza (C6H12O6)(„Hroznový cukor“, dextróza) sa nachádza v šťave z mnohých druhov ovocia a bobúľ vrátane hrozna, a preto vznikol názov tohto druhu cukru. Jedná sa o hexózový cukor.

Fyzikálne vlastnosti... Biela kryštalická látka sladkej chuti, ľahko rozpustná vo vode, nerozpustná v éteri, zle rozpustná v alkohole.

Štruktúra molekuly

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

Glukóza môže existovať v cykloch (α a β glukóza).

α a β glukózy

Prenos glukózy z Fischerovej projekcie do Haworthovej projekcie Glukóza je konečný produkt hydrolýzy väčšiny disacharidov a polysacharidov.

Biologická úloha. Glukóza, hlavný produkt fotosyntézy, sa tvorí v kalvínovom cykle.

U ľudí a zvierat je glukóza hlavným a najvšestrannejším zdrojom energie pre metabolické procesy. Všetky bunky zvieracieho tela majú schopnosť asimilovať glukózu. Súčasne schopnosť využívať iné zdroje energie - napríklad voľné mastné kyseliny a glycerín, fruktózu alebo kyselinu mliečnu - nemajú všetky bunky tela, ale iba niektoré z ich typov.

Transport glukózy z vonkajšieho prostredia do živočíšnej bunky sa vykonáva aktívnym transmembránovým transportom pomocou špeciálnej molekuly proteínu - nosiča (transportéra) hexóz.

Glukóza v bunkách môže prejsť glykolýzou, aby poskytla energiu vo forme ATP. Prvým enzýmom v reťazci glykolýzy je hexokináza. Aktivita bunkovej hexokinázy je pod regulačným vplyvom hormónov - napríklad inzulín prudko zvyšuje aktivitu hexokinázy a následne využitie glukózy bunkami a glukokortikoidy aktivitu hexokinázy znižujú.

Mnoho iných zdrojov energie ako glukóza sa dá priamo premeniť na glukózu v pečeni - napríklad kyselina mliečna, veľa voľných mastných kyselín a glycerolu alebo voľné aminokyseliny, najmä tie najjednoduchšie, ako je alanín. Proces výroby glukózy v pečeni z iných zlúčenín sa nazýva glukoneogenéza.

Tie zdroje energie, pre ktoré neexistuje cesta priamej biochemickej premeny na glukózu, môžu pečeňové bunky využiť na produkciu ATP a následné dodanie energie pri procesoch glukoneogenézy, resyntéze glukózy z kyseliny mliečnej alebo pri dodávke energie na syntézu polysacharidu glykogénu zásoby z glukózových monomérov. Glukóza sa opäť ľahko vyrába z glykogénu jednoduchým rozkladom.

Vzhľadom na extrémny význam udržiavania stabilnej hladiny glukózy v krvi majú ľudia a mnoho ďalších zvierat komplexný systém hormonálnej regulácie parametrov metabolizmu uhľohydrátov. Keď sa 1 gram glukózy oxiduje na oxid uhličitý a vodu, uvoľní sa 17,6 kJ energie. Uložená maximálna „potenciálna energia“ v molekule glukózy vo forme oxidačného stavu -4 atómov uhlíka (C -4) sa môže počas metabolických procesov znižovať na C + 4 (v molekule CO2). Jeho obnovu na predchádzajúcu úroveň môžu vykonať autotrofi.

Fruktóza alebo ovocný cukor C6H12O6- monosacharid, ktorý je vo voľnej forme prítomný takmer vo všetkých sladkých bobuliach a ovocí. Mnoho ľudí dáva prednosť nahradeniu cukru nie syntetickými drogami, ale prírodnou fruktózou.

Na rozdiel od glukózy, ktorá slúži ako univerzálny zdroj energie, fruktóza nie je absorbovaná tkanivami závislými od inzulínu. Je takmer úplne absorbovaný a metabolizovaný pečeňovými bunkami. Prakticky žiadne iné bunky v ľudskom tele (okrem spermií) nedokážu použiť fruktózu. V pečeňových bunkách je fruktóza fosforylovaná a potom rozdelená na triózy, ktoré sa používajú buď na syntézu mastných kyselín, ktoré môžu viesť k obezite, ako aj na zvýšenie hladín triglyceridov (čo zase zvyšuje riziko aterosklerózy), alebo je slúži na syntézu glykogénu (čiastočne sa tiež premieňa na glukózu počas glukoneogenézy). Premena fruktózy na glukózu je však zložitý viacstupňový proces a schopnosť pečene spracovať fruktózu je obmedzená. Otázka, či sa oplatí zaradiť fruktózu do stravy diabetikov, pretože inzulín na jej absorpciu nie je potrebná, sa v posledných rokoch intenzívne skúma.

Aj keď fruktóza nezvyšuje (alebo významne nezvyšuje) hladinu glukózy v krvi u zdravého človeka, fruktóza často zvyšuje hladinu glukózy u diabetikov. Na druhej strane, kvôli nedostatku glukózy v bunkách môže byť tuk v telách diabetikov spaľovaný, čo vedie k vyčerpaniu tukových zásob. V tomto prípade je možné na ich obnovu použiť fruktózu, ktorá sa ľahko premieňa na tuk a nevyžaduje inzulín. Výhodou fruktózy je, že misku s relatívne malým množstvom fruktózy možno dodať sladkú chuť, pretože s rovnakým obsahom kalórií ako cukor (380 kcal / 100 g) je 1,2-1,8 krát sladšia. Štúdie však ukazujú, že konzumenti fruktózy neznižujú svoj príjem kalórií, ale jedia sladšie jedlá.

39. Oligosacharidy- sú to oligoméry, pozostávajúce z niekoľkých (nie viac ako 20) monomérov - monosacharidy, na rozdiel od polysacharidov, pozostávajúce z desiatok, stoviek alebo tisícov monosacharidov; - zlúčeniny vyrobené z niekoľkých zvyškov monosacharidov (od 2 do 10), spojených glykozidickou väzbou.

Veľmi dôležitým a rozšíreným špeciálnym prípadom oligosacharidov sú disacharidy - diméry pozostávajúce z dvoch molekúl monosacharidov.

Môžete tiež hovoriť o tri-, tetra- atď. sacharidy.

40. Disacharidy- všeobecný názov podtriedy oligosacharidov, v ktorom molekulu tvoria dva monoméry - monosacharidy. Disacharidy vznikajú v dôsledku kondenzačnej reakcie medzi dvoma monosacharidmi, zvyčajne hexózami. Kondenzačná reakcia zahŕňa odstránenie vody. Väzba medzi monosacharidmi vznikajúca kondenzačnou reakciou sa nazýva glykozidická väzba, zvyčajne medzi 1. a 4. atómom uhlíka susedných monosacharidových jednotiek (1,4-glykozidová väzba).

Kondenzačný proces sa môže opakovať nespočetne krát, výsledkom sú obrovské molekuly polysacharidu. Akonáhle sú monosacharidové jednotky skombinované, nazývajú sa zvyšky. Najbežnejšími disacharidmi sú laktóza a sacharóza.

Mutarotácia(z lat. automatická zmena a rotácia - rotácia), zmeňte hodnotu optickej. rotácia roztokov opticky aktívnych zlúčenín v dôsledku ich epimerizácie. Je charakteristická pre monosacharidy, redukujúce oligosacharidy, laktóny atď. Mutarotáciu môžu katalyzovať kyseliny a zásady. V prípade glukózy je mutarotácia vysvetlená vytvorením rovnováhy: V rovnováhe je prítomných 38% alfa formy a 62% beta formy. Medzi. aldehydová forma je obsiahnutá v zanedbateľnej koncentrácii. Výhody tvorby b-formy sú vysvetlené skutočnosťou, že je termodynamicky stabilnejšia.

Reakcie „strieborného zrkadla“ a „medeného zrkadla“ sú charakteristické pre aldehydy

1) Reakcia „strieborného zrkadla“, tvorba zrazeniny Ag na stenách skúmavky

2) Reakcia „medeného zrkadla“, vyzrážanie červenej zrazeniny Cu20

40. Na druhej strane, disacharidy vznikajúce v mnohých prípadoch počas hydrolýza polysacharidov(maltóza pri hydrolýze škrobu, celobióza pri hydrolýze celulózy) alebo existujúce v tele vo voľnej forme (laktóza, sacharóza, trehalóza atď.), sa hydrolyzujú za katalytického pôsobenia ôs a p-glykozidáz na jednotlivé monosacharidy. Všetky glykozidázy, s výnimkou trehalázy (t. J. Omrehalóza-glukohydrogenázy), sa vyznačujú širokým spektrom špecifickosti, urýchľujúcim hydrolýzu takmer všetkých glykozidov, ktoré sú derivátmi jedného alebo druhého a- alebo (3-monosacharidu. -glukozidáza urýchľuje hydrolýznu reakciu a-glukozidov vrátane maltózy; p-glshkozidáza-p-glukozidy vrátane celobiózy; B-galaktozidáza-medzi nimi B-galaktozidy a laktóza, atď. Príkladmi pôsobenia a a P-glukozidáz boli uvedené skôr

41. Podľa zlyhania chemická štruktúra disacharidov typ trehalózy (glykozid-glykozidy) a typ maltózy (glykozid-glukóza) majú výrazne odlišné chemické vlastnosti: prvé z nich neposkytuje žiadne reakcie charakteristické pre aldehydovú alebo ketónovú skupinu, to znamená, že neoxidujú, neobnovujú sa, nie tvoria ozazóny, nevstupujú do polycidizačnej reakcie (neoxidujú), nemutarotujú atď. Pre disacharidy maltózového typu sú všetky uvedené reakcie, naopak, veľmi charakteristické. Dôvod tohto rozdielu je celkom jasný z toho, čo bolo povedané vyššie o dvoch typoch štruktúry disacharidov a vlastnostiach monosacharidových zvyškov zahrnutých v ich zložení. Spočíva v tom, že prstencová tautoméria je možná iba v disacharidoch maltózového typu, v dôsledku čoho sa tvorí voľná aldehydová alebo ketónová skupina, ktorá vykazuje svoje charakteristické vlastnosti.

Pokiaľ ide o alkoholové hydroxyly, oba typy disacharidov poskytujú rovnaké reakcie: tvoria étery a estery a reagujú s hydrátmi oxidov kovov.

V prírode existuje veľké množstvo disacharidov; Medzi nimi má existujúcu hodnotu trehalóza a maltóza, ako aj sacharóza, celobióza a laktóza.

42. Maltóza(z angličtiny malt - slad) - sladový cukor, prírodný disacharid pozostávajúci z dvoch zvyškov glukózy; nachádza sa vo veľkom množstve v naklíčených zrnách (slade) jačmeňa, raže a iných obilnín; nachádza sa aj v paradajkách, peli a nektári mnohých rastlín. M. je ľahko rozpustný vo vode, má sladkú chuť; je redukujúci cukor, pretože má nesubstituovanú hemiacetálovú hydroxylovú skupinu. Biosyntéza M. z b-D-glukopyranozylfosfátu a D-glukózy je známa iba u niektorých druhov baktérií. V živočíšnych a rastlinných organizmoch M. vzniká enzymatickým rozkladom škrobu a glykogénu (pozri. Amylázy). K štiepeniu M. na dva zvyšky glukózy dochádza v dôsledku pôsobenia enzýmu a-glukozidázy alebo maltázy, ktorý je obsiahnutý v tráviacich šťavách zvierat a ľudí, v naklíčenom zrne, vo plesniach a kvasniciach. Geneticky podmienená neprítomnosť tohto enzýmu v sliznici ľudského čreva vedie k vrodenej neznášanlivosti M., závažného ochorenia vyžadujúceho vylúčenie škrobu a glykogénu z potravy M. alebo pridanie enzýmu maltázy do potravy.

Keď sa maltóza varí so zriedenou kyselinou a za pôsobenia enzýmu, maltáza sa hydrolyzuje (vytvoria sa dve molekuly glukózy C6H12O6). Ľudské telo ľahko absorbuje maltózu. Molekulová hmotnosť - 342,32 T, topenie - 108 (bezvodý)

43. Laktóza(z latinčiny lactis - mlieko) С12Н22О11 - uhľohydrát disacharidovej skupiny, ktorý sa nachádza v mlieku a mliečnych výrobkoch. Molekula laktózy pozostáva zo zvyškov molekúl glukózy a galaktózy. Laktóza sa niekedy nazýva mliečny cukor.

Chemické vlastnosti. Keď sa varí so zriedenou kyselinou, dochádza k hydrolýze laktózy.

Laktóza sa získava z mliečnej srvátky.

Aplikácia. Používa sa na prípravu živných médií, napríklad na výrobu penicilínu. Používa sa ako pomocná látka (plnivo) vo farmaceutickom priemysle.

Z laktózy sa získava laktulóza, cenný liek na liečbu črevných porúch, ako je zápcha.

44. Sacharóza C12H22O11, alebo repný cukor, trstinový cukor, v bežnom živote len cukor - disacharid, pozostávajúci z dvoch monosacharidov - α -glukózy a β -fruktózy.

Sacharóza je prirodzene sa vyskytujúci disacharid nachádzajúci sa v mnohých druhoch ovocia, ovocia a bobúľ. Obsah sacharózy je obzvlášť vysoký v cukrovej repe a cukrovej trstine, ktoré sa používajú na priemyselnú výrobu jedlého cukru.

Sacharóza je vysoko rozpustná. Z chemického hľadiska je fruktóza celkom inertná, t.j. pri presune z jedného miesta na druhé sa takmer nezúčastňuje metabolizmu. Niekedy sa sacharóza ukladá ako rezervná živina.

Sacharóza vstupujúca do čreva je rýchlo hydrolyzovaná alfa-glukozidázou tenkého čreva na glukózu a fruktózu, ktoré sú potom absorbované do krvi. Inhibítory alfa-glukozidázy, ako je akarbóza, inhibujú rozklad a absorpciu sacharózy, ako aj ďalšie uhľohydráty hydrolyzované alfa-glukozidázou, najmä škrob. Používa sa na liečbu cukrovky 2. typu. Synonymá: alfa-D-glukopyranozyl-beta-D-fruktofuranozid, repný cukor, trstinový cukor.

Chemické a fyzikálne vlastnosti. Molekulová hmotnosť 342,3 amu Empirický vzorec (systém Hill): C12H22O11. Chuť je sladká. Rozpustnosť (gramy na 100 gramov): vo vode 179 (0 ° C) a 487 (100 ° C), v etanole 0,9 (20 ° C). Mierne rozpustný v metanole. Nerozpustný v dietyléteri. Hustota 1,5879 g / cm3 (15 ° C). Špecifická rotácia pre rad D sodíka: 66,53 (voda; 35 g / 100 g; 20 ° C). Po ochladení kvapalným vzduchom, po osvetlení jasným svetlom, kryštály sacharózy fosforeskujú. Nevykazuje redukčné vlastnosti - nereaguje s Tollensovým činidlom a Fehlingovým činidlom. Prítomnosť hydroxylových skupín v molekule sacharózy je ľahko potvrdená reakciou s hydroxidmi kovov. Ak sa k hydroxidu meďnatému pridá roztok sacharózy, vytvorí sa jasne modrý roztok sacharózy medi. V sacharóze nie je žiadna aldehydová skupina: pri zahrievaní s roztokom amoniaku v oxide striebornom neposkytuje „strieborné zrkadlo“; pri zahrievaní s hydroxidom meďnatým netvorí červený oxid meďnatý . Spomedzi izomérov sacharózy s molekulovým vzorcom C12H22O11 je možné izolovať maltózu a laktózu.

Reakcia sacharózy s vodou. Ak prevaríte roztok sacharózy s niekoľkými kvapkami kyseliny chlorovodíkovej alebo kyseliny sírovej a neutralizujete kyselinu zásadou a potom roztok zohrejete, objavia sa molekuly s aldehydovými skupinami, ktoré redukujú hydroxid meďnatý na oxid meďnatý. Táto reakcia ukazuje, že sacharóza počas katalytického pôsobenia kyseliny podlieha hydrolýze, čo vedie k tvorbe glukózy a fruktózy: С12Н22О11 + Н2О → С6Н12O6 + С6Н12O6

Prírodné a antropogénne zdroje. Obsahuje cukrovú trstinu, cukrovú repu (až 28% sušiny), rastlinné šťavy a ovocie (napríklad breza, javor, melón a mrkva). Zdroj produkcie sacharózy - z repy alebo z trstiny - je určený pomerom obsahu stabilných izotopov uhlíka 12C a 13C. Cukrová repa má mechanizmus C3 na asimiláciu oxidu uhličitého (prostredníctvom kyseliny fosfoglycerovej) a prednostne absorbuje izotop 12C; Cukrová trstina má mechanizmus absorpcie C4 pre oxid uhličitý (prostredníctvom kyseliny oxalooctovej) a prednostne absorbuje izotop 13C.

45. Cellobióza- uhľohydrát zo skupiny disacharidov pozostávajúci z dvoch spojených zvyškov glukózy (β-glukozidová väzba; hlavná štruktúrna jednotka celulózy.

Biela kryštalická látka, ľahko rozpustná vo vode. Cellobióza je charakterizovaná reakciami zahŕňajúcimi aldehydovú (hemiacetálovú) skupinu a hydroxylové skupiny. Počas kyslej hydrolýzy alebo pôsobením enzýmu β-glukozidázy sa cellobióza štiepi za vzniku 2 molekúl glukózy.

Cellobióza sa získava čiastočnou hydrolýzou celulózy. Cellobióza sa vo voľnej forme nachádza v miazge niektorých stromov.

46. ​​Polysacharidy- všeobecný názov pre triedu komplexných vysokomolekulárnych uhľohydrátov, ktorých molekuly pozostávajú z desiatok, stoviek alebo tisícov monomérov - monosacharidov.

Polysacharidy sú nevyhnutné pre život zvierat a rastlinných organizmov. Sú jedným z hlavných zdrojov energie generovanej v dôsledku metabolizmu tela. Zúčastňujú sa na imunitných procesoch, zaisťujú adhéziu buniek v tkanivách a predstavujú väčšinu organických látok v biosfére.

Bola stanovená rôznorodá biologická aktivita rastlinných polysacharidov: antibiotické, antivírusové, protinádorové, protijedové [zdroj nešpecifikovaný 236 dní]. Rastlinné polysacharidy hrajú dôležitú úlohu pri znižovaní vaskulárnej lipémie a ateromatózy v dôsledku schopnosti vytvárať komplexy s proteínmi a lipoproteínmi krvnej plazmy.

Medzi polysacharidy patrí predovšetkým:

dextrín je polysacharid, produkt hydrolýzy škrobu;

škrob je hlavný polysacharid uložený ako energetická rezerva v rastlinných organizmoch;

glykogén je polysacharid uložený ako energetická rezerva v bunkách živočíšnych organizmov, ale v malom množstve sa nachádza v tkanivách rastlín;

celulóza je hlavným štrukturálnym polysacharidom stien rastlinných buniek;

galaktomannany - skladovacie polysacharidy niektorých rastlín z čeľade strukovín, ako je guma z garanta a svätojánskeho chleba;

glukomanan - polysacharid získavaný z hľúz konnyaku, pozostáva zo striedajúcich sa väzieb glukózy a manózy, rozpustnej vlákniny, ktorá znižuje chuť do jedla;

amyloid - používa sa na výrobu pergamenového papiera.

Celulóza ( z lat. celula - bunka, rovnaká ako celulóza) - [С6Н7О2 (OH) 3] n, polysacharid; hlavná zložka bunkových stien všetkých vyšších rastlín.

Celulóza pozostáva zo zvyškov molekúl glukózy, ktoré sa tvoria počas kyslej hydrolýzy celulózy:

(C6H10O5) n + nH20 -> nC6H12O6

Celulóza je dlhý prameň obsahujúci 300-2 500 zvyškov glukózy bez bočných vetiev. Tieto vlákna sú prepojené mnohými vodíkovými väzbami, čo dáva celulóze väčšiu mechanickú pevnosť. Cicavce (ako väčšina ostatných zvierat) nemajú enzýmy, ktoré môžu rozkladať celulózu. Mnoho bylinožravcov (napríklad prežúvavce) však má v tráviacom trakte symbiontové baktérie, ktoré sa rozpadajú a pomáhajú hostiteľom absorbovať tento polysacharid.

Priemyselným spôsobom sa celulóza získava varením v celulózkach, ktoré sú súčasťou priemyselných komplexov (kombajny). Podľa typu použitých činidiel sa rozlišujú nasledujúce metódy varenia celulózy:

Siričitan. Varný roztok obsahuje kyselinu sírovú a jej soli, napríklad hydrogensiričitan sodný. Táto metóda sa používa na získanie celulózy z drevín s nízkym obsahom živíc: smrek, jedľa.

Alkalické:

Natronny. Použije sa roztok hydroxidu sodného. Natronovú metódu je možné použiť na získanie celulózy z listnatých drevín a jednoročných rastlín.

Sulfát. Dnes najbežnejšia metóda. Ako činidlo sa používa roztok obsahujúci hydroxid sodný a sulfid a nazýva sa biely lúh. Metóda dostala svoje meno podľa síranu sodného, ​​z ktorého sa sulfid pre biely lúh získava v celulózkach. Metóda je vhodná na získanie celulózy z akéhokoľvek druhu rastlinného materiálu. Jeho nevýhodou je uvoľnenie veľkého množstva páchnucich zlúčenín síry: metylmerkaptan, dimetylsulfid atď. V dôsledku vedľajších reakcií.

Technická celulóza získaná po varení obsahuje rôzne nečistoty: lignín, hemicelulózu. Ak je celulóza určená na chemické spracovanie (napríklad na výrobu umelých vlákien), potom prechádza rafináciou - úpravou studeným alebo horúcim alkalickým roztokom na odstránenie hemicelulóz.

Aby sa odstránil zvyškový lignín a buničina získala belosť, bieli sa. Tradičné chlórové bielenie pozostáva z dvoch fáz:

úprava chlórom - na zničenie lignínových makromolekúl;

alkalické spracovanie - na extrakciu výsledných produktov degradácie lignínu.

47. Škrob- polysacharidy amylózy a amylopektínu, ktorých monomérom je alfa-glukóza. Škrob syntetizovaný rôznymi rastlinami pod vplyvom svetla (fotosyntéza) má niekoľko rôznych zložení a štruktúr zrna.

Biologické vlastnosti.Škrob, ktorý je jedným z produktov fotosyntézy, je v prírode veľmi rozšírený. Pre rastliny je rezervou živín a nachádza sa predovšetkým v ovocí, semenách a hľuzách. Najbohatšie na škrob je zrno rastlín obilnín: ryža (až 86%), pšenica (až 75%), kukurica (až 72%), ako aj zemiakové hľuzy (až 24%).

Pre ľudské telo je škrob spolu so sacharózou hlavným dodávateľom uhľohydrátov - jednej z najdôležitejších zložiek potravy. Pôsobením enzýmov sa škrob hydrolyzuje na glukózu, ktorá sa v bunkách oxiduje na oxid uhličitý a vodu za uvoľnenia energie potrebnej na fungovanie živého organizmu.

Biosyntéza.Časť glukózy vyrobenej v zelených rastlinách počas fotosyntézy sa zmení na škrob:

6CO2 + 6H20 - C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6 (glukóza) → (C6H10O5) n + nH20

V. všeobecný pohľad to môže byť zapísané ako 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5) n 6nO2.

Škrob sa hromadí v hľuzách, ovocí a semenách rastlín ako rezervná potravina. Hľuzy zemiakov teda obsahujú až 24%škrobu, pšeničné zrná - až 64%, ryža - 75%, kukurica - 70%.

Glykogén je polysacharid tvorené zvyškami glukózy; hlavným skladovacím uhľohydrátom u ľudí a zvierat. Glykogén (niekedy nazývaný aj živočíšny škrob, aj keď je tento výraz nepresný) je primárnou formou ukladania glukózy v živočíšnych bunkách. Ukladá sa vo forme granúl v cytoplazme v mnohých typoch buniek (hlavne v pečeni a svaloch). Glykogén tvorí energetickú rezervu, ktorú je možné v prípade potreby rýchlo mobilizovať, aby sa nahradil náhly nedostatok glukózy. Zásoby glykogénu však nemajú taký vysoký obsah kalórií na gram ako triglyceridy (tuky). Iba glykogén uložený v pečeňových bunkách (hepatocytoch) je možné spracovať na glukózu, aby uživil celé telo, zatiaľ čo hepatocyty sú schopné akumulovať až 8 percent svojej hmotnosti vo forme glykogénu, čo je maximálna koncentrácia medzi všetkými druhmi buniek. Celková hmotnosť glykogénu v pečeni môže u dospelých dosiahnuť 100-120 gramov. Glykogén sa vo svaloch spracováva na glukózu výlučne na lokálnu spotrebu a akumuluje sa v oveľa nižších koncentráciách (nie viac ako 1% z celkovej svalovej hmoty) a súčasne môže jeho celkový svalový kmeň prekročiť zásoby nahromadené v hepatocytoch. Malé množstvo glykogénu sa nachádza v obličkách a ešte menej v určitých typoch mozgových buniek (gliálnych) a bielych krviniek.

48. Chitín (C8H13O5N) (Francúzsky chitín, z gréckeho chiton: chiton - odev, koža, škrupina) je prírodná zlúčenina zo skupiny polysacharidov obsahujúcich dusík. Chemický názov: poly-N-acetyl-D-glukóza-2-amín, polymér zvyškov N-acetylglukozamínu spojených b- (1,4) -glykozidickými väzbami. Hlavná zložka exoskeletu (kutikuly) článkonožcov a radu ďalších bezstavovcov je súčasťou bunkovej steny húb a baktérií.

Distribúcia v prírode. Chitín je jedným z najrozšírenejších polysacharidov v prírode - v živých organizmoch na Zemi sa každý rok vytvorí a rozloží asi 10 gigatónov chitínu.

Vykonáva ochranné a podporné funkcie a zaisťuje tuhosť buniek - je obsiahnutá v bunkových stenách húb.

Hlavná súčasť exoskeletu článkonožcov.

Chitín sa tvorí aj v organizmoch mnohých ďalších zvierat - rôznych červov, coelenterátov atď.

Vo všetkých organizmoch, ktoré produkujú a používajú chitín, nie je v čistej forme, ale v komplexe s inými polysacharidmi, a je veľmi často spojený s proteínmi. Napriek tomu, že chitín je látkou veľmi podobnou štruktúrou, fyzikálno -chemickými vlastnosťami a biologickou úlohou ako celulóza, nebolo možné nájsť chitín v organizmoch, ktoré tvoria celulózu (rastliny, niektoré baktérie).

Chémia chitínu. Chitíny rôznych organizmov sa vo svojej prirodzenej forme navzájom líšia zložením a vlastnosťami. Molekulová hmotnosť chitínu dosahuje 260 000.

Chitín je nerozpustný vo vode, odolný voči zriedeným kyselinám, zásadám, alkoholu a iným organickým rozpúšťadlám. Rozpustíme v koncentrovaných roztokoch niektorých solí (chlorid zinočnatý, tiokyanát lítny, vápenaté soli).

Pri zahrievaní koncentrovanými roztokmi minerálnych kyselín sa ničí (hydrolyzuje) a odštiepi acetylové skupiny.

Praktické využitie. Jedným z derivátov chitínu, ktorý sa z neho priemyselne získava, je chitosan. Surovinami na jeho výrobu sú škrupiny kôrovcov (krill, krab kráľovský), ako aj produkty mikrobiologickej syntézy.

49. Aromatické uhľovodíky, organické zlúčeniny pozostávajúce z uhlíka a vodíka a obsahujúce benzénové jadrá. Najjednoduchší a najdôležitejší predstavitelia A. y. - benzén (I) a jeho homológy: metylbenzén alebo toluén (II), dimetylbenzén alebo xylén atď. tiež zahrnujú benzénové deriváty s nenasýtenými postrannými reťazcami, napríklad styrén (III). Existuje mnoho známych A. at. s niekoľkými benzénovými jadrami v molekule, napríklad difenylmetán (IV), difenyl C6H5 - C6H5, v ktorých sú obe benzénové jadrá navzájom priamo spojené; v naftaléne (V) majú oba kruhy spoločné 2 atómy uhlíka; také uhľovodíky sa nazývajú A. y. so kondenzovanými jadrami.

Benzén C6H6, PhH) Je organická chemická zlúčenina, bezfarebná kvapalina príjemnej sladkej vône. Aromatický uhľovodík. Benzén je súčasťou benzínu, je široko používaný v priemysle, je vstupnou surovinou na výrobu liečiv, rôznych plastov, syntetického kaučuku, farbív. Napriek tomu, že sa benzén nachádza v rope, komerčne sa syntetizuje z iných zložiek. Toxický, karcinogénny.

Homológovia- Zlúčeniny patriace do tej istej triedy, ale navzájom sa líšiace v zložení celým počtom skupín CH2. Zbierka všetkých homológov tvorí homológnu sériu.

Fyzikálne vlastnosti. Bezfarebná kvapalina so zvláštnym štipľavým zápachom. Teplota topenia = 5,5 ° C, teplota varu = 80,1 ° C, hustota = 0,879 g / cm3, molekulová hmotnosť = 78,11 g / mol. Ako všetky uhľovodíky, aj benzén horí a produkuje veľa sadzí. Vytvára výbušné zmesi so vzduchom, dobre sa mieša s étermi, benzínom a inými organickými rozpúšťadlami, tvorí azeotropnú zmes s vodou s teplotou varu 69,25 ° C. Rozpustnosť vo vode 1,79 g / l (pri 25 ° C).

Štruktúra. Pokiaľ ide o zloženie, benzén patrí k nenasýteným uhľovodíkom (homológna séria CnH2n-6), ale na rozdiel od uhľovodíkov z etylénového radu vykazuje C2H4 vlastnosti, ktoré sú vlastné náročným podmienkam nasýtených uhľovodíkov, ale benzén je náchylnejší na substitučné reakcie. Toto „správanie“ benzénu je vysvetlené jeho špeciálnou štruktúrou: prítomnosťou konjugovaného 6π-elektrónového oblaku v štruktúre. Moderná myšlienka elektronickej povahy väzieb v benzéne je založená na hypotéze Linusa Paulinga, ktorý navrhol zobrazenie molekuly benzénu vo forme šesťuholníka s vpísaným kruhom, čím sa zdôrazňuje absencia pevných dvojitých väzieb a prítomnosť jedného elektrónového oblaku pokrývajúceho všetkých šesť atómov uhlíka v cykle.

50. Aromatické zlúčeniny (arény)- cyklické organické zlúčeniny, ktoré obsahujú systém aromatických väzieb. Môžu mať nasýtené alebo nenasýtené bočné reťazce.

Medzi najdôležitejšie aromatické uhľovodíky patrí benzén C6H6 a jeho homológy: toluén C6H5CH3, xylén C6H4 (CH3) 2 atď .; naftalén C10H8, antracén C14H10 a ich deriváty. Rozlišujúce chemické vlastnosti- zvýšená stabilita aromatického jadra a tendencia k substitučným reakciám. Hlavným zdrojom aromatických uhľovodíkov je uhoľný decht, ropa a ropné produkty. Syntetické metódy získavania majú veľký význam. Aromatické uhľovodíky sú prekurzory výroby ketónov, aldehydov a aromatických kyselín, ako aj mnohých ďalších látok. Existujú aj heterocyklické arény, medzi ktorými sa najčastejšie nachádzajú v čistej forme a vo forme zlúčenín - pyridín, pyrol, furán a tiofén, indol, purín, chinolín.

Borazol („anorganický benzén“) má tiež aromatickosť, ale jeho vlastnosti sa výrazne líšia od vlastností organických arénov.

Elektrofilné substitučné reakcie “(Anglická substitučná elektrofilná reakcia) - substitučné reakcie, pri ktorých útok uskutočňuje elektrofil - častica, ktorá je pozitívne nabitá alebo má nedostatok elektrónov. Keď sa vytvorí nová väzba, odchádzajúca častica - elektrofág sa odštiepi bez svojho elektrónového páru. Najpopulárnejšou odchádzajúcou skupinou je protón H +.

51-52. Aromatické elektrofilné substitučné reakcie

Pre aromatické systémy v skutočnosti existuje jeden mechanizmus elektrofilnej substitúcie - SEAr. Mechanizmus SE1 (analogicky s mechanizmom SN1) je extrémne zriedkavý a SE2 (zodpovedajúci analogicky k SN2) sa nevyskytuje vôbec.

Mechanizmus reakcie SEAr alebo reakcia aromatickej elektrofilnej substitúcie (anglická substitúcia elektrofilná aromatická) je najbežnejšia a najdôležitejšia medzi reakciami substitúcie aromatických zlúčenín a pozostáva z dvoch fáz. V prvom štádiu je elektrofil prichytený, v druhom je elektrofuga oddelená.

V priebehu reakcie sa vytvorí medziprodukt s pozitívne nabitým medziproduktom (na obrázku - 2b). Hovorí sa mu Welandov medziprodukt, aróniový ión alebo σ-komplex. Tento komplex je spravidla veľmi reaktívny a ľahko sa stabilizuje rýchlym odštiepením katiónu. Limitujúcim štádiom v drvivej väčšine reakcií SEAr je prvý stupeň.

Rýchlosť reakcie = k **

Ako útočná častica zvyčajne pôsobia relatívne slabé elektrofily; preto vo väčšine prípadov reakcia SEAr prebieha pôsobením katalyzátora - Lewisovej kyseliny. Najčastejšie sa používajú AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2.

V tomto prípade je reakčný mechanizmus nasledujúci (napríklad chlorácia benzénu, katalyzátor FeCl3):

(1) V prvom štádiu katalyzátor interaguje s útočiacou časticou za vzniku aktívneho elektrofilného činidla

V druhej fáze je v skutočnosti implementovaný mechanizmus SEAr

53. Heterocyklické zlúčeniny(heterocykly) - organické zlúčeniny obsahujúce cykly, ktoré spolu s uhlíkom obsahujú aj atómy ďalších prvkov. Možno ich považovať za karbocyklické zlúčeniny s hetero substituentmi (heteroatómami) v kruhu. Najrozmanitejšie a najlepšie študované sú heterocyklické zlúčeniny obsahujúce aromatický dusík. Limitujúcimi prípadmi heterocyklických zlúčenín sú zlúčeniny, ktoré neobsahujú kruhové atómy uhlíka, napríklad pentazol.

Pyrol- aromatický päťčlenný dusíkatý heterocyklus, má slabé zásadité vlastnosti. Obsiahnutý v kostnom oleji (ktorý sa získava suchou destiláciou kostí), ako aj v uhoľnom dechte. Pyrolové kruhy sú súčasťou porfyrínov - rastlinného chlorofylu, hemu hemoglobínov a cytochrómov a radu ďalších biologicky dôležitých zlúčenín.

Štruktúra a vlastnosti. Pyrrol je bezfarebná kvapalina, ktorá vôňou pripomína chloroform a ktorý na vzduchu pomaly tmavne. Je mierne hygroskopický, slabo rozpustný vo vode a vysoko rozpustný vo väčšine organických rozpúšťadiel. Štruktúru pyrolu navrhol v roku 1870 Bayer na základe jeho oxidácie kyselinou chrómovou na maleimid a jeho tvorby počas destilácie sukcinimidu zinkovým prachom.

Kyslosť a metalizácia. Pyrol je slabá kyselina NH (pKa 17,5 vo vode) a reaguje s alkalickými kovmi a ich amidmi v kvapalnom amoniaku alebo inertných rozpúšťadlách s deprotonáciou v polohe 1 a tvorbou zodpovedajúcich solí. Reakcia s Grignardovými činidlami prebieha podobným spôsobom, pri ktorom sa tvoria N-horečnaté soli. N-substituované pyroly reagujú s butylom a fenyllítiom a kovujú v a-polohe.

54. INDOL (benzo [b] pyrol), hovoria. m, 117,18; bezfarebný kryštály so slabým zápachom naftalénu; t. pl. 52,5 ° C, bp 254 ° C; d456 1,0718; sublimuje pri záťaži. až 150 ° C; m 7,03,10-30 CL m (benzén, 25 ° C); destilované s vodnou parou, dietyléterom a NH3; dobrý sol. v org. roztok, horúca voda, kvapalný NH3. Molekula má plochú konfiguráciu.

Indol je slabá báza (pKa - 2,4). Keď je protonizovaný, vytvára počas interakcie 3H-indóliový katión (f-la I). s neutrálnou molekulou indol dáva dimér (II). Ako slabá kyselina (pKa 17) vytvára indol s Na v kvapalnom NH3 N-sodnú soľ indolu s KOH pri 130 ° C-N-draselný indol. Má aromatické. Sv. Elektrofórum. substitúcia sa chystá ch. arr. do polohy 3. Nitrácia sa obvykle vykonáva benzoylnitrátom, sulfonácia pyridínsulfotrioxidom, bromácia dioxándibromidom, chlorácia SO2CI2 a alkylácia aktívnymi alkylhalogenidmi. Acetylácia v kyseline octovej tiež prechádza do polohy 3, v prítomnosti. CH3COONa - do polohy 1; 1,3-diacetylindol vzniká v anhydride kyseliny octovej. Indol sa ľahko viaže na dvojitú väzbu a, b-nenasýtených ketónov a nitrilov.

Aminometylácia (Mannichov roztok) za miernych podmienok pokračuje do polohy 1, v tvrdých podmienkach - do polohy 3. K substitúcii v benzénovom kruhu (hlavne v polohách 4 a 6) dochádza iba v kyslom prostredí, keď je poloha 3 zablokovaná. H2O2, perkyseliny alebo vo svetle, indol sa oxiduje na indoxyl, ktorý sa potom transformuje. v trimeri alebo indigu. Silnejšia oxidácia pôsobením O3, MnO2 vedie k pretrhnutiu pyrolového kruhu za vzniku 2-formamidobenzaldehydu. Keď sa indol hydrogenuje vodíkom za miernych podmienok, pyrolový kruh sa redukuje a za tvrdších podmienok sa redukuje aj benzénový kruh.

Indol je obsiahnutý v esenciálnych olejoch jazmínu a citrusových plodov, je súčasťou cam.-ug. živica. Indolový kruh je fragment molekúl dôležitej povahy. zlúčeniny (napr. tryptofán, serotonín, melatonín, bufotenin). Indol sa obvykle izoluje z naftalínovej frakcie kam.-ug. živica alebo sa získa dehydrogenáciou o-etylanilínu, po ktorej nasleduje. cyklizácia výsledného produktu. Indol a jeho deriváty sa tiež syntetizujú cyklizáciou arylhydrazónov karbonylových zlúčenín. (okres Fisher), interakcia. arylamíny s a-halogén- alebo a-hydroxykarbonylovými zlúčeninami. (okres Bischler) atď. Indolové jadro je súčasťou indolových alkaloidov. Indol samotný je ustaľovač vône v parfumérii; jeho deriváty sa používajú na výrobu biologicky aktívnych zlúčenín. (hormóny, halucinogény) a lieky. Streda (napríklad indopán, indometacín).

55. Imidazol- organická zlúčenina triedy heterocyklov, päťčlenný kruh s dvoma atómami dusíka a tromi atómami uhlíka v kruhu, izomérny s pyrazolom.

Vlastnosti. V nesubstituovanom imidazole sú polohy 4 a 5 (atómy uhlíka) ekvivalentné kvôli tautomerizmu. Aromatický, reaguje s diazoniovými soľami (kombinácia). Je nitrovaný a sulfonovaný iba v kyslom prostredí v polohe 4, halogény v zásaditom prostredí vstupujú v polohe 2, v kyslom prostredí v polohe 4. Je ľahko alkylovateľný a acylovaný na imíne N, otvára cyklus pri interakcii s roztokmi silné kyseliny a peroxidy. Katalyzuje hydrolýzu žiaruvzdorných esterov a amidov karboxylových kyselín.

Na základe imidazolu sa vyrába veľké množstvo rôznych iónových kvapalín.

Spôsoby príjmu. Z orto-fenyléndiamínu cez benzimidazol a 4,5-imidazol dikarboxylovú kyselinu.

Interakcia glyoxalu (oxalaldehydu) s amoniakom a formaldehydom.

Biologická úloha. Cyklus imidazolu je súčasťou esenciálnej aminokyseliny histidínu. Štrukturálny fragment histamínu, purínové bázy, dibazol.

56. Pyridín- šesťčlenný aromatický heterocyklus s jedným atómom dusíka, bezfarebná kvapalina so štipľavým nepríjemným zápachom; miešateľný s vodou a organickými rozpúšťadlami Pyridín je slabá zásada, dáva soli so silnými minerálnymi kyselinami, ľahko tvorí podvojné soli a komplexné zlúčeniny.

Príjem. Hlavným zdrojom výroby pyridínu je uhoľný decht.

Chemické vlastnosti. Pyridín vykazuje vlastnosti charakteristické pre terciárne amíny: tvorí N-oxidy, N-alkylpyridíniové soli a môže pôsobiť ako ligand sigma-darcu.

Pyridín má zároveň výrazné aromatické vlastnosti. Prítomnosť atómu dusíka v konjugačnom kruhu však vedie k vážnej redistribúcii hustoty elektrónov, čo vedie k silnému zníženiu aktivity pyridínu v reakciách elektrofilnej aromatickej substitúcie. Pri takýchto reakciách reagujú predovšetkým meta-polohy kruhu.

Pre pyridín sú charakteristické reakcie aromatickej nukleofilnej substitúcie, ktoré prebiehajú hlavne v orto-para polohách kruhu. Táto reaktivita naznačuje povahu pyridínového kruhu, ktorá má nedostatok elektrónov, čo je možné zhrnúť do nasledujúceho pravidla: reaktivita pyridínu ako aromatickej zlúčeniny zhruba zodpovedá reaktivite nitrobenzénu.

Aplikácia. Používajú sa pri syntéze farbív, liečivých látok, insekticídov, v analytickej chémii ako rozpúšťadlo pre mnohé organické a niektoré anorganické látky, na denaturáciu alkoholu.

Zabezpečenie. Pyridín je toxický, ovplyvňuje nervový systém a pokožku.

57. Biologická úloha. Kyselina nikotínová je pyridínový derivát. Absorbuje sa v žalúdku a dvanástniku a potom prechádza amináciou, výsledkom je nikotinoamid, ktorý v tele v kombinácii s proteínmi tvorí viac ako 80 enzýmov. Toto je hlavná fyziologická úloha vitamínu B5. Kyselina nikotínová je teda súčasťou takých dôležitých redoxných enzýmov, ako je dehydrogenéza, ktoré katalyzujú odstraňovanie vodíka z oxidovaných organických látok. Takto odstránený vodík je týmito enzýmami prevedený na redoxné enzýmy, medzi ktoré patrí riboflavín. Okrem toho sa v tele cicavcov z nikotínamidu (niacínu) a kyseliny nikotínovej tvoria pyridínové nukleotidy, ktoré slúžia ako koenzýmy NAD a NADP. Nedostatok týchto prekurzorov u zvierat spôsobuje pelagra, ochorenie prejavujúce sa príznakmi kože, gastrointestinálneho traktu a nervového systému (dermatitída, hnačka, demencia). Ako koenzýmy NAD a NADP sú prekurzory kyseliny nikotínovej zapojené do mnohých redoxných reakcií katalyzovaných dehydrogenázami. Biologický účinok niacínu sa prejavuje vo forme stimulácie sekrečnej funkcie žalúdka a tráviacich žliaz (v jeho prítomnosti sa zvyšuje koncentrácia voľnej kyseliny chlorovodíkovej v žalúdku). Pod vplyvom vitamínu B5 dochádza k zvýšeniu biosyntézy glykogénu a zníženiu hyperglykémie, zvýšeniu detoxikačnej funkcie pečene, rozšíreniu ciev, zlepšeniu mikrocirkulácie krvi.

Existuje vzťah medzi kyselinou nikotínovou a aminokyselinami obsahujúcimi síru. Zvýšené vylučovanie metylnikotínamidu v moči pri nedostatku bielkovín je normalizované zahrnutím aminokyselín obsahujúcich síru do stravy. Súčasne sa normalizuje aj obsah fosfopyrinukleotidov v pečeni.

58. Pyrimidín (C4N2H4 Pyrimidín, 1,3- alebo m-diazín, miazín) je heterocyklická zlúčenina s planárnou molekulou, najjednoduchším zástupcom 1,3-diazínov.

Fyzikálne vlastnosti. Pyrimidín sú bezfarebné kryštály s charakteristickým zápachom.

Chemické vlastnosti. Molekulová hmotnosť pyrimidínu je 80,09 g / mol. Pyrimidín vykazuje vlastnosti slabej dvojkyslej zásady, pretože atómy dusíka sa môžu pripojiť k protónom prostredníctvom väzby donor-akceptor, čím získajú kladný náboj. Reaktivita v reakciách elektrofilnej substitúcie v pyrimidíne je znížená v dôsledku zníženia hustoty elektrónov v polohách 2,4,6 spôsobených prítomnosťou dvoch atómov dusíka v kruhu. Substitúcia je možná len za prítomnosti substituentov darujúcich elektróny a je zameraná do najmenej deaktivovanej polohy 5. Pyrimidín je však naopak aktívny voči nukleofilným činidlám, ktoré napádajú 2, 4 a 6 atómov uhlíka v kruhu.

Príjem. Pyrimidín sa získava redukciou halogénovaných pyrimidínových derivátov. Alebo z 2,4,6-trichlórpyrimidínu, získaného reakciou kyseliny barbiturovej s chloroxidom fosforečným.

Deriváty pyrimidínuširoko rozšírené v divočine, kde sú zapojené do mnohých dôležitých biologických procesov. Najmä deriváty ako cytozín, tymín, uracil sú súčasťou nukleotidov, ktoré sú štruktúrnymi jednotkami nukleových kyselín, pyrimidínové jadro je súčasťou niektorých vitamínov B, najmä B1, koenzýmov a antibiotík.

59. Purín (C5N4H4, purín)- heterocyklická zlúčenina, najjednoduchší zástupca imidazopyrimidínov.

Purínové deriváty hrajú dôležitú úlohu v chémii prírodných zlúčenín (purínové základy DNA a RNA; koenzým NAD; alkaloidy, kofeín, teofylín a teobromín; toxíny, saxitoxín a príbuzné zlúčeniny; kyselina močová), a teda aj vo farmaceutikách.

Adenin- dusíkatá zásada, aminoderivát purínu (6-aminopurín). Vytvára dve vodíkové väzby s uracilom a tymínom (komplementarita).

Fyzikálne vlastnosti. Adenín je bezfarebný kryštál, ktorý sa topí pri teplote 360–365 C. Má charakteristické absorpčné maximum (λmax) pri 266 mmq (pH 7) s koeficientom molárnej extinkcie (εmax) 13500.

Chemický vzorec C5H5N5, molekulová hmotnosť 135,14 g / mol. Adenín vykazuje základné vlastnosti (pKa1 = 4,15; pKa2 = 9,8). Pri interakcii s kyselinou dusičnou adenín stráca svoju aminoskupinu a mení sa na hypoxantín (6-hydroxypurín). Vo vodných roztokoch kryštalizuje na kryštalický hydrát s tromi molekulami vody.

Rozpustnosť. Dobre rozpustíme vo vode, obzvlášť horúcej, s klesajúcou teplotou vody sa rozpustnosť adenínu v nej znižuje. Je zle rozpustný v alkohole, chloroforme, éteri a tiež v kyselinách a zásadách - nerozpustný.

Prevalencia a význam v prírode. Adenín je súčasťou mnohých životne dôležitých zlúčenín, ako sú: adenozín, adenozínfosfatázy, adenozínfosforečné kyseliny, nukleové kyseliny, adenínové nukleotidy atď. Vo forme týchto zlúčenín je adenín v prírode rozšírený.

Guanine-dusíkatá báza, aminoderivát purínu (6-hydroxy-2-aminopurín), je neoddeliteľnou súčasťou nukleových kyselín. V DNA počas replikácie a transkripcie tvorí tri vodíkové väzby s cytozínom (komplementarita). Najprv izolovaný z guána.

Fyzikálne vlastnosti. Bezfarebný amorfný kryštalický prášok. Teplota topenia 365 ° C Roztok guanínu v HCl fluoreskuje. V zásaditých a kyslých médiách má dve absorpčné maximá (λmax) v ultrafialovom spektre: pri 275 a 248 mK (pH 2) a 246 a 273 mK (pH 11).

Chemické vlastnosti. Chemický vzorec - C5H5N5O, molekulová hmotnosť - 151,15 g / mol. Ukazuje základné vlastnosti, pKa1 = 3,3; pKa2 = 9,2; pKa3 = 12,3. Reaguje s kyselinami a zásadami za vzniku solí.

Rozpustnosť. Dobre rozpustný v kyselinách a zásadách, slabo rozpustný v éteri, alkohole, amoniaku a neutrálnych roztokoch, nerozpustný vo vode .

Kvalitatívne reakcie. Na stanovenie guanínu sa vyzráža kyselinou metafosforečnou a pikrovou, kyselinou diazosulfónovou v roztoku Na2CO3 získa červenú farbu.

Distribúcia v povahe a význame.Časť nukleových kyselín.

60. Nukleozidy Sú glykosylamíny obsahujúce dusíkatú bázu viazanú na cukor (ribózu alebo deoxyribózu).

Nukleozidy môžu byť fosforylované bunkovými kinázami na primárnej alkoholovej skupine cukru a vytvoria sa zodpovedajúce nukleotidy.

Nukleotidy- estery fosforečných nukleozidov, nukleozidfosfáty. Voľné nukleotidy, najmä ATP, cAMP, ADP, hrajú dôležitú úlohu v energetických a informačných intracelulárnych procesoch a sú tiež súčasťou nukleových kyselín a mnohých koenzýmov.

Nukleotidy sú estery nukleozidov a kyselín fosforečných. Nukleozidy sú zasa N-glykozidy obsahujúce heterocyklickú skupinu viazanú cez atóm dusíka na atóm C-1 cukrového zvyšku.

Štruktúra nukleotidov. V prírode sú najbežnejšími nukleotidmi β-N-glykozidy purínov alebo pyrimidínov a pentózy-D-ribóza alebo D-2-ribóza. V závislosti od štruktúry pentózy sa rozlišujú ribonukleotidy a deoxyribonukleotidy, ktoré sú monomérmi molekúl komplexných biologických polymérov (polynukleotidov) - RNA alebo DNA.

Fosfátový zvyšok v nukleotidoch obvykle tvorí esterovú väzbu s 2 " -, 3" -alebo 5 "-hydroxylovými skupinami ribonukleozidov, v prípade 2" -deoxynukleozidov sú 3 " -alebo 5" -hydroxylové skupiny esterifikované.

Zlúčeniny pozostávajúce z dvoch molekúl nukleotidov sa nazývajú dinukleotidy, z troch - trinukleotidy, z malého počtu - oligonukleotidy a z mnohých - polynukleotidy alebo nukleové kyseliny.

Názvy nukleotidov sú skratky vo forme štandardných troj- alebo štvorpísmenových kódov.

Ak skratka začína malým písmenom „d“ (angl. D), znamená to deoxyribonukleotid; neprítomnosť písmena „d“ znamená ribonukleotid. Ak skratka začína malým písmenom „c“ (angl. C), potom hovoríme o cyklickej forme nukleotidu (napríklad cAMP).

Prvé veľké písmeno skratky označuje konkrétnu dusíkatú bázu alebo skupinu možných nukleových báz, druhé písmeno označuje počet zvyškov kyseliny fosforečnej v štruktúre (M - mono-, D - di-, T - tri-), a tretie veľké písmeno je vždy písmeno F („-Fosfát“; anglicky P).

Latinské a ruské kódy pre nukleové bázy:

A - A: adenín; G - G: guanín; C - C: cytozín; T - T: tymín (5 -metyluracil), ktorý sa nevyskytuje v RNA, v DNA nahrádza uracil; U - U: Uracil, ktorý sa nenachádza v DNA, v RNA nahrádza tymín.

Najväčšou udalosťou vo vývoji organickej chémie bolo vytvorenie v roku 1961 veľkým ruským vedcom A.M. Butlerova z teórie chemickej štruktúry organických zlúčenín.

Pred A.M. Butlerov, bolo považované za nemožné poznať štruktúru molekuly, to znamená poradie chemickej väzby medzi atómami. Mnoho vedcov dokonca popieralo realitu atómov a molekúl.

A.M. Butlerov tento názor vyvrátil. Vychádzal zo správnych materialistických a filozofických predstáv o realite existencie atómov a molekúl, o možnosti poznania chemickej väzby atómov v molekule. Ukázal, že štruktúru molekuly je možné stanoviť empiricky štúdiom chemických transformácií látky. Naopak, pri znalosti štruktúry molekuly môžete odvodiť chemické vlastnosti zlúčeniny.

Teória chemickej štruktúry vysvetľuje rôzne organické zlúčeniny. Je to spôsobené schopnosťou štvormocného uhlíka vytvárať uhlíkové reťazce a kruhy, kombinovať sa s atómami iných prvkov a prítomnosťou izomerizmu v chemickej štruktúre organických zlúčenín. Táto teória položila vedecké základy organickej chémie a vysvetlila jej najdôležitejšie zákony. Základné princípy jeho teórie A.M. Butlerov predstavil v správe „O teórii chemickej štruktúry“.

Hlavné ustanovenia teórie štruktúry sú tieto:

1) v molekulách sú atómy navzájom spojené v určitej sekvencii v súlade s ich valenciou. Poradie, v ktorom sú atómy viazané, sa nazýva chemická štruktúra;

2) vlastnosti látky závisia nielen od toho, ktoré atómy a v akom množstve sú zahrnuté v zložení jej molekuly, ale aj od poradia, v ktorom sú navzájom spojené, tj. Od chemickej štruktúry molekuly ;

3) atómy alebo skupiny atómov, ktoré tvoria molekulu, sa navzájom ovplyvňujú.

V teórii chemickej štruktúry sa veľká pozornosť venuje vzájomnému vplyvu atómov a skupín atómov v molekule.

Chemické vzorce, ktoré zobrazujú poradie spájania atómov v molekulách, sa nazývajú štruktúrne vzorce alebo štruktúrne vzorce.

Hodnota teórie chemickej štruktúry A.M. Butlerova:

1) je najdôležitejšou súčasťou teoretického základu organickej chémie;

2) z hľadiska významnosti je možné ho porovnať s periodickou tabuľkou prvkov D.I. Mendeleev;

3) umožnilo systematizovať obrovské množstvo praktického materiálu;

4) umožnil vopred predpovedať existenciu nových látok a tiež naznačiť spôsoby ich výroby.

Teória chemickej štruktúry slúži ako vodiaci základ vo všetkých výskumoch organickej chémie.

5. Izomerizmus. Elektronická štruktúra atómov prvkov malých období.

Vlastnosti organických látok závisia nielen od ich zloženia, ale aj od poradia, v ktorom sú atómy v molekule spojené.

Izoméry sú látky, ktoré majú rovnaké zloženie a rovnakú molárnu hmotnosť, ale majú odlišnú molekulárnu štruktúru, a preto majú rôzne vlastnosti.

Vedecký význam teórie chemickej štruktúry:

1) prehlbuje porozumenie látke;

2) označuje cestu k poznaniu vnútorná štruktúra molekuly;

3) umožňuje porozumieť faktom nahromadeným v chémii; predpovedať existenciu nových látok a nájsť spôsoby ich syntézy.

Tým všetkým teória výrazne prispela k ďalšiemu rozvoju organickej chémie a chemického priemyslu.

Nemecký vedec A. Kekule vyjadril myšlienku vzájomnej kombinácie atómov uhlíka v reťazci.

Doktrína elektronickej štruktúry atómov.

Vlastnosti doktríny elektronickej štruktúry atómov: 1) umožnili porozumieť povahe chemickej väzby atómov; 2) zistite podstatu vzájomného vplyvu atómov.

Stav elektrónov v atómoch a štruktúra elektrónových obalov.

Elektrónové oblaky sú oblasti s najvyššou pravdepodobnosťou prítomnosti elektrónu, ktoré sa líšia svojim tvarom, veľkosťou a smerovosťou v priestore.

V atóme vodík jeden elektrón vo svojom pohybe tvorí negatívne nabitý oblak sférického (sférického) tvaru.

S-elektróny sú elektróny tvoriace sférický oblak.

Atóm vodíka má jeden s-elektrón.

V atóme hélium- dva s-elektróny.

Vlastnosti atómu hélia: 1) oblaky rovnakého sférického tvaru; 2) najvyššia hustota je rovnako vzdialená od jadra; 3) elektronické oblaky sú kombinované; 4) tvoria spoločný dvojelektrónový oblak.

Vlastnosti atómu lítia: 1) má dve elektronické vrstvy; 2) má sférický oblak, ale je oveľa väčší ako vnútorný dvojelektrónový oblak; 3) elektrón druhej vrstvy je menej priťahovaný k jadru ako prvé dve; 4) ľahko zachytiteľné inými atómami pri redoxných reakciách; 5) má s-elektrón.

Vlastnosti atómu berýlia: 1) štvrtý elektrón - s -elektrón; 2) sférický oblak je kombinovaný s oblakom tretieho elektrónu; 3) vo vnútornej vrstve sú dva párované s-elektróny a vo vonkajšej sú dva párované s-elektróny.

Čím viac sa elektrónové mraky prekrývajú, keď sa atómy kombinujú, tým viac energie sa uvoľní a tým je silnejšia chemická väzba.

Základ pre vytvorenie teórie o chemickej štruktúre organických zlúčenín A.M. Butlerovs slúžil atómovo-molekulárnej doktríne (diela A. Avagadra a S. Cannizzara). Bolo by nesprávne predpokladať, že pred jeho vznikom nebolo vo svete nič známe o organických látkach a že sa neuskutočnili žiadne pokusy o podloženie štruktúry organických zlúčenín. Do roku 1861 (rok, v ktorom Butlerov vytvoril teóriu chemickej štruktúry organických zlúčenín) dosiahol počet známych organických zlúčenín státisíce a organická chémia bola vyčlenená ako nezávislá veda už v roku 1807 (J. Berzelius).

Predpoklady teórie štruktúry organických zlúčenín

Rozsiahla štúdia organických zlúčenín sa začala v 18. storočí prácami A. Lavoisiera, ktorý ukázal, že látky získané zo živých organizmov pozostávajú z niekoľkých prvkov - uhlíka, vodíka, kyslíka, dusíka, síry a fosforu. Zavádzanie pojmov „radikál“ a „izomerizmus“, ako aj formovanie teórie radikálov (L. Guiton de Morveau, A. Lavoisier, J. Liebig, J. Dumas, J. Berzelius), pokrok v syntéza organických zlúčenín (močovina, anilín, kyselina octová, tuky, látky podobné cukru atď.).

Pojem „chemická štruktúra“, ako aj základy klasickej teórie chemickej štruktúry, prvýkrát publikoval A.M. Butlerov 19. septembra 1861 vo svojej správe na zjazde nemeckých prírodovedcov a lekárov v Speyeri.

Hlavné ustanovenia teórie štruktúry organických zlúčenín A.M. Butlerova

1. Atómy, ktoré tvoria molekulu organickej hmoty, sú navzájom spojené v určitom poradí a jedna alebo viac valencií z každého atómu sa spotrebuje na vzájomnú väzbu. Neexistujú žiadne bezplatné valencie.

Butlerov nazval postupnosť spájania atómov „chemickou štruktúrou“. Väzby medzi atómami sú graficky označené čiarkou alebo bodkou (obr. 1).

Ryža. 1. Chemická štruktúra molekuly metánu: A - štruktúrny vzorec, B - elektronický vzorec

2. Vlastnosti organických zlúčenín závisia od chemickej štruktúry molekúl, t.j. vlastnosti organických zlúčenín závisia od poradia, v ktorom sú atómy v molekule spojené. Po preštudovaní vlastností môžete látku zobraziť.

Zoberme si príklad: látka má hrubý vzorec C 2 H 6 O. Je známe, že keď táto látka interaguje so sodíkom, uvoľňuje sa vodík a keď na ňu pôsobí kyselina, vzniká voda.

C 2 H 6 O + Na = C 2 H 5 ONa + H2

C 2 H 6 O + HCl = C 2 H 5 Cl + H 2 O

Táto látka môže zodpovedať dvom štruktúrnym vzorcom:

CH3-0 -CH3 -acetón (dimetylketón) a CH3 -CH2 -OH -etylalkohol (etanol),

na základe chemických vlastností charakteristických pre túto látku usudzujeme, že ide o etanol.

Izoméry sú látky s rovnakým kvalitatívnym a kvantitatívnym zložením, ale rôznymi chemickými štruktúrami. Existuje niekoľko typov izomerizmu: štruktúrny (lineárny, rozvetvený, uhlíkový skelet), geometrický (cis a trans izomerizmus, charakteristický pre zlúčeniny s viacnásobnými dvojitými väzbami (obr. 2)), optický (zrkadlový obraz), stereo (priestorový, charakteristický pre látky, schopné rôzneho umiestnenia v priestore (obr. 3)).

Ryža. 2. Príklad geometrickej izomérie

3. Chemické vlastnosti organických zlúčenín sú ovplyvnené aj inými atómami prítomnými v molekule. Takéto skupiny atómov sa nazývajú funkčné skupiny, pretože ich prítomnosť v molekule látky mu dáva špeciálne chemické vlastnosti. Napríklad: -OH (hydroxo skupina), -SH (tio skupina), -CO (karbonylová skupina), -COOH (karboxylová skupina). Chemické vlastnosti organických látok sú navyše menej závislé od uhľovodíkového skeletu ako od funkčnej skupiny. Ide o funkčné skupiny, ktoré poskytujú rôzne organické zlúčeniny, podľa ktorých sú klasifikované (alkoholy, aldehydy, karboxylové kyseliny atď. Funkčné skupiny niekedy obsahujú väzby uhlík-uhlík (viacnásobné dvojité a trojité). Funkčné skupiny, potom sa nazýva homopolyfunkčný (CH2 (OH) -CH (OH) -CH2 (OH) -glycerín), ak je niekoľko, ale odlišný -heteropolyfunkčný (NH2 -CH (R) -COOH -aminokyseliny).

Obr. Príklad stereoizomérie: a - cyklohexán, tvar „kresla“, b - cyklohexán, tvar „do kúpeľa“

4. Valencia uhlíka v organických zlúčeninách je vždy štyri.

Na prípravu jedla, farbív, oblečenia, liekov sa ľudia už dávno naučili používať rôzne látky. Postupom času sa nahromadilo dostatočné množstvo informácií o vlastnostiach určitých látok, čo umožnilo zlepšiť metódy ich výroby, spracovania atď. A ukázalo sa, že mnohé minerálne (anorganické látky) je možné získať priamo.

Niektoré látky používané človekom však nesyntetizoval, pretože boli získané zo živých organizmov alebo rastlín. Tieto látky sa nazývali organické. Organické látky nebolo možné syntetizovať v laboratóriu. Na začiatku devätnásteho storočia sa aktívne rozvíjala doktrína ako vitalizmus (vita - život), podľa ktorej organické látky vznikajú len vďaka „vitálnej sile“ a nie je možné ich „umelo“ vytvárať.

Ale ako čas plynul a veda sa vyvíjala, objavili sa nové skutočnosti o organických látkach, ktoré boli v rozpore s existujúcou teóriou vitalistov.

V roku 1824 nemecký vedec F. Wöhler prvýkrát v histórii chemickej vedy syntetizoval kyselinu šťaveľovú – organické látky z anorganických látok (kyanogén a voda):

(CN) 2 + 4H20 - COOH - COOH + 2NH3

V roku 1828 Wöller zahrial kyanid sodný so síranom amónnym a syntetizoval močovinu - odpadový produkt živočíšnych organizmov:

NaOCN + (NH4) 2S04 → NH40CN → NH20CNH2

Tieto objavy hrali dôležitú úlohu vo vývoji vedy vo všeobecnosti a chémie obzvlášť. Vedci-chemici sa začali postupne vzďaľovať od vitalistickej doktríny a princíp delenia látok na organické a anorganické odhalil jeho rozporuplnosť.

Aktuálne látky stále rozdelené na organické a anorganické, ale kritérium oddelenia je už mierne odlišné.

Látky sa nazývajú organické obsahujúce vo svojom zložení uhlík, nazývajú sa tiež uhlíkové zlúčeniny. Existuje asi 3 milióny takýchto zlúčenín, zatiaľ čo ostatné zlúčeniny sú asi 300 tisíc.

Látky, ktoré neobsahujú uhlík, sa nazývajú anorganické a. Existujú však výnimky zo všeobecnej klasifikácie: existuje množstvo zlúčenín, ktoré obsahujú uhlík, ale patria k anorganickým látkam (oxid uhoľnatý a oxid uhličitý, sírouhlík, kyselina uhličitá a jej soli). Všetky sú svojim zložením a vlastnosťami podobné anorganickým zlúčeninám.

V priebehu štúdia organických látok vyvstali nové problémy: na základe teórií o anorganických látkach nie je možné odhaliť zákonitosti štruktúry organických zlúčenín, vysvetliť valenciu uhlíka. Uhlík v rôznych zlúčeninách mal rôzne valencie.

V roku 1861 ruský vedec A.M. Butlerov prvýkrát získal cukrovú látku syntézou.

Pri štúdiu uhľovodíkov, A.M. Butlerov si uvedomili, že sú veľmi špeciálna trieda chemické látky... Vedec analyzoval ich štruktúru a vlastnosti a identifikoval niekoľko vzorcov. Vytvorili základ pre teória chemickej štruktúry.

1. Molekula akejkoľvek organickej látky nie je neusporiadaná; atómy v molekulách sú navzájom spojené v určitej sekvencii podľa svojich valencií. Uhlík v organických zlúčeninách je vždy štvormocný.

2. Sekvencia medziatomových väzieb v molekule sa nazýva jej chemická štruktúra a odráža ju jeden štruktúrny vzorec (štruktúrny vzorec).

3. Chemickú štruktúru je možné určiť chemickými metódami. (V súčasnosti sa používajú aj moderné fyzikálne metódy).

4. Vlastnosti látok závisia nielen od zloženia molekúl látky, ale aj od ich chemickej štruktúry (postupnosť spájania atómov prvkov).

5. Podľa vlastností danej látky môžete určiť štruktúru jej molekuly a štruktúru molekuly – predvídať vlastnosti.

6. Atómy a skupiny atómov v molekule majú na seba vzájomný vplyv.

Táto teória sa stala vedeckým základom organickej chémie a urýchlila jej vývoj. Na základe teórie A.M. Butlerov tento jav popísal a vysvetlil izomerizmus, predpovedal existenciu rôznych izomérov a niektoré z nich získal prvýkrát.

Zvážte chemickú štruktúru etánu – C 2 H 6. Po označení valencie prvkov pomlčkami zobrazíme molekulu etánu v poradí spájania atómov, to znamená, že napíšeme jej štruktúrny vzorec. Podľa teórie A.M. Butlerov, bude to vyzerať takto:

Atómy vodíka a uhlíka sú spojené do jednej častice, valencia vodíka je jedna a uhlík – štyri. Dva atómy uhlíka sú spojené uhlíkovou väzbou – uhlík (C. – S). Schopnosť uhlíka vytvárať C. – C-väzba je zrozumiteľná na základe chemických vlastností uhlíka. Na vonkajšej vrstve elektrónov má atóm uhlíka štyri elektróny, schopnosť darovať elektróny je rovnaká ako pripojenie chýbajúcich. Uhlík preto najčastejšie tvorí zlúčeniny s kovalentnou väzbou, to znamená v dôsledku tvorby elektrónových párov s inými atómami vrátane atómov uhlíka navzájom.

To je jeden z dôvodov rozmanitosti organických zlúčenín.

Zlúčeniny, ktoré majú rovnaké zloženie, ale rôzne štruktúry, sa nazývajú izoméry. Fenomén izomerizmu – jeden z dôvodov rozmanitosti organických zlúčenín

Stále máte otázky? Chcete sa dozvedieť viac o teórii štruktúry organických zlúčenín?
Ak chcete získať pomoc od tútora -.
Prvá lekcia je bezplatná!

blog. stránky, s úplným alebo čiastočným kopírovaním materiálu, je potrebný odkaz na zdroj.