Butlerov Alexander Michajlovič. Rozvoj teórie chemickej štruktúry organických zlúčenín. Teória chemickej štruktúry organických zlúčenín A.M. Butlerov
1. Základné princípy teórie chemickej štruktúry A.M. Butlerov
1. Atómy v molekulách sú navzájom spojené v určitom poradí podľa ich valencie. Postupnosť medziatómových väzieb v molekule sa nazýva jej chemická štruktúra a odráža sa v jednom štruktúrnom vzorci (štruktúrny vzorec).
2. Chemickú štruktúru možno určiť pomocou chemických metód. (V súčasnosti sa používajú aj moderné fyzikálne metódy).
3. Vlastnosti látok závisia od ich chemickej štruktúry.
4. Na základe vlastností danej látky sa dá určiť štruktúra jej molekuly a na základe štruktúry molekuly sa dajú predpovedať vlastnosti.
5. Atómy a skupiny atómov v molekule sa vzájomne ovplyvňujú.
Molekula organickej zlúčeniny je súbor atómov spojených v určitom poradí, zvyčajne kovalentnými väzbami. V tomto prípade sa viazané atómy môžu líšiť v elektronegativite. Hodnoty elektronegativity do značnej miery určujú také dôležité charakteristiky väzby, ako je polarita a sila (energia tvorby). Na druhej strane, polarita a sila väzieb v molekule do značnej miery určuje schopnosť molekuly vstúpiť do určitých chemických reakcií.
Elektronegativita atómu uhlíka závisí od jeho hybridizačného stavu. Je to spôsobené zlomkom orbitálu s v hybridnom orbitále: je to menej pre sp3 a viac pre sp2 a sp hybridné atómy.
Všetky atómy, ktoré tvoria molekulu, sú vzájomne prepojené a vzájomne sa ovplyvňujú. Tento vplyv sa prenáša najmä systémom kovalentných väzieb, využívajúc takzvané elektronické efekty.
Elektronické efekty sa nazývajú posuny v hustote elektrónov v molekule pod vplyvom substituentov.
Atómy spojené polárnou väzbou nesú čiastkové náboje, označované gréckym písmenom delta (d). Atóm, ktorý „ťahá“ elektrónovú hustotu s-väzby vo svojom smere, získava záporný náboj d-. Keď uvažujeme o páre atómov spojených kovalentnou väzbou, elektronegatívny atóm sa nazýva akceptor elektrónov. Jeho s-väzbový partner bude mať teda deficit elektrónovej hustoty rovnakej veľkosti, t.j. čiastočný kladný náboj d+ sa bude nazývať donor elektrónu.
Posun elektrónovej hustoty pozdĺž reťazca s-väzieb sa nazýva indukčný efekt a označuje sa I.
2. izomerizmus- existencia zlúčenín (hlavne organických), identických v elementárnom zložení a molekulovej hmotnosti, ale rozdielnych vo fyzikálnych a chemických vlastnostiach. Takéto zlúčeniny sa nazývajú izoméry.
Štrukturálna izoméria- výsledok rozdielov v chemickej štruktúre. Tento typ zahŕňa:
Izoméria uhlíkového skeletu v dôsledku odlišného poradia viazania atómov uhlíka. Najjednoduchším príkladom je bután CH3-CH2-CH2-CH3 a izobután (CH3)3CH. Ďalšie príklady: antracén a fenantrén (vzorce I a II), cyklobután a metylcyklopropán (III a IV).
Valenčná izoméria je špeciálnym typom štrukturálnej izomérie, v ktorej sa izoméry môžu navzájom premieňať iba prostredníctvom prerozdelenia väzieb. Napríklad valenčné izoméry benzénu (V) sú bicyklohexa-2,5-dién (VI, „Dewarov benzén“), prisman (VII, „Ladenburg benzén“) a benzvalén (VIII).
Izoméria funkčnej skupiny – Líši sa povahou funkčnej skupiny; napríklad etanol (CH3-CH2-OH) a dimetyléter (CH3-0-CH3).
Pozičná izoméria- Typ štruktúrnej izomérie, vyznačujúci sa 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 - látky charakterizované opačným znamienkom a rovnakou veľkosťou rotácií roviny polarizácie svetla s identitou všetkých ostatných fyzikálnych a chemických vlastností (okrem reakcií s inými opticky aktívnymi látky a fyzikálne vlastnosti v chirálnom prostredí). Nevyhnutným a dostatočným dôvodom pre vznik optických antipódov je, že molekula patrí do jednej z nasledujúcich skupín bodovej symetrie: Cn, Dn, T, O alebo I (chiralita). Najčastejšie hovoríme o asymetrickom atóme uhlíka, teda o atóme napojenom na štyri rôzne substituenty.
3. sp³-hybridizácia - Vyskytuje sa pri zmiešaní jedného s a troch p orbitálov. Objavujú sa štyri identické orbitály, umiestnené voči sebe navzájom v tetraedrických uhloch 109° 28' (109,47°), dĺžka 0,154 nm.
Pre atóm uhlíka a ďalšie prvky 2. periódy prebieha tento proces podľa nasledujúcej schémy:
2s + 2px + 2py + 2pz = 4 (2sp3)
Alkány(nasýtené uhľovodíky, parafíny, alifatické zlúčeniny) - acyklické uhľovodíky lineárnej alebo rozvetvenej štruktúry, 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:
S-S a S-N. C-C väzba je kovalentná nepolárna. C-H väzba je kovalentná, slabo polárna, pretože uhlík a vodík sú si blízke v elektronegativite
P-orbitál, ktorý sa nezúčastňuje hybridizácie, je umiestnený kolmo na rovinu σ väzby, sa používa na vytvorenie π väzieb s inými atómami. Táto uhlíková geometria je charakteristická pre grafit, fenol atď.
Uhol väzby- uhol, ktorý zvierajú smery chemických väzieb vychádzajúcich z jedného atómu. Znalosť väzbových uhlov je potrebná na určenie geometrie molekúl. Väzbové uhly závisia tak od individuálnych charakteristík pripojených atómov, ako aj od hybridizácie atómových orbitálov centrálneho atómu. Pre jednoduché molekuly možno väzbový uhol, podobne ako iné geometrické parametre molekuly, vypočítať pomocou metód kvantovej chémie. Stanovujú sa experimentálne z hodnôt momentov zotrvačnosti molekúl získaných analýzou ich rotačných spektier (pozri Infračervená spektroskopia, Molekulové spektrá, Mikrovlnná spektroskopia). Väzbový uhol komplexných molekúl je určený metódami difrakčnej štruktúrnej analýzy.
4. sp2-hybridizácia (planárno-trigonálna) Jeden s a dva orbitály p sa zmiešajú, aby vytvorili tri ekvivalentné hybridné orbitály sp2 umiestnené v rovnakej rovine pod uhlom 120° (zvýraznené modrou farbou). Môžu tvoriť tri väzby σ. Tretí p-orbitál zostáva nehybridizovaný a je orientovaný kolmo na rovinu umiestnenia hybridných orbitálov. Tento p-AO sa podieľa na tvorbe π väzby . Pre prvky 2. periódy prebieha proces hybridizácie sp2 podľa nasledujúcej 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 zostávajú štvormocné
5. sp-hybridizácia (lineárna) Jeden orbitál s a jeden p sa zmiešajú, aby vytvorili dva rovnaké orbitály sp umiestnené pod uhlom 180, t.j. na jednej osi. Hybridné sp orbitály sa podieľajú na tvorbe dvoch väzieb σ. Dva p-orbitály nie sú hybridizované a sú umiestnené vo vzájomne kolmých rovinách. -Orbitály tvoria v zlúčeninách dve π väzby.
Pre prvky 2. periódy nastáva sp-hybridizácia podľa nasledujúcej 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 jednou alebo dvoma väzbami, max. ktorých hustoty sú umiestnené v dvoch vzájomne kolmých oblastiach, tvoriacich valcovitý tvar. oblak elektrónovej hustoty; mimo nej sú atómy H.
METYLACETYLÉN(propín, alylén) CH3C=CH. Podľa chémie Holy M. je typickým predstaviteľom acetylénových uhľovodíkov. Ľahko vstupuje do elektrof., nukleof. a radikálová adícia napríklad na trojitú väzbu. pri interakcii s metanolom tvorí metylizopropenyléter.
6. Typy komunikácie - Kovová väzba, kovalentná väzba, iónová väzba, vodíková väzba
Iónová väzba- silná chemická väzba vytvorená medzi atómami s veľkým rozdielom v elektronegativite, pri ktorej sa zdieľaný elektrónový pár úplne prenesie na atóm s vyššou elektronegativitou. Príkladom je zlúčenina CsF, v ktorej je „stupeň ionicity“ 97 %.
extrémny prípad polarizácie polárnej kovalentnej väzby. Vytvorené medzi typickým kovom a nekovom. V tomto prípade sa elektróny z kovu úplne prenesú na nekov. Vznikajú ióny.
Ak sa vytvorí chemická väzba medzi atómami, ktoré majú veľmi veľký rozdiel v elektronegativite (EO > 1,7 podľa Paulinga), potom sa spoločný elektrónový pár úplne prenesie na atóm s vyšším EO. Výsledkom je vytvorenie zlúčeniny opačne nabitých iónov.
Kovalentná väzba(atómová väzba, homeopolárna väzba) - chemická väzba, ktorá vzniká prekrytím (zdieľaním) dvojice valenčných elektrónových oblakov. Elektrónové oblaky (elektróny), ktoré zabezpečujú komunikáciu, sa nazývajú spoločný elektrónový pár.
Jednoduchá kovalentná väzba je vytvorená z dvoch nepárových valenčných elektrónov, jeden z každého atómu:
V dôsledku socializácie tvoria elektróny naplnenú energetickú hladinu. Väzba sa vytvorí, ak ich celková energia na tejto úrovni je menšia ako v počiatočnom stave (a rozdiel v energii nebude nič iné ako energia väzby).
Vyplnenie atómových (na okrajoch) a molekulových (v strede) orbitálov v molekule H2 elektrónmi. Vertikálna os zodpovedá energetickej hladine, elektróny sú označené šípkami odrážajúcimi ich spiny.
Podľa teórie molekulových orbitálov vedie prekrytie dvoch atómových orbitálov v najjednoduchšom prípade k vytvoreniu dvoch molekulových orbitálov (MO): väzbového MO a antiväzbového (antiväzbového) MO. Zdieľané elektróny sú umiestnené na nižšej energetickej väzbe MO.
7. Alkány- 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 maximálny možný počet atómov vodíka. Každý atóm uhlíka v molekulách alkánu je v stave sp³-hybridizácie - všetky 4 hybridné orbitály atómu C majú rovnaký tvar a energiu, 4 elektrónové oblaky sú nasmerované k vrcholom štvorstenu pod uhlom 109°28". na jednoduché väzby medzi atómami C, voľná rotácia okolo uhlíkovej väzby Typ uhlíkovej väzby je σ-väzba, väzby sú nízkopolárne a zle polarizovateľné Dĺžka uhlíkovej väzby je 0,154 nm.
Izoméria nasýtených uhľovodíkov je spôsobená najjednoduchším typom štruktúrnej izomérie - izoméria uhlíkového skeletu. Homológne rozdiel - -CH2-. Alkány s viac ako tromi atómami uhlíka majú izoméry. Počet týchto izomérov sa zvyšuje obrovskou rýchlosťou so zvyšujúcim sa počtom 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. Jeden z atómov uhlíkového reťazca je vybraný, považuje sa za substituovaný metánom a je na ňom založený názov alkyl1alkyl2alkyl3alkyl4metán
Potvrdenie. Redukcia halogénovaných alkánov. Zníženie alkoholu. Redukcia karbonylových zlúčenín. Hydrogenácia nenasýtených uhľovodíkov. Kolbeho syntéza. Splyňovanie tuhého paliva. Wurtzova reakcia. Fischer-Tropschova syntéza.
8. Alkány majú nízku chemickú aktivitu. To je vysvetlené skutočnosťou, že jednoduché väzby C-H a C-C sú relatívne silné a ťažko sa rozbijú.
Radikálne substitučné reakcie.
Halogenácia alkánov prebieha radikálnym mechanizmom. Na spustenie reakcie sa musí zmes alkánu a halogénu ožiariť UV svetlom alebo zahriať. Chlorácia metánu nekončí v štádiu získavania metylchloridu (ak sa odoberú ekvimolárne množstvá chlóru a metánu), ale vedie k tvorbe všetkých možných substitučných produktov, od metylchloridu až po tetrachlórmetán.
Nitrácia (Konovalovova reakcia)
Alkány reagujú s 10% roztokom kyseliny dusičnej alebo oxidu dusíka N2O4 v plynnej fáze za vzniku nitroderivátov:
RH + HNO3 = RNO2 + H20
Všetky dostupné údaje poukazujú na mechanizmus voľných radikálov. V dôsledku reakcie vznikajú zmesi produktov.
Oxidačné reakcie. Spaľovanie
Hlavnou chemickou vlastnosťou nasýtených uhľovodíkov, ktorá určuje ich použitie ako paliva, je spaľovacia reakcia. Príklad:CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q
V prípade nedostatku kyslíka vzniká namiesto oxidu uhličitého oxid uhoľnatý alebo uhlie (v závislosti od koncentrácie kyslíka).
Vo všeobecnosti možno rovnicu spaľovacej reakcie pre akýkoľvek uhľovodík, CxHy, zapísať takto: CxHy + (x + 0,5y)O2 → xCO2 + 0,5yH2O
Katalytická oxidácia
Môžu sa tvoriť alkoholy, aldehydy a karboxylové kyseliny.
Tepelné premeny alkánov. Rozklad
Rozkladné reakcie prebiehajú iba pod vplyvom vysokých teplôt. Zvýšenie teploty vedie k pretrhnutiu uhlíkových väzieb a vzniku voľných radikálov.
Príklady: CH4 -> C + 2H2 (t > 1000 °C); C2H6 -> 2C + 3H2
Praskanie
Pri zahriatí nad 500 °C alkány podliehajú pyrolytickému rozkladu za vzniku komplexnej zmesi produktov, ktorých zloženie a pomer závisí 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 - Pod vplyvom katalyzátora (napríklad AlCl3) dochádza k izomerizácii alkánu, napríklad:
bután (C4H10) interagujúci s chloridom hlinitým (AlCl3) sa premení z n-butánu na 2-metylpropán.
Konverzia metánu
CH4 + H2O → CO + H2 - Ni katalyzátor ("CO + H2" "syngas")
Alkány neinteragujú s manganistanom draselným (KMnO4) a brómovou vodou (Br2).
9.Alkény(inak olefíny alebo etylénové uhľovodíky) sú acyklické nenasýtené uhľovodíky obsahujúce jednu dvojitú väzbu medzi atómami uhlíka, ktoré tvoria homológny rad so všeobecným vzorcom CnH2n. Atómy uhlíka na dvojitej väzbe sú v stave sp2 hybridizácie a majú väzbový uhol 120°. Najjednoduchším alkénom je etén (C2H4). Podľa nomenklatúry IUPAC sa názvy alkénov tvoria z názvov zodpovedajúcich alkánov nahradením prípony „-ane“ za „-ene“; Poloha dvojitej väzby je označená arabskou číslicou.
Alkény s viac ako tromi atómami uhlíka majú izoméry. Alkény sa vyznačujú izomériou uhlíkového skeletu, polohami dvojitých väzieb, medzitriednymi a priestorovými. etén (etylén) C2H4, propén C3H6, butén C4H8, pentén C5H10, hexén C6H12,
Spôsoby získavania alkénov - Hlavnou priemyselnou metódou výroby alkénov je katalytické a vysokoteplotné krakovanie uhľovodíkov ropy a zemného plynu. Na výrobu nižších alkénov sa tiež používa dehydratačná reakcia zodpovedajúcich alkoholov.
V laboratórnej praxi sa zvyčajne používa metóda dehydratácie alkoholov v prítomnosti silných minerálnych kyselín, dehydrohalogenácia a dehalogenácia zodpovedajúcich halogénderivátov; syntézy Hoffmanna, Chugaeva, Wittiga a Copea.
10. Chemické vlastnosti alkénov Alkény sú chemicky aktívne. Ich chemické vlastnosti sú do značnej miery určené prítomnosťou dvojitej väzby. Najbežnejšie reakcie pre alkény sú elektrofilné adičné reakcie a radikálové adičné reakcie. Nukleofilné adičné reakcie zvyčajne vyžadujú prítomnosť silného nukleofilu a nie sú typické pre alkény.
Alkény sú tiež charakterizované cykloadičnými a metatéznymi reakciami.
Alkény ľahko podliehajú oxidačným reakciám, sú hydrogenované silnými redukčnými činidlami alebo vodíkom pôsobením katalyzátorov na alkány a sú tiež schopné substitúcie alylových radikálov.
Elektrofilné adičné reakcie. V týchto reakciách je útočiacou časticou elektrofil Hlavný článok: Elektrofilné adičné reakcie
Halogenácia alkénov, prebiehajúca v neprítomnosti radikálových iniciátorov reakcie, je typická elektrofilná adičná reakcia. Vykonáva sa v prostredí nepolárnych inertných rozpúšťadiel (napríklad: CCl4):
Halogenačná reakcia je stereošpecifická - adícia prebieha na opačných stranách vzhľadom na rovinu molekuly alkénu
Hydrohalogenácia. Elektrofilná adícia halogenovodíkov na alkény prebieha podľa Markovnikovovho pravidla:
Hydroborácia. K adícii dochádza vo viacerých krokoch s tvorbou prechodného cyklicky aktivovaného komplexu a k adícii bóru dochádza v rozpore s Markovnikovovým pravidlom - na najviac hydrogenovaný atóm uhlíka.
Hydratácia. Pridávanie vody k alkénom prebieha v prítomnosti kyseliny sírovej
Alkylácia. Pridanie alkánov k alkénom v prítomnosti kyslého katalyzátora (HF alebo H2SO4) pri nízkych teplotách vedie k tvorbe uhľovodíka s vyššou molekulovou hmotnosťou a často sa používa v priemysle
11. alkíny(inak acetylénové uhľovodíky) sú uhľovodíky obsahujúce trojitú väzbu medzi atómami uhlíka, so všeobecným vzorcom CnH2n-2. Atómy uhlíka na trojitej väzbe sú v stave sp-hybridizácie.
Alkíny sa vyznačujú adičnými reakciami. Na rozdiel od alkénov, ktoré podliehajú elektrofilným adičným reakciám, alkíny môžu tiež podliehať nukleofilným adičným reakciám. Je to spôsobené výrazným s-charakterom väzby a v dôsledku toho zvýšenou elektronegativitou atómu uhlíka. Okrem toho vysoká pohyblivosť atómu vodíka na trojitej väzbe určuje kyslé vlastnosti alkínov v substitučných reakciách.
Hlavné priemyselné spôsob získania acetylén je elektro- alebo tepelné krakovanie metánu, pyrolýza zemného plynu a karbidová metóda
12. DIÉNOVÉ UHĽOVODÍKY(diény), nenasýtené uhľovodíky s dvoma dvojitými väzbami. Alifatich. volal dienes СnН2n_2 alkadiény, alicyklické СnН2n_4 - cykloalkadiény. Článok pojednáva o diénových uhľovodíkoch s konjugovanými dvojitými väzbami [konjugované diény; pozri tabuľku]. Diény s izolovanými dvojitými väzbami podľa chémie. Hlavne ti svätý sa nelíši od olefínov. O pripojení s kumulovanými dvojitými väzbami, pozri Allens. V diénových uhľovodíkoch majú všetky štyri atómy uhlíka konjugovaného systému hybridizáciu sp2 a ležia v rovnakej rovine. Štyri p-elektróny (jeden z každého atómu uhlíka) sa spoja a vytvoria štyri p-molekulárne orbitály (dva väzbové - obsadené a dva protiväzbové - voľné), z ktorých iba ten najnižší je delokalizovaný cez všetky atómy uhlíka. Čiastočná delokalizácia p-elektrónov spôsobuje konjugačný efekt, prejavujúci sa poklesom energie systému (o 13-17 kJ/mol oproti systému izolovaných dvojitých väzieb), vyrovnávaním medziatómových vzdialeností: dvojité väzby sú o niečo dlhšie ( 0,135 nm) a jednoduché väzby sú kratšie (0,146 nm) ako u molekúl bez konjugácie (0,133 a 0,154 nm, v tomto poradí), zvýšená polarizovateľnosť, exaltácia molekulového lomu atď. fyzikálne. účinky. Diénové uhľovodíky existujú v dvoch konformáciách, ktoré sa navzájom transformujú, pričom s-trans forma je stabilnejšia
13. Alkoholy sú zlúčeniny obsahujúce jednu alebo viac hydroxylových skupín. Podľa počtu sa alkoholy delia na jednosýtne, dvojatómové, trojatómové atď. Väzbové dĺžky a väzbové uhly v metylalkohole.
Pre alkoholy existuje niekoľko spôsobov, ako ich pomenovať. V modernej nomenklatúre IUPAC sa k názvu uhľovodíka pre názov alkoholu pridáva koncovka „ol“. Najdlhší reťazec obsahujúci funkčnú skupinu OH je očíslovaný od konca, ku ktorému je hydroxylová skupina najbližšie, a substituenty sú označené predponou.
Potvrdenie. Hydratácia alkénov. Keď alkény reagujú so zriedenými vodnými roztokmi kyselín, hlavným produktom je alkohol.
Hydroxymerkurácia-demerkurácia alkénov. Táto reakcia nie je sprevádzaná prestavbami a vedie k tvorbe jednotlivých alkoholov. Smer reakcie zodpovedá Markovnikovovmu pravidlu, reakcia sa uskutočňuje za miernych podmienok s výťažkami blízkymi kvantitatívnym.
Hydroborácia alkénov a následná oxidácia bóranov s roztokom peroxidu vodíka v alkalickom prostredí vedie v konečnom dôsledku k anti-Markovnikovovmu produktu adície vody na dvojitú väzbu.
Redukcia aldehydov a ketónov lítiumalumíniumhydridom alebo borohydridom sodným
LiAlH4 a NaBH4 redukujú aldehydy na primárne alkoholy a ketóny na sekundárne, pričom borohydrid sodný je výhodný kvôli väčšej bezpečnosti pri manipulácii: možno ho použiť aj vo vodných a alkoholických roztokoch. Lítiumalumíniumhydrid reaguje explozívne s vodou a alkoholom 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. Spôsob redukcie esterov lítiumalumíniumhydridom je obzvlášť vhodný z preparatívneho hľadiska. Je potrebné poznamenať, že borohydrid sodný neredukuje esterové a karboxylové skupiny. To umožňuje selektívnu redukciu karbonylovej skupiny pomocou NaBH4 v prítomnosti esterových a karboxylových skupín. Výťažky regeneračného produktu sú zriedka pod 80 %. Borohydrid lítny, na rozdiel od NaBH4, redukuje estery na primárne alkoholy.
14. Viacsýtne alkoholy. Glycerol- chemická zlúčenina so vzorcom HOCH2CH(OH)-CH2OH alebo C3H5(OH)3. Najjednoduchší zástupca trojsýtnych alkoholov. Je to viskózna transparentná kvapalina. Ľahko vznikol hydrolýzou prírodných (rastlinných alebo živočíšnych) tukov a olejov (triglyceridov) a prvýkrát ho získal Karl Scheele v roku 1779 pri zmydelňovaní tukov.
Fyzikálne vlastnosti. Glycerol- bezfarebná, viskózna, hygroskopická kvapalina, neobmedzene rozpustná vo vode. Chutí sladko, preto dostal svoj názov (glykos – sladký). Dobre rozpúšťa veľa látok.
Chemické vlastnosti glycerol sú typické pre viacsýtne alkoholy interakcia glycerolu s halogenvodíkmi alebo halogenidmi fosforu vedie k vzniku mono- a dihalogénhydrínov Glycerol sa esterifikuje karboxylovými a minerálnymi kyselinami za vzniku zodpovedajúcich esterov. S kyselinou dusičnou teda glycerín tvorí trinitrát – nitroglycerín (získaný v roku 1847 Ascanio Sobrero), ktorý sa v súčasnosti používa pri výrobe bezdymového pušného prachu.
Pri dehydratácii tvorí akroleín:
HOCH2CH(OH)-CH2OH H2C=CH-CHO + 2 H2O,
Etylénglykol, HO-CH2-CH2-OH je najjednoduchší zástupca viacmocných alkoholov. Po prečistení je to číra, bezfarebná kvapalina s mierne olejovitou konzistenciou. Je bez zápachu a má sladkastú chuť. Jedovatý. Požitie etylénglykolu alebo jeho roztokov môže viesť k nezvratným zmenám v organizme a smrti.
V priemysle etylénglykol získané hydratáciou etylénoxid pri 10 atm a 190-200 °C alebo pri 1 atm a 50-100 °C v prítomnosti 0,1-0,5 % kyseliny sírovej (alebo fosforečnej), pričom sa dosiahne 90 % výťažok. Vedľajšími produktmi sú 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 ketóny majú dva substituenty na karbonylovej skupine. Polarizácia dvojitej väzby uhlík-kyslík podľa princípu mezomérnej konjugácie nám umožňuje zapísať nasledujúce rezonančné štruktúry:
Toto oddelenie náboja je potvrdené fyzikálnymi výskumnými metódami a do značnej miery určuje reaktivitu aldehydov ako výrazných elektrofilov. Vo všeobecnosti sú chemické vlastnosti aldehydov podobné ako ketóny, avšak aldehydy vykazujú väčšiu aktivitu, ktorá je spojená s väčšou polarizáciou väzieb. Okrem toho sa aldehydy vyznačujú reakciami, ktoré nie sú charakteristické pre ketóny, napríklad hydratácia vo vodnom roztoku: v metanále je vďaka ešte väčšej polarizácii väzba 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 ostrý, charakteristický zápach (napríklad benzaldehyd má vôňu mandlí).
Vplyvom hydroxylamínu sa premieňajú na oxímy: CH3CHO + NH2OH = CH3C(=NOH)H + H2O
Formaldehyd (z lat. formica - mravec), mravenčí aldehyd, CH2O, prvý člen homologickej série alifatických aldehydov; bezfarebný plyn štipľavého zápachu, dobre rozpustný vo vode a alkohole, bod varu - 19 °C. V priemysle sa fosfor vyrába oxidáciou metylalkoholu alebo metánu vzdušným kyslíkom. F. ľahko polymerizuje (najmä pri teplotách do 100 °C), preto sa skladuje, prepravuje a používa najmä vo forme formaldehydu a pevných nízkomolekulových polymérov - trioxánu (pozri Trioxymetylén) a paraformu (pozri Paraformaldehyd).
F. je veľmi reaktívny; mnohé z jeho reakcií sú základom priemyselných metód na získanie množstva dôležitých produktov. Pri interakcii s amoniakom teda F. tvorí urotropín (pozri Hexametyléntetramín), s močovino-močovino-formaldehydovými živicami, s melamín-melamínformaldehydovými živicami, s fenolmi - fenolformaldehydovými živicami (pozri Fenol-formaldehydové živice), s fenolom - a naftalénsulfónové kyseliny - triesloviny, s keténom - b-propiolaktón. F. sa používa aj na výrobu polyvinylformalu (pozri Polyvinylacetály), izoprénu, pentaerytritolu, liečivých látok, farbív, na činenie kože a ako dezinfekčný a dezodoračný prostriedok. Polymerizáciou polyformaldehydu sa získa polyformaldehyd. F. je toxický; maximálna prípustná koncentrácia vo vzduchu je 0,001 mg/l.
Acetaldehyd, acetaldehyd, CH3CHO, organická zlúčenina, bezfarebná kvapalina so štipľavým zápachom; bod varu 20,8°C. Teplota topenia - 124 °C, hustota 783 kg / m3 ", miešateľný vo všetkých smeroch 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. Pri zahrievaní oboch polymérov v prítomnosti kyseliny sírovej sa uvoľňuje A.
Jeden z hlavných dlho známych spôsoby, ako získať A. spočíva v pridaní vody do acetylénu v prítomnosti ortuťových solí pri teplote asi 95 °C
16. Ketóny- sú to organické látky, v ktorých molekulách je karbonylová skupina spojená s dvoma uhľovodíkovými radikálmi.
Všeobecný vzorec ketónov je R1-CO-R2. Okrem iných karbonylových zlúčenín ich od karboxylových kyselín a ich derivátov, ako aj od aldehydov, odlišuje prítomnosť presne dvoch atómov uhlíka priamo viazaných na karbonylovú skupinu v ketónoch.
Fyzikálne vlastnosti. Ketóny sú prchavé kvapaliny alebo taviteľné pevné látky, ktoré sa dobre miešajú s vodou. Nemožnosť tvorby medzimolekulových vodíkových väzieb spôsobuje, že ich prchavosť je o niečo väčšia ako prchavosť alkoholov a karboxylových kyselín s rovnakou molekulovou hmotnosťou.
Metódy syntézy. Oxidácia sekundárnych alkoholov.
Z terciárnych peroxoéterov Krigeovým prešmykom.
Cykloketóny sa dajú pripraviť Ružičkovou cyklizáciou.
Aromatické ketóny možno pripraviť Friedel-Craftsovou reakciou
Chemické vlastnosti. Existujú tri hlavné typy ketónových reakcií.
Prvý je spojený s nukleofilným útokom na atóm uhlíka karbonylovej skupiny. Napríklad interakcia ketónov s kyanidovým aniónom alebo organokovovými zlúčeninami. Rovnaký typ (nukleofilná adícia) zahŕňa interakciu karbonylovej skupiny s alkoholmi, čo vedie k acetálom a poloacetálom.
Interakcia s alkoholom:
CH3COCH3 + 2C2H5OH → C2H5-O-C(CH3)2-O-C2H5
s Grignardovými činidlami:
C2H5-C(O)-C2H5 + C2H5MgI -> (C2H5)3OMgI -> (C2H5)3OH, terciárny alkohol. Reakcie s aldehydmi a najmä s metanálom sú výrazne aktívnejšie, pričom s aldehydmi vznikajú sekundárne alkoholy a s metanálom primárne alkoholy.
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 deprotonácia beta atómu uhlíka vo vzťahu ku karbonylovej skupine. Výsledný karbanión je stabilizovaný vďaka konjugácii s karbonylovou skupinou, zvyšuje sa jednoduchosť odstraňovania protónov, preto sú karbonylové zlúčeniny relatívne silnými CH kyselinami.
Tretím je koordinácia elektrofilov na osamelom páre atómu kyslíka, napríklad Lewisove kyseliny, ako je AlCl3
Samostatný typ reakcie zahŕňa redukciu ketónov – Leuckartovu redukciu s výťažkami blízkymi kvantitatívnym.
17. porovnaj otázky 15 a 16.
18. Jednosýtne nasýtené karboxylové kyseliny(jednosýtne nasýtené karboxylové kyseliny) - karboxylové kyseliny, v ktorých je nasýtený uhľovodíkový zvyšok pripojený k jednej karboxylovej skupine -COOH. Všetky majú všeobecný vzorec СnH2n+1COOH, kde n = 0, 1, 2, ...
Nomenklatúra. Systematické názvy jednosýtnych nasýtených karboxylových kyselín sú dané názvom príslušného alkánu s prídavkom prípony -ova a slova kyselina.
Kostrová izoméria v uhľovodíkovom radikále sa prejavuje počnúc kyselinou butánovou, ktorá má dva izoméry:
CH3-CH2-CH2-COOH kyselina n-butánová; CH3-CH(CH3)-COOH 2-metylpropánová kyselina.
Medzitriedna izoméria sa objavuje počnúc kyselinou octovou:
CH3-COOH kyselina octová; H-COO-CH3 metylformiát (metylester kyseliny mravčej); HO-CH2-COH hydroxyetanal (hydroxyoctový aldehyd); HO-CHO-CH2 hydroxyetylénoxid.
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, kompletné estery glycerolu a jednosýtnych mastných kyselín; patria do triedy lipidov. Tuky sú spolu so sacharidmi a bielkovinami jednou z hlavných zložiek buniek zvierat, rastlín a mikroorganizmov. Kvapalné tuky rastlinného pôvodu sa zvyčajne nazývajú oleje, rovnako ako maslo.
Kyseliny uhličité- trieda organických zlúčenín, ktorých molekuly obsahujú jednu alebo viac funkčných karboxylových skupín -COOH. Kyslé vlastnosti sa vysvetľujú tým, že táto skupina dokáže pomerne ľahko abstrahovať protón. Až na zriedkavé výnimky sú karboxylové kyseliny slabé. Napríklad kyselina octová CH3COOH má konštantu kyslosti 1,75·10−5. Di- a trikarboxylové kyseliny sú silnejšie ako monokarboxylové kyseliny.
Tuk je dobrý tepelný izolant, preto sa u mnohých teplokrvných živočíchov ukladá v podkožnom tukovom tkanive, čím znižuje tepelné straty. Obzvlášť hrubá vrstva podkožného tuku je charakteristická pre vodné cicavce (veľryby, mrože atď.). Zároveň sa u zvierat žijúcich v horúcom podnebí (ťavy, jerboy) ukladajú tukové zásoby
Štrukturálna funkcia
Fosfolipidy tvoria základ dvojvrstvy bunkových membrán, cholesterol - regulátory tekutosti membrán. V archaea obsahujú membrány deriváty izoprenoidných uhľovodíkov. Vosky tvoria kutikulu na povrchu nadzemných orgánov (listy a mladé výhonky) rastlín. Produkuje ich aj veľa hmyzu (napríklad včely z nich stavajú plásty a šupinatý a šupinatý hmyz tvoria ochranné kryty).
Regulačné
Vitamíny - lipidy (A, D, E)
Hormonálne (steroidy, eikosanoidy, prostaglandíny atď.)
Kofaktory (dolichol)
Signalizačné molekuly (diglyceridy, kyselina jasmonová, kaskáda MP3)
Ochranné (tlmiace nárazy)
Hrubá vrstva tuku chráni vnútorné orgány mnohých zvierat pred poškodením pri nárazoch (napríklad tulene vážiace až tonu dokážu vyskočiť na skalnaté pobrežie z útesov vysokých 4-5 m).
20-21-22. Jednosýtne nenasýtené kyseliny- deriváty nenasýtených uhľovodíkov, v ktorých je jeden atóm vodíka nahradený karboxylovou skupinou.
Nomenklatúra, izoméria. V skupine nenasýtených kyselín sa najčastejšie používajú empirické názvy: CH2=CH-COOH - kyselina akrylová (propénová), CH2=C(CH3)-COOH - kyselina metakrylová (2-metylpropénová). Izoméria v skupine nenasýtených jednosýtnych kyselín je spojená s:
a) izoméria uhlíkového skeletu; b) polohu dvojitej väzby; c) cis-trans izoméria.
Spôsoby získavania.1. Dehydrohalogenácia halogénovaných kyselín:
CH3-CH2-CHCl-COOH ---KOH(konc)--> 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 - pevné, vo vode nerozpustné látky bez zápachu.
Chemické vlastnosti nenasýtené karboxylové kyseliny sú spôsobené tak vlastnosťami karboxylovej skupiny, ako aj vlastnosťami dvojitej väzby. Špecifické vlastnosti majú kyseliny s dvojitou väzbou umiestnenou blízko karboxylovej skupiny – alfa, beta-nenasýtené kyseliny. V týchto kyselinách je pridanie halogenovodíkov a hydratácia v rozpore s Markovnikovovým pravidlom: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH
Pri opatrnej oxidácii vznikajú dihydroxykyseliny: CH2 = CH-COOH + [O] + H20 -> HO-CH2-CH(OH)-COOH
Pri prudkej oxidácii dochádza k pretrhnutiu dvojitej väzby a vzniku zmesi rôznych produktov, z ktorých možno určiť polohu dvojitej väzby. Kyselina olejová C17H33COOH je jednou z najdôležitejších vyšších nenasýtených kyselín. Je to bezfarebná kvapalina, ktorá za studena tuhne. Jeho štruktúrny vzorec: CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH.
23. Dvojsýtne nasýtené karboxylové kyseliny(dibázické nasýtené karboxylové kyseliny) - karboxylové kyseliny, v ktorých je nasýtený uhľovodíkový zvyšok pripojený k dvom karboxylovým skupinám -COOH. Všetky majú všeobecný vzorec HOOC(CH2)nCOOH, kde n = 0, 1, 2, ...
Nomenklatúra. Systematické názvy dvojsýtnych nasýtených karboxylových kyselín sú dané názvom príslušného alkánu s pridaním prípony -diová a slova kyselina.
Kostrová izoméria v uhľovodíkovom radikále sa objavuje od kyseliny butándiovej, ktorá má dva izoméry:
HOOC-CH2-CH2-COOH n-butándiová kyselina (etán-1,2-dikarboxylová kyselina);
CH3-CH(COOH)-COOH kyselina etán-1,1-dikarboxylová.
24-25. OXY ACIDS (hydroxykarboxylové kyseliny), majú v molekule spolu s karboxylovou skupinou - COOH aj hydroxylovú skupinu - OH, napr. HOCH2COOH (kyselina glykolová). Obsiahnuté v rastlinných a živočíšnych organizmoch (kyselina mliečna, citrónová, vínna a iné).
Distribúcia v prírode
Hydroxykyseliny sú veľmi rozšírené; Kyseliny vínna, citrónová, jablčná, mliečna a iné sú teda klasifikované ako hydroxykyseliny a ich názov odráža primárny prírodný zdroj, v ktorom bola látka nájdená.
Metódy syntézy
Reformatského reakcia je spôsob syntézy esterov β-hydroxykarboxylových kyselín.
"Ovocné kyseliny." Mnohé hydroxykyseliny sa používajú v kozmetike ako keratolytiká. Obchodníci však názov trochu zmenili - aby boli v kozmeteológii atraktívnejšie, často sa nazývajú „ovocné kyseliny“.
26-27. OXY ACIDS (alkoholové kyseliny ), zlúčeniny s dvojitou funkciou, alkoholy aj kyseliny, obsahujúce vodný zvyšok aj karboxylovú skupinu. Podľa polohy OH voči COOH (vedľa seba na jednom, dvoch, troch miestach) sa rozlišujú a-, /?-, y-, b-hydroxykyseliny. Na získanie kyslíka existuje mnoho metód, z ktorých najdôležitejšie sú starostlivá oxidácia glykolov: CH3.CH(OH).CH2.OH + 02 = CH3. -CH(OH).COOH; zmydelnenie oxynitrilov CH3.CH(OH).CN -* CH3.CH(OH).COOH; výmena halogénu v halogenidových kyselinách za OH: CH2C1.COOH + KOH = CH2(OH).COOH + + KS1, vplyv HN02 na aminokyseliny: CH2(NH2). COOH + HN02 = CH2(OH) + N2 + + H20. V tele zvierat sa hydroxykyseliny tvoria pri deaminácii (pozri) aminokyselín, pri oxidácii mastných kyselín (pozri Acetónové telieska, Metabolizmus-proteín), pri glykolýze (pozri), fermentácii (pozri) a iných chemikálií. procesy. Hydroxykyseliny sú husté kvapaliny alebo kryštalické látky. látok. V chem. vo vzťahu k O. reagujú aj ako alkoholy, aj ako drogy: dávajú napr. étery aj estery; pod vplyvom halogénových zlúčenín fosforu sú oba OH nahradené halogénom; Halogénovodíkové kyseliny reagujú iba s alkoholom OH.—Špeciálne reakcie charakterizujú a-, i)-, y- a b-hydroxykyseliny: a-hydroxykyseliny, ktoré strácajú vodu z dvoch molekúl, poskytujú cyklické estery, laktidy: 2CH2(OH) COOH = 2H20 + CH2.0.CO (glykolid); с.о.сн2 /З-О., uvoľňujúce vodu, tvoria nenasýtené zlúčeniny: CH2(OH).CH2.COOH-H20 = CH2:CH. -COOH; y- a d-hydroxykyseliny tvoria anhydridy - laktóny: CH3.CH(OH).CH2.CH2.COOH= =H2O+CH3.CH.CH2.CH2.CO. O. sú široko rozšírené v živočíšnych a rastlinných organizmoch. Zástupcovia alifatických a-O. sú kyselina glykolová, CH2OH.COOH (kyselina hydroxyoctová), kyselina mliečna; z /a-hydroxykyselín - hydrakrylová, CH2OH.CH2COOH, /9-hydroxymaslová kyselina; U-O. sú vo voľnej forme neznáme, pretože strácajú vodu a stávajú sa laktónmi. Z dvojsýtnych O. je dôležitá kyselina jablčná (hydroxyjantár); COOH.CHON.CH2.COOH, široko rozšírený v rastlinách; má ľavú rotáciu v slabých riešeniach, pravú rotáciu v silných; syntetické sú neaktívne. Medzi dvojsýtne tetraatómové kyseliny patria kyseliny vínne (kyseliny dioxyjantárové). Z ostatných O.-citrón, HO.CO.CH2. .(SON)(COOH).CH2.COOH, veľmi bežný v rastlinnom svete (v hrozne, citrónoch) a nachádza sa u zvierat (v mlieku); vo forme citranu železa sa používa v medicíne. Z aromatických kyselín (fenolových kyselín) sú v medicíne dôležité kyselina salicylová, kyselina galová a ich deriváty; fenylester kyseliny salicylovej (salol), kyselina sulfosalicylová, C6H3. OH.S03H.COOH (proteínové činidlo), kyselina acetylsalicylová (aspirín). V rastlinách je mnoho rôznych O. aromatického radu, ktorých deriváty zahŕňajú okrem iného aj taníny, ktoré majú dôležitý technický význam. O biol. význam jednotlivých O. a spôsoby ich kvantitatívneho stanovenia — viď. Acetónové telieska, bro-glykolýza, deaminácia, krv, kyselina mliečna, moč, svaly, kyselina beta(^)-hydroxymaslová.
28-29. v molekule amoniaku postupne nahraďte atómy vodíka uhľovodíkovými radikálmi, získate zlúčeniny, ktoré patria do triedy amínov. Podľa toho sú amíny primárne (RNH2), sekundárne (R2NH), terciárne (R3N). Skupina -NH2 sa nazýva aminoskupina.
Existujú alifatické, aromatické, alicyklické a heterocyklické amíny v závislosti od toho, ktoré radikály sú spojené s atómom dusíka.
Názvy amínov sa vytvárajú pridaním predpony amino- k názvu zodpovedajúceho uhľovodíka (primárne amíny) alebo koncovky -amín k uvedeným názvom radikálov spojených s atómom dusíka (pre akékoľvek amíny).
Spôsoby získania:1. Hoffmannova reakcia. Jednou z prvých metód výroby primárnych amínov bola alkylácia amoniaku alkylhalogenidmi . 2. Zininova reakcia- pohodlný spôsob získavania aromatických amínov redukciou aromatických nitrozlúčenín. Ako redukčné činidlá sa používajú: H2 (na katalyzátore). Niekedy vzniká vodík priamo v čase reakcie, na čo sa kovy (zinok, železo) upravujú zriedenou kyselinou.
Fyzikálne vlastnosti amínov. Prítomnosť osamelého elektrónového páru na atóme dusíka spôsobuje vyššie teploty varu ako u zodpovedajúcich alkánov. Amíny majú nepríjemný, štipľavý zápach. Pri izbovej teplote a atmosférickom tlaku sú prvými predstaviteľmi radu primárnych amínov plyny, ktoré sa dobre rozpúšťajú vo vode. So zvyšujúcim sa uhlíkovým radikálom sa zvyšuje bod varu a rozpustnosť vo vode sa znižuje.
Chemické vlastnosti amínov. Základné vlastnosti amínov
Amíny sú bázy, pretože atóm dusíka môže poskytnúť elektrónový pár na vytvorenie väzieb s druhmi bez elektrónov prostredníctvom mechanizmu donor-akceptor (spĺňajúc Lewisovu definíciu zásaditosti). Preto sú amíny, podobne ako amoniak, schopné interagovať s kyselinami a vodou, pridaním protónu za vzniku zodpovedajúcich amónnych solí.
Amónne soli sú vysoko rozpustné vo vode, ale zle rozpustné v organických rozpúšťadlách. Vodné roztoky amínov majú alkalickú reakciu.
Základné vlastnosti amínov závisia od povahy substituentov. Najmä aromatické amíny sú slabšie zásady ako alifatické, pretože voľný elektrónový pár dusíka vstupuje do konjugácie s -systémom aromatického jadra, čím sa znižuje hustota elektrónov na atóme dusíka (-M efekt). Naopak, alkylová skupina je dobrým darcom elektrónovej hustoty (+I-efekt).
Oxidácia amínov. Spaľovanie amínov je sprevádzané tvorbou oxidu uhličitého, dusíka a vody: 4CH3NH2+9O2=4СO2+2N2+10Н2О
Aromatické amíny spontánne oxidujú na vzduchu. Anilín teda na vzduchu rýchlo hnedne v dôsledku oxidácie.
Pridanie alkylhalogenidov Amíny pridávajú halogénalkány za vzniku soli
Interakcia amínov s kyselinou dusitou Veľký význam má reakcia diazotácie primárnych aromatických amínov pod vplyvom kyseliny dusnej, získaná in situ reakciou dusitanu sodného s kyselinou chlorovodíkovou.
Primárne alifatické amíny reagujú s kyselinou dusitou za vzniku alkoholov a sekundárne alifatické a aromatické amíny poskytujú N-nitrózoderiváty: R-NH2 + NaNO2+HCl=R-OH+N2+NaCl+H2O; NH+NaN02+HCl=R2N-N=O+NaCl+H20
V aromatických amínoch aminoskupina uľahčuje substitúciu v orto a para polohách benzénového kruhu. Preto k halogenácii anilínu dochádza rýchlo a v neprítomnosti katalyzátorov a naraz sa nahradia tri atómy vodíka benzénového kruhu a vyzráža sa biela zrazenina 2,4,6-tribrómanilínu:
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 ako kyslé vlastnosti vďaka prítomnosti karboxylovej skupiny -COOH vo svojich molekulách, tak zásadité vlastnosti vďaka aminoskupine -NH2. Vďaka tomu majú roztoky aminokyselín vo vode vlastnosti tlmivých roztokov.
Zwitterión je molekula aminokyseliny, v ktorej je aminoskupina reprezentovaná ako -NH3+ a karboxyskupina je reprezentovaná ako -COO-. Takáto molekula má významný dipólový moment s nulovým čistým nábojom. Práve z takýchto molekúl sú postavené kryštály väčšiny aminokyselín.
Niektoré aminokyseliny majú viacero aminoskupín a karboxylových skupín. Pre tieto aminokyseliny je ťažké hovoriť o nejakom špecifickom zwitterióne.
2. Dôležitou vlastnosťou aminokyselín je ich schopnosť polykondenzovať, čo vedie k tvorbe polyamidov vrátane peptidov, proteínov a nylonu-66.
3. Izoelektrický bod aminokyseliny je hodnota pH, pri ktorej má maximálny podiel molekúl aminokyselín nulový náboj. Pri tomto pH je aminokyselina najmenej pohyblivá v elektrickom poli a túto vlastnosť možno využiť na oddelenie aminokyselín, ako aj bielkovín a peptidov.
4. Aminokyseliny môžu zvyčajne podstúpiť všetky reakcie charakteristické pre karboxylové kyseliny a amíny.
Optická izoméria. Všetky α-aminokyseliny nachádzajúce sa v živých organizmoch, okrem glycínu, obsahujú asymetrický atóm uhlíka (treonín a izoleucín obsahujú dva asymetrické atómy) a majú optickú aktivitu. Takmer všetky prirodzene sa vyskytujúce a-aminokyseliny sú vo forme L a iba L-aminokyseliny sú zahrnuté v proteínoch syntetizovaných na ribozómoch.
Túto vlastnosť „živých“ aminokyselín je veľmi ťažké vysvetliť, pretože pri reakciách medzi opticky neaktívnymi látkami alebo racemátmi (ktoré boli zjavne reprezentované organickými molekulami na starovekej Zemi) sa formy L a D tvoria v rovnakých množstvách. Možno. výber jednej z foriem (L alebo D) je jednoducho výsledkom náhodnej zhody: prvé molekuly, s ktorými mohla začať syntéza templátu, mali určitý tvar a práve im sa „prispôsobili“ zodpovedajúce enzýmy.
31. Aminokyseliny sú organické amfotérne zlúčeniny. Obsahujú v molekule dve funkčné skupiny opačného charakteru: 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 + H2O.
Keď sa aminokyseliny rozpustia vo vode, karboxylová skupina odstráni vodíkový ión, ktorý sa môže pripojiť k aminoskupine. V tomto prípade sa vytvorí vnútorná soľ, ktorej molekula je bipolárny ión:
H2N-CH2-COOH + H3N-CH2-COO-.
Vodné roztoky aminokyselín majú neutrálne, zásadité alebo kyslé prostredie v závislosti od počtu funkčných skupín. Kyselina glutámová teda tvorí kyslý roztok (dve skupiny -COOH, jedna -NH2), lyzín tvorí alkalický roztok (jedna -COOH, dve skupiny -NH2).
Podobne ako primárne amíny reagujú aminokyseliny s kyselinou dusitou, pričom aminoskupina sa premení na hydroxoskupinu a aminokyselina na hydroxykyselinu: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2+ H2O
Meranie objemu uvoľneného dusíka umožňuje určiť množstvo aminokyseliny (metóda Van-Slyke).
Aminokyseliny môžu reagovať s alkoholmi v prítomnosti plynného chlorovodíka, pričom sa menia na ester (presnejšie na hydrochloridovú soľ esteru): H2N-CH(R)-COOH + R"OH H2N-CH(R)-COOR " + H2O.
Estery aminokyselín nemajú bipolárnu štruktúru a sú to prchavé zlúčeniny. Najdôležitejšou vlastnosťou aminokyselín je ich schopnosť kondenzovať za vzniku peptidov.
32. Karboxylová skupina spája dve funkčné skupiny - karbonyl =CO a hydroxyl -OH, navzájom sa ovplyvňujúce.
Kyslé vlastnosti karboxylových kyselín sú spôsobené posunom elektrónovej hustoty ku karbonylovému kyslíku a výslednou dodatočnou (v porovnaní s alkoholmi) polarizáciou O-H väzby.
Vo vodnom roztoku sa karboxylové kyseliny disociujú na ióny: R-COOH = R-COO- + H+
Rozpustnosť vo vode a vysoké teploty varu kyselín sú spôsobené tvorbou medzimolekulových vodíkových väzieb.
Aminoskupina - monovalentná skupina -NH2, amoniakový zvyšok (NH3). Aminoskupina sa nachádza v mnohých organických zlúčeninách - amínoch, aminokyselinách, aminoalkoholoch atď. Zlúčeniny obsahujúce -NH2 skupinu majú spravidla zásaditý charakter v dôsledku prítomnosti jediného elektrónového páru na atóme dusíka.
Pri elektrofilných substitučných reakciách v aromatických zlúčeninách je aminoskupina orientačným činidlom 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 s nízkou molekulovou hmotnosťou (voda, alkoholy a pod.) pri interakcii funkčných skupín.
Molekulová hmotnosť polyméru vytvoreného počas polykondenzačného procesu závisí od pomeru východiskových zložiek a reakčných podmienok.
Polykondenzačné reakcie môžu zahŕňať buď jeden monomér s dvoma rôznymi funkčnými skupinami: napríklad syntézu poly-ε-kaproamidu (nylon-6, kaprón) z kyseliny ε-aminokaprónovej, alebo dvoch monomérov nesúcich rôzne funkčné skupiny, napr. nylonu-6 66 polykondenzáciou kyseliny adipovej a hexametyléndiamínu; v tomto prípade vznikajú polyméry lineárnej štruktúry (lineárna polykondenzácia, pozri obr. 1). Ak monomér (alebo monoméry) nesú viac ako dve funkčné skupiny, vytvoria sa zosieťované polyméry s trojrozmernou sieťovou štruktúrou (trojrozmerná polykondenzácia). Na získanie takýchto polymérov sa do zmesi monomérov často pridávajú „zosieťujúce“ polyfunkčné zložky.
Za zmienku stoja najmä reakcie syntézy polymérov z cyklických monomérov pomocou mechanizmu otvárania kruhu - adícia napr. syntéza nylonu-6 z kaprolaktámu (cyklický amid kyseliny ε-aminokaprónovej); Napriek tomu, že nedochádza k uvoľneniu nízkomolekulárneho fragmentu, takéto reakcie sa častejšie označujú ako polykondenzácia.
Peptidová väzba- typ amidovej väzby, ktorá vzniká pri tvorbe proteínov a peptidov v dôsledku interakcie α-aminoskupiny (-NH2) jednej aminokyseliny s α-karboxylovou skupinou (-COOH) inej aminokyseliny.
C-N väzba v peptidovej väzbe má čiastočne dvojitý charakter, čo sa prejavuje najmä zmenšením jej dĺžky na 1,32 angstromov. Výsledkom sú nasledujúce vlastnosti:
4 atómy väzby (C, N, O a H) a 2 a-uhlíky sú v rovnakej rovine. R-skupiny aminokyselín a vodíky na a-uhlíkoch sú mimo tejto roviny.
H a O v peptidovej väzbe, ako aj α-uhlíky dvoch aminokyselín, sú orientované v trans (trans izomér je stabilnejší). V prípade L-aminokyselín, čo je prípad všetkých prírodných proteínov a peptidov, sú R-skupiny tiež orientované na trans.
Rotácia okolo väzby C-N nie je možná, ale rotácia okolo väzby C-C je možná.
peptidy (grécky πεπτος - výživný) - rodina látok, ktorých molekuly sú postavené zo zvyškov α-aminokyselín spojených do reťazca peptidovými (amidovými) väzbami -C(O)NH-.
34. Proteíny (proteíny, polypeptidy) - vysokomolekulárne organické látky pozostávajúce z aminokyselín spojených do reťazca peptidovými väzbami. V živých organizmoch je aminokyselinové zloženie bielkovín určené genetickým kódom, vo väčšine prípadov sa pri syntéze používa 20 štandardných aminokyselín. Mnohé z ich kombinácií poskytujú širokú škálu vlastností proteínových molekúl. Okrem toho aminokyseliny v proteíne často podliehajú posttranslačným modifikáciám, ku ktorým môže dôjsť tak predtým, ako proteín začne vykonávať svoju funkciu, ako aj počas svojej „práce“ v bunke. V živých organizmoch často niekoľko proteínových molekúl tvorí komplexné komplexy, napríklad fotosyntetický komplex.
Aby sme pochopili zložité usporiadanie (architektoniku) makromolekuly proteínu, mali by sme zvážiť niekoľko úrovniach organizácie. Primárnou, najjednoduchšou štruktúrou je polypeptidový reťazec, t.j. reťazec aminokyselín spojených peptidovými väzbami. V primárnej štruktúre sú všetky väzby medzi aminokyselinami kovalentné a teda silné. Ďalšou, vyššou úrovňou organizácie je sekundárna štruktúra, keď je proteínová niť skrútená vo forme špirály. Vodíkové väzby sa tvoria medzi skupinami -COOH umiestnenými na jednom závite špirály a skupinami -NH2 na druhom závite. Vznikajú z vodíka, ktorý sa najčastejšie nachádza medzi dvoma zápornými atómami. Vodíkové väzby sú slabšie ako väzby kovalentné, no pri veľkom počte z nich zabezpečujú vytvorenie dosť pevnej štruktúry. Reťazec aminokyselín (polypeptid) potom koaguluje a vytvára guľu alebo fibrilu alebo globulu, špecifickú pre každý proteín. To vytvára komplexnú konfiguráciu nazývanú terciárna štruktúra. Zvyčajne sa stanovuje pomocou metódy röntgenovej difrakčnej analýzy, ktorá umožňuje určiť polohu atómov a skupín atómov v kryštáloch a komplexných zlúčeninách v priestore.
Slabé sú aj väzby, ktoré podporujú terciárnu štruktúru proteínu. Vznikajú najmä v dôsledku hydrofóbnych interakcií. Ide o príťažlivé sily medzi nepolárnymi molekulami alebo medzi nepolárnymi oblasťami molekúl vo vodnom prostredí. Hydrofóbne zvyšky niektorých aminokyselín vo vodnom roztoku sa k sebe približujú, „držia spolu“ a tak stabilizujú proteínovú štruktúru. Okrem hydrofóbnych síl zohrávajú významnú úlohu pri udržiavaní terciárnej štruktúry proteínu elektrostatické väzby medzi elektronegatívnymi a elektropozitívnymi radikálmi aminokyselinových zvyškov. Terciárna štruktúra je tiež udržiavaná malým počtom kovalentných disulfidových -S-S väzieb, ktoré sa vyskytujú medzi atómami síry aminokyselín obsahujúcich síru. Musím povedať, že je tiež terciárny; štruktúra proteínu nie je konečná. Makromolekuly rovnakého proteínu alebo molekuly iných proteínov sú často pripojené k makromolekule proteínu. Napríklad komplexná molekula hemoglobínu, proteínu nachádzajúceho sa v červených krvinkách, pozostáva zo štyroch makromolekúl globínu: dvoch alfa reťazcov a dvoch beta reťazcov, z ktorých každý je spojený s hémom obsahujúcim železo. V dôsledku ich kombinácie vzniká funkčná molekula hemoglobínu. Iba v takomto obale funguje hemoglobín naplno, teda je schopný prenášať kyslík. V dôsledku spojenia niekoľkých proteínových molekúl medzi sebou sa vytvára kvartérna štruktúra. Ak sú peptidové reťazce usporiadané vo forme guľôčky, potom sa takéto proteíny nazývajú globulárne. Ak sú polypeptidové reťazce usporiadané do zväzkov vlákien, nazývajú sa fibrilárne proteíny. Vychádzajúc zo sekundárnej štruktúry, priestorová štruktúra (konformácia) proteínových makromolekúl, ako sme zistili, je udržiavaná najmä slabými chemickými väzbami. Vplyvom vonkajších faktorov (zmeny teploty, zloženia solí prostredia, pH, vplyvom žiarenia a iných faktorov) dochádza k narušeniu slabých väzieb, ktoré stabilizujú makromolekulu, a tým dochádza k narušeniu štruktúry proteínu a tým aj jeho vlastností. , zmeniť. Tento proces sa nazýva denaturácia. K porušeniu niektorých slabých väzieb, zmenám v konformácii a vlastnostiach proteínu dochádza aj vplyvom fyziologických faktorov (napríklad vplyvom hormónov). Týmto spôsobom sa regulujú vlastnosti bielkovín: enzýmy, receptory, transportéry. Tieto zmeny v štruktúre proteínov sú zvyčajne ľahko reverzibilné. Rozbitie veľkého množstva slabých väzieb vedie k denaturácii proteínu, ktorá môže byť nevratná (napríklad zrážanie vaječných bielkov pri varení vajec). Niekedy má denaturácia bielkovín biologický význam. Napríklad pavúk vylúči kvapku sekrétu a prilepí ju na nejakú oporu. Potom, pokračujúc vo vylučovaní sekrétu, mierne potiahne niť a toto slabé napätie stačí na to, aby bielkovina denaturovala, prešla z rozpustnej formy do nerozpustnej a niť nadobudne pevnosť.
35-36. Monosacharidy(z gr. monos: jednoduchý, sachar: 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 kamene, z ktorých sa syntetizujú disacharidy (ako je sacharóza) a polysacharidy (ako je celulóza a škrob), obsahujú hydroxylové skupiny a aldehydovú skupinu (aldózy) alebo ketoskupinu (ketózy). Každý atóm uhlíka, ku ktorému je pripojená hydroxylová skupina (okrem prvej a poslednej), 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 sa delia na triózy, tetrózy, pentózy, hexózy atď. (3, 4, 5, 6 atď. atómov uhlíka v reťazci); neboli nájdené žiadne prírodné monosacharidy s uhlíkovým reťazcom obsahujúcim viac ako 9 atómov uhlíka. Monosacharidy obsahujúce 5-členný kruh sa nazývajú furanózy a tie, ktoré obsahujú 6-členný kruh, sa nazývajú pyranózy.
izomerizmus. Pre monosacharidy obsahujúce n asymetrických atómov uhlíka je možná existencia 2n stereoizomérov (pozri Izoméria).
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 každej formy. Väčšina monosakov cyklizuje vo vodnom roztoku a vytvára hemiacetály alebo hemiketály (v závislosti od toho, či ide o aldózy alebo ketózy) medzi alkoholom a karbonylovou skupinou toho istého cukru. Napríklad glukóza ľahko tvorí poloacetály spojením svojich C1 a O5 za vzniku 6-členného kruhu nazývaného pyranozid. Rovnaká reakcia môže prebiehať medzi C1 a 04 za vzniku 5-členného furanozidu.
Monosacharidy v prírode. Monosacharidy sú súčasťou komplexných sacharidov (glykozidy, oligosacharidy, polysacharidy) a zmiešaných biopolymérov obsahujúcich sacharidy (glykoproteíny, glykolipidy atď.). V tomto prípade sú monosacharidy spojené medzi sebou a s nesacharidovou časťou molekuly glykozidickými väzbami. Pri hydrolýze kyselinami alebo enzýmami sa tieto väzby môžu rozbiť a uvoľniť tak monosacharidy. V prírode sú voľné monosacharidy, s výnimkou D-glukózy a D-fruktózy, zriedkavé. V rastlinách prebieha biosyntéza monosacharidov z oxidu uhličitého a vody (pozri Fotosyntéza); Za účasti aktivovaných derivátov monosacharidov - nukleoziddifosfátových cukrov - spravidla dochádza k biosyntéze komplexných sacharidov. Rozklad monosacharidov v organizme (napríklad alkoholová fermentácia, glykolýza) je sprevádzaný uvoľňovaním energie.
Aplikácia. Niektoré voľné monosacharidy a ich deriváty (napríklad glukóza, fruktóza a jej difosfát a pod.) sa využívajú v potravinárstve a medicíne.
37. Glukóza (C6H12O6)("hroznový cukor", dextróza) sa nachádza v šťave mnohých druhov ovocia a bobúľ, vrátane hrozna, odkiaľ pochádza aj názov tohto druhu cukru. Je to šesť-hydroxy cukor (hexóza).
Fyzikálne vlastnosti. Biela kryštalická látka sladkej chuti, vysoko rozpustná vo vode, nerozpustná v éteri, slabo rozpustná v alkohole.
Štruktúra molekuly
CH2(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-C=O
Glukóza môže existovať vo forme cyklov (α a β glukóza).
a a p glukózy
Prechod glukózy z Fischerovej projekcie do Haworthovej projekcie Glukóza je konečným produktom hydrolýzy väčšiny disacharidov a polysacharidov.
Biologická úloha. Glukóza je hlavným produktom fotosyntézy a vzniká v Calvinovom cykle.
V ľudskom a zvieracom tele je glukóza hlavným a najuniverzálnejším zdrojom energie pre metabolické procesy. Všetky bunky živočíšneho tela majú schopnosť metabolizovať glukózu. Zároveň nie všetky bunky tela, ale len niektoré ich typy majú schopnosť využívať iné zdroje energie – napríklad voľné mastné kyseliny a glycerol, fruktózu či kyselinu mliečnu.
Transport glukózy z vonkajšieho prostredia do živočíšnej bunky sa uskutočňuje aktívnym transmembránovým prenosom pomocou špeciálnej molekuly proteínu - transportéra hexózy.
Glukóza v bunkách môže podstúpiť glykolýzu, aby sa vytvorila energia vo forme ATP. Prvým enzýmom v reťazci glykolýzy je hexokináza. Aktivita bunkovej hexokinázy je pod regulačným vplyvom hormónov – inzulín teda prudko zvyšuje aktivitu hexokinázy a následne aj využitie glukózy bunkami a glukokortikoidy aktivitu hexokinázy znižujú.
Mnohé zdroje energie okrem glukózy sa môžu 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, pri ktorých nedochádza k priamej biochemickej premene na glukózu, môžu pečeňové bunky využiť na produkciu ATP a následné dodanie energie pre procesy glukoneogenézy, resyntézy glukózy z kyseliny mliečnej, alebo dodanie energie pre proces syntézy glykogénového polysacharidu. rezervy z monomérov glukózy. Glukóza sa opäť ľahko vyrába z glykogénu jednoduchým rozkladom.
Vzhľadom na mimoriadny význam udržiavania stabilnej hladiny glukózy v krvi má človek a mnohé iné zvieratá zložitý systém hormonálnej regulácie parametrov metabolizmu sacharidov. Pri oxidácii 1 gramu glukózy na oxid uhličitý a vodu sa uvoľní 17,6 kJ energie. Uložená maximálna „potenciálna energia“ v molekule glukózy vo forme oxidačného stavu −4 atómy uhlíka (C−4) sa môže počas metabolických procesov zredukovať na C+4 (v molekule CO2). Jeho obnovenie na predchádzajúcu úroveň je možné vykonať pomocou autotrofov.
Fruktóza, alebo ovocný cukor C6H12O6- monosacharid, ktorý je vo voľnej forme prítomný takmer vo všetkých sladkých bobuľových plodoch a ovocí. Mnoho ľudí uprednostňuje nahradiť cukor 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) nemôžu využívať fruktózu. V pečeňových bunkách sa fruktóza fosforyluje a potom sa štiepi na triózy, ktoré sa používajú buď na syntézu mastných kyselín, čo môže viesť k obezite, ako aj k zvýšeným hladinám triglyceridov (čo zase zvyšuje riziko aterosklerózy), alebo sa používajú na tvorbu glykogénu. syntéza (je tiež čiastočne premenená na glukózu počas glukoneogenézy). Premena fruktózy na glukózu je však zložitý, viacstupňový proces a schopnosť pečene spracovať fruktózu je obmedzená. Otázka, či by mala byť fruktóza zaradená do stravy diabetikov, keďže jej vstrebávanie nevyžaduje inzulín, sa v posledných rokoch intenzívne skúma.
Hoci fruktóza nezvyšuje (alebo len mierne) hladinu glukózy v krvi u zdravého človeka, fruktóza často vedie k zvýšeniu hladiny glukózy v krvi u ľudí s cukrovkou. Na druhej strane, v dôsledku nedostatku glukózy v bunkách môžu telá diabetikov spaľovať tuky, čo vedie k vyčerpaniu tukových zásob. V tomto prípade sa na ich obnovenie môže použiť fruktóza, ktorá sa ľahko premieňa na tuk a nevyžaduje inzulín. Výhodou fruktózy je, že sladkú chuť možno dodať jedlu s relatívne malým množstvom fruktózy, keďže pri rovnakom kalorickom obsahu ako cukor (380 kcal/100 g) je 1,2 – 1,8 krát sladší. Štúdie však ukazujú, že konzumenti fruktózy neznižujú príjem kalórií, ale jedia sladšie jedlá.
39. Oligosacharidy- sú to oligoméry pozostávajúce z niekoľkých (nie viac ako 20) monomérov - monosacharidov, na rozdiel od polysacharidov pozostávajúcich z desiatok, stoviek alebo tisícok monosacharidov; - zlúčeniny zostavené z niekoľkých monosacharidových zvyškov (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 ktorej molekula pozostáva z dvoch monomérov - monosacharidov. Disacharidy vznikajú kondenzačnou reakciou medzi dvoma monosacharidmi, zvyčajne hexózami. Kondenzačná reakcia zahŕňa odstránenie vody. Väzba medzi monosacharidmi, ktorá je výsledkom kondenzačnej reakcie, sa nazýva glykozidická väzba, ktorá sa zvyčajne vytvára medzi 1. a 4. atómom uhlíka susedných monosacharidových jednotiek (1,4-glykozidová väzba).
Kondenzačný proces sa môže opakovať nespočetnekrát, výsledkom čoho je vznik obrovských molekúl polysacharidov. Akonáhle sú monosacharidové jednotky spojené, nazývajú sa zvyšky. Najbežnejšie disacharidy sú laktóza a sacharóza.
Mutarotácia(z lat. muto-change a rotatio - rotácia), zmena optickej hodnoty. rotácia roztokov opticky aktívnych zlúčenín v dôsledku ich epimerizácie. Charakteristické pre monosacharidy, redukujúce oligosacharidy, laktóny atď. Mutarotácia môže byť katalyzovaná kyselinami a zásadami. V prípade glukózy sa mutarotácia vysvetľuje nastolením rovnováhy: V rovnováhe je prítomných 38 % alfa formy a 62 % beta formy. Stredne pokročilý aldehydová forma je obsiahnutá v zanedbateľne malých koncentráciách. Výhody, vznik b-formy sa vysvetľuje tým, 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 Cu2O
40. Zase disacharidy, ktoré vznikajú v niektorých prípadoch počas hydrolýza polysacharidov(maltóza pri hydrolýze škrobu, celobióza pri hydrolýze celulózy) alebo existujúce v organizme vo voľnej forme (laktóza, sacharóza, trehalóza atď.), sa hydrolyzujú katalytickým pôsobením o- a p-glykozidáz na jednotlivé monosacharidy . Všetky glykozidázy, s výnimkou trehalázy (ot, omrehalóza-glukohydroxyplyny), sa vyznačujú širokou škálou špecificity, urýchľujúcou hydrolýzu takmer všetkých glykozidov, ktoré sú derivátmi jedného alebo druhého a- alebo (3-monosacharidu. -glukozidáza urýchľuje hydrolytickú reakciu a-glukozidov vrátane maltózy, p-glukozidáza - p-glukozidy vrátane celobiózy, B-galaktozidáza - B-galaktozidy a medzi nimi laktóza atď. Príklady pôsobenia a a P-glukozidáz boli daný skôr
41. Podľa poruchy chemická štruktúra disacharidov trehalózový typ (glykozid-glykozidy) a maltózový typ (glykozid-glukóza) majú výrazne odlišné chemické vlastnosti: prvé nespôsobujú žiadne reakcie charakteristické pre aldehydovú alebo ketónovú skupinu, t.j. neoxidujú, neredukujú sa, netvoria oázazóny , vstupujú do polykodenzačnej reakcie (neživicujú), nemutarotujú a pod. Pre disacharidy ako je maltóza sú naopak všetky spomenuté reakcie veľmi charakteristické. Dôvod tohto rozdielu je celkom jasný z toho, čo bolo povedané vyššie o dvoch typoch disacharidovej štruktúry a vlastnostiach monosacharidových zvyškov zahrnutých v ich zložení. Spočíva v tom, že iba v disacharidoch, ako je maltóza, je možná kruhová tautoméria, v dôsledku ktorej vzniká voľná aldehydová alebo ketónová skupina, ktorá má svoje charakteristické vlastnosti.
Pre alkoholové hydroxyly oba typy disacharidov spôsobujú rovnaké reakcie: tvoria étery a estery a interagujú s hydrátmi oxidov kovov.
V prírode existuje veľké množstvo disacharidov; Najvýznamnejšie z nich sú už spomínaná trehalóza a maltóza, ako aj sacharóza, celobióza a laktóza.
42. Maltóza(z angl. malt - malt) - sladový cukor, prírodný disacharid pozostávajúci z dvoch zvyškov glukózy; nachádza sa vo veľkých množstvách v naklíčených zrnách (slad) jačmeňa, raže a iných zrnách; nachádza sa aj v paradajkách, peli a nektáre mnohých rastlín. M. je ľahko rozpustný vo vode a má sladkú chuť; je redukujúci cukor, pretože má nesubstituovanú poloacetálovú hydroxylovú skupinu. Biosyntéza M. z b-D-glukopyranozylfosfátu a D-glukózy je známa len u niektorých druhov baktérií. V živočíšnych a rastlinných organizmoch sa horčík tvorí enzymatickým rozkladom škrobu a glykogénu (pozri Amyláza). K rozkladu M. na dva glukózové zvyšky dochádza v dôsledku pôsobenia enzýmu a-glukozidázy alebo maltázy, ktorý sa nachádza v tráviacich šťavách zvierat a ľudí, v naklíčených zrnách, v plesniach a kvasinkách. Geneticky podmienená absencia tohto enzýmu v ľudskej črevnej sliznici vedie k vrodenej intolerancii M., čo je vážne ochorenie, ktoré si vyžaduje vylúčenie M., škrobu a glykogénu zo stravy alebo pridanie enzýmu maltázy do potravy.
Varením maltózy so zriedenou kyselinou a pôsobením enzýmu dochádza k hydrolýze maltázy (vzniknú dve molekuly glukózy C6H12O6). Maltóza sa ľahko vstrebáva do ľudského tela. Molekulová hmotnosť - 342,32 T bod topenia - 108 (bezvodý)
43. Laktóza(z lat. lactis - mlieko) C12H22O11 - sacharid disacharidovej skupiny, nachádzajúci sa v mlieku a mliečnych výrobkoch. Molekula laktózy pozostáva zo zvyškov molekúl glukózy a galaktózy. Laktóza sa niekedy nazýva mliečny cukor.
Chemické vlastnosti. Pri varení so zriedenou kyselinou sa laktóza hydrolyzuje.
Laktóza sa získava z mliečnej srvátky.
Aplikácia. Používa sa na prípravu kultivačných médií, napríklad pri výrobe penicilínu. Používa sa ako pomocná látka (pomocná látka) 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 v prírode veľmi bežný disacharid, nachádza 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 stolového cukru.
Sacharóza má vysokú rozpustnosť. Chemicky je fruktóza celkom inertná, t.j. pri presune z jedného miesta na druhé sa takmer nezúčastňuje metabolizmu. Niekedy sa sacharóza skladuje ako rezervná živina.
Sacharóza, ktorá vstupuje do čreva, sa rýchlo hydrolyzuje alfa-glukozidázou v tenkom čreve na glukózu a fruktózu, ktoré sa potom vstrebávajú do krvi. Inhibítory alfa-glukozidázy, ako je akarbóza, inhibujú rozklad a absorpciu sacharózy, ako aj iných uhľohydrátov hydrolyzovaných alfa-glukozidázou, najmä škrobu. Používa sa pri liečbe cukrovky 2. typu. Synonymá: alfa-D-glukopyranozyl-beta-D-fruktofuranozid, repný cukor, trstinový cukor.
Chemické a fyzikálne vlastnosti. Molekulová hmotnosť 342,3 amu. Hrubý vzorec (Hillov systém): C12H22O11. Chuť je sladkastá. 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 sodíkovú D-líniu: 66,53 (voda; 35 g/100 g; 20 °C). Po ochladení kvapalným vzduchom a osvetlení jasným svetlom kryštály sacharózy fosforeskujú. Nevykazuje redukčné vlastnosti - nereaguje s Tollensovým a Fehlingovým činidlom. Prítomnosť hydroxylových skupín v molekule sacharózy sa ľahko potvrdí reakciou s hydroxidmi kovov. Ak sa k hydroxidu meďnatému pridá roztok sacharózy, vytvorí sa svetlomodrý roztok medenej sacharózy. V sacharóze nie je žiadna aldehydová skupina: pri zahrievaní s roztokom amoniaku oxidu strieborného (I) nedáva „strieborné zrkadlo“; pri zahrievaní s hydroxidom meďnatým (II) nevytvára červený oxid meďnatý (I) . Medzi izomérmi sacharózy s molekulovým vzorcom C12H22O11 možno rozlíšiť maltózu a laktózu.
Reakcia sacharózy s vodou. Ak uvaríte roztok sacharózy s niekoľkými kvapkami kyseliny chlorovodíkovej alebo sírovej a kyselinu zneutralizujete zásadou a potom roztok zahrejete, objavia sa molekuly s aldehydovými skupinami, ktoré redukujú hydroxid meďnatý na oxid meďnatý. Táto reakcia ukazuje, že sacharóza podlieha hydrolýze za katalytického pôsobenia kyseliny, čo vedie k tvorbe glukózy a fruktózy: C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6
Prírodné a antropogénne zdroje. Obsiahnuté v cukrovej trstine, cukrovej repe (do 28 % sušiny), rastlinných šťavách a ovocí (napríklad breza, javor, melón a mrkva). Zdroj sacharózy - z repy alebo trstiny - je určený pomerom obsahu stabilných izotopov uhlíka 12C a 13C. Cukrová repa má mechanizmus C3 na asimiláciu oxidu uhličitého (cez kyselinu fosfoglycerínovú) a prednostne absorbuje izotop 12C; Cukrová trstina má mechanizmus C4 na absorpciu oxidu uhličitého (cez kyselinu oxaloctovú) a prednostne absorbuje izotop 13C.
45. Celobióza- sacharid zo skupiny disacharidov, pozostávajúci z dvoch glukózových zvyškov spojených β-glukozidovou väzbou, hlavná štruktúrna jednotka celulózy.
Biela kryštalická látka, dobre rozpustná vo vode. Celobióza je charakterizovaná reakciami zahŕňajúcimi aldehydovú (hemacetálovú) skupinu a hydroxylové skupiny. Počas kyslej hydrolýzy alebo pôsobením enzýmu β-glukozidázy sa celobióza rozkladá na 2 molekuly glukózy.
Celobióza sa získava čiastočnou hydrolýzou celulózy. Celobióza sa nachádza vo voľnej forme v šťave niektorých stromov.
46. Polysacharidy- všeobecný názov pre triedu komplexných vysokomolekulárnych sacharidov, ktorých molekuly pozostávajú z desiatok, stoviek alebo tisícok monomérov - monosacharidov.
Polysacharidy sú nevyhnutné pre život živočíšnych a rastlinných organizmov. Sú jedným z hlavných zdrojov energie generovanej v dôsledku metabolizmu v tele. Zúčastňujú sa imunitných procesov, zabezpečujú bunkovú adhéziu v tkanivách a tvoria väčšinu organickej hmoty v biosfére.
Bola preukázaná rôznorodá biologická aktivita polysacharidov rastlinného pôvodu: antibiotikum, antivírusové, protinádorové, protijedové [zdroj neuvedený 236 dní]. Polysacharidy rastlinného pôvodu zohrávajú dôležitú úlohu pri znižovaní lipémie a vaskulárnej ateromatózy vďaka svojej schopnosti vytvárať komplexy s proteínmi a lipoproteínmi v krvnej plazme.
Medzi polysacharidy patria najmä:
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 malých množstvách sa nachádza v rastlinných tkanivách;
celulóza je hlavným štruktúrnym polysacharidom bunkových stien rastlín;
galaktomanány - zásobné polysacharidy niektorých rastlín z čeľade strukovín, ako je guarana a guma zo svätojánskeho chleba;
glukomanán je polysacharid získaný z hľúz konjacu, pozostávajúci zo striedajúcich sa jednotiek glukózy a manózy, rozpustnej vlákniny, ktorá znižuje chuť do jedla;
amyloid – používa sa pri výrobe pergamenového papiera.
Celulóza ( z lat. cellula - bunka, rovnako ako vlákno) - [C6H7O2(OH)3]n, polysacharid; hlavná zložka bunkových membrán všetkých vyšších rastlín.
Celulóza pozostáva zo zvyškov molekúl glukózy, ktoré vznikajú pri kyslej hydrolýze celulózy:
(C6H1005)n + nH20 -> nC6H1206
Celulóza je dlhá niť obsahujúca 300-2500 zvyškov glukózy, bez bočných vetiev. Tieto vlákna sú prepojené mnohými vodíkovými väzbami, čo dáva celulóze väčšiu mechanickú pevnosť. Cicavce (rovnako ako väčšina iných zvierat) nemajú enzýmy, ktoré by dokázali rozložiť celulózu. Mnohé bylinožravce (napríklad prežúvavce) však majú v tráviacom trakte symbiontné baktérie, ktoré sa rozkladajú a pomáhajú hostiteľom absorbovať tento polysacharid.
Priemyselnou metódou sa celulóza vyrába varením v celulózkach, ktoré sú súčasťou priemyselných komplexov (mlyn). Na základe typu použitých činidiel sa rozlišujú tieto spôsoby varenia buničiny:
Sulfit. Varný roztok obsahuje kyselinu sírovú a jej soľ, napríklad hydrosiričitan sodný. Táto metóda sa používa na získanie celulózy z drevín s nízkym obsahom živice: smrek, jedľa.
alkalické:
Natronny. Používa sa roztok hydroxidu sodného. Sódovú metódu možno použiť na získanie celulózy z listnatého dreva a jednoročných rastlín.
Sulfát. Dnes najbežnejšia metóda. Použité činidlo je roztok obsahujúci hydroxid sodný a sulfid sodný, nazývaný biely lúh. Metóda dostala svoj názov podľa síranu sodného, z ktorého sa v celulózkach získava sulfid pre biely lúh. Spôsob je vhodný na výrobu celulózy z akéhokoľvek druhu rastlinného materiálu. Jeho nevýhodou je uvoľňovanie veľkého množstva zapáchajúcich zlúčenín síry: metylmerkaptánu, dimetylsulfidu a pod., v dôsledku nežiaducich reakcií.
Technická celulóza získaná po varení obsahuje rôzne nečistoty: lignín, hemicelulózy. Ak je celulóza určená na chemické spracovanie (napríklad na výrobu umelých vlákien), potom sa podrobí rafinácii - úprave studeným alebo horúcim alkalickým roztokom na odstránenie hemicelulóz.
Aby sa odstránil zvyškový lignín a dužina bola biela, bieli sa. Tradičné chlórové bielenie zahŕňa dva kroky:
úprava chlórom - na zničenie makromolekúl lignínu;
alkalická úprava - na extrakciu výsledných produktov deštrukcie 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 zŕn.
Biologické vlastnosti.Škrob, ktorý je jedným z produktov fotosyntézy, je v prírode rozšírený. Pre rastliny je zásobou živín a nachádza sa najmä v plodoch, semenách a hľuzách. Na škrob sú najbohatšie zrná obilnín: ryža (až 86 %), pšenica (až 75 %), kukurica (až 72 %) a hľuzy zemiakov (až 24 %).
Pre ľudské telo slúži škrob spolu so sacharózou ako hlavný dodávateľ sacharidov – jednej z najdôležitejších zložiek potravy. Pôsobením enzýmov sa škrob hydrolyzuje na glukózu, ktorá sa v bunkách oxiduje na oxid uhličitý a vodu, čím sa uvoľňuje energia potrebná pre fungovanie živého organizmu.
Biosyntéza.Časť glukózy produkovanej v zelených rastlinách počas fotosyntézy sa premení na škrob:
6C02 + 6H20 -> C6H12O6 + 602
nC6H12O6(glukóza) → (C6H10O5)n + nH2O
Vo všeobecnosti to možno zapísať ako 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n 6nO2.
Škrob sa hromadí v hľuzách, ovocí a semenách rastlín ako rezervná výživa. Zemiakové hľuzy teda obsahujú až 24% škrobu, pšeničné zrná - až 64%, ryža - 75%, kukurica - 70%.
Glykogén je polysacharid, tvorené zvyškami glukózy; hlavný zásobný sacharid u ľudí a zvierat. Glykogén (niekedy nazývaný aj živočíšny škrob, hoci tento termín je nepresný) je primárnou zásobnou formou glukózy v živočíšnych bunkách. Ukladá sa vo forme granúl v cytoplazme v mnohých typoch buniek (hlavne v pečeni a svaloch). Glykogén tvorí energetickú rezervu, ktorá môže byť v prípade potreby rýchlo mobilizovaná na kompenzáciu náhleho nedostatku glukózy. Ukladanie glykogénu však nie je také kalorické na gram ako ukladanie triglyceridov (tukov). Len glykogén uložený v pečeňových bunkách (hepatocytoch) sa môže premeniť na glukózu, ktorá poháňa celé telo, a hepatocyty sú schopné uložiť až 8 percent svojej hmotnosti vo forme glykogénu, čo je najvyššia koncentrácia zo všetkých typov buniek. Celková hmotnosť glykogénu v pečeni môže u dospelých dosiahnuť 100-120 gramov. Vo svaloch sa glykogén premieňa na glukózu výlučne na lokálnu spotrebu a hromadí sa v oveľa nižších koncentráciách (nie viac ako 1 % celkovej svalovej hmoty), pričom zároveň jeho celková svalová rezerva môže prevýšiť rezervu nahromadenú v hepatocytoch. Malé množstvo glykogénu sa nachádza v obličkách a ešte menšie množstvo sa nachádza v určitých typoch mozgových buniek (gliové bunky) a bielych krviniek.
48. Chitín (C8H1305N) (francúzsky chitín, z gréckeho chiton: chiton - odev, koža, škrupina) - prírodná zlúčenina zo skupiny polysacharidov obsahujúcich dusík. Chemický názov: poly-N-acetyl-D-glukóza-2-amín, polymér zvyškov N-acetylglukózamínu spojených b-(1,4)-glykozidovými väzbami. Hlavná zložka exoskeletu (kutikuly) článkonožcov a radu ďalších bezstavovcov je súčasťou bunkovej steny húb a baktérií.
Distribúcia v prírode. Chitín je jedným z najbežnejších polysacharidov v prírode, ročne sa na Zemi v živých organizmoch vytvorí a rozloží asi 10 gigaton chitínu.
Vykonáva ochranné a podporné funkcie, zaisťuje tuhosť buniek - nachádza sa v bunkových stenách húb.
Hlavná zložka exoskeletu článkonožcov.
Chitín sa tvorí aj v telách mnohých iných živočíchov – rôznych červov, koelenterátov atď.
Vo všetkých organizmoch, ktoré produkujú a používajú chitín, sa nenachádza v čistej forme, ale v kombinácii s inými polysacharidmi a veľmi často sa spája s proteínmi. Napriek tomu, že chitín je látkou veľmi podobnou štruktúrou, fyzikálno-chemickými vlastnosťami a biologickou úlohou celulóze, chitín sa v organizmoch tvoriacich celulózu (rastliny, niektoré baktérie) nenašiel.
Chémia chitínu. Vo svojej prirodzenej forme sa chitíny z rôznych organizmov trochu líšia zložením a vlastnosťami. Molekulová hmotnosť chitínu dosahuje 260 000.
Chitín je nerozpustný vo vode a odolný voči zriedeným kyselinám, zásadám, alkoholu a iným organickým rozpúšťadlám. Rozpustný v koncentrovaných roztokoch niektorých solí (chlorid zinočnatý, tiokyanát lítny, vápenaté soli).
Pri zahrievaní s koncentrovanými roztokmi minerálnych kyselín sa ničí (hydrolyzuje), čím sa eliminujú acetylové skupiny.
Praktické využitie. Jedným z derivátov chitínu, ktorý sa z neho priemyselne získava, je chitosan. Surovinou na jeho výrobu sú ulity kôrovcov (krill, kráľovský krab), ako aj produkty mikrobiologickej syntézy.
49. Aromatické uhľovodíky, organické zlúčeniny pozostávajúce z uhlíka a vodíka a obsahujúce benzénové jadrá. Najjednoduchší a najvýznamnejší predstavitelia A. u. - benzén (I) a jeho homológy: metylbenzén alebo toluén (II), dimetylbenzén alebo xylén atď. tiež zahŕňajú benzénové deriváty s nenasýtenými bočnými reťazcami, napríklad styrén (III). Existuje veľa známych A.u. s niekoľkými benzénovými jadrami v molekule, napríklad difenylmetán (IV), difenyl C6H5-C6H5, v ktorých sú obe benzénové jadrá navzájom priamo spojené; v naftaléne (V) oba kruhy zdieľajú 2 atómy uhlíka; takéto uhľovodíky sa nazývajú A.u. s kondenzovanými jadrami.
Benzén C6H6, PhH) je organická chemická zlúčenina, bezfarebná kvapalina s príjemnou sladkou vôňou. Aromatický uhľovodík. Benzén je súčasťou benzínu, je široko používaný v priemysle a je surovinou na výrobu liekov, rôznych plastov, syntetického kaučuku a farbív. Hoci je benzén zložkou ropy, v priemyselnom meradle sa syntetizuje z iných zložiek. Toxický, karcinogénny.
Homológy- Zlúčeniny patriace do rovnakej triedy, ale líšiace sa od seba v zložení celým počtom skupín CH2. Súhrn všetkých homológov tvorí homologickú 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 vytvára veľa sadzí. So vzduchom tvorí výbušné zmesi, dobre sa mieša s étermi, benzínom a inými organickými rozpúšťadlami, s vodou tvorí azeotropickú zmes s bodom varu 69,25 °C. Rozpustnosť vo vode 1,79 g/l (pri 25 °C).
Štruktúra. Benzén svojím zložením patrí k nenasýteným uhľovodíkom (homológny rad CnH2n-6), ale na rozdiel od uhľovodíkov etylénového radu, C2H4 vykazuje vlastnosti vlastné nasýteným uhľovodíkom v drsných podmienkach, ale benzén je náchylnejší na substitučné reakcie. Toto „správanie“ benzénu sa vysvetľuje jeho špeciálnou štruktúrou: prítomnosťou konjugovaného 6π-elektrónového oblaku v štruktúre. Moderné chápanie elektronickej povahy väzieb v benzéne je založené na hypotéze Linusa Paulinga, ktorý navrhol zobraziť molekulu benzénu ako šesťuholník s vpísaným kruhom, čím zdôraznil absenciu pevných dvojitých väzieb a prítomnosť jediného elektrónu. oblak pokrývajúci všetkých šesť atómov uhlíka cyklu.
50. Aromatické zlúčeniny (areny)- cyklické organické zlúčeniny, ktoré obsahujú aromatický väzbový systém. Môžu mať nasýtené alebo nenasýtené bočné reťazce.
Medzi najvýznamnejšie aromatické uhľovodíky patrí benzén C6H6 a jeho homológy: toluén C6H5CH3, xylén C6H4(CH3)2 atď.; naftalén C10H8, antracén C14H10 a ich deriváty. Výrazné chemické vlastnosti- zvýšená stabilita aromatického jadra a sklon k substitučným reakciám. Hlavnými zdrojmi aromatických uhľovodíkov sú uhoľný decht, ropa a ropné produkty. Syntetické spôsoby výroby majú veľký význam. Aromatické uhľovodíky sú východiskovými produktmi pre výrobu ketónov, aldehydov a aromatických kyselín, ako aj mnohých ďalších látok. Existujú aj heterocyklické arény, medzi ktorými sa najčastejšie vyskytujú v čistej forme a vo forme zlúčenín pyridín, pyrol, furán a tiofén, indol, purín, chinolín.
Borazol („anorganický benzén“) je tiež aromatický, ale jeho vlastnosti sa výrazne líšia od vlastností organických arénov.
Elektrofilné substitučné reakcie"(angl. substitučná elektrofilná reakcia) - substitučné reakcie, pri ktorých útok uskutočňuje elektrofil - častica, ktorá je kladne 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 vlastne existuje jeden mechanizmus elektrofilnej substitúcie – SEAr. Mechanizmus SE1 (podobný mechanizmu SN1) je extrémne zriedkavý a SE2 (podobný mechanizmu SN2) sa nenachádza vôbec.
Mechanizmus reakcie SEAr alebo aromatická elektrofilná substitučná reakcia (angl. substitučná elektrofilná aromatická) je najbežnejšou a najdôležitejšou spomedzi substitučných reakcií aromatických zlúčenín a pozostáva z dvoch stupňov. V prvom stupni sa pridá elektrofil a v druhom stupni sa oddelí elektrocentrála.
Počas reakcie sa vytvorí kladne nabitý medziprodukt (na obrázku 2b). Nazýva sa Uelandov medziprodukt, aróniový ión alebo σ-komplex. Tento komplex je vo všeobecnosti veľmi reaktívny a ľahko sa stabilizuje a rýchlo odstraňuje katión. Krok obmedzujúci rýchlosť vo veľkej väčšine reakcií SEAr je prvým krokom.
Rýchlosť reakcie = k**
Útočným druhom sú zvyčajne relatívne slabé elektrofily, takže vo väčšine prípadov SEAr reakcia prebieha za pôsobenia katalyzátora - Lewisovej kyseliny. Najčastejšie používané sú AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2.
V tomto prípade je reakčný mechanizmus nasledujúci (na príklade chlorácie benzénu, katalyzátor FeCl3):
1. V prvom stupni katalyzátor interaguje s atakujúcou časticou za vzniku aktívneho elektrofilného činidla
V druhej fáze sa v skutočnosti implementuje mechanizmus SEAr
53. Heterocyklické zlúčeniny(heterocykly) - organické zlúčeniny obsahujúce cykly, ktoré spolu s uhlíkom obsahujú aj atómy iných prvkov. Možno ich považovať za karbocyklické zlúčeniny s heterosubstituentmi (heteroatómami) v kruhu. Najrozmanitejšie a dobre preštudované sú aromatické heterocyklické zlúčeniny obsahujúce dusík. Obmedzujúce prípady heterocyklických zlúčenín sú zlúčeniny, ktoré neobsahujú atómy uhlíka v kruhu, napríklad pentazol.
Pyrrol- aromatický päťčlenný dusíkatý heterocyklus, má slabé zásadité vlastnosti. Obsiahnuté 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 s vôňou podobnou chloroformu, ktorá na vzduchu pomaly tmavne. Je mierne hygroskopický, mierne 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 vzniku počas destilácie sukcínimidu so zinkovým prachom.
Kyslosť a metalizácia. Pyrol je slabá NH kyselina (pKa 17,5 vo vode) a reaguje s alkalickými kovmi a ich amidmi v kvapalnom amoniaku alebo inertných rozpúšťadlách, pričom deprotonuje v polohe 1 a vytvára zodpovedajúce soli. Podobne prebieha aj reakcia s Grignardovými činidlami, pri ktorej vznikajú N-horečnaté soli. N-substituované pyroly reagujú s butylom a fenyllítiom, pričom metalujú v polohe a.
54. INDOL (benzo[b]pyrol), mol. m, 117,18; bezfarebný kryštály so slabým naftalénovým zápachom; t.t. 52,5 °C, b. 254 °C; d456 1,0718; pri zahriatí sublimuje. do 150 °C; m 7,03,10-30 Kl.m (benzén, 25 °C); destiluje s vodnou parou, dietyléterom a NH3; dobre sol. v org. rozpúšťadlá, horúca voda, kvapalný NH3. Molekula má plochú konfiguráciu.
Indol je slabá zásada (pKa -2,4). Pri protónovaní vytvára katión 3H-indolia (forma I), ktorý po interakcii. s neutrálnou molekulou poskytuje indol dimér (II). Ako slabá zlúčenina (pKa 17) tvorí indol s Na v kvapalnom NH3 N-indol sodný, s KOH pri 130°C - N-indol draselný. Je aromatický. Svätý ty. Electroph. náhrada ide Ch. arr. do polohy 3. Nitrácia sa zvyčajne uskutočňuje benzoylnitrátom, sulfonácia pyridínsulfotrioxidom, bromácia dioxándibromidom, chlorácia SO2Cl2, alkylácia aktívnymi alkylhalogenidmi. Acetylácia v kyseline octovej prebieha aj v polohe 3, v prítomnosti. CH3COONa - do polohy 1; 1,3-diacetylindol vzniká v acetanhydride. Indol sa ľahko viaže na dvojitú väzbu a,b-nenasýtených ketónov a nitrilov.
K aminometylácii (Mannichov roztok) dochádza v miernych podmienkach v polohe 1, v ťažkých v polohe 3. Substitúcia do benzénového kruhu (prevažne v polohe 4 a 6) nastáva len v kyslom prostredí, keď je poloha 3 blokovaná. H2O2, perkyseliny alebo na svetle sa indol oxiduje na indoxyl, ktorý sa potom premieňa. v trimeri alebo indigu. Závažnejšia oxidácia pod vplyvom O3, MnO2 vedie k prasknutiu pyrolového kruhu za vzniku 2-formamidobenzaldehydu. Keď sa indol hydrogenuje vodíkom za miernych podmienok, pyrolový kruh sa redukuje a za drsnejších podmienok sa redukuje aj benzénový kruh.
Indol sa nachádza v esenciálnych olejoch z jazmínu a citrusových plodov, je súčasťou Kam.-ug. živice. Indolový kruh je fragmentom dôležitých prírodných molekúl. zlúčeniny (napr. tryptofán, serotonín, melatonín, bufotenín). Typicky sa indol izoluje z naftalénovej frakcie Kam.-Ug. živice alebo získané dehydrogenáciou o-etylanilínu s poslednou. cyklizácia výsledného produktu. Indol a jeho deriváty sa tiež syntetizujú cyklizáciou arylhydrazónov karbonylových zlúčenín. (okres Fischer), interakcia. arylamíny s a-halogén- alebo a-hydroxykarbonylovými zlúčeninami. (okres Bishler) atď. Indolové jadro je súčasťou indolových alkaloidov. Samotný indol je fixátorom pachov v parfumérii; jeho deriváty sa používajú pri výrobe biologicky aktívnych zlúčenín. (hormóny, halucinogény) a lieky. St (napr. indopán, indometacín).
55. Imidazol- organická zlúčenina triedy heterocyklov, päťčlenný kruh s dvoma atómami dusíka a tromi atómami uhlíka v kruhu, izomérny k pyrazolu.
Vlastnosti. V nesubstituovanom imidazole sú polohy 4 a 5 (atómy uhlíka) ekvivalentné v dôsledku tautomérie. Aromatický, reaguje s diazóniovými soľami (kombinácia). Nitruje a sulfónuje sa len v kyslom prostredí v polohe 4, halogény v alkalickom prostredí vstupujú v polohe 2, v kyslom prostredí v polohe 4. Ľahko sa alkyluje a acyluje na imínovom N, otvára cyklus pri interakcii s roztoky silných kyselín a peroxidov. Katalyzuje hydrolýzu ťažko saponifikovaných esterov a amidov karboxylových kyselín.
Na báze 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. Imidazolový cyklus je súčasťou esenciálnej aminokyseliny histidínu. Štrukturálny fragment histamínu, purínových báz, dibazolu.
56. Pyridín- šesťčlenný aromatický heterocyklus s jedným atómom dusíka, bezfarebná kvapalina so silným nepríjemným zápachom; miešateľný s vodou a organickými rozpúšťadlami. Pyridín je slabá zásada, poskytuje soli so silnými minerálnymi kyselinami a ľahko tvorí podvojné soli a komplexné zlúčeniny.
Potvrdenie. Hlavným zdrojom pyridínu je uhoľný decht.
Chemické vlastnosti. Pyridín vykazuje vlastnosti charakteristické pre terciárne amíny: tvorí N-oxidy, N-alkylpyridíniové soli a môže pôsobiť ako sigma-donorový ligand.
Zároveň má pyridín zjavné aromatické vlastnosti. Prítomnosť atómu dusíka v konjugačnom kruhu však vedie k vážnej redistribúcii elektrónovej hustoty, čo vedie k silnému zníženiu aktivity pyridínu pri elektrofilných aromatických substitučných reakciách. Pri takýchto reakciách reagujú prevažne meta polohy kruhu.
Pyridín je charakterizovaný aromatickými nukleofilnými substitučnými reakciami, ktoré sa vyskytujú prevažne v orto-para polohách kruhu. Táto reaktivita ukazuje na elektrón-deficientnú povahu pyridínového kruhu, čo možno zhrnúť do nasledujúceho pravidla: reaktivita pyridínu ako aromatickej zlúčeniny zhruba zodpovedá reaktivite nitrobenzénu.
Aplikácia. Používa sa pri syntéze farbív, liečivých látok, insekticídov, v analytickej chémii, ako rozpúšťadlo mnohých organických a niektorých anorganických látok a na denaturáciu alkoholu.
Bezpečnosť. Pyridín je toxický a ovplyvňuje nervový systém a pokožku.
57. Biologická úloha. Kyselina nikotínová je derivát pyridínu. Absorbuje sa v žalúdku a dvanástniku a následne prechádza amináciou, výsledkom čoho je nikotínamid, ktorý v tele v kombinácii s bielkovinami 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 organických látok, ktoré sú oxidované. Takto odstránený vodík je týmito enzýmami odovzdaný redoxným enzýmom, medzi ktoré patrí riboflavín. Okrem toho sa v tele cicavcov tvoria pyridínové nukleotidy z nikotínamidu (niacínu) a kyseliny nikotínovej, ktoré slúžia ako koenzýmy NAD a NADP. Nedostatok týchto prekurzorov u zvierat spôsobuje pelagru, ochorenie prejavujúce sa symptómami kože, gastrointestinálneho traktu a nervového systému (dermatitída, hnačka, demencia). Ako koenzýmy sa NAD a NADP, prekurzory niacínu, podieľajú na mnohých redoxných reakciách katalyzovaných dehydrogenázami. Biologický účinok kyseliny nikotínovej sa prejavuje vo forme stimulácie sekrečnej funkcie žalúdka a tráviacich žliaz (pri jej prítomnosti v žalúdku sa zvyšuje koncentrácia voľnej kyseliny chlorovodíkovej). Vplyvom vitamínu B5 sa zvyšuje biosyntéza glykogénu a znižuje sa hyperglykémia, zvyšuje sa detoxikačná funkcia pečene, rozširujú sa cievy, zlepšuje sa mikrocirkulácia krvi.
Existuje spojenie medzi kyselinou nikotínovou a aminokyselinami obsahujúcimi síru. Zvýšené vylučovanie metylnikotínamidu močom v prípade nedostatku bielkovín sa normalizuje zaradením aminokyselín obsahujúcich síru do stravy. Zároveň sa normalizuje aj obsah fosfopyrinukleotidov v pečeni.
58. Pyrimidín (C4N2H4, pyrimidín, 1,3- alebo m-diazín, miazín) je heterocyklická zlúčenina s plochou molekulou, najjednoduchší zástupca 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 dvojkyselinovej bázy, pretože atómy dusíka môžu pridávať protóny prostredníctvom väzieb donor-akceptor, čím získavajú kladný náboj. Reaktivita pri elektrofilných substitučných reakciách pyrimidínu je znížená v dôsledku zníženia hustoty elektrónov v polohách 2, 4, 6 spôsobeného prítomnosťou dvoch atómov dusíka v kruhu. Substitúcia je možná len v prítomnosti elektrón-donorových substituentov a smeruje do najmenej deaktivovanej polohy 5. Avšak na rozdiel od toho je pyrimidín aktívny voči nukleofilným činidlám, ktoré atakujú uhlíky 2, 4 a 6 v kruhu.
Potvrdenie. Pyrimidín sa získava redukciou halogénovaných derivátov pyrimidínu. Alebo z 2,4,6-trichlórpyrimidínu, získaného reakciou kyseliny barbiturovej s chloridom fosforečným.
Pyrimidínové derivátyširoko rozšírené v živej prírode, kde sa zúčastňujú mnohých dôležitých biologických procesov. Najmä deriváty ako cytozín, tymín, uracil sú súčasťou nukleotidov, čo sú štruktúrne jednotky nukleových kyselín, pyrimidínové jadro je súčasťou niektorých vitamínov skupiny B, najmä B1, koenzýmov a antibiotík.
59. Purín (C5N4H4, Purín)- heterocyklická zlúčenina, najjednoduchší zástupca imidazopyrimidínov.
Purínové deriváty zohrávajú dôležitú úlohu v chémii prírodných zlúčenín (purínové bázy DNA a RNA; koenzým NAD; alkaloidy, kofeín, teofylín a teobromín; toxíny, saxitoxín a príbuzné zlúčeniny; kyselina močová), a teda aj vo liečivách.
adenín- dusíkatá zásada, aminoderivát purínu (6-aminopurín). Vytvára dve vodíkové väzby s uracilom a tymínom (komplementarita).
Fyzikálne vlastnosti. Adenín sú bezfarebné kryštály, ktoré sa topia pri teplote 360-365 C. Má charakteristické absorpčné maximum (λmax) pri 266 mmk (pH 7) s molárnym extinkčným koeficientom (εmax) 13500.
Chemický vzorec C5H5N5, molekulová hmotnosť 135,14 g/mol. Adenín vykazuje základné vlastnosti (pKal=4,15; pKa2=9,8). Pri interakcii s kyselinou dusičnou stráca adenín svoju aminoskupinu a mení sa na hypoxantín (6-hydroxypurín). Vo vodných roztokoch kryštalizuje na kryštalický hydrát s tromi molekulami vody.
Rozpustnosť. Je vysoko rozpustný vo vode, najmä v horúcej vode, s klesajúcou teplotou vody sa v nej znižuje rozpustnosť adenínu. Zle rozpustný v alkohole, chloroforme, éteri, ako aj v kyselinách a zásadách - nerozpustný.
Prevalencia a význam v prírode. Adenín je súčasťou mnohých zlúčenín životne dôležitých pre živé organizmy, ako sú: adenín, adenozínfosfotázy, adenozínfosforečné kyseliny, nukleové kyseliny, adenínnukleotidy atď. Vo forme týchto zlúčenín je adenín široko rozšírený v živej prírode.
guanín- dusíkatá báza, aminoderivát purínu (6-hydroxy-2-aminopurín), je neoddeliteľnou súčasťou nukleových kyselín. V DNA počas replikácie a transkripcie vytvára 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 alkalickom a kyslom prostredí má dve absorpčné maximá (λmax) v ultrafialovom spektre: pri 275 a 248 mmk (pH 2) a 246 a 273 mmk (pH 11).
Chemické vlastnosti. Chemický vzorec - C5H5N5O, molekulová hmotnosť - 151,15 g/mol. Vykazuje 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, zle rozpustný v éteri, alkohole, amoniaku a neutrálnych roztokoch, nerozpustný vo vode .
Kvalitatívne reakcie. Na stanovenie guanínu sa zráža s kyselinou metafosforečnou a pikrovou, s kyselinou diazosulfónovou v roztoku Na2CO3 dáva červené sfarbenie.
Rozdelenie v prírode a význame.Časť nukleových kyselín.
60. Nukleozidy sú glykozylamíny obsahujúce dusíkatú bázu viazanú na cukor (ribózu alebo deoxyribózu).
Nukleozidy môžu byť fosforylované bunkovými kinázami na primárnej alkoholovej skupine cukru, čo vedie k vytvoreniu zodpovedajúcich nukleotidov.
Nukleotidy- fosforové estery nukleozidov, nukleozidové fosfáty. Voľné nukleotidy, najmä ATP, cAMP, ADP, hrajú dôležitú úlohu v energetických a informačných vnútrobunkových procesoch a sú tiež súčasťou nukleových kyselín a mnohých koenzýmov.
Nukleotidy sú estery nukleozidov a kyseliny fosforečnej. Nukleozidy sú zase N-glykozidy obsahujúce heterocyklický fragment pripojený cez atóm dusíka k atómu C-1 cukrového zvyšku.
Štruktúra nukleotidov. V prírode sú najbežnejšími nukleotidmi β-N-glykozidy purínov alebo pyrimidínov a pentóz - D-ribóza alebo D-2-ribóza. V závislosti od štruktúry pentózy sa rozlišujú ribonukleotidy a deoxyribonukleotidy, čo sú monoméry molekúl komplexných biologických polymérov (polynukleotidov) - RNA alebo DNA, resp.
Fosfátový zvyšok v nukleotidoch zvyčajne 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 nukleotidových molekúl sa nazývajú dinukleotidy, tri - trinukleotidy, malý počet - oligonukleotidy a veľa - polynukleotidy alebo nukleové kyseliny.
Názvy nukleotidov sú skratky vo forme štandardných troj- alebo štvorpísmenových kódov.
Ak sa skratka začína malým písmenom „d“ (anglicky d), znamená to deoxyribonukleotid; neprítomnosť písmena "d" znamená ribonukleotid. Ak sa skratka začína malým písmenom „c“ (anglicky 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 jadrové bázy:
A - A: adenín; G - G: guanín; C - C: Cytozín; T - T: Tymín (5-metyluracil), ktorý sa nenachádza v RNA, zaberá miesto uracilu v DNA; U - U: Uracil, ktorý sa nenachádza v DNA, zaberá miesto tymínu v RNA.
Základom pre vytvorenie teórie chemickej štruktúry organických zlúčenín je A.M. Butlerov sa inšpiroval atómovo-molekulárnou teóriou (práce A. Avagadra a S. Cannizzara). Bolo by nesprávne predpokladať, že pred jeho vznikom sa vo svete nič nevedelo o organických látkach a nerobili sa žiadne pokusy doložiť štruktúru organických zlúčenín. Do roku 1861 (rok A. M. Butlerov vytvoril teóriu chemickej štruktúry organických zlúčenín) počet známych organických zlúčenín dosiahol státisíce a k identifikácii organickej chémie ako samostatnej vedy došlo už v roku 1807 (J. Berzelius).
Predpoklady pre teóriu štruktúry organických zlúčenín
Široké štúdium organických zlúčenín sa začalo v 18. storočí prácou A. Lavoisiera, ktorý ukázal, že látky získané zo živých organizmov pozostávajú z viacerých prvkov – uhlíka, vodíka, kyslíka, dusíka, síry a fosforu. Veľký význam malo zavedenie pojmov „radikál“ a „izoméria“, ako aj formovanie teórie radikálov (L. Guiton de Morveau, A. Lavoisier, J. Liebig, J. Dumas, J. Berzelius) , úspechy v syntéze organických zlúčenín (močovina, anilín, kyselina octová, tuky, látky podobné cukru atď.).
Termín „chemická štruktúra“, ako aj základy klasickej teórie chemickej štruktúry, prvýkrát publikoval A.M. Butlerov 19. septembra 1861 vo svojej správe na kongrese nemeckých prírodovedcov a lekárov v Speyeri.
Základné princípy teórie štruktúry organických zlúčenín A.M. Butlerov
1. Atómy, ktoré tvoria molekulu organickej látky, sú navzájom spojené v určitom poradí a jedna alebo viac valencií z každého atómu sa vynaloží na vzájomné spojenie. Neexistujú žiadne voľné valencie.
Butlerov nazval postupnosť spojení atómov „chemickou štruktúrou“. Graficky sú spojenia medzi atómami naznačené čiarou alebo bodkou (obr. 1).
Ryža. 1. Chemická štruktúra molekuly metánu: A – štruktúrny vzorec, B – elektrónový vzorec
2. Vlastnosti organických zlúčenín závisia od chemickej štruktúry molekúl, t.j. Vlastnosti organických zlúčenín závisia od poradia spojenia atómov v molekule. Po preštudovaní vlastností môžete látku znázorniť.
Zoberme si príklad: látka má hrubý vzorec C 2 H 6 O. Je známe, že pri interakcii tejto látky so sodíkom sa uvoľňuje vodík a keď na ňu pôsobí kyselina, vzniká voda.
C2H60 + Na = C2H5ONa + H2
C2H6O + HCl = C2H5Cl + H20
Táto látka môže mať dva štruktúrne vzorce:
CH3-O-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, ktoré majú rovnaké kvalitatívne a kvantitatívne zloženie, ale odlišnú chemickú štruktúru. Existuje niekoľko typov izomérie: štruktúrna (lineárna, rozvetvená, uhlíkový skelet), geometrická (cis- a trans-izoméria, charakteristická pre zlúčeniny s viacnásobnou dvojitou väzbou (obr. 2)), optická (zrkadlová), stereo (priestorová, charakteristické pre látky , ktoré sa môžu v priestore nachádzať rôzne (obr. 3)).
Ryža. 2. Príklad geometrickej izomérie
3. Chemické vlastnosti organických zlúčenín ovplyvňujú aj ďalšie atómy prítomné v molekule. Takéto skupiny atómov sa nazývajú funkčné skupiny, pretože ich prítomnosť v molekule látky jej dáva špeciálne chemické vlastnosti. Napríklad: -OH (hydroxyskupina), -SH (tioskupina), -CO (karbonylová skupina), -COOH (karboxylová skupina). Navyše chemické vlastnosti organickej látky závisia menej od uhľovodíkového skeletu ako od funkčnej skupiny. Práve funkčné skupiny poskytujú rozmanitosť organických zlúčenín, vďaka čomu sú klasifikované (alkoholy, aldehydy, karboxylové kyseliny atď. Medzi funkčné skupiny sa niekedy zaraďujú väzby uhlík-uhlík (viacnásobné dvojité a trojité). niekoľko rovnakých funkčných skupín, potom sa nazýva homopolyfunkčná (CH 2 (OH)-CH(OH)-CH 2 (OH) - glycerol), ak niekoľko, ale rôznych - heteropolyfunkčná (NH 2 -CH(R)-COOH - amino kyseliny).
Obr.3. Príklad stereoizomérie: a – cyklohexán, forma „stoličky“, b – cyklohexán, forma „vaňa“
4. Valencia uhlíka v organických zlúčeninách je vždy štyri.
Do prvej polovice 19. storočia sa v organickej chémii nahromadilo obrovské množstvo faktografického materiálu, ktorého ďalšiemu štúdiu bránil chýbajúci akýkoľvek systematizujúci základ. Od 20. rokov 19. storočia sa začali objavovať postupné teórie, ktoré tvrdili, že poskytujú všeobecný opis štruktúry organických zlúčenín. Jednou z nich bola teória typov, ktorú v 60. rokoch 20. storočia vypracoval francúzsky vedec C. Gerard. Podľa tejto teórie sa všetky organické zlúčeniny považovali za deriváty najjednoduchších anorganických látok, braných ako typy.Sh. Gerard
Krátko pred objavením sa teórie štruktúry A.M. Butlerova nemecký chemik F.A. Kekule (1857) vyvinul teóriu valencie vo vzťahu k organickým zlúčeninám, ktorá stanovila také skutočnosti, ako je štvormocnosť atómu uhlíka a jeho schopnosť vytvárať uhlíkové reťazce v dôsledku kombinácie s atómami uhlíka.A. M. Butlerová F.A. Kekule
K poznaniu štruktúry organických zlúčenín do určitej miery prispel teoretický vývoj obdobia pred Butlerom. Ale žiadna z raných teórií nebola univerzálna. A iba A.M. Butlerovovi sa podarilo vytvoriť takú logicky úplnú teóriu štruktúry, ktorá dodnes slúži ako vedecký základ organickej chémie. Teória štruktúry A.M. Butlerov vychádza z materialistického prístupu k reálnej molekule a vychádza z možnosti experimentálne poznať jej štruktúru. A.M. Butlerov prikladal zásadný význam chemickým reakciám pri stanovovaní štruktúry látok. Teória štruktúry A.M. Butlerová nielenže vysvetlila už známe fakty, jej vedecký význam spočíval v predpovedaní existencie nových organických zlúčenín.A.M. Butlerov A.M. Butlerová A.M. Butlerov A.M. Butlerov
Izoméry sú látky, ktoré majú rovnaký molekulový vzorec, ale odlišnú chemickú štruktúru, a preto majú rôzne vlastnosti. Izomerizmus dostal pravdivé vysvetlenie až v druhej polovici 19. storočia na základe teórie chemickej štruktúry A.M. Butlerova (štrukturálna izoméria) a stereochemická teória Ya.G. Van't Hoffa (priestorová izoméria). G. van't Hoff
C 4 Názov Vzorca Počet izomérov CH 4 metán1 C4H6C4H6 etán1 C3H8C3H8 propán1 C 4 H 10 bután2 C 5 H 12 pentán3 C 6 H 14 hexán5 C 7 H 16 heptán9 C 8 H 18 oktán 22 C 18 oktán 20 C 2 1 9 ne H 01 H07 H 4 undekán159 C 12 H 26 dodekán355 C 13 H 28 tridekán802 C 14 H 30 tetradekán1 858 C 15 H 32 pentadekán4 347 C 20 H 42 eikozán C 25 H 52 pentakontán2 trikontán2 trikontán2 pentakozán C82
Štrukturálne izoméry sú tie, ktoré zodpovedajú rôznym štruktúrnym vzorcom organických zlúčenín (s rôznym usporiadaním atómov). Priestorové izoméry majú rovnaké substituenty na každom atóme uhlíka a líšia sa iba svojou relatívnou polohou v priestore.
Priestorové izoméry (stereoizoméry). Stereoizoméry možno rozdeliť do dvoch typov: geometrické izoméry a optické izoméry. Geometrická izoméria je charakteristická pre zlúčeniny obsahujúce dvojitú väzbu alebo kruh. V takýchto molekulách je často možné nakresliť konvenčnú rovinu takým spôsobom, že substituenty na rôznych atómoch uhlíka môžu byť na rovnakej strane (cis-) alebo na opačných stranách (trans-) tejto roviny. Ak je zmena orientácie týchto substituentov vzhľadom na rovinu možná len v dôsledku prerušenia jednej z chemických väzieb, potom hovoria o prítomnosti geometrických izomérov. Geometrické izoméry sa líšia svojimi fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami.
Objavili novú metódu získavania optických izomérov organických molekúl, keď sa Alice ocitla vo svojej, no „zrkadlovej“ izbe, bola prekvapená: miestnosť sa zdala podobná, no predsa úplne iná. Zrkadlové izoméry chemických molekúl sa líšia rovnakým spôsobom: vyzerajú podobne, ale správajú sa inak. Kritickou oblasťou organickej chémie je separácia a syntéza týchto zrkadlových variantov. (Ilustrácia Johna Tenniela pre knihu Lewisa Carrolla „Alice Through the Looking Glass“)
Americkí vedci sa naučili získavať optické izoméry zlúčenín na báze aldehydov a konečne uskutočnili dôležitú reakciu, na ktorej chemici pracovali už mnoho rokov. V experimente skombinovali dva katalyzátory fungujúce na rôznych princípoch. Výsledkom spoločného pôsobenia týchto katalyzátorov sú dve aktívne organické molekuly, ktoré sa spoja a vytvoria požadovanú látku. Pomocou tejto reakcie ako príkladu je demonštrovaná možnosť syntetizovať celú triedu biologicky dôležitých organických zlúčenín.
V súčasnosti je známych najmenej 130 reakcií organickej syntézy, pri ktorých sa získajú viac alebo menej čisté chirálne izoméry. Ak má samotný katalyzátor chirálne vlastnosti, potom sa z opticky neaktívneho substrátu získa opticky aktívny produkt. Toto pravidlo bolo odvodené na začiatku 20. storočia a zostáva základným dodnes. Princíp selektívneho pôsobenia katalyzátora vo vzťahu k optickým izomérom je podobný ako pri podaní ruky: pre katalyzátor je „pohodlné“ viazať sa len na jeden z chirálnych izomérov, a preto je prednostne katalyzovaná iba jedna z reakcií. Mimochodom, výraz „chirálny“ pochádza z gréckeho chéir hand.
Typ vodíka:
Takéto vzorce sú trochu podobné tým moderným. Ale priaznivci teórie typov ich nepovažovali za odrazy skutočnej štruktúry látok a napísali veľa rôznych vzorcov pre jednu zlúčeninu v závislosti od chemických reakcií, ktoré sa pokúsili napísať pomocou týchto vzorcov. Štruktúru molekúl považovali za zásadne nepoznateľnú, čo škodilo rozvoju vedy.
3. Úvod J. Berzeliusa v roku 1830 o termíne „izoméria“ pre fenomén existencie látok rovnakého zloženia s rôznymi vlastnosťami.
4. Pokroky v syntéze organických zlúčenín, v dôsledku ktorých bola vyvrátená doktrína vitalizmu, teda „životnej sily“, pod vplyvom ktorej sa v tele živých bytostí údajne tvoria organické látky:
V roku 1828 F. Wöhler syntetizoval močovinu z anorganickej látky (kyanatan amónny);
V roku 1842 ruský chemik N. N. Zinin získal anilín;
V roku 1845 nemecký chemik A. Kolbe syntetizoval kyselinu octovú;
V roku 1854 francúzsky chemik M. Berthelot syntetizoval tuky a napokon
V roku 1861 sám A.M. Butlerov syntetizoval látku podobnú cukru.
5. V polovici 18. stor. chémia sa stáva prísnejšou vedou. Výsledkom práce E. Franklanda a A. Kekuleho bola koncepcia valencie atómov chemických prvkov. Kekule vyvinul myšlienku tetravalencie uhlíka. Vďaka Cannizzarovým dielam sa koncepty atómových a molekulárnych hmotností vyjasnili, objasnili sa ich významy a metódy určovania.
V roku 1860 sa na medzinárodnom kongrese v Karlsruhe zišlo viac ako 140 popredných chemikov z rôznych európskych krajín. Kongres sa stal veľmi dôležitou udalosťou v dejinách chémie: boli zhrnuté úspechy vedy a pripravené podmienky pre novú etapu rozvoja organickej chémie - vznik teórie o chemickej štruktúre organických látok A. M. Butlerova (1861) , ako aj za zásadný objav D. I. Mendelejeva - Periodický zákon a systém chemických prvkov (1869).
V roku 1861 vystúpil A. M. Butlerov na kongrese lekárov a prírodných vedcov v Speyeri so správou „O chemickej štruktúre tiel“. Načrtol v nej základy svojej teórie chemickej štruktúry organických zlúčenín. Chemickou štruktúrou vedec pochopil poradie spojenia atómov v molekulách.
Osobné vlastnosti A. M. Butlerova
A. M. Butlerov sa vyznačoval svojimi encyklopedickými chemickými znalosťami, schopnosťou analyzovať a zovšeobecňovať fakty a predpovedať. Predpovedal existenciu izoméru butánu a potom ho získal, rovnako ako izomér butylénu - izobutylén.
Butlerov Alexander Michajlovič (1828-1886)
Ruský chemik, akademik Akadémie vied v Petrohrade (od roku 1874). Vyštudoval Kazanskú univerzitu (1849). Pôsobil tam (od roku 1857 - profesor, v rokoch 1860 a 1863 - rektor). Tvorca teórie chemickej štruktúry organických zlúčenín, ktorá je základom modernej chémie. Zdôvodnil myšlienku vzájomného vplyvu atómov v molekule. Predpovedal a vysvetlil izomériu mnohých organických zlúčenín. Napísal „Úvod do úplného štúdia organickej chémie“ (1864), prvú príručku v histórii vedy založenú na teórii chemickej štruktúry. Predseda oddelenia chémie Ruskej fyzikálno-chemickej spoločnosti (1878-1882).
A. M. Butlerov vytvoril prvú školu organických chemikov v Rusku, z ktorej vzišli brilantní vedci: V. V. Markovnikov, D. P. Konovalov, A. E. Favorskij a ďalší.
Niet divu, že D.I. Mendelejev napísal: „A. M. Butlerov je jeden z najväčších ruských vedcov, je Rusom tak vedeckým vzdelaním, ako aj originalitou svojich diel.“
Základné princípy teórie štruktúry chemických zlúčenín
Teória chemickej štruktúry organických zlúčenín, ktorú predložil A. M. Butlerov v druhej polovici minulého storočia (1861), bola potvrdená prácami mnohých vedcov, vrátane Butlerovových študentov a jeho samotného. Ukázalo sa, že na jeho základe je možné vysvetliť mnohé javy, ktoré ešte neboli interpretované: izoméria, homológia, prejav tetravalencie atómami uhlíka v organických látkach. Teória splnila aj svoju predikčnú funkciu: vedci na jej základe predpovedali existenciu zatiaľ neznámych zlúčenín, opísali ich vlastnosti a objavili ich.
Takže v rokoch 1862-1864. A. M. Butlerov skúmal izomériu propyl, butyl a amylalkoholov, určil počet možných izomérov a odvodil vzorce týchto látok. Ich existencia bola neskôr experimentálne dokázaná a niektoré z izomérov syntetizoval sám Butlerov.
V priebehu 20. storočia. ustanovenia teórie chemickej štruktúry chemických zlúčenín boli vyvinuté na základe nových názorov, ktoré sa šírili vo vede: teória atómovej štruktúry, teória chemických väzieb, predstavy o mechanizmoch chemických reakcií. V súčasnosti je táto teória univerzálna, to znamená, že platí nielen pre organické látky, ale aj pre anorganické.
Prvá pozícia. Atómy v molekulách sú kombinované v špecifickom poradí podľa ich mocenstva. Uhlík vo všetkých organických a väčšine anorganických zlúčenín je štvormocný.
Je zrejmé, že posledná časť prvej pozície teórie sa dá ľahko vysvetliť skutočnosťou, že v zlúčeninách sú atómy uhlíka v excitovanom stave: 
a) štvormocné atómy uhlíka sa môžu navzájom spájať a vytvárať rôzne reťazce:
Otvorené rozvetvené
- otvorený nerozvetvený
- ZATVORENÉ
b) poradie spojenia atómov uhlíka v molekulách môže byť rôzne a závisí od typu kovalentnej chemickej väzby medzi atómami uhlíka – jednoduchá alebo viacnásobná (dvojitá a trojitá).
Druhá pozícia. Vlastnosti látok závisia nielen od ich kvalitatívneho a kvantitatívneho zloženia, ale aj od štruktúry ich molekúl.
Táto pozícia vysvetľuje fenomén izomérie. Látky, ktoré majú rovnaké zloženie, ale odlišnú chemickú alebo priestorovú štruktúru, a teda aj odlišné vlastnosti, sa nazývajú izoméry. Hlavné typy izomérií:
Štrukturálna izoméria, pri ktorej sa látky líšia v poradí väzby atómov v molekulách:
1) izoméria uhlíkového skeletu 
3) izoméria homologickej série (medzitrieda) 
Priestorová izoméria, pri ktorej sa molekuly látok nelíšia poradím väzby atómov, ale svojou polohou v priestore: cis-trans izoméria (geometrická).
Táto izoméria je typická pre látky, ktorých molekuly majú plochú štruktúru: alkény, cykloalkány atď.
Priestorová izoméria zahŕňa aj optickú (zrkadlovú) izomériu.
Štyri jednoduché väzby okolo atómu uhlíka, ako už viete, sú usporiadané tetraedricky. Ak je atóm uhlíka naviazaný na štyri rôzne atómy alebo skupiny, potom sú možné rôzne usporiadania týchto skupín v priestore, to znamená dve priestorové izomérne formy.
Dva zrkadlové obrazy aminokyseliny alanínu (kyselina 2-aminopropánová) sú znázornené na obrázku 17.
Predstavte si, že molekula alanínu je umiestnená pred zrkadlom. Skupina -NH2 je bližšie k zrkadlu, takže v odraze bude vpredu a skupina -COOH bude v pozadí atď. (pozri obrázok vpravo). Alanya existuje v dvoch priestorových formách, ktoré sa pri prekrývaní navzájom nekombinujú.
Univerzálnosť druhej pozície teórie štruktúry chemických zlúčenín potvrdzuje existenciu anorganických izomérov.
Prvá zo syntéz organických látok - syntéza močoviny, ktorú uskutočnil Wöhler (1828), teda ukázala, že anorganická látka - kyanát amónny a organická látka - močovina sú izomérne: 
Ak nahradíte atóm kyslíka v močovine atómom síry, získate tiomočovinu, ktorá je izomérna s tiokyanátom amónnym, dobre známym činidlom pre ióny Fe 3+. Je zrejmé, že tiomočovina nespôsobuje túto kvalitatívnu reakciu.
Tretia pozícia. Vlastnosti látok závisia od vzájomného vplyvu atómov v molekulách.
Napríklad v kyseline octovej iba jeden zo štyroch atómov vodíka reaguje s alkáliou. Na základe toho možno predpokladať, že iba jeden atóm vodíka je viazaný na kyslík:
Na druhej strane zo štruktúrneho vzorca kyseliny octovej môžeme usúdiť, že obsahuje jeden mobilný atóm vodíka, to znamená, že je jednosýtna.
Na overenie univerzálnosti postavenia teórie štruktúry o závislosti vlastností látok na vzájomnom ovplyvňovaní atómov v molekulách, ktorá existuje nielen v organických, ale aj v anorganických zlúčeninách, porovnajme vlastnosti atómov vodíka. vo vodíkových zlúčeninách nekovov. Majú molekulárnu štruktúru a za normálnych podmienok sú to plyny alebo prchavé kvapaliny. V závislosti od polohy nekovu v periodickej tabuľke D.I. Mendelejeva je možné identifikovať vzor zmeny vlastností takýchto zlúčenín: 
Metán neinteraguje s vodou. Nedostatok základných vlastností metánu sa vysvetľuje nasýtením valenčných možností atómu uhlíka.
Amoniak vykazuje základné vlastnosti. Jeho molekula je schopná pripojiť k sebe vodíkový ión vďaka svojej príťažlivosti k osamelému elektrónovému páru atómu dusíka (mechanizmus tvorby väzby donor-akceptor).
Fosfín PH3 má slabo vyjadrené základné vlastnosti, čo súvisí s polomerom atómu fosforu. Je oveľa väčší ako polomer atómu dusíka, takže atóm fosforu priťahuje atóm vodíka menej silno.
V periódach zľava doprava sa zväčšujú náboje atómových jadier, zmenšujú sa polomery atómov, zväčšuje sa odpudivá sila atómu vodíka s čiastočným kladným nábojom §+, a preto sa zvyšujú kyslé vlastnosti vodíkových zlúčenín nekovov. 
V hlavných podskupinách sa polomery atómov prvkov zhora nadol zväčšujú, nekovové atómy s 5- slabšími priťahujú atómy vodíka s 5+, sila vodíkových zlúčenín klesá, ľahko disociujú, a preto sa zvyšujú ich kyslé vlastnosti. .
Rozdielna schopnosť vodíkových zlúčenín nekovov eliminovať alebo pridávať vodíkové katióny v roztokoch sa vysvetľuje nerovnakým vplyvom, ktorý má nekovový atóm na atómy vodíka.
Rozdielny vplyv atómov v molekulách hydroxidov tvorených prvkami rovnakého obdobia vysvetľuje aj zmenu ich acidobázických vlastností.
Základné vlastnosti hydroxyoxidov klesajú a kyslé stúpajú so zvyšujúcim sa oxidačným stavom centrálneho atómu, preto sa zvyšuje energia jeho väzby s atómom kyslíka (8-) a jeho odpudzovanie atómu vodíka (8+) zvyšuje.
Hydroxid sodný NaOH. Keďže polomer atómu vodíka je veľmi malý, atóm kyslíka ho priťahuje silnejšie a väzba medzi atómami vodíka a kyslíka bude silnejšia ako medzi atómami sodíka a kyslíka. Hydroxid hlinitý Al(OH)3 vykazuje amfotérne vlastnosti.
V kyseline chloristej HClO 4 je atóm chlóru s relatívne veľkým kladným nábojom pevnejšie viazaný na atóm kyslíka a silnejšie odpudzuje atóm vodíka s 6+. K disociácii dochádza podľa typu kyseliny.
Hlavné smery vývoja teórie štruktúry chemických zlúčenín a jej význam
V čase A.M. Butlerova boli v organickej chémii široko používané empirické (molekulárne) a štruktúrne vzorce. Tie odrážajú poradie spojenia atómov v molekule podľa ich mocnosti, ktorá je označená pomlčkami.
Pre jednoduchosť zaznamenávania sa často používajú skrátené štruktúrne vzorce, v ktorých pomlčky označujú len väzby medzi atómami uhlíka alebo uhlíkom a kyslíkom.
Skrátené štruktúrne vzorce
Potom, keď sa vyvinuli poznatky o povahe chemických väzieb a vplyve elektrónovej štruktúry molekúl organických látok na ich vlastnosti, začali používať elektrónové vzorce, v ktorých je kovalentná väzba konvenčne označená dvoma bodkami. Takéto vzorce často ukazujú smer posunu elektrónových párov v molekule.
Je to elektrónová štruktúra látok, ktorá vysvetľuje mezomérne a indukčné účinky.
Indukčný efekt je premiestnenie elektrónových párov gama väzieb z jedného atómu na druhý v dôsledku ich rozdielnej elektronegativity. Označené (->).
Indukčný efekt atómu (alebo skupiny atómov) je negatívny (-/), ak má tento atóm vysokú elektronegativitu (halogény, kyslík, dusík), priťahuje elektróny gama väzby a získava čiastočný záporný náboj. Atóm (alebo skupina atómov) má pozitívny indukčný účinok (+/), ak odpudzuje elektróny gama väzby. Túto vlastnosť majú niektoré obmedzujúce radikály C2H5). Pamätajte na Markovnikovovo pravidlo o tom, ako sa vodík a halogén halogenovodíka pridávajú k alkénom (propén) a pochopíte, že toto pravidlo má osobitný charakter. Porovnajte tieto dva príklady reakčných rovníc:
[[Teória_štruktúry_chemických_zlúčenín_A._M._Butlerov| 
]]
V molekulách jednotlivých látok sa súčasne prejavujú indukčné aj mezomérne účinky. V tomto prípade sa buď navzájom posilňujú (v aldehydoch, karboxylových kyselinách), alebo sa navzájom oslabujú (vo vinylchloride).
Výsledkom vzájomného ovplyvňovania atómov v molekulách je prerozdelenie elektrónovej hustoty.
Myšlienku priestorového smerovania chemických väzieb prvýkrát vyjadrili francúzsky chemik J. A. Le Bel a holandský chemik J. X. Van't Hoff v roku 1874. Predpoklady vedcov plne potvrdila kvantová chémia. Vlastnosti látok výrazne ovplyvňuje priestorová štruktúra ich molekúl. Napríklad sme už uviedli vzorce cis- a trans-izomérov 2-buténu, ktoré sa líšia svojimi vlastnosťami (pozri obr. 16).
Priemerná väzbová energia, ktorá sa musí rozbiť pri premene z jednej formy na druhú, je približne 270 kJ/mol; Pri izbovej teplote nie je také veľké množstvo energie. Na vzájomný prechod foriem buténu-2 z jednej na druhú je potrebné prerušiť jednu kovalentnú väzbu a na oplátku vytvoriť inú. Inými slovami, tento proces je príkladom chemickej reakcie a obe formy diskutovaného buténu-2 sú rôzne chemické zlúčeniny.
Zrejme si pamätáte, že najdôležitejším problémom pri syntéze kaučuku bolo získanie kaučuku so stereoregulárnou štruktúrou. Bolo potrebné vytvoriť polymér, v ktorom by boli štruktúrne jednotky usporiadané v prísnom poradí (napríklad prírodný kaučuk pozostáva iba z jednotiek cis), pretože od toho závisí taká dôležitá vlastnosť kaučuku, ako je jeho elasticita.
Moderná organická chémia rozlišuje dva hlavné typy izomérie: štruktúrnu (reťazcová izoméria, izoméria polohy viacnásobných väzieb, izoméria homológnych sérií, izoméria polohy funkčných skupín) a stereoizoméria (geometrická alebo cis-trans izoméria, optická alebo zrkadlová izoméria ).
Takže ste si mohli overiť, že druhá pozícia teórie chemickej štruktúry, jasne formulovaná A.M. Butlerovom, bola neúplná. Z moderného hľadiska si toto ustanovenie vyžaduje doplnenie:
vlastnosti látok závisia nielen od ich kvalitatívneho a kvantitatívneho zloženia, ale aj od ich:
chemický,
elektronický,
Priestorová štruktúra.
Vytvorenie teórie štruktúry látok zohralo zásadnú úlohu vo vývoji organickej chémie. Z prevažne deskriptívnej vedy sa stáva kreatívna, syntetizujúca veda, podarilo sa usudzovať na vzájomný vplyv atómov v molekulách rôznych látok (pozri tabuľku 10). Teória štruktúry vytvorila predpoklady na vysvetlenie a predpovedanie rôznych typov izomérií organických molekúl, ako aj smerov a mechanizmov chemických reakcií.
Na základe tejto teórie organickí chemici vytvárajú látky, ktoré prírodné nielen nahrádzajú, ale svojimi vlastnosťami výrazne prevyšujú. Syntetické farbivá sú teda oveľa lepšie a lacnejšie ako mnohé prírodné, napríklad alizarín a indigo, známe v staroveku. Syntetické kaučuky so širokou škálou vlastností sa vyrábajú vo veľkých množstvách. Plasty a vlákna sú široko používané, výrobky z nich sa používajú v technike, každodennom živote, medicíne a poľnohospodárstve.
Význam teórie chemickej štruktúry A. M. Butlerova pre organickú chémiu možno porovnať s významom periodického zákona a periodickej tabuľky chemických prvkov D. I. Mendelejeva pre anorganickú chémiu. Nie nadarmo majú obe teórie toľko spoločného v spôsoboch ich formovania, smeroch vývoja a celkovom vedeckom význame. Avšak v histórii akejkoľvek inej vedúcej vedeckej teórie (teória Charlesa Darwina, genetika, kvantová teória atď.) možno nájsť takéto všeobecné štádiá.
1. Stanovte paralely medzi dvoma poprednými teóriami chémie - Periodickým zákonom a Periodickou tabuľkou chemických prvkov D. I. Mendelejeva a teóriou chemickej štruktúry organických zlúčenín A. M. Butlerova podľa týchto charakteristík: bežné v priestoroch, spoločné v smeroch ich vývoja, bežných v prognostických rolách.
2. Akú úlohu zohrala teória štruktúry chemických zlúčenín pri tvorbe periodického zákona?
3. Aké príklady z anorganickej chémie potvrdzujú univerzálnosť každého z ustanovení teórie štruktúry chemických zlúčenín?
4. Kyselina fosforitá H3PO3 je dvojsýtna kyselina. Navrhnite jej štruktúrny vzorec a zvážte vzájomný vplyv atómov v molekule tejto kyseliny.
5. Napíšte izoméry so zložením C3H8O. Pomenujte ich pomocou systematickej nomenklatúry. Určite typy izomérií.
6. Sú známe nasledujúce vzorce kryštálových hydrátov chloridu chromitého: [Cr(H20)6]Cl3; [Cr(H20)5Cl]Cl2H20; [Cr(H20)4* C12]Cl 2H20. Ako by ste nazvali opísaný jav?
Človek sa oddávna naučil používať rôzne látky na prípravu jedla, farbív, odevov a liekov. 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) možno získať priamo.
Ale niektoré látky používané človekom neboli syntetizované, pretože boli získané zo živých organizmov alebo rastlín. Tieto látky sa nazývali organické. Organické látky nebolo možné syntetizovať v laboratóriu. Začiatkom 19. storočia sa aktívne rozvíjala taká doktrína ako vitalizmus (vita - život), podľa ktorej organické látky vznikajú len vďaka „životnej sile“ a nie je možné ich „umelo“ vytvoriť.
Ale ako čas plynul a veda sa rozvíjala, objavili sa nové fakty o organických látkach, ktoré boli v rozpore s existujúcou vitalistickou teóriou.
V roku 1824 nemecký vedec F. Wöhler po prvý raz v histórii chemickej vedy syntetizovala kyselinu šťaveľovú – organické látky z anorganických látok (kyanogén a voda):
(CN)2 + 4H20 -> COOH - COOH + 2NH3
V roku 1828 Wöller zahrial kyanatan sodný so sírou amónnou a syntetizovanou močovinou - odpadové produkty živočíšnych organizmov:
NaOCN + (NH 4) 2 SO 4 → NH 4 OCN → NH 2 OCNH 2
Tieto objavy zohrali významnú úlohu vo vývoji vedy všeobecne a chémie zvlášť. Chemickí vedci sa začali postupne vzďaľovať od vitalistického učenia a princíp delenia látok na organické a anorganické odhalil jeho nejednotnosť.
V súčasnosti látok stále rozdelené na organické a anorganické, ale separačné kritérium je trochu iné.
Látky sa nazývajú organické obsahujúce uhlík, nazývajú sa aj zlúčeniny uhlíka. Existuje asi 3 milióny takýchto zlúčenín, zvyšných zlúčenín je 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 uhoľnatý, sírouhlík, kyselina uhličitá a jej soli). Všetky sú svojím zložením a vlastnosťami podobné anorganickým zlúčeninám.
V priebehu štúdia organických látok sa objavili nové ťažkosti: na základe teórií o anorganických látkach nie je možné odhaliť zákonitosti štruktúry organických zlúčenín a vysvetliť mocnosť uhlíka. Uhlík v rôznych zlúčeninách mal rôzne valencie.
V roku 1861 ruský vedec A.M. Butlerov bol prvý, kto syntetizoval cukrovú látku.
Pri štúdiu uhľovodíkov A.M. Butlerov uvedomili, že predstavujú úplne špeciálnu triedu chemikálií. Pri analýze ich štruktúry a vlastností vedec identifikoval niekoľko vzorov. Tvorili základ teórie chemickej štruktúry.
1. Molekula akejkoľvek organickej látky nie je náhodná; atómy v molekulách sú navzájom spojené v určitom poradí podľa ich mocenstiev. Uhlík v organických zlúčeninách je vždy štvormocný.
2. Postupnosť medziatómových väzieb v molekule sa nazýva jej chemická štruktúra a je vyjadrená jedným štruktúrnym vzorcom (štrukturálny vzorec).
3. Chemická štruktúra môže byť určená pomocou chemických metód. (V súčasnosti sa používajú aj moderné fyzikálne metódy).
4. Vlastnosti látok závisia nielen od zloženia molekúl látky, ale od ich chemickej štruktúry (postupnosti kombinácie atómov prvkov).
5. Podľa vlastností danej látky možno určiť štruktúru jej molekuly a podľa štruktúry molekuly – predvídať vlastnosti.
6. Atómy a skupiny atómov v molekule sa navzájom ovplyvňujú.
Táto teória sa stala vedeckým základom organickej chémie a urýchlila jej rozvoj. Na základe ustanovení teórie A.M. Butlerov tento jav opísal a vysvetlil izoméria, predpovedali existenciu rôznych izomérov a niektoré z nich získali po prvý raz.
Zvážte chemickú štruktúru etánu – C2H6. Po označení valencie prvkov pomlčkami znázorníme molekulu etánu v poradí spojenia atómov, to znamená, že napíšeme štruktúrny vzorec. Podľa teórie A.M. Butlerova, bude mať nasledujúcu podobu:
Atómy vodíka a uhlíka sú viazané do jednej častice, mocnosť vodíka je rovná jednej a mocnosť uhlíka – štyri. Dva atómy uhlíka spojené uhlíkovou väzbou – uhlík (C – S). Schopnosť uhlíka vytvárať C – C-väzba je pochopiteľná na základe chemických vlastností uhlíka. Atóm uhlíka má na svojej vonkajšej elektrónovej vrstve štyri elektróny; schopnosť vzdať sa elektrónov je rovnaká ako schopnosť získať chýbajúce. Preto uhlík 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 odlišnú štruktúru, sa nazývajú izoméry. Fenomén izomérie – jeden z dôvodov rozmanitosti organických zlúčenín
Stále máte otázky? Chcete sa dozvedieť viac o teórii štruktúry organických zlúčenín?
Ak chcete získať pomoc od tútora, zaregistrujte sa.
Prvá lekcia je zadarmo!
webová stránka, pri kopírovaní celého materiálu alebo jeho časti je potrebný odkaz na zdroj.