Основи на структурата на органичните съединения. Теория на структурата на органичните съединения. Лекция на тема: "Основни принципи на теорията за структурата на органичните съединения от А. М. Бутлеров."

Създаден от A.M. Бутлеров през 60-те години на 19 век теорията за химическата структура на органичните съединения внесе необходимата яснота на причините за разнообразието на органичните съединения, разкри връзката между структурата и свойствата на тези вещества, даде възможност да се обясни свойства на вече известни и предсказват свойствата на все още неоткрити органични съединения.

Откритията в областта на органичната химия (четиривалентност на въглерода, способността да образува дълги вериги) позволиха на Бутлеров през 1861 г. да формулира основните поколения на теорията:

1) Атомите в молекулите са свързани според тяхната валентност (въглерод-IV, кислород-II, водород-I), последователността на атомните връзки се отразява чрез структурни формули.

2) Свойствата на веществата зависят не само от химичния състав, но и от реда на свързване на атомите в молекулата (химическа структура). Съществуват изомери, тоест вещества, които имат еднакъв количествен и качествен състав, но различни структури и следователно различни свойства.

C 2 H 6 O: CH 3 CH 2 OH - етилов алкохол и CH 3 OCH 3 - диметилов етер

C 3 H 6 – пропен и циклопропан - CH 2 =CH−CH 3

3) Атомите взаимно си влияят, това е следствие от различната електроотрицателност на атомите, образуващи молекулите (O>N>C>H), и тези елементи имат различен ефект върху изместването на общите електронни двойки.

4) Въз основа на структурата на молекулата на органичното вещество могат да се предскажат нейните свойства, а въз основа на нейните свойства може да се определи нейната структура.

TSOS получи по-нататъшно развитие след установяването на структурата на атома, приемането на концепцията за видовете химични връзки, видовете хибридизация и откриването на феномена на пространствената изомерия (стереохимия).

Билет номер 7 (2)

Електролизата като редокс процес. Електролиза на стопилки и разтвори с използване на натриев хлорид като пример. Практическо приложение на електролизата.

Електролизае окислително-редукционен процес, който протича върху електродите, когато постоянен електрически ток преминава през стопилка или електролитен разтвор

Същността на електролизата е осъществяването на химични реакции с помощта на електрическа енергия. Реакциите са редукция на катода и окисление на анода.

Катодът (-) дава електрони на катионите, а анодът (+) приема електрони от анионите.

Електролиза на стопилка на NaCl

NaCl-―> Na + +Cl -

K(-): Na + +1e-―>Na 0 | 2 процента възстановяване

A(+) :2Cl-2e-―>Cl 2 0 | 1 процент окисляване

2Na + +2Cl - -―>2Na+Cl 2

Електролиза на воден разтвор на NaCl

При електролизата на NaC| Във водата участват Na + и Cl - йони, както и водни молекули. При преминаване на ток Na + катионите се придвижват към катода, а Cl - анионите се придвижват към анода. Но на катодаВместо Na йони, водните молекули се редуцират:

2H 2 O + 2e-―> H 2 +2OH -

и хлоридните йони се окисляват на анода:

2Cl - -2e-―>Cl 2

В резултат на това има водород на катода, хлор на анода и NaOH се натрупва в разтвора

В йонна форма: 2H 2 O+2e-―>H 2 +2OH-

2Cl - -2e-―>Cl 2

електролиза

2H 2 O+2Cl - -―>H 2 +Cl 2 +2OH -

електролиза

В молекулна форма: 2H 2 O+2NaCl-―> 2NaOH+H 2 +Cl 2

Приложение на електролизата:

1) Защита на металите от корозия

2) Получаване на активни метали (натрий, калий, алкалоземни и др.)

3) Пречистване на определени метали от примеси (електрическо рафиниране)

Билет № 8 (1)

Свързана информация:

1. А) Теорията на познанието е наука, която изучава формите, методите и техниките за възникване и модели на развитие на знанието, връзката му с реалността, критериите за неговата истинност.

1. Основни принципи на теорията на химическата структура A.M. Бутлеров

1. Атомите в молекулите са свързани помежду си в определена последователност според техните валентности. Последователността на междуатомните връзки в една молекула се нарича нейната химическа структура и се отразява от една структурна формула (структурна формула).

2. Химическата структура може да се определи с помощта на химични методи. (В момента се използват и съвременни физични методи).

3. Свойствата на веществата зависят от техния химичен строеж.

4. Въз основа на свойствата на дадено вещество може да се определи структурата на неговата молекула, а въз основа на структурата на молекулата могат да се предвидят свойствата.

5. Атомите и групите от атоми в една молекула си влияят взаимно.

Молекула на органично съединение е колекция от атоми, свързани в определен ред, обикновено чрез ковалентни връзки. В този случай свързаните атоми могат да се различават по електроотрицателност. Стойностите на електроотрицателността до голяма степен определят такива важни характеристики на връзката като полярност и сила (енергия на образуване). От своя страна полярността и силата на връзките в една молекула до голяма степен определят способността на молекулата да влиза в определени химични реакции.

Електроотрицателността на въглеродния атом зависи от неговото състояние на хибридизация. Това се дължи на частта от s орбиталата в хибридната орбитала: тя е по-малка за sp3 и повече за sp2 и sp хибридни атоми.

Всички атоми, които изграждат една молекула, са взаимосвързани и се влияят взаимно. Това влияние се предава главно чрез система от ковалентни връзки, използвайки така наречените електронни ефекти.

Електронните ефекти се наричат ​​промени в електронната плътност в молекулата под въздействието на заместители.

Атомите, свързани с полярна връзка, носят частични заряди, обозначени с гръцката буква делта (d). Атом, който "дърпа" електронната плътност на s-връзката в своята посока, придобива отрицателен заряд d-. Когато разглеждаме двойка атоми, свързани с ковалентна връзка, по-електроотрицателният атом се нарича акцептор на електрони. Неговият партньор по s-връзка съответно ще има дефицит на електронна плътност с еднаква величина, т.е. частичен положителен заряд d+ ще се нарича донор на електрони.

Изместването на електронната плътност по веригата от s-връзки се нарича индуктивен ефект и се означава с I.

2. Изомерия- съществуването на съединения (предимно органични), еднакви по елементен състав и молекулно тегло, но различни по физични и химични свойства. Такива съединения се наричат ​​изомери.

Структурна изомерия- резултат от разликите в химичната структура. Този тип включва:

Изомерия на въглеродния скелет, дължаща се на различния ред на свързване на въглеродните атоми. Най-простият пример е бутан CH3-CH2-CH2-CH3 и изобутан (CH3)3CH. Други примери: антрацен и фенантрен (съответно формули I и II), циклобутан и метилциклопропан (III и IV).

Валентната изомерия е специален вид структурна изомерия, при която изомерите могат да се превръщат един в друг само чрез преразпределение на връзките. Например валентните изомери на бензена (V) са бициклохекса-2,5-диен (VI, "бензол на Дюар"), призман (VII, "бензол на Ладенбург"), бензвален (VIII).

Изомерия на функционалната група - Различава се по характера на функционалната група; например етанол (CH3-CH2-OH) и диметилов етер (CH3-O-CH3).

Позиционна изомерия- Вид структурна изомерия, характеризираща се с разлика в позицията на едни и същи функционални групи или двойни връзки с един и същ въглероден скелет. Пример: 2-хлоробутанова киселина и 4-хлоробутанова киселина.

Енантиомерите (оптични изомери, огледални изомери) са двойки оптични антиподи - вещества, характеризиращи се с противоположни по знак и равни по големина завъртания на равнината на поляризация на светлината с идентичност на всички други физични и химични свойства (с изключение на реакции с други оптически активни вещества и физични свойства в хиралната среда). Необходимо и достатъчно основание за появата на оптични антиподи е принадлежността на молекулата към една от следните точкови групи на симетрия: Cn, Dn, T, O или I (хиралност). По-често ние говорим заза асиметричен въглероден атом, тоест атом, свързан с четири различни заместителя.

3. sp³-хибридизация -Възниква при смесване на една s и три p орбитали. Появяват се четири еднакви орбитали, разположени една спрямо друга под тетраедрични ъгли от 109° 28' (109,47°), дължина 0,154 nm.

За въглеродния атом и други елементи от втория период този процес протича по следната схема:

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

Алкани(наситени въглеводороди, парафини, алифатни съединения) - ациклични въглеводороди с линейна или разклонена структура, съдържащи само прости връзки и образуващи хомоложна серия с обща формула CnH2n + 2 .Химическа структура на алкина(редът на свързване на атомите в молекулите) на най-простите алкани - метан, етан и пропан - показват техните структурни формули, дадени в раздел 2. От тези формули се вижда, че има два вида химични връзки в алканите:

S-S и S-N. C-C връзката е ковалентна неполярна. C-H връзката е ковалентна, слабо полярна, т.к въглеродът и водородът са близки по електроотрицателност

p-орбитала, която не участва в хибридизацията, разположена перпендикулярно на равнината σ-връзки, се използва за образуване на π връзки с други атоми. Тази въглеродна геометрия е характерна за графит, фенол и др.

Ъгъл на свързване- ъгълът, образуван от посоките на химичните връзки, произтичащи от един атом. Познаването на ъглите на свързване е необходимо за определяне на геометрията на молекулите. Ъглите на свързване зависят както от индивидуалните характеристики на прикрепените атоми, така и от хибридизацията на атомните орбитали на централния атом. За прости молекули ъгълът на връзката, подобно на други геометрични параметри на молекулата, може да се изчисли с помощта на методи на квантовата химия. Те се определят експериментално от стойностите на инерционните моменти на молекулите, получени чрез анализиране на техните ротационни спектри (вижте Инфрачервена спектроскопия, Молекулярни спектри, Микровълнова спектроскопия). Ъгълът на свързване на сложните молекули се определя чрез методи на дифракционен структурен анализ.

4. sp2-хибридизация (планарно-тригонална)Една s и две p орбитали се смесват, за да образуват три еквивалентни sp2 хибридни орбитали, разположени в една и съща равнина под ъгъл от 120° (маркирани в синьо). Те могат да образуват три σ връзки. Третата p-орбитала остава нехибридизирана и е ориентирана перпендикулярно на равнината на местоположението на хибридните орбитали. Този p-AO участва в образуването на π връзка . За елементи от 2-ри период процесът на sp2 хибридизация протича по следната схема:

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

Второто валентно състояние на въглеродния атом.Има органични вещества, в които въглеродният атом е свързан не с четири, а с три съседни атома, като остава четиривалентен

5. sp-хибридизация (линейна)Една s и една p орбитала се смесват, за да образуват две еднакви sp орбитали, разположени под ъгъл 180, т.е. на една ос. Хибридните sp орбитали участват в образуването на две σ връзки. Двете p-орбитали не са хибридизирани и са разположени във взаимно перпендикулярни равнини. -Орбиталите образуват две π връзки в съединения.

За елементи от 2-ри период sp-хибридизацията се извършва по следната схема:

2s + 2px= 2 (2sp)

2py- и 2pz-AO не се променят.

ацетилен— ненаситен въглеводород C2H2. Има тройна връзка между въглеродните атоми, принадлежи към класа на алкините

Въглеродните атоми в ацетилена са sp-хибридизирани. Те са свързани с една или две връзки, макс. плътностите на които са разположени в две взаимно перпендикулярни области, образуващи цилиндрична. облак от електронна плътност; извън него има Н атоми.

МЕТИЛАЦЕТИЛЕН(пропин, алилен) CH3C=CH. Според химията Светият М. е типичен представител на ацетиленовите въглеводороди. Лесно влиза в електроф., нуклеоф. и радикално добавяне при тройна връзка, например. при взаимодействие с метанол образува метил изопропенилов етер.

6. Видове комуникация -Метална връзка, Ковалентна връзка, Йонна връзка, Водородна връзка

Йонна връзка- силна химична връзка, образувана между атоми с голяма разлика в електроотрицателността, при която общата електронна двойка напълно преминава към атом с по-голяма електроотрицателност. Пример е съединението CsF, в което "степента на йонност" е 97%.

екстремен случай на поляризация на полярна ковалентна връзка. Образува се между типичен метал и неметал. В този случай електроните от метала се прехвърлят изцяло към неметала. Образуват се йони.

Ако се образува химическа връзка между атоми, които имат много голяма разлика в електроотрицателността (EO > 1,7 според Полинг), тогава общата електронна двойка се прехвърля изцяло към атома с по-висок EO. Резултатът от това е образуването на съединение от противоположно заредени йони.

Ковалентна връзка(atomic bond, homeopolar bond) - химическа връзка, образувана от припокриването (споделянето) на двойка валентни електронни облаци. Електронните облаци (електрони), които осигуряват комуникация, се наричат ​​обща електронна двойка.

Проста ковалентна връзка се образува от два несдвоени валентни електрона, по един от всеки атом:

В резултат на социализацията електроните образуват запълнено енергийно ниво. Връзка се образува, ако тяхната обща енергия на това ниво е по-малка, отколкото в първоначалното състояние (и разликата в енергията няма да бъде нищо повече от енергията на връзката).

Запълване на атомни (по краищата) и молекулни (в центъра) орбитали в молекулата Н2 с електрони. Вертикалната ос съответства на енергийното ниво, електроните са обозначени със стрелки, отразяващи техните завъртания.

Според теорията на молекулярните орбитали, припокриването на две атомни орбитали води в най-простия случай до образуването на две молекулярни орбитали (МО): свързваща МО и антисвързваща (антисвързваща) МО. Споделените електрони са разположени на MO с по-ниска енергия на свързване.

7. Алкани- ациклични въглеводороди с линейна или разклонена структура, съдържащи само прости връзки и образуващи хомоложна серия с обща формула CnH2n+2.

Алканите са наситени въглеводороди и съдържат максималния възможен брой водородни атоми. Всеки въглероден атом в молекулите на алкана е в състояние на sp³-хибридизация - всичките 4 хибридни орбитали на С атома са еднакви по форма и енергия, 4 електронни облака са насочени към върховете на тетраедъра под ъгли 109°28". до единични връзки между С атомите, свободно въртене около въглеродната връзка.Типът на въглеродната връзка е σ-връзка, връзките са нискополярни и слабо поляризуеми.Дължината на въглеродната връзка е 0,154 nm.

Изомерията на наситените въглеводороди се дължи на най-простия тип структурна изомерия - изомерията на въглеродния скелет. Хомоложниразлика - -CH2-. Алканите с повече от три въглеродни атома имат изомери. Броят на тези изомери се увеличава с огромна скорост с увеличаването на броя на въглеродните атоми. За алкани с n = 1...12 броят на изомерите е 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.

номенклатура -Рационално. Един от атомите на въглеродната верига е избран, той се счита за заместен с метан и името алкил1алкил2алкил3алкил4метан се основава на него

Касова бележка. Редукция на халогенирани алкани. Намаляване на алкохолите. Редукция на карбонилни съединения. Хидрогениране на ненаситени въглеводороди. Синтез на Колбе. Газификация на твърдо гориво. Реакция на Wurtz. Синтез на Фишер-Тропш.

8. Алканиимат ниска химическа активност. Това се обяснява с факта, че единичните C-H и C-C връзки са относително силни и трудни за разрушаване.

Реакции на радикално заместване.

Халогениране на алканипротича по радикален механизъм. За да започне реакцията, сместа от алкан и халоген трябва да бъде облъчена с UV светлина или нагрята. Хлорирането на метан не спира на етапа на получаване на метилхлорид (ако се вземат еквимоларни количества хлор и метан), но води до образуването на всички възможни продукти на заместване, от метилхлорид до тетрахлорметан.

Нитриране (реакция на Коновалов)

Алканите реагират с 10% разтвор на азотна киселина или азотен оксид N2O4 в газова фаза, за да образуват нитро производни:

RH + HNO3 = RNO2 + H2O

Всички налични данни сочат механизъм на свободните радикали. В резултат на реакцията се образуват смеси от продукти.

Окислителни реакции. Изгаряне

Основното химическо свойство на наситените въглеводороди, което определя използването им като гориво, е реакцията на горене. Пример: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

В случай на липса на кислород, вместо въглероден диоксид (в зависимост от концентрацията на кислород) се произвежда въглероден оксид или въглища.

Най-общо уравнението на реакцията на горене за всеки въглеводород, CxHy, може да бъде написано, както следва: CxHy + (x + 0,5y)O2 → xCO2 + 0,5yH2O

Каталитично окисление

Могат да се образуват алкохоли, алдехиди и карбоксилни киселини.

Топлинни превръщания на алкани. Разграждане

Реакциите на разлагане протичат само под въздействието на високи температури. Повишаването на температурата води до разкъсване на въглеродните връзки и образуването на свободни радикали.

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

Напукване

При нагряване над 500 °C алканите се подлагат на пиролитично разлагане, за да образуват сложна смес от продукти, чийто състав и съотношение зависят от температурата и времето за реакция.

Дехидрогениране

Образуване на алкени и отделяне на водород

Условия на потока: 400 - 600 °C, катализатори - Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3;C2H6 → C2H4 + H2

Изомеризация -Под въздействието на катализатор (например AlCl3) възниква изомеризация на алкани, например:

бутан (C4H10), взаимодействащ с алуминиев хлорид (AlCl3), се превръща от n-бутан в 2-метилпропан.

Конверсия на метан

CH4 + H2O → CO + H2 - Ni катализатор ("CO + H2" "сингаз")

Алканите не взаимодействат с калиев перманганат (KMnO4) и бромна вода (Br2).

9. Алкени(в противен случай олефини или етиленови въглеводороди) са ациклични ненаситени въглеводороди, съдържащи една двойна връзка между въглеродни атоми, образуващи хомоложна серия с обща формула CnH2n. Въглеродните атоми при двойната връзка са в състояние на sp² хибридизация и имат ъгъл на свързване от 120°. Най-простият алкен е етен (C2H4). Според номенклатурата на IUPAC имената на алкените се образуват от имената на съответните алкани чрез замяна на наставката “-ane” с “-ene”; Позицията на двойната връзка се обозначава с арабска цифра.

Алкените с повече от три въглеродни атома имат изомери. Алкените се характеризират с изомерия на въглеродния скелет, позиции на двойни връзки, междукласови и пространствени. етен (етилен) C2H4, пропен C3H6, бутен C4H8, пентен C5H10, хексен C6H12,

Методи за получаване на алкени -Основният промишлен метод за производство на алкени е каталитичният и високотемпературен крекинг на нефт и въглеводороди от природен газ. За получаване на нисши алкени се използва и реакцията на дехидратация на съответните алкохоли.

В лабораторната практика обикновено се използва методът на дехидратация на алкохоли в присъствието на силни минерални киселини, дехидрохалогениране и дехалогениране на съответните халогенни производни; синтези от Хофман, Чугаев, Витиг и Коуп.

10. Химични свойства на алкенитеАлкените са химически активни. Техните химични свойства до голяма степен се определят от наличието на двойна връзка. Най-честите реакции за алкени са реакции на електрофилно присъединяване и реакции на радикално присъединяване. Реакциите на нуклеофилно присъединяване обикновено изискват наличието на силен нуклеофил и не са типични за алкени.

Алкените също се характеризират с реакции на циклоприсъединяване и метатеза.

Алкените лесно се подлагат на окислителни реакции, хидрогенират се от силни редуциращи агенти или водород под действието на катализатори до алкани и също така са способни на алилно радикално заместване.

Електрофилни присъединителни реакции.В тези реакции атакуващата частица е електрофил Основна статия: Електрофилни присъединителни реакции

Халогениране на алкени, протичаща в отсъствието на инициатори на радикална реакция, е типична електрофилна присъединителна реакция. Извършва се в среда от неполярни инертни разтворители (например: CCl4):

Реакцията на халогениране е стереоспецифична - добавянето се извършва от противоположните страни спрямо равнината на молекулата на алкена

Хидрохалогениране.Електрофилното присъединяване на халогеноводороди към алкените се извършва съгласно правилото на Марковников:

Хидробориране.Добавянето става многоетапно с образуването на междинен цикличен активиран комплекс, а добавянето на бор става в противоречие с правилото на Марковников - към най-хидрогенирания въглероден атом

Хидратация.Добавянето на вода към алкените става в присъствието на сярна киселина

Алкилиране.Добавянето на алкани към алкени в присъствието на киселинен катализатор (HF или H2SO4) при ниски температури води до образуването на въглеводород с по-високо молекулно тегло и често се използва в промишлеността

11. Алкини(иначе ацетиленови въглеводороди) са въглеводороди, съдържащи тройна връзка между въглеродни атоми, с обща формула CnH2n-2. Въглеродните атоми при тройната връзка са в състояние на sp-хибридизация.

Алкините се характеризират с реакции на присъединяване. За разлика от алкените, които претърпяват реакции на електрофилно присъединяване, алкините могат също да претърпят реакции на нуклеофилно присъединяване. Това се дължи на значителния s-характер на връзката и, като следствие, повишената електроотрицателност на въглеродния атом. В допълнение, високата подвижност на водородния атом при тройната връзка определя киселинните свойства на алкините в реакциите на заместване.

Основен индустриален метод за получаванеацетилен е електро- или термичен крекинг на метан, пиролиза на природен газ и карбиден метод

12. ДИЕНОВИ ВЪГЛЕВОДОРОДИ(диени), ненаситени въглеводороди с две двойни връзки. Алифатни диени СnН2n_2 нар алкадиени, алициклични СnН2n_4 - циклоалкадиени. Статията обсъжда диенови въглеводороди с спрегнати двойни връзки [спрегнати диени; виж таблицата]. Диени с изолирани двойни връзки според химията. св. ти в осн. не се различава от олефините. Относно конн. с кумулирани двойни връзки, вижте Allens. В диеновите въглеводороди всичките четири въглеродни атома на спрегнатата система имат sp2 хибридизация и лежат в една и съща равнина. Четири p-електрона (по един от всеки въглероден атом) се комбинират, за да образуват четири p-молекулни орбитали (две свързващи - заети и две антисвързващи - свободни), от които само най-ниската е делокализирана върху всички въглеродни атоми. Частичната делокализация на р-електроните причинява ефекта на конюгиране, проявяващ се в намаляване на енергията на системата (с 13-17 kJ / mol в сравнение със система от изолирани двойни връзки), изравняване на междуатомните разстояния: двойните връзки са малко по-дълги ( 0,135 nm), а единичните връзки са по-къси (0,146 nm), отколкото в молекули без конюгация (съответно 0,133 и 0,154 nm), повишена поляризуемост, екзалтация на молекулно пречупване и др. физически. ефекти. Диеновите въглеводороди съществуват в две конформации, които се трансформират една в друга, като s-транс формата е по-стабилна

13. алкохолиса съединения, съдържащи една или повече хидроксилни групи. Според броя си алкохолите се делят на едноатомни, двуатомни, триатомни и др. Дължини на връзката и ъгли на връзката в метилов алкохол.

За алкохолите има няколко начина да ги наименувате. В съвременната номенклатура на IUPAC окончанието "ol" се добавя към името на въглеводорода за името на алкохола. Най-дългата верига, съдържаща ОН функционалната група, е номерирана от края, до който е най-близо хидроксилната група, а заместителите са обозначени с префикс.

Касова бележка. Хидратация на алкени.Когато алкените реагират с разредени водни разтвори на киселини, основният продукт е алкохол.

Хидроксимеркуриране-демеркуриране на алкени. Тази реакция не е придружена от пренареждане и води до образуването на отделни алкохоли. Посоката на реакцията съответства на правилото на Марковников, реакцията се провежда при меки условия с добиви, близки до количествените.

Хидробориране на алкени и последващо окислениеборани с разтвор на водороден пероксид в алкална среда в крайна сметка води до анти-Марковников продукт на добавяне на вода към двойната връзка.

Редукция на алдехиди и кетони с литиево-алуминиев хидрид или натриев борохидрид

LiAlH4 и NaBH4 редуцират алдехидите до първични алкохоли, а кетоните до вторични, като натриевият борохидрид е предпочитан поради по-голямата си безопасност при работа: може да се използва дори във водни и алкохолни разтвори. Литиевият алуминиев хидрид реагира експлозивно с вода и алкохол и се разлага експлозивно при нагряване над 120° в сухо състояние.

Редукция на естери и карбоксилни киселини до първични алкохоли.Първичните алкохоли се образуват чрез редукция на естери и карбоксилни киселини с литиево-алуминиев хидрид в етер или THF. Методът за редуциране на естери с литиево-алуминиев хидрид е особено удобен от препаративна гледна точка. Трябва да се отбележи, че натриевият борохидрид не редуцира естерните и карбоксилните групи. Това позволява селективна редукция на карбонилната група с NaBH4 в присъствието на естерни и карбоксилни групи. Добивите на регенерирания продукт рядко са под 80%. Литиевият борохидрид, за разлика от NaBH4, редуцира естерите до първични алкохоли.

14. Многовалентни алкохоли. Глицерол- химично съединение с формула HOCH2CH(OH)-CH2OH или C3H5(OH)3. Най-простият представител на тривалентните алкохоли. Това е вискозна прозрачна течност. Лесно образуван чрез хидролиза на естествени (растителни или животински) мазнини и масла (триглицериди), той е получен за първи път от Карл Шееле през 1779 г. по време на осапунването на мазнини.

Физични свойства. Глицерол- безцветна, вискозна, хигроскопична течност, безкрайно разтворима във вода. Има сладък вкус, поради което е получил името си (glycos - сладък). Той разтваря добре много вещества.

Химични свойстваглицерол са типични за многовалентни алкохоли.Взаимодействието на глицерол с халогеноводороди или фосфорни халогениди води до образуването на моно- и дихалогенохидрини.Глицеролът се естерифицира с карбоксилни и минерални киселини, за да образува съответните естери. Така с азотната киселина глицеринът образува тринитрат - нитроглицерин (получен през 1847 г. от Ascanio Sobrero), който в момента се използва в производството на бездимен барут.

Когато се дехидратира, образува акролеин:

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

Етиленов гликол, HO—CH2—CH2—OH е най-простият представител на многовалентните алкохоли. След пречистване е бистра, безцветна течност с леко мазна консистенция. Той е без мирис и има сладникав вкус. Токсичен. Поглъщането на етиленгликол или неговите разтвори може да доведе до необратими промени в тялото и смърт.

В промишлеността етилен гликол получени чрез хидратацияетиленов оксид при 10 atm и 190-200°C или при 1 atm и 50-100°C в присъствието на 0,1-0,5% сярна (или фосфорна) киселина, достигайки 90% добив. Страничните продукти са диетилен гликол, триетилен гликол и малко количество висши полимерни хомолози на етилен гликол.

15. Алдехиди- алкохол без водород; органични съединения, съдържащи карбонилна група (C=O) с един заместител.

Алдехидите и кетоните са много сходни, разликата е, че последните имат два заместителя в карбонилната група. Поляризацията на двойната връзка въглерод-кислород съгласно принципа на мезомерното конюгиране ни позволява да напишем следните резонансни структури:

Това разделяне на заряда се потвърждава от физичните методи на изследване и до голяма степен определя реактивността на алдехидите като изразени електрофили. Като цяло, химичните свойства на алдехидите са подобни на кетоните, но алдехидите проявяват по-голяма активност, което е свързано с по-голяма поляризация на връзката. В допълнение, алдехидите се характеризират с реакции, които не са характерни за кетоните, например хидратация във воден разтвор: в метанал, поради още по-голяма поляризация, връзката е пълна, а в други алдехиди е частична:

RC(O)H → RC(OH)2H, където R е Н, всеки алкилов или арилов радикал.

Най-простите алдехиди имат остра, характерна миризма (например бензалдехидът има миризма на бадеми).

Под въздействието на хидроксиламин те се превръщат в оксими: CH3CHO + NH2OH = CH3C(=NOH)H + H2O

Формалдехид (от лат. formica - мравка), мравчен алдехид, CH2O,първият член на хомоложната серия от алифатни алдехиди; безцветен газ с остра миризма, силно разтворим във вода и алкохол, температура на кипене - 19 °C. В промишлеността фосфорът се получава чрез окисление на метилов алкохол или метан с атмосферен кислород. F. лесно се полимеризира (особено при температури до 100 ° C), така че се съхранява, транспортира и използва главно под формата на формалдехид и твърди нискомолекулни полимери - триоксан (виж Триоксиметилен) и параформ (виж Параформалдехид).

Е. е много реактивен; много от неговите реакции са в основата на индустриалните методи за получаване на редица важни продукти. Така, когато взаимодейства с амоняк, F. образува уротропин (виж Хексаметилентетрамин), с карбамид - карбамид-формалдехидни смоли, с меламин - меламино-формалдехидни смоли, с феноли - фенол-формалдехидни смоли (виж Фенол-формалдехидни смоли), с фенол - и нафталинсулфонови киселини - дъбилни вещества, с кетен - b-пропиолактон. F. се използва също за производство на поливинилформал (виж Поливинилацетали), изопрен, пентаеритритол, лекарствени вещества, багрила, за дъбене на кожа, като дезинфектант и дезодориращ агент. Чрез полимеризация на полиформалдехид се получава полиформалдехид. F. е токсичен; ПДК във въздуха е 0,001 mg/l.

Ацеталдехид, ацеталдехид, CH3CHO, органично съединение, безцветна течност с остра миризма; точка на кипене 20,8°C. Точка на топене - 124 ° C, плътност 783 kg / m3 ", смесим във всички отношения с вода, алкохол, етер. А. има всички типични свойства на алдехидите. В присъствието на минерални киселини той полимеризира в течен тримерен паралдехид (CH3CHO )3 и кристален тетрамерен металдехид (CH3CHO) 4. Когато двата полимера се нагреят в присъствието на сярна киселина, се освобождава А.

Един от основните отдавна известни начини за получаванеА. се състои от добавяне на вода към ацетилен в присъствието на живачни соли при температура около 95°C

16. Кетони- това са органични вещества, в молекулите на които карбонилната група е свързана с два въглеводородни радикала.

Общата формула на кетоните е R1-CO-R2. Сред другите карбонилни съединения, наличието в кетоните на точно два въглеродни атома, директно свързани с карбонилната група, ги отличава от карбоксилните киселини и техните производни, както и от алдехидите.

Физични свойства.Кетоните са летливи течности или топими твърди вещества, които се смесват добре с вода. Невъзможността за образуване на междумолекулни водородни връзки води до това, че тяхната летливост е малко по-голяма от тази на алкохоли и карбоксилни киселини със същото молекулно тегло.

Методи за синтез. Окисляване на вторични алкохоли.

От третични пероксоетери чрез пренареждане на Криге.

Циклокетони могат да бъдат получени чрез циклизиране на Ružička.

Ароматните кетони могат да бъдат получени чрез реакцията на Friedel-Crafts

Химични свойства.Има три основни типа кетонни реакции.

Първият е свързан с нуклеофилна атака върху въглеродния атом на карбонилната група. Например взаимодействието на кетони с цианиден анион или органометални съединения. Същият тип (нуклеофилно добавяне) включва взаимодействието на карбонилна група с алкохоли, което води до ацетали и полуацетали.

Взаимодействие с алкохоли:

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

с реактиви на Гриняр:

C2H5—C(O)—C2H5 + C2H5MgI → (C2H5)3OMgI → (C2H5)3OH, третичен алкохол. Реакциите с алдехиди и особено с метанал са значително по-активни, като с алдехиди се образуват вторични алкохоли, а с метанал - първични алкохоли.

Кетоните също реагират с азотни основи, например с амоняк и първични амини, за да образуват имини:

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

Вторият тип реакция е депротонирането на бета въглеродния атом спрямо карбонилната група. Полученият карбанион се стабилизира поради конюгиране с карбонилната група, лекотата на отстраняване на протони се увеличава, следователно карбонилните съединения са относително силни СН киселини.

Третата е координацията на електрофилите при несподелената двойка на кислородния атом, например киселини на Люис като AlCl3

Отделен тип реакция включва редукция на кетони - редукция на Leuckart с добиви, близки до количествените.

17.сравнете въпроси 15 и 16.

18. Едноосновни наситени карбоксилни киселини(едноосновни наситени карбоксилни киселини) - карбоксилни киселини, в които наситен въглеводороден радикал е свързан с една карбоксилна група -COOH. Всички те имат общата формула СnH2n+1COOH, където n = 0, 1, 2, ...

Номенклатура.Систематичните наименования на едноосновните наситени карбоксилни киселини се дават от името на съответния алкан с добавяне на наставката -ова и думата киселина.

Скелетната изомерия във въглеводородния радикал се проявява, започвайки с бутанова киселина, която има два изомера:

CH3-CH2-CH2-COOH n-бутанова киселина; CH3-CH(CH3)-COOH 2-метилпропанова киселина.

Междукласовата изомерия се появява, като се започне с оцетна киселина:

CH3-COOH оцетна киселина; H-COO-CH3 метилформиат (метилов естер на мравчена киселина); HO-CH2-COH хидроксиетанал (хидроксиоцетен алдехид); HO-CHO-CH2 хидроксиетилен оксид.

19. Естери- органични съединения, производни на карбоксилни или минерални киселини, в които хидроксилната група -OH на киселинната функция е заменена с алкохолен остатък. Те се различават от етери, в които два въглеводородни радикала са свързани с кислороден атом (R1-O-R2).

Мазнини или триглицериди- естествени органични съединения, пълни естери на глицерол и едноосновни мастни киселини; принадлежат към класа на липидите. Наред с въглехидратите и протеините, мазнините са един от основните компоненти на клетките на животните, растенията и микроорганизмите. Течните мазнини от растителен произход обикновено се наричат ​​масла, точно както маслото.

въглеродни киселини- клас органични съединения, чиито молекули съдържат една или повече функционални карбоксилни групи -COOH. Киселинните свойства се обясняват с факта, че тази група може относително лесно да извлече протон. С редки изключения карбоксилните киселини са слаби. Например, оцетната киселина CH3COOH има константа на киселинност 1,75·10−5. Ди- и трикарбоксилните киселини са по-силни от монокарбоксилните киселини.

Мазнините са добър топлоизолатор, така че при много топлокръвни животни се отлагат в подкожната мастна тъкан, намалявайки загубата на топлина. Особено дебел подкожен мастен слой е характерен за водните бозайници (китове, моржове и др.). В същото време при животни, живеещи в горещ климат (камили, тушканчета), се отлагат мастни резерви

Структурна функция

Фосфолипидите формират основата на двойния слой на клетъчните мембрани, холестеролът е регулатор на течливостта на мембраната. При археите мембраните съдържат производни на изопреноидни въглеводороди. Восъците образуват кутикула на повърхността на надземните органи (листа и млади издънки) на растенията. Те се произвеждат и от много насекоми (например пчелите изграждат пчелни пити от тях, а люспите и люспите образуват защитни капаци).

Регулаторен

Витамини - липиди (A, D, E)

Хормонални (стероиди, ейкозаноиди, простагландини и др.)

Кофактори (долихол)

Сигнални молекули (диглицериди, жасмонова киселина; MP3 каскада)

Защитен (ударопоглъщащ)

Дебелият слой мазнина предпазва вътрешните органи на много животни от увреждане по време на удари (например морски лъвове с тегло до един тон могат да скочат на скалист бряг от скали с височина 4-5 м).

20-21-22. Едноосновни ненаситени киселини- производни на ненаситени въглеводороди, в които един водороден атом е заменен с карбоксилна група.

Номенклатура, изомерия.В групата на ненаситените киселини най-често използваните емпирични наименования са: CH2=CH-COOH - акрилова (пропенова) киселина, CH2=C(CH3)-COOH - метакрилова (2-метилпропенова) киселина. Изомерията в групата на ненаситените едноосновни киселини се свързва с:

а) изомерия на въглеродния скелет; б) позицията на двойната връзка; в) цис-транс изомерия.

Методи за получаване.1. Дехидрохалогениране на халогенирани киселини:

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

2. Дехидратация на хидрокси киселини: HO-CH2-CH2-COOH -> CH2=CH-COOH

Физични свойства. Нисшите ненаситени киселини са водоразтворими течности със силна остра миризма; висши - твърди, неразтворими във вода вещества без мирис.

Химични свойстваненаситени карбоксилни киселини се дължат както на свойствата на карбоксилната група, така и на свойствата на двойната връзка. Киселини с двойна връзка, разположена близо до карбоксилната група - алфа, бета-ненаситени киселини - имат специфични свойства. В тези киселини добавянето на водородни халогениди и хидратацията са в противоречие с правилото на Марковников: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH

При внимателно окисляване се образуват дихидрокси киселини: CH2 = CH-COOH + [O] + H20 -> HO-CH2-CH(OH)-COOH

По време на енергично окисление двойната връзка се разкъсва и се образува смес от различни продукти, от които може да се определи позицията на двойната връзка. Олеиновата киселина C17H33COOH е една от най-важните висши ненаситени киселини. Това е безцветна течност, която се втвърдява при студено. Неговата структурна формула: CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH.

23. Двуосновни наситени карбоксилни киселини(двуосновни наситени карбоксилни киселини) - карбоксилни киселини, в които наситен въглеводороден радикал е свързан с две карбоксилни групи -СООН. Всички те имат общата формула HOOC(CH2)nCOOH, където n = 0, 1, 2, ...

Номенклатура. Систематичните наименования на двуосновните наситени карбоксилни киселини се дават от името на съответния алкан с добавяне на наставката -dioic и думата киселина.

Скелетната изомерия във въглеводородния радикал се появява, като се започне от бутандиовата киселина, която има два изомера:

HOOC-CH2-CH2-COOH n-бутандиова киселина (етан-1,2-дикарбоксилна киселина);

CH3-CH(COOH)-COOH етан-1,1-дикарбоксилна киселина.

24-25. ОКСИ КИСЕЛИНИ (хидроксикарбоксилни киселини), имат в молекулата наред с карбоксилната група – СООН, и хидроксилна група – ОН, напр. HOCH2COOH (гликолова киселина). Съдържа се в растителни и животински организми (млечна, лимонена, винена и други киселини).

Разпространение в природата

Хидрокси киселините са много разпространени; Така винената, лимонената, ябълчната, млечната и други киселини се класифицират като хидрокси киселини и името им отразява основния естествен източник, в който е намерено веществото.

Методи за синтез

Реакцията на Реформатски е метод за синтез на естери на β-хидроксикарбоксилна киселина.

"Плодови киселини". Много хидрокси киселини се използват в козметиката като кератолитици. Въпреки това търговците промениха малко името - за да ги направят по-привлекателни в козметологията, те често се наричат ​​​​„плодови киселини“.

26-27. ОКСИ КИСЕЛИНИ (алкохолни киселини ), съединения с двойна функция, както алкохоли, така и киселини, съдържащи както воден остатък, така и карбоксилна група. В зависимост от положението на ОН спрямо СООН (една до друга, на едно, две, три места) се разграничават а-, р-, у-, Ь-хидрокси киселини. За получаване на кислород има много методи, най-важните от които са внимателното окисление на гликолите: CH3.CH(OH).CH2.OH + 02 = CH3. .СН(ОН).СООН; осапунване на оксинитрили CH3.CH(OH).CN -* CH3.CH(OH).COOH; обмен на халоген в халогенни киселини за OH: CH2C1.COOH + KOH = CH2(OH).COOH + + KS1, ефект на HN02 върху аминокиселини: CH2(NH2). COOH + HN02 = CH2(OH) + N2 + + H20. В животинското тяло хидрокси киселините се образуват по време на дезаминиране (виж) на аминокиселини, по време на окисление на мастни киселини (виж Ацетонови тела, Метаболизъм - протеин), по време на гликолиза (виж), ферментация (виж) и други химикали. процеси. Хидрокси киселините са гъсти течности или кристали. вещества. В хим. по отношение на О. реагират и като алкохоли, и като лекарства: дават напр. както етери, така и естери; под въздействието на халогенни съединения на фосфора и двата ОН се заместват с халоген; Халоводородни киселини реагират само с алкохол OH.—Специални реакции характеризират a-, i)-, y- и b-хидрокси киселини: a-хидрокси киселини, губейки вода от две молекули, дават циклични естери, лактиди: 2CH2(OH).COOH = 2H20 + CH2.O.CO (гликолид); с.о.сн2 /З-О., отделяйки вода, образуват ненаситени съединения: CH2(OH).CH2.COOH-H20 = CH2:CH. .COOH; y- и d-хидрокси киселините образуват анхидриди - лактони: CH3.CH(OH).CH2.CH2.COOH= =H2O+CH3.CH.CH2.CH2.CO. O. са широко разпространени в животински и растителни организми. Представители на алифатни а-О. са гликолова киселина, CH2OH.COOH (хидроксиоцетна киселина), млечна киселина; от р-хидрокси киселини - хидрокрилова, СН2ОН.СН2СООН, /9-хидрокси-маслена киселина; U-O. са неизвестни в свободна форма, тъй като губят вода и се превръщат в лактони. Сред двуосновните О. важна е ябълчената киселина (хидроксиамбър); COOH.CHON.CH2.COOH, широко разпространен в растенията; има ляво въртене при слаби решения, дясно въртене при силни; синтетичните са неактивни. Двуосновните четириатомни киселини включват винена киселина (диоксиянтарна киселина). От другите O.—лимон, HO.CO.CH2. .(SON)(COOH).CH2.COOH, много разпространен в растителния свят (в гроздето, лимоните) и се среща в животните (в млякото); под формата на железен цитрат се използва в медицината. Сред ароматните киселини (фенолни киселини) в медицината са важни салициловата киселина, галовата киселина и техните производни; фенилов естер на салицилова киселина (салол), сулфосалицилова киселина, C6H3. OH.S03H.COOH (протеинов реактив), ацетилсалицилова киселина (аспирин). В растенията има много различни O. от ароматната серия, чиито производни включват, наред с други неща, танини, които са от важно техническо значение. Относно биол. значението на отделните О. и методите за тяхното количествено определяне - вж. Ацетонови тела, бро-гликолиза, дезаминиране, кръв, млечна киселина, урина, мускули, бета(^)-хидроксимаслена киселина.

28-29. в молекула на амоняк, последователно заменете водородни атоми с въглеводородни радикали, получавате съединения, които принадлежат към класа на амините. Съответно амините биват първични (RNH2), вторични (R2NH), третични (R3N). Групата -NH2 се нарича амино група.

Има алифатни, ароматни, алициклични и хетероциклични амини в зависимост от това кои радикали са свързани с азотния атом.

Имената на амините се съставят чрез добавяне на префикса амино- към името на съответния въглеводород (първични амини) или края -амин към изброените имена на радикали, свързани с азотния атом (за всякакви амини).

Начини за получаване.1. Реакция на Хофман.Един от първите методи за получаване на първични амини е алкилирането на амоняк с алкилхалогениди . 2. Реакция на Зинин- удобен начин за получаване на ароматни амини чрез редуциране на ароматни нитро съединения. Като редуциращи агенти се използват: H2 (на катализатор). Понякога водородът се генерира директно по време на реакцията, за което металите (цинк, желязо) се третират с разредена киселина.

Физични свойства на амините.Наличието на несподелена електронна двойка на азотния атом причинява по-високи точки на кипене от тези на съответните алкани. Амините имат неприятна, остра миризма. При стайна температура и атмосферно налягане първите представители на редица първични амини са газове, които се разтварят добре във вода. С увеличаването на въглеродния радикал точката на кипене се повишава и разтворимостта във вода намалява.

Химични свойства на амините. Основни свойства на амините

Амините са основи, тъй като азотният атом може да осигури електронна двойка за образуване на връзки с гладни за електрони видове чрез донорно-акцепторен механизъм (отговарящ на дефиницията на Луис за основност). Следователно амините, подобно на амоняка, могат да взаимодействат с киселини и вода, добавяйки протон, за да образуват съответните амониеви соли.

Амониевите соли са силно разтворими във вода, но слабо разтворими в органични разтворители. Водните разтвори на амините имат алкална реакция.

Основните свойства на амините зависят от природата на заместителите. По-специално, ароматните амини са по-слаби основи от алифатните, т.к свободната електронна двойка на азота влиза в конюгация с -системата на ароматното ядро, което намалява електронната плътност върху азотния атом (-M ефект). Напротив, алкиловата група е добър донор на електронна плътност (+I-ефект).

Окисляване на амини. Изгарянето на амини е съпроводено с образуване на въглероден диоксид, азот и вода: 4CH3NH2+9O2=4СО2+2N2+10Н2О

Ароматните амини се окисляват спонтанно във въздуха. Така анилинът бързо става кафяв във въздуха поради окисляване.

Добавяне на алкил халиди Амините добавят халоалкани, за да образуват сол

Взаимодействие на амини с азотиста киселина Реакцията на диазотиране на първични ароматни амини под въздействието на азотиста киселина, получена in situ чрез реакция на натриев нитрит със солна киселина, е от голямо значение.

Първичните алифатни амини реагират с азотиста киселина, за да образуват алкохоли, а вторичните алифатни и ароматни амини дават N-нитрозо производни: R-NH2 + NaNO2+HCl=R-OH+N2+NaCl+H2O; NH+NaNO2+HCl=R2N-N=O+NaCl+H2O

В ароматните амини аминогрупата улеснява заместването в орто и пара позиции на бензеновия пръстен. Следователно халогенирането на анилин става бързо и в отсъствието на катализатори и три водородни атома на бензеновия пръстен се заменят наведнъж и се утаява бяла утайка от 2,4,6-трибромоанилин:

Тази реакция с бромна вода се използва като качествена реакция за анилин.

Приложение

Амините се използват във фармацевтичната промишленост и органичния синтез (CH3NH2, (CH3)2NH, (C2H5)2NH и др.); при производството на найлон (NH2-(CH2)6-NH2 - хексаметилендиамин); като суровина за производство на багрила и пластмаси (анилин).

30. Аминокиселини (аминокарбоксилни киселини)- органични съединения, чиято молекула съдържа едновременно карбоксилни и аминови групи. Аминокиселините могат да се разглеждат като производни на карбоксилни киселини, в които един или повече водородни атоми са заместени с аминови групи.

Общи химични свойства. 1. Аминокиселините могат да проявяват както киселинни свойства, дължащи се на наличието на карбоксилна група -COOH в техните молекули, така и основни свойства, дължащи се на аминогрупата -NH2. Поради това разтворите на аминокиселини във вода имат свойствата на буферни разтвори.

Цвитерионът е молекула на аминокиселина, в която аминогрупата е представена като -NH3+, а карбокси групата е представена като -COO-. Такава молекула има значителен диполен момент с нулев нетен заряд. Именно от такива молекули са изградени кристалите на повечето аминокиселини.

Някои аминокиселини имат множество аминогрупи и карбоксилни групи. За тези аминокиселини е трудно да се говори за някакъв специфичен цвитерион.

2. Важна характеристика на аминокиселините е способността им да поликондензират, което води до образуването на полиамиди, включително пептиди, протеини и найлон-66.

3. Изоелектричната точка на аминокиселина е стойността на рН, при която максималната част от молекулите на аминокиселината има нулев заряд. При това pH аминокиселината е най-малко подвижна в електрическото поле и това свойство може да се използва за разделяне на аминокиселини, както и на протеини и пептиди.

4. Аминокиселините обикновено могат да претърпят всички реакции, характерни за карбоксилните киселини и амините.

Оптична изомерия. Всички α-аминокиселини, открити в живите организми, с изключение на глицина, съдържат асиметричен въглероден атом (треонинът и изолевцинът съдържат два асиметрични атома) и имат оптична активност. Почти всички естествено срещащи се α-аминокиселини са L-форма и само L-аминокиселини са включени в протеини, синтезирани на рибозоми.

Тази характеристика на „живите“ аминокиселини е много трудна за обяснение, тъй като при реакции между оптически неактивни вещества или рацемати (които очевидно са били представени от органични молекули на древната Земя), L и D формите се образуват в равни количества. Може би. изборът на една от формите (L или D) е просто резултат от случайно съвпадение: първите молекули, с които може да започне синтезът на матрицата, са имали определена форма и към тях са се „приспособили“ съответните ензими.

31. Аминокиселините са органични амфотерни съединения. Те съдържат две функционални групи с противоположна природа в молекулата: аминогрупа с основни свойства и карбоксилна група с киселинни свойства. Аминокиселините реагират както с киселини, така и с основи:

H2N-CH2-COOH + HCl→ Cl[H3N-CH2-COOH],

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

Когато аминокиселините се разтварят във вода, карбоксилната група премахва водороден йон, който може да се прикрепи към аминогрупата. В този случай се образува вътрешна сол, чиято молекула е биполярен йон:

H2N-CH2—COOH +H3N-CH2—COO-.

Водните разтвори на аминокиселините имат неутрална, алкална или кисела среда в зависимост от броя на функционалните групи. Така глутаминовата киселина образува киселинен разтвор (две -COOH групи, една -NH2), лизинът образува алкален разтвор (една -COOH, две -NH2 групи).

Подобно на първичните амини, аминокиселините реагират с азотиста киселина, като аминогрупата се превръща в хидроксо група и аминокиселината в хидрокси киселина: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2+ H2O

Измерването на обема на освободения азот ви позволява да определите количеството аминокиселина (метод на Van-Slyke).

Аминокиселините могат да реагират с алкохоли в присъствието на газ хлороводород, превръщайки се в естер (по-точно хидрохлоридна сол на естер): H2N-CH(R)-COOH + R"OH H2N-CH(R)-COOR " + H2O.

Естерите на аминокиселините нямат биполярна структура и са летливи съединения. Най-важното свойство на аминокиселините е способността им да кондензират, за да образуват пептиди.

32. Карбоксилна групаобединява две функционални групи - карбонилна =СО и хидроксилна -ОН, като взаимно си влияят.

Киселинните свойства на карбоксилните киселини се дължат на изместване на електронната плътност към карбонилния кислород и произтичащата от това допълнителна (в сравнение с алкохолите) поляризация на O-H връзката.

Във воден разтвор карбоксилните киселини се дисоциират на йони: R-COOH = R-COO- + H+

Разтворимостта във вода и високите точки на кипене на киселините се дължат на образуването на междумолекулни водородни връзки.

Аминогрупа - едновалентна група -NH2, амонячен остатък (NH3).Аминогрупата се среща в много органични съединения - амини, аминокиселини, аминоалкохоли и др. Съединенията, съдържащи -NH2 групата, по правило са основни по природа, поради наличието на несподелена електронна двойка при азотния атом.

В реакциите на електрофилно заместване в ароматни съединения аминогрупата е ориентиращ агент от първи вид, т.е. активира орто- и пара-позициите в бензеновия пръстен.

33. Поликондензация- процесът на синтезиране на полимери от полифункционални (най-често бифункционални) съединения, обикновено придружен от освобождаване на странични продукти с ниско молекулно тегло (вода, алкохоли и др.) По време на взаимодействието на функционални групи.

Молекулното тегло на полимера, образуван по време на процеса на поликондензация, зависи от съотношението на изходните компоненти и условията на реакцията.

Реакциите на поликондензация могат да включват или един мономер с две различни функционални групи: например синтеза на поли-ε-капроамид (найлон-6, капрон) от ε-аминокапронова киселина, или два мономера, носещи различни функционални групи, например синтеза на найлон-6 66 чрез поликондензация на адипинова киселина и хексаметилендиамин; в този случай се образуват полимери с линейна структура (линейна поликондензация, виж фиг. 1). Ако мономерът (или мономерите) носят повече от две функционални групи, се образуват омрежени полимери с триизмерна мрежеста структура (триизмерна поликондензация). За да се получат такива полимери, към сместа от мономери често се добавят "омрежващи" полифункционални компоненти.

Особено внимание заслужават реакциите на синтез на полимери от циклични мономери, използвайки механизма за отваряне на пръстена - добавяне, например, синтез на найлон-6 от капролактам (цикличен амид на ε-аминокапронова киселина); Въпреки факта, че не се получава освобождаване на нискомолекулен фрагмент, такива реакции по-често се наричат ​​​​поликондензация.

Пептидна връзка- вид амидна връзка, която възниква при образуването на протеини и пептиди в резултат на взаимодействието на α-аминогрупата (-NH2) на една аминокиселина с α-карбоксилната група (-COOH) на друга аминокиселина.

C-N връзката в пептидната връзка е частично двойна по природа, което се проявява по-специално в намаляване на нейната дължина до 1,32 ангстрьома. Това води до следните свойства:

4 атома на връзката (C, N, O и H) и 2 α-въглерода са в една и съща равнина. R-групите на аминокиселините и водородите при α-въглеродите са извън тази равнина.

Н и О в пептидната връзка, както и α-въглеродите на две аминокиселини са транс-ориентирани (транс-изомерът е по-стабилен). В случая на L-аминокиселините, какъвто е случаят с всички естествени протеини и пептиди, R-групите също са транс-ориентирани.

Въртене около C-N връзка не е възможно, но въртене около C-C връзка е възможно.

пептиди (гръцки πεπτος - хранителен) - семейство вещества, чиито молекули са изградени от α-аминокиселинни остатъци, свързани във верига чрез пептидни (амидни) връзки -C(O)NH-.

34. Протеини (протеини, полипептиди) - високомолекулни органични вещества, състоящи се от аминокиселини, свързани във верига чрез пептидни връзки. В живите организми аминокиселинният състав на протеините се определя от генетичния код; в повечето случаи по време на синтеза се използват 20 стандартни аминокиселини. Много от техните комбинации дават голямо разнообразие от свойства на протеиновите молекули. В допълнение, аминокиселините в протеина често са обект на пост-транслационни модификации, които могат да възникнат както преди протеинът да започне да изпълнява своята функция, така и по време на неговата „работа“ в клетката. Често в живите организми няколко протеинови молекули образуват сложни комплекси, например фотосинтетичния комплекс.

За да разберем сложното оформление (архитектоника) на протеинова макромолекула, трябва да разгледаме няколко организационни нива. Първичната, най-проста структура е полипептидна верига, т.е. низ от аминокиселини, свързани заедно с пептидни връзки. В първичната структура всички връзки между аминокиселините са ковалентни и следователно силни. Следващото, по-високо ниво на организация е вторичната структура, когато протеиновата нишка е усукана под формата на спирала. Водородните връзки се образуват между -COOH групите, разположени на едното завъртане на спиралата, и -NH2 групите на другото завъртане. Те възникват от водород, който най-често се намира между два отрицателни атома. Водородните връзки са по-слаби от ковалентните връзки, но с голям брой от тях осигуряват образуването на доста силна структура. Низ от аминокиселини (полипептид) след това коагулира, образувайки топка или фибрила или глобула, специфична за всеки протеин. Това създава сложна конфигурация, наречена третична структура. Обикновено се определя с помощта на метода на рентгенов дифракционен анализ, който позволява да се установи позицията в пространството на атомите и групите от атоми в кристали и сложни съединения.

Връзките, които поддържат третичната структура на протеина, също са слаби. Те възникват по-специално поради хидрофобни взаимодействия. Това са силите на привличане между неполярни молекули или между неполярни региони на молекули във водна среда. Хидрофобните остатъци на някои аминокиселини във воден разтвор се приближават, „залепват“ и по този начин стабилизират протеиновата структура. В допълнение към хидрофобните сили, електростатичните връзки между електроотрицателните и електроположителните радикали на аминокиселинните остатъци играят важна роля в поддържането на третичната структура на протеина. Третичната структура също се поддържа от малък брой ковалентни дисулфидни -S-S връзки, които се появяват между серните атоми на съдържащите сяра аминокиселини. Трябва да кажа, че също е третостепенно; протеиновата структура не е ограничена. Макромолекули на същия протеин или молекули на други протеини често са прикрепени към протеинова макромолекула. Например сложната молекула на хемоглобина, протеин, открит в червените кръвни клетки, се състои от четири глобинови макромолекули: две алфа вериги и две бета вериги, всяка от които е свързана с хем, съдържащ желязо. В резултат на тяхното комбиниране се образува функционираща молекула хемоглобин. Само в такава опаковка хемоглобинът работи пълноценно, т.е. може да пренася кислород. Поради свързването на няколко протеинови молекули една с друга се образува кватернерна структура. Ако пептидните вериги са подредени под формата на топка, тогава такива протеини се наричат ​​глобуларни. Ако полипептидните вериги са подредени в снопове от нишки, те се наричат ​​фибриларни протеини. Като се започне от вторичната структура, пространствената структура (конформация) на протеиновите макромолекули, както разбрахме, се поддържа главно от слаби химични връзки. Под въздействието на външни фактори (промени в температурата, солевия състав на околната среда, pH, под въздействието на радиация и други фактори) слабите връзки, които стабилизират макромолекулата, се разрушават и структурата на протеина и следователно неговите свойства , промяна. Този процес се нарича денатурация. Разрушаването на някои слаби връзки, промените в конформацията и свойствата на протеина също възникват под въздействието на физиологични фактори (например под въздействието на хормони). По този начин се регулират свойствата на протеините: ензими, рецептори, транспортери. Тези промени в протеиновата структура обикновено са лесно обратими. Разрушаването на голям брой слаби връзки води до денатурация на протеина, която може да бъде необратима (например коагулацията на яйчен белтък при варене на яйца). Понякога денатурацията на протеина има биологичен смисъл. Например, паяк отделя капка секрет и я залепва за някаква опора. След това, продължавайки да отделя секрета, той леко издърпва нишката и това слабо напрежение е достатъчно, за да може протеинът да денатурира, да премине от разтворима форма в неразтворима и нишката да придобие здравина.

35-36. Монозахариди(от гръцки monos: единичен, sacchar: захар), - органични съединения, една от основните групи въглехидрати; най-простата форма на захар; обикновено са безцветни, водоразтворими, прозрачни твърди вещества. Някои монозахариди имат сладък вкус. Монозахаридите, градивните елементи, от които се синтезират дизахариди (като захароза) и полизахариди (като целулоза и нишесте), съдържат хидроксилни групи и алдехидна група (алдози) или кето група (кетози). Всеки въглероден атом, към който е прикрепена хидроксилна група (с изключение на първия и последния), е хирален, което води до много изомерни форми. Например галактозата и глюкозата са алдохексози, но имат различни химични и физични свойства. Монозахаридите, както всички въглехидрати, съдържат само 3 елемента (C, O, H).

Монозахаридите се подразделятв триози, тетрози, пентози, хексози и т.н. (3, 4, 5, 6 и т.н. въглеродни атоми във веригата); не са открити естествени монозахариди с въглеродна верига, съдържаща повече от 9 въглеродни атома. Монозахаридите, съдържащи 5-членен пръстен, се наричат ​​фуранози, а тези, съдържащи 6-членен пръстен, се наричат ​​пиранози.

Изомерия.За монозахариди, съдържащи n асиметрични въглеродни атоми, е възможно съществуването на 2n стереоизомери (виж Изомерия).

38. Химични свойства.Монозахаридите влизат в химични реакции, характерни за карбонилните и хидроксилните групи. Характерна особеност на монозахаридите е способността да съществуват в отворени (ациклични) и циклични форми и да дават производни на всяка форма. Повечето моносаци се циклизират във воден разтвор, за да образуват полуацетали или полукетали (в зависимост от това дали са алдози или кетози) между алкохола и карбонилната група на същата захар. Глюкозата, например, лесно образува полуацетали чрез свързване на своите C1 и O5, за да образува 6-членен пръстен, наречен пиранозид. Същата реакция може да протече между C1 и O4, за да се образува 5-членен фуранозид.

монозахариди в природата.Монозахаридите са част от сложни въглехидрати (гликозиди, олигозахариди, полизахариди) и смесени биополимери, съдържащи въглехидрати (гликопротеини, гликолипиди и др.). В този случай монозахаридите са свързани помежду си и с невъглехидратната част на молекулата чрез гликозидни връзки. Когато се хидролизират от киселини или ензими, тези връзки могат да бъдат разкъсани, за да се освободят монозахариди. В природата свободните монозахариди, с изключение на D-глюкоза и D-фруктоза, са рядкост. Биосинтезата на монозахариди от въглероден диоксид и вода се среща в растенията (виж Фотосинтеза); с участието на активирани производни на монозахариди - нуклеозиддифосфатни захари - има, като правило, биосинтеза на сложни въглехидрати. Разграждането на монозахаридите в организма (например алкохолна ферментация, гликолиза) е придружено от освобождаване на енергия.

Приложение.Някои свободни монозахариди и техните производни (например глюкоза, фруктоза и нейния дифосфат и др.) се използват в хранително-вкусовата промишленост и медицината.

37. Глюкоза (C6H12O6)("гроздова захар", декстроза) се намира в сока на много плодове и плодове, включително грозде, откъдето идва и името на този вид захар. Това е шест атомна захар (хексоза).

Физични свойства. Бяло кристално вещество със сладък вкус, силно разтворимо във вода, неразтворимо в етер, слабо разтворимо в алкохол.

Структурата на молекулата

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

Глюкозата може да съществува в цикли (α и β глюкоза).

α и β глюкоза

Преходът на глюкозата от проекцията на Fisher към проекцията на Haworth Глюкозата е крайният продукт от хидролизата на повечето дизахариди и полизахариди.

биологична роля.Глюкозата е основният продукт на фотосинтезата и се образува в цикъла на Калвин.

При хората и животните глюкозата е основният и най-универсален източник на енергия за метаболитните процеси. Всички клетки на животинското тяло имат способността да абсорбират глюкоза. В същото време способността да се използват други източници на енергия - например свободни мастни киселини и глицерол, фруктоза или млечна киселина - не се притежава от всички клетки на тялото, а само от някои от техните видове.

Транспортирането на глюкоза от външната среда в животинската клетка се осъществява чрез активен трансмембранен трансфер с помощта на специална белтъчна молекула - хексозния носител (транспортер).

Глюкозата в клетките може да претърпи гликолиза, за да произведе енергия под формата на АТФ. Първият ензим във веригата на гликолизата е хексокиназата. Клетъчната хексокиназна активност е под регулиращото влияние на хормоните - по този начин инсулинът рязко повишава хексокиназната активност и следователно усвояването на глюкоза от клетките, а глюкокортикоидите намаляват хексокиназната активност.

Много източници на енергия, различни от глюкозата, могат директно да се превърнат в глюкоза в черния дроб - например млечна киселина, много свободни мастни киселини и глицерол или свободни аминокиселини, особено най-простите като аланин. Процесът на производство на глюкоза в черния дроб от други съединения се нарича глюконеогенеза.

Тези енергийни източници, за които няма директно биохимично превръщане в глюкоза, могат да бъдат използвани от чернодробните клетки за производство на АТФ и последващо енергийно снабдяване за процесите на глюконеогенеза, ресинтез на глюкоза от млечна киселина или енергийно снабдяване за процеса на синтез на гликоген полизахарид резерви от глюкозни мономери. Глюкозата отново се произвежда лесно от гликоген чрез просто разграждане.

Поради изключителното значение на поддържането на стабилно ниво на глюкоза в кръвта, хората и много други животни имат сложна система за хормонално регулиране на параметрите на въглехидратния метаболизъм. Когато 1 грам глюкоза се окислява до въглероден диоксид и вода, се освобождават 17,6 kJ енергия. Съхранената максимална „потенциална енергия“ в молекулата на глюкозата под формата на степен на окисление -4 въглеродни атоми (C-4) може да бъде намалена по време на метаболитни процеси до C+4 (в молекула CO2). Възстановяването му до предишното ниво може да се извърши от автотрофи.

Фруктоза или плодова захар C6H12O6- монозахарид, който присъства в свободна форма в почти всички сладки горски плодове и плодове. Много хора предпочитат да заменят захарта не със синтетични лекарства, а с естествена фруктоза.

За разлика от глюкозата, която служи като универсален източник на енергия, фруктозата не се абсорбира от инсулинозависимите тъкани. Почти напълно се абсорбира и метаболизира от чернодробните клетки. На практика никоя друга клетка в човешкото тяло (с изключение на спермата) не може да използва фруктоза. В чернодробните клетки фруктозата се фосфорилира и след това се разгражда на триози, които се използват или за синтез на мастни киселини, което може да доведе до затлъстяване, както и повишени нива на триглицериди (което от своя страна увеличава риска от атеросклероза), или се използват за гликоген синтез (също частично се превръща в глюкоза по време на глюконеогенезата). Въпреки това, превръщането на фруктозата в глюкоза е сложен, многоетапен процес и способността на черния дроб да преработва фруктозата е ограничена. През последните години интензивно се проучва въпросът дали фруктозата трябва да бъде включена в диетата на диабетици, тъй като за нейното усвояване не е необходим инсулин.

Въпреки че фруктозата не повишава (или само леко) нивата на кръвната захар при здрави хора, фруктозата често води до повишаване на нивата на кръвната захар при хора с диабет. От друга страна, поради липсата на глюкоза в клетките, телата на диабетиците могат да изгарят мазнини, което води до изчерпване на мастните резерви. В този случай фруктозата, която лесно се превръща в мазнини и не изисква инсулин, може да се използва за възстановяването им. Предимството на фруктозата е, че може да се придаде сладък вкус на ястие със сравнително малки количества фруктоза, тъй като тя е 1,2-1,8 пъти по-сладка със същото съдържание на калории (380 kcal / 100 g) като захарта. Проучванията обаче показват, че потребителите на фруктоза не намаляват съдържанието на калории в храната си, вместо това ядат по-сладки ястия.

39. Олигозахариди- това са олигомери, състоящи се от няколко (не повече от 20) мономера - монозахариди, за разлика от полизахаридите, състоящи се от десетки, стотици или хиляди монозахариди; - съединения, изградени от няколко монозахаридни остатъка (от 2 до 10), свързани с гликозидна връзка.

Много важен и широко разпространен специален случай на олигозахариди са дизахаридите - димери, състоящи се от две молекули монозахариди.

Може да се говори и за три-, тетра- и т.н. захариди.

40. Дизахариди- общото наименование на подклас олигозахариди, в които молекулата се състои от два мономера - монозахариди. Дизахаридите се образуват чрез реакция на кондензация между два монозахарида, обикновено хексози. Реакцията на кондензация включва отстраняване на водата. Връзката между монозахаридите, получена в резултат на реакцията на кондензация, се нарича гликозидна връзка.Обикновено тази връзка се образува между 1-ви и 4-ти въглеродни атоми на съседни монозахаридни единици (1,4-гликозидна връзка).

Процесът на кондензация може да се повтаря безброй пъти, което води до образуването на огромни полизахаридни молекули. След като монозахаридните единици се комбинират, те се наричат ​​остатъци. Най-разпространените дизахариди са лактозата и захарозата.

Мутаротация(от лат. muto-промяна и rotatio - въртене), промяна в размера на опт. въртене на разтвори на оптично активни съединения поради тяхната епимеризация. Характерно за монозахариди, редуциращи олигозахариди, лактони и др. Мутаротацията може да се катализира от киселини и основи. В случая на глюкозата мутаротацията се обяснява с установяването на равновесие: В равновесие присъстват 38% от алфа формата и 62% от бета формата. Междинен алдехидната форма се съдържа в пренебрежимо малки концентрации. Предимства, образуването на b-формата се обяснява с факта, че тя е по-термодинамично стабилна.

Реакциите "сребърно огледало" и "медно огледало" са характерни за алдехидите

1) Реакция на „сребърно огледало“, образуване на Ag утайка по стените на епруветката

2) Реакция на „медно огледало“, утаяване на червена утайка от Cu2O

40. От своя страна дизахаридите, които възникват в някои случаи по време на хидролиза на полизахариди(малтоза по време на хидролиза на нишесте, целобиоза по време на хидролиза на целулоза) или съществуващи в тялото в свободна форма (лактоза, захароза, трехалоза и др.), се хидролизират под каталитичното действие на о- и р-гликозидази до отделни монозахариди . Всички гликозидази, с изключение на трехалаза (от, омрехалоза-глюкохидроксигази), се отличават с широк спектър на специфичност, ускорявайки хидролизата на почти всички гликозиди, които са производни на един или друг а- или (3-монозахарид. По този начин, a -глюкозидаза ускорява реакцията на хидролиза на a-глюкозиди, включително малтоза; p-глюкозидаза - p-глюкозиди, включително целобиоза; B-галактозидаза - B-галактозиди и сред тях лактоза и др. Примери за действие на a и P-глюкозидази са дадено по-рано

41. Според неуспеха химична структура на дизахаридитетип трехалоза (гликозид-гликозиди) и тип малтоза (гликозид-глюкоза) имат значително различни химични свойства: първите не дават никакви реакции, характерни за алдехидната или кетонната група, т.е. не се окисляват, не се редуцират, не образуват озазони , влизат в реакция на поликодензация (не смоляват), не се мутират и т.н. За дизахариди като малтоза, всички споменати реакции, напротив, са много характерни. Причината за тази разлика е съвсем ясна от казаното по-горе за двата вида структура на дизахаридите и свойствата на монозахаридните остатъци, включени в техния състав. Той се крие във факта, че само в дизахариди като малтозата е възможна пръстеновидна тавтомерия, в резултат на която се образува свободна алдехидна или кетонна група, която проявява своите характерни свойства.

За алкохолните хидроксили и двата типа дизахариди дават едни и същи реакции: те образуват етери и естери и взаимодействат с хидрати на метални оксиди.

В природата има голям брой дизахариди; Най-важните сред тях са споменатите по-горе трехалоза и малтоза, както и захароза, целобиоза и лактоза.

42. Малтоза(от английски малц - малц) - малцова захар, естествен дизахарид, състоящ се от два глюкозни остатъка; намира се в големи количества в покълнали зърна (малц) от ечемик, ръж и други зърна; намира се също в доматите, прашеца и нектара на редица растения. М. е лесно разтворим във вода и има сладък вкус; е редуцираща захар, защото има незаместена полуацетална хидроксилна група. Биосинтезата на M. от b-D-глюкопиранозилфосфат и D-глюкоза е известна само при някои видове бактерии. В животинските и растителни организми магнезият се образува чрез ензимно разграждане на нишесте и гликоген (виж Амилаза). Разграждането на М. на два глюкозни остатъка възниква в резултат на действието на ензима а-глюкозидаза или малтаза, който се намира в храносмилателните сокове на животни и хора, в покълнали зърна, в плесени и дрожди. Генетично обусловената липса на този ензим в чревната лигавица на човека води до вродена непоносимост към М., сериозно заболяване, което изисква изключване на М., нишесте и гликоген от диетата или добавяне на ензима малтаза към храната.

При кипене на малтозата с разредена киселина и под действието на ензим малтазата се хидролизира (образуват се две глюкозни молекули C6H12O6). Малтозата се усвоява лесно от човешкото тяло. Молекулно тегло - 342.32 T точка на топене - 108 (безводен)

43. Лактоза(от лат. lactis - мляко) C12H22O11 - въглехидрат от групата на дизахаридите, среща се в млякото и млечните продукти. Молекулата на лактозата се състои от остатъци от молекули на глюкоза и галактоза. Лактозата понякога се нарича млечна захар.

Химични свойства.При варене с разредена киселина лактозата се хидролизира.

Лактозата се получава от млечна суроватка.

Приложение.Използва се за приготвяне на хранителна среда, например при производството на пеницилин. Използва се като ексципиент (помощно вещество) във фармацевтичната индустрия.

От лактозата се получава лактулоза - ценно лекарство за лечение на чревни разстройства, като запек.

44. Захароза C12H22O11, или захар от цвекло, тръстикова захар, в ежедневието просто захар - дизахарид, състоящ се от два монозахарида - α-глюкоза и β-фруктоза.

Захарозата е много често срещан дизахарид в природата, намира се в много плодове, плодове и горски плодове. Съдържанието на захароза е особено високо в захарното цвекло и захарната тръстика, които се използват за промишлено производство на трапезна захар.

Захарозата има висока разтворимост. Химически фруктозата е доста инертна, т.е. при преместване от едно място на друго почти не участва в метаболизма. Понякога захарозата се съхранява като резервно хранително вещество.

Захарозата, влизайки в червата, бързо се хидролизира от алфа-глюкозидаза в тънките черва в глюкоза и фруктоза, които след това се абсорбират в кръвта. Алфа-глюкозидазните инхибитори, като акарбозата, инхибират разграждането и абсорбцията на захароза, както и други въглехидрати, хидролизирани от алфа-глюкозидаза, по-специално нишесте. Използва се при лечение на диабет тип 2. Синоними: алфа-D-глюкопиранозил-бета-D-фруктофуранозид, цвеклова захар, тръстикова захар.

Химични и физични свойства.Молекулно тегло 342,3 amu. Брутна формула (система Хил): C12H22O11. Вкусът е сладникав. Разтворимост (грамове на 100 грама): във вода 179 (0°C) и 487 (100°C), в етанол 0,9 (20°C). Слабо разтворим в метанол. Неразтворим в диетилов етер. Плътност 1,5879 g/cm3 (15°C). Специфично въртене за натриева D-линия: 66,53 (вода; 35 g/100 g; 20°C). При охлаждане с течен въздух и осветяване с ярка светлина захарозните кристали фосфоресцират. Не проявява редуциращи свойства - не реагира с реактива на Толенс и Фелинг. Наличието на хидроксилни групи в молекулата на захарозата лесно се потвърждава чрез реакция с метални хидроксиди. Ако към меден (II) хидроксид се добави разтвор на захароза, се образува яркосин разтвор на медна захароза. В захарозата няма алдехидна група: при нагряване с амонячен разтвор на сребърен (I) оксид той не дава „сребърно огледало“; при нагряване с меден (II) хидроксид не образува червен меден (I) оксид . Сред изомерите на захарозата с молекулна формула C12H22O11 могат да се разграничат малтозата и лактозата.

Реакция на захароза с вода.Ако кипнете разтвор на захароза с няколко капки солна или сярна киселина и неутрализирате киселината с алкали и след това загреете разтвора, се появяват молекули с алдехидни групи, които редуцират медния (II) хидроксид до меден (I) оксид. Тази реакция показва, че захарозата претърпява хидролиза под каталитичното действие на киселина, което води до образуването на глюкоза и фруктоза: C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6

Природни и антропогенни източници.Съдържа се в захарна тръстика, захарно цвекло (до 28% сухо вещество), растителни сокове и плодове (например бреза, клен, пъпеш и моркови). Източникът на захароза - от цвекло или тръстика - се определя от съотношението на съдържанието на стабилни въглеродни изотопи 12C и 13C. Захарното цвекло има С3 механизъм за асимилиране на въглероден диоксид (чрез фосфоглицеринова киселина) и предпочитано абсорбира изотопа 12С; Захарната тръстика има механизъм C4 за абсорбиране на въглероден диоксид (чрез оксалооцетна киселина) и предпочитано абсорбира изотопа 13C.

45. Целобиоза- въглехидрат от групата на дизахаридите, състоящ се от два глюкозни остатъка, свързани с β-глюкозидна връзка; основната структурна единица на целулозата.

Бяло кристално вещество, силно разтворимо във вода. Целобиозата се характеризира с реакции, включващи алдехидна (полуацетална) група и хидроксилни групи. По време на киселинна хидролиза или под действието на ензима β-глюкозидаза целобиозата се разгражда до 2 молекули глюкоза.

Целобиозата се получава чрез частична хидролиза на целулоза. Целобиозата се намира в свободна форма в сока на някои дървета.

46. ​​​​Полизахариди- общото наименование на клас сложни високомолекулни въглехидрати, чиито молекули се състоят от десетки, стотици или хиляди мономери - монозахариди.

Полизахаридите са необходими за живота на животинските и растителни организми. Те са един от основните източници на енергия, генерирана в резултат на метаболизма на тялото. Те участват в имунните процеси, осигуряват клетъчната адхезия в тъканите и съставляват по-голямата част от органичната материя в биосферата.

Установена е разнообразната биологична активност на полизахаридите от растителен произход: антибиотична, антивирусна, противотуморна, антидотна [източник не е посочен 236 дни]. Полизахаридите от растителен произход играят важна роля за намаляване на липемията и съдовата атероматоза поради способността им да образуват комплекси с протеини и липопротеини в кръвната плазма.

Полизахаридите включват по-специално:

декстринът е полизахарид, продукт на хидролизата на нишестето;

нишестето е основният полизахарид, депозиран като енергиен резерв в растителните организми;

гликогенът е полизахарид, депозиран като енергиен резерв в клетките на животинските организми, но се намира в малки количества в растителните тъкани;

целулозата е основният структурен полизахарид на растителните клетъчни стени;

галактоманани - складови полизахариди на някои растения от семейство Бобови, като гуарана и гума от рожкови;

глюкомананът е полизахарид, получен от грудки коняк, състоящ се от редуващи се единици глюкоза и маноза, разтворими диетични фибри, които намаляват апетита;

амилоид - използва се при производството на пергаментова хартия.

целулоза (от лат. cellula - клетка, същото като фибри) - [C6H7O2(OH)3]n, полизахарид; основният компонент на клетъчните мембрани на всички висши растения.

Целулозата се състои от остатъци от глюкозни молекули, които се образуват по време на киселинната хидролиза на целулозата:

(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6

Целулозата е дълга нишка, съдържаща 300-2500 глюкозни остатъци, без странични разклонения. Тези нишки са свързани помежду си с много водородни връзки, което придава на целулозата по-голяма механична якост. Бозайниците (както повечето други животни) нямат ензими, които да разграждат целулозата. Въпреки това, много тревопасни (например преживни животни) имат симбионтни бактерии в храносмилателния тракт, които се разграждат и помагат на гостоприемниците да абсорбират този полизахарид.

По промишлен метод целулозата се произвежда чрез варене в фабрики за целулоза, които са част от промишлени комплекси (мелници). Според вида на използваните реагенти се разграничават следните методи за пулпиране:

Сулфит. Разтворът за готвене съдържа сярна киселина и нейната сол, например натриев хидросулфит. Този метод се използва за получаване на целулоза от дървесни видове с ниско съдържание на смоли: смърч, ела.

Алкални:

Натронни. Използва се разтвор на натриев хидроксид. Содовият метод може да се използва за получаване на целулоза от широколистна дървесина и едногодишни растения.

Сулфат. Най-често срещаният метод днес. Използваният реагент е разтвор, съдържащ натриев хидроксид и натриев сулфид, наречен бяла луга. Методът получава името си от натриев сулфат, от който се получава сулфид за бяла луга в мелниците за целулоза. Методът е подходящ за производство на целулоза от всякакъв вид растителен материал. Недостатъкът му е отделянето на голямо количество зловонни серни съединения: метилмеркаптан, диметилсулфид и др. в резултат на нежелани реакции.

Техническата целулоза, получена след варене, съдържа различни примеси: лигнин, хемицелулоза. Ако целулозата е предназначена за химическа обработка (например за производство на изкуствени влакна), тогава тя се подлага на рафиниране - обработка със студен или горещ алкален разтвор за отстраняване на хемицелулозата.

За да се отстрани остатъчният лигнин и да се направи пулпата бяла, тя се избелва. Традиционното избелване с хлор включва две стъпки:

обработка с хлор - за унищожаване на макромолекулите на лигнина;

алкална обработка - за извличане на получените продукти от разрушаването на лигнина.

47. Нишесте- полизахариди на амилоза и амилопектин, чийто мономер е алфа-глюкоза. Нишестето, синтезирано от различни растения под въздействието на светлина (фотосинтеза), има няколко различни състава и зърнени структури.

Биологични свойства.Нишестето, като един от продуктите на фотосинтезата, е широко разпространено в природата. За растенията той е източник на хранителни вещества и се намира главно в плодовете, семената и грудките. Най-богати на скорбяла са зърната на житните растения: ориз (до 86%), пшеница (до 75%), царевица (до 72%) и картофени клубени (до 24%).

За човешкото тяло нишестето, заедно със захарозата, служи като основен доставчик на въглехидрати - един от най-важните компоненти на храната. Под действието на ензими нишестето се хидролизира до глюкоза, която се окислява в клетките до въглероден диоксид и вода, освобождавайки енергия, необходима за функционирането на живия организъм.

Биосинтеза.Част от глюкозата, произведена в зелените растения по време на фотосинтезата, се превръща в нишесте:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6(глюкоза) → (C6H10O5)n + nH2O

Най-общо това може да се запише като 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n 6nO2.

Нишестето се натрупва в грудките, плодовете и семената на растенията като резервно хранене. Така картофените клубени съдържат до 24% нишесте, пшеничните зърна - до 64%, оризът - 75%, царевицата - 70%.

Гликогенът е полизахарид, образуван от глюкозни остатъци; основният запасен въглехидрат при хората и животните. Гликогенът (наричан понякога животинско нишесте, въпреки неточността на този термин) е основната форма за съхранение на глюкоза в животинските клетки. Отлага се под формата на гранули в цитоплазмата в много видове клетки (главно чернодробни и мускулни). Гликогенът образува енергиен резерв, който може бързо да се мобилизира, ако е необходимо, за да компенсира внезапната липса на глюкоза. Съхранението на гликоген обаче не е толкова плътно в калории на грам, колкото съхранението на триглицериди (мазнини). Само гликогенът, съхраняван в чернодробните клетки (хепатоцити), може да се преобразува в глюкоза, за да захранва цялото тяло, а хепатоцитите могат да съхраняват до 8 процента от теглото си под формата на гликоген, което е най-високата концентрация от всеки тип клетка. Общата маса на гликоген в черния дроб може да достигне 100-120 грама при възрастни. В мускулите гликогенът се превръща в глюкоза изключително за локална консумация и се натрупва в много по-ниски концентрации (не повече от 1% от общата мускулна маса), докато в същото време общият му мускулен резерв може да надвишава резерва, натрупан в хепатоцитите. Не голям бройгликогенът се намира в бъбреците и още по-малко се намира в някои видове мозъчни клетки (глиални) и бели кръвни клетки.

48. Хитин (C8H13O5N) (фр. chitine, от гръцки chiton: хитон - облекло, кожа, черупка) - природно съединение от групата на азотсъдържащите полизахариди. Химично наименование: поли-N-ацетил-D-глюкоза-2-амин, полимер от N-ацетилглюкозаминови остатъци, свързани с b-(1,4)-гликозидни връзки. Основният компонент на екзоскелета (кутикулата) на членестоногите и редица други безгръбначни, той е част от клетъчната стена на гъбичките и бактериите.

разпространение в природата.Хитинът е един от най-често срещаните полизахариди в природата; всяка година на Земята се образуват и разграждат около 10 гигатона хитин в живите организми.

Изпълнява защитни и поддържащи функции, като осигурява твърдостта на клетките - намира се в клетъчните стени на гъбичките.

Основният компонент на екзоскелета на членестоноги.

Хитинът се образува и в телата на много други животни - различни червеи, червеи и др.

Във всички организми, които произвеждат и използват хитин, той не се среща в чист вид, а в комбинация с други полизахариди и много често се свързва с протеини. Въпреки факта, че хитинът е вещество, много сходно по структура, физикохимични свойства и биологична роля с целулозата, хитинът не може да бъде открит в организми, които образуват целулоза (растения, някои бактерии).

Химия на хитина.В естествената си форма хитините от различни организми се различават донякъде по състав и свойства. Молекулното тегло на хитина достига 260 000.

Хитинът е неразтворим във вода и е устойчив на разредени киселини, основи, алкохол и други органични разтворители. Разтворим в концентрирани разтвори на някои соли (цинков хлорид, литиев тиоцианат, калциеви соли).

При нагряване с концентрирани разтвори на минерални киселини се разрушава (хидролизира), като се елиминират ацетиловите групи.

Практическа употреба.Едно от производните на хитина, получено от него промишлено, е хитозанът. Суровините за производството му са черупки от ракообразни (крил, кралски рак), както и продукти от микробиологичен синтез.

49. Ароматни въглеводороди, органични съединения, състоящи се от въглерод и водород и съдържащи бензенови ядра. Най-простите и важни представители на A. u. - бензен (I) и неговите хомолози: метилбензен или толуен (II), диметилбензен или ксилен и др. също включват бензенови производни с ненаситени странични вериги, например стирен (III). Има много известни A.u. с няколко бензенови ядра в молекулата, например дифенилметан (IV), дифенил C6H5-C6H5, в който и двете бензенови ядра са директно свързани едно с друго; в нафталин (V) двата пръстена споделят 2 въглеродни атома; такива въглеводороди се наричат ​​A.u. с кондензирани ядра.

Бензен C6H6, PhH) е органично химично съединение, безцветна течност с приятна сладникава миризма. Ароматен въглеводород. Бензолът е съставна част на бензина, намира широко приложение в промишлеността и е суровина за производството на лекарства, различни пластмаси, синтетичен каучук и багрила. Въпреки че бензенът е съставна част на суровия нефт, той се синтезира в индустриален мащаб от други компоненти. Токсичен, канцерогенен.

Хомолози- Съединения, принадлежащи към един и същи клас, но различаващи се едно от друго по състав с цял брой CH2 групи. Съвкупността от всички хомолози образува хомоложна серия.

Физични свойства.Безцветна течност със специфична остра миризма. Точка на топене = 5,5 °C, точка на кипене = 80,1 °C, плътност = 0,879 g/cm³, молекулно тегло = 78,11 g/mol. Както всички въглеводороди, бензенът гори и произвежда много сажди. Образува експлозивни смеси с въздуха, смесва се добре с етери, бензин и други органични разтворители, с вода образува азеотропна смес с точка на кипене 69,25 °C. Разтворимост във вода 1,79 g/l (при 25 °C).

Структура.Бензолът по състав принадлежи към ненаситени въглеводороди (хомоложна серия CnH2n-6), но за разлика от въглеводородите от етиленовата серия, C2H4 проявява свойствата, присъщи на наситените въглеводороди при тежки условия, но бензенът е по-податлив на реакции на заместване. Това „поведение“ на бензена се обяснява с неговата специална структура: наличието на спрегнат 6π-електронен облак в структурата. Съвременното разбиране за електронната природа на връзките в бензена се основава на хипотезата на Линус Полинг, който предложи да се изобрази молекулата на бензена като шестоъгълник с вписан кръг, като по този начин се подчертава липсата на фиксирани двойни връзки и наличието на един електрон облак, покриващ всичките шест въглеродни атома на цикъла.

50. Ароматни съединения (арени)- циклични органични съединения, които съдържат система от ароматни връзки. Те могат да имат наситени или ненаситени странични вериги.

Най-важните ароматни въглеводороди включват бензен C6H6 и неговите хомолози: толуен C6H5CH3, ксилен C6H4(CH3)2 и др.; нафталин C10H8, антрацен C14H10 и техните производни. Отличителни химични свойства- повишена стабилност на ароматното ядро ​​и склонност към реакции на заместване. Основните източници на ароматни въглеводороди са каменовъглен катран, нефт и петролни продукти. Синтетичните методи на производство са от голямо значение. Ароматните въглеводороди са изходните продукти за производството на кетони, алдехиди и ароматни киселини, както и много други вещества. Има и хетероциклични арени, сред които най-често се срещат в чиста форма и под формата на съединения пиридин, пирол, фуран и тиофен, индол, пурин, хинолин.

Боразолът („неорганичен бензен“) също е ароматен, но неговите свойства се различават значително от тези на органичните арени.

Реакции на електрофилно заместване"(англ. substitution electrophilic response) - реакции на заместване, при които атаката се извършва от електрофил - частица, която е положително заредена или има дефицит на електрони. Когато се образува нова връзка, изходящата частица, електрофагът, се отделя без своята електронна двойка. Най-популярната напускаща група е Н+ протонът.

51-52. Реакции на ароматно електрофилно заместване

За ароматните системи всъщност има един механизъм на електрофилно заместване - SEAr. Механизмът SE1 (подобен на механизма SN1) е изключително рядък, а SE2 (подобен на механизма SN2) изобщо не се среща.

SEAr реакционен механизъмили реакция на ароматно електрофилно заместване (англ. substitution electrophilic aromatic) е най-разпространената и най-важна сред реакциите на заместване на ароматни съединения и се състои от два етапа. На първия етап се добавя електрофилът, а на втория етап се отделя електрофугата.

По време на реакцията се образува положително зареден междинен продукт (на фигура 2b). Нарича се междинен Ueland, арониев йон или σ-комплекс. Този комплекс обикновено е много реактивен и лесно се стабилизира, като бързо елиминира катиона. Стъпката на ограничаване на скоростта в по-голямата част от SEAr реакциите е първата стъпка.

Скорост на реакция = k**

Атакуващите видове обикновено са сравнително слаби електрофили, така че в повечето случаи SEAr реакцията протича под действието на катализатор - киселина на Луис. Най-често използваните са AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2.

В този случай реакционният механизъм е както следва (използвайки примера за хлориране на бензол, катализатор FeCl3):

1. На първия етап катализаторът взаимодейства с атакуващата частица, за да образува активен електрофилен агент

На втория етап всъщност се прилага механизмът SEAr

53. Хетероциклени съединения(хетероцикли) са органични съединения, съдържащи цикли, които наред с въглерода включват и атоми на други елементи. Те могат да се разглеждат като карбоциклични съединения с хетерозаместители (хетероатоми) в пръстена. Най-разнообразни и добре проучени са ароматните азотсъдържащи хетероциклични съединения. Ограничаващи случаи на хетероциклични съединения са съединения, които не съдържат въглеродни атоми в пръстена, например пентазол.

Пирол- ароматен петчленен азотен хетероцикъл, има слаби основни свойства. Съдържа се в костното масло (което се получава чрез суха дестилация на кости), както и в каменовъгления катран. Пироловите пръстени влизат в състава на порфирините - растителен хлорофил, хем на хемоглобините и цитохромите и редица други биологично важни съединения.

Структура и свойства.Пиролът е безцветна течност с миризма, подобна на хлороформ, която бавно потъмнява, когато е изложена на въздух. Той е слабо хигроскопичен, слабо разтворим във вода и силно разтворим в повечето органични разтворители. Структурата на пирола е предложена през 1870 г. от Байер въз основа на неговото окисление с хромна киселина до малеимид и образуването му по време на дестилацията на сукцинимид с цинков прах.

Киселинност и метализация.Пиролът е слаба NH киселина (pKa 17,5 във вода) и реагира с алкални метали и техните амиди в течен амоняк или инертни разтворители, като депротонира в позиция 1 и образува съответните соли. Реакцията с реактивите на Гринярд протича по подобен начин, при което се образуват N-магнезиеви соли. N-заместените пироли реагират с бутил и фениллитий, метализирайки в α-позиция.

54. ИНДОЛ (бензо[b]пирол), mol. т. 117.18; безцветен кристали със слаб мирис на нафталин; т.т. 52,5 °С, т.к. 254°С; d456 1.0718; сублимира при нагряване. до 150°C; m 7.03.10-30 Kl.m (бензен, 25 °C); дестилира с водна пара, диетилов етер и NH3; добре сол. в орг. разтворители, гореща вода, течен NH3. Молекулата има плоска конфигурация.

Индолът е слаба основа (pKa -2,4). При протониране образува 3Н-индолиев катион (форма I), който при взаимодействие. с неутрална молекула индолът дава димер (II). Като слабо съединение (pKa 17), индолът с Na в течен NH3 образува N-натриев индол, с KOH при 130 ° C - N-калиев индол. Ароматно е. Свети ти. Електроф. замяна отива гл. обр. до позиция 3. Нитриране обикновено се извършва с бензоил нитрат, сулфониране с пиридин сулфотриоксид, бромиране с диоксан дибромид, хлориране с SO2Cl2, алкилиране с активни алкилхалиди. Ацетилирането в оцетната киселина също се извършва в позиция 3, в присъствието. CH3COONa - до позиция 1; 1,3-диацетилиндол се образува в оцетен анхидрид. Индолът лесно се свързва с двойната връзка на a, b-ненаситени кетони и нитрили.

Аминометилирането (разтвор на Маних) се извършва в позиция 1 при меки условия и в позиция 3 при тежки условия.Заместването в бензеновия пръстен (предимно в позиции 4 и 6) се извършва само в кисела среда, когато позиция 3 е блокирана. H2O2, перкиселини или на светлина, индолът се окислява в индоксил, който след това се превръща. в тример или индиго. По-тежкото окисление под въздействието на O3, MnO2 води до разкъсване на пироловия пръстен с образуването на 2-формамидобензалдехид. Когато индолът се хидрогенира с водород при меки условия, пироловият пръстен се редуцира, а при по-тежки условия бензеновият пръстен също се редуцира.

Индолът се намира в етерични масла от жасмин и цитрусови плодове и е част от Kam.-ug. смола. Индоловият пръстен е фрагмент от важни естествени молекули. съединения (напр. триптофан, серотонин, мелатонин, буфотенин). Обикновено индолът се изолира от нафталиновата фракция на Kam.-Ug. смола или получена чрез дехидрогениране на о-етиланилин с последния. циклизация на получения продукт. Индолът и неговите производни също се синтезират чрез циклизиране на арилхидразони на карбонилни съединения. (R-tion Fisher), взаимно. ариламини с а-хало- или а-хидроксикарбонилни съединения. (окръг Бишлер) и др. Индоловото ядро ​​е част от индоловите алкалоиди. Самият индол е фиксатор на миризми в парфюмерията; неговите производни се използват в производството на биологично активни съединения. (хормони, халюциногени) и лекарства. Ср (напр. индопан, индометацин).

55. Имидазол- органично съединение от хетероцикличния клас, петчленен пръстен с два азотни атома и три въглеродни атома в пръстена, изомерен на пиразол.

Имоти.В незаместен имидазол, позиции 4 и 5 (въглеродни атоми) са еквивалентни поради тавтомерията. Ароматен, реагира с диазониеви соли (комбинация). Той се нитрира и сулфонира само в кисела среда в позиция 4, халогените влизат в позиция 2 в алкална среда, а в позиция 4 в кисела среда.Лесно се алкилира и ацилира в имина N, отваря цикъла при взаимодействие с разтвори на силни киселини и пероксиди. Катализира хидролизата на трудно осапунени естери и амиди на карбоксилни киселини.

На базата на имидазол се произвеждат голям брой различни йонни течности.

Методи за получаване.От орто-фенилендиамин чрез бензимидазол и 4,5-имидазол дикарбоксилна киселина.

Взаимодействието на глиоксал (оксалалдехид) с амоняк и формалдехид.

биологична роля.Имидазоловият цикъл е част от незаменимата аминокиселина хистидин. Структурен фрагмент на хистамин, пуринови бази, дибазол.

56. Пиридин- шестчленен ароматен хетероцикъл с един азотен атом, безцветна течност със силна неприятна миризма; смесва се с вода и органични разтворители. Пиридинът е слаба основа, дава соли със силни минерални киселини и лесно образува двойни соли и комплексни съединения.

Касова бележка.Основният източник на пиридин е въглищният катран.

Химични свойства.Пиридинът проявява свойства, характерни за третичните амини: образува N-оксиди, N-алкилпиридиниеви соли и може да действа като сигма-донорен лиганд.

В същото време пиридинът има очевидни ароматни свойства. Въпреки това, присъствието на азотен атом в конюгационния пръстен води до сериозно преразпределение на електронната плътност, което води до силно намаляване на активността на пиридина в реакциите на електрофилно ароматно заместване. При такива реакции метапозициите на пръстена реагират предимно.

Пиридинът се характеризира с реакции на ароматно нуклеофилно заместване, които се появяват предимно в орто-пара позициите на пръстена. Тази реактивност показва естеството на пиридиновия пръстен с дефицит на електрони, което може да се обобщи в следното основно правило: реактивността на пиридина като ароматно съединение приблизително съответства на реактивността на нитробензена.

Приложение.Използва се при синтеза на багрила, медицински вещества, инсектициди, в аналитичната химия, като разтворител на много органични и някои неорганични вещества и за денатуриране на алкохол.

Безопасност.Пиридинът е токсичен и засяга нервната система и кожата.

57. Биологична роля.Никотиновата киселина е производно на пиридин. Той се абсорбира в стомаха и дванадесетопръстника и след това се подлага на аминиране, което води до никотиноамид, който в тялото, в комбинация с протеини, образува повече от 80 ензима. Това е основната физиологична роля на витамин B5. По този начин никотиновата киселина е част от такива важни редокс ензими като дехидрогенезата, които катализират отстраняването на водород от органични вещества, които се окисляват. Така отстраненият водород се предава от тези ензими на редокс ензими, които включват рибофлавин. В допълнение, в тялото на бозайниците, пиридиновите нуклеотиди се образуват от никотинамид (ниацин) и никотинова киселина, които служат като коензими NAD и NADP. Дефицитът на тези прекурсори при животните причинява пелагра, заболяване, което се проявява със симптоми от страна на кожата, стомашно-чревния тракт и нервната система (дерматит, диария, деменция). Като коензими NAD и NADP, прекурсори на ниацин, участват в много редокс реакции, катализирани от дехидрогенази. Биологичният ефект на никотиновата киселина се проявява под формата на стимулиране на секреторната функция на стомаха и храносмилателните жлези (при наличието й в стомаха концентрацията на свободна солна киселина се увеличава). Под въздействието на витамин В5 се увеличава биосинтезата на гликоген и намалява хипергликемията, повишава се детоксикиращата функция на черния дроб, разширяват се кръвоносните съдове и се подобрява микроциркулацията на кръвта.

Съществува връзка между никотиновата киселина и сяросъдържащите аминокиселини. Повишената екскреция на метилникотинамид с урината в случай на протеинов дефицит се нормализира чрез включване в диетата на съдържащи сяра аминокиселини. В същото време съдържанието на фосфопиринуклеотиди в черния дроб също се нормализира.

58. Пиримидин (C4N2H4, пиримидин, 1,3- или m-диазин, миазин) е хетероциклично съединение с плоска молекула, най-простият представител на 1,3-диазините.

Физични свойства.Пиримидин - безцветни кристали с характерна миризма.

Химични свойства.Молекулното тегло на пиримидина е 80,09 g/mol. Пиримидинът проявява свойствата на слаба двукиселинна основа, тъй като азотните атоми могат да добавят протони чрез донорно-акцепторни връзки, като по този начин придобиват положителен заряд. Реактивността в реакциите на електрофилно заместване на пиримидин е намалена поради намаляване на електронната плътност в позиции 2,4,6, причинено от присъствието на два азотни атома в пръстена. Заместването става възможно само в присъствието на електрон-донорни заместители и е насочено към най-малко дезактивираната позиция 5. Въпреки това, за разлика от това, пиримидинът е активен спрямо нуклеофилни реагенти, които атакуват въглеродни атоми 2, 4 и 6 в пръстена.

Касова бележка.Пиримидинът се получава чрез редукция на халогенирани пиримидинови производни. Или от 2,4,6-трихлоропиримидин, получен чрез третиране на барбитуровата киселина с фосфорен хлороксид.

Пиримидинови производнишироко разпространени в живата природа, където участват в много важни биологични процеси. По-специално, производни като цитозин, тимин, урацил са част от нуклеотидите, които са структурните единици на нуклеиновите киселини; пиримидиновото ядро ​​е част от някои витамини от група В, по-специално B1, коензими и антибиотици.

59. Пурин (C5N4H4, пурин)- хетероциклично съединение, най-простият представител на имидазопиримидините.

Пуриновите производни играят важна роля в химията на природните съединения (пуринови бази ДНК и РНК; коензим NAD; алкалоиди, кофеин, теофилин и теобромин; токсини, сакситоксин и сродни съединения; пикочна киселина) и следователно във фармацевтичните продукти.

Аденин- азотна основа, аминопроизводно на пурин (6-аминопурин). Образува две водородни връзки с урацил и тимин (комплементарност).

Физични свойства.Аденинът е безцветни кристали, които се топят при температура 360-365 C. Той има характерен максимум на абсорбция (λmax) при 266 mmk (pH 7) с моларен коефициент на екстинкция (εmax) от 13500.

Химична формула С5H5N5, молекулно тегло 135,14 g/mol. Аденинът проявява основни свойства (pKa1=4,15; pKa2=9,8). Когато взаимодейства с азотна киселина, аденинът губи своята аминогрупа, превръщайки се в хипоксантин (6-хидроксипурин). Във водни разтвори кристализира в кристален хидрат с три водни молекули.

Разтворимост.Той е силно разтворим във вода, особено гореща вода; с понижаване на температурата на водата, разтворимостта на аденина в нея намалява. Слабо разтворим в алкохол, хлороформ, етер, както и в киселини и основи - неразтворим.

Разпространение и значение в природата.Аденинът влиза в състава на много жизненоважни за живите организми съединения, като: аденин, аденозинфосфотази, аденозинфосфорни киселини, нуклеинови киселини, аденинови нуклеотиди и др. Под формата на тези съединения аденинът е широко разпространен в живата природа.

Гуанин- азотна основа, аминопроизводно на пурин (6-хидрокси-2-аминопурин), е неразделна част от нуклеиновите киселини. В ДНК, по време на репликация и транскрипция, образува три водородни връзки с цитозин (комплементарност). Първо изолиран от гуано.

Физични свойства.Безцветен, аморфен кристален прах. Точка на топене 365 °C. Разтвор на гуанин в HCl флуоресцира. В алкална и кисела среда има два максимума на абсорбция (λmax) в ултравиолетовия спектър: при 275 и 248 mmk (pH 2) и 246 и 273 mmk (pH 11).

Химични свойства.Химична формула - C5H5N5O, молекулно тегло - 151,15 g/mol. Проявява основни свойства, pKa1= 3,3; рКа2= 9,2; pKa3=12,3. Реагира с киселини и основи, за да образува соли.

Разтворимост.Добре разтворим в киселини и основи, слабо разтворим в етер, алкохол, амоняк и неутрални разтвори, неразтворим във вода .

качествени реакции.За да се определи гуанинът, той се утаява с метафосфорна и пикринова киселина; с диазосулфонова киселина в разтвор на Na2CO3 дава червен цвят.

Разпространение по характер и значение.Част от нуклеиновите киселини.

60. Нуклеозидиса гликозиламини, съдържащи азотна основа, свързана със захар (рибоза или дезоксирибоза).

Нуклеозидите могат да бъдат фосфорилирани от клетъчни кинази в първичната алкохолна група на захарта, което води до образуването на съответните нуклеотиди.

Нуклеотиди- фосфорни естери на нуклеозиди, нуклеозидни фосфати. Свободните нуклеотиди, по-специално ATP, cAMP, ADP, играят важна роля в енергийните и информационните вътреклетъчни процеси, а също така са компоненти на нуклеиновите киселини и много коензими.

Нуклеотидите са естери на нуклеозиди и фосфорни киселини. Нуклеозидите от своя страна са N-гликозиди, съдържащи хетероцикличен фрагмент, свързан чрез азотен атом към С-1 атом на захарен остатък.

Структурата на нуклеотидите.В природата най-често срещаните нуклеотиди са β-N-гликозидите на пурините или пиримидините и пентозите - D-рибоза или D-2-рибоза. В зависимост от структурата на пентозата се различават рибонуклеотиди и дезоксирибонуклеотиди, които са мономери на молекули на сложни биологични полимери (полинуклеотиди) - съответно РНК или ДНК.

Фосфатният остатък в нуклеотидите обикновено образува естерна връзка с 2", 3" или 5" хидроксилни групи на рибонуклеозиди; в случай на 2" дезоксинуклеозиди, 3" или 5" хидроксилни групи са естерифицирани.

Съединения, състоящи се от две нуклеотидни молекули, се наричат ​​динуклеотиди, три - тринуклеотиди, малък брой - олигонуклеотиди и много - полинуклеотиди или нуклеинови киселини.

Имената на нуклеотидите са съкращения под формата на стандартни три- или четирибуквени кодове.

Ако съкращението започва с малка буква “d” (на английски d), това означава дезоксирибонуклеотид; липсата на буквата "d" означава рибонуклеотид. Ако съкращението започва с малката буква "c" (на английски c), тогава говорим за цикличната форма на нуклеотида (например cAMP).

Първата главна буква на съкращението показва конкретна азотна основа или група от възможни нуклеинови бази, втората буква показва броя на остатъците от фосфорна киселина в структурата (М - моно-, D - ди-, Т - три-) и третата главна буква винаги е буквата F ("-фосфат"; английски P).

Латински и руски кодове за нуклеинови бази:

A - A: аденин; G - G: Гуанин; C - C: цитозин; T - T: Тимин (5-метилурацил), който не се среща в РНК, заема мястото на урацил в ДНК; U - U: Урацилът, който не се намира в ДНК, заема мястото на тимина в РНК.

Човекът отдавна се е научил да използва различни вещества за приготвяне на храна, багрила, дрехи и лекарства. С течение на времето се натрупа достатъчно количество информация за свойствата на определени вещества, което позволи да се подобрят методите за тяхното производство, обработка и др. И се оказа, че много минерални (неорганични вещества) могат да бъдат получени директно.

Но някои вещества, използвани от човека, не са синтезирани от него, защото са получени от живи организми или растения. Тези вещества бяха наречени органични.Органичните вещества не могат да бъдат синтезирани в лаборатория. В началото на 19 век активно се развива такова учение като витализъм (vita - живот), според което органичните вещества възникват само благодарение на „жизнената сила“ и е невъзможно да се създадат „изкуствено“.

Но с течение на времето и развитието на науката се появиха нови факти за органичните вещества, които противоречат на съществуващата виталистка теория.

През 1824 г. немският учен Ф. Вьолерсинтезира оксалова киселина за първи път в историята на химическата наука – органична материя от неорганични вещества (цианоген и вода):

(CN) 2 + 4H 2 O → COOH - COOH + 2NH 3

През 1828 г. Wöller нагрява натриев цианат с амониева сяра и синтезира урея -продукт на жизнената дейност на животинските организми:

NaOCN + (NH 4) 2 SO 4 → NH 4 OCN → NH 2 OCNH 2

Тези открития изиграха важна роля в развитието на науката като цяло и в частност на химията. Учените-химици започнаха постепенно да се отдалечават от виталистичната доктрина и принципът за разделяне на веществата на органични и неорганични се оказа несъстоятелен.

Понастоящем веществавсе още разделени на органични и неорганичнино критерият за разделяне вече е малко по-различен.

Веществата се наричат ​​органичнисъдържащи въглерод в състава си, те се наричат ​​още въглеродни съединения. Има около 3 милиона такива съединения, докато останалите съединения са около 300 хиляди.

Веществата, които не съдържат въглерод, се наричат ​​неорганичниИ. Но има изключения от общата класификация: има редица съединения, които съдържат въглерод, но те принадлежат към неорганични вещества (въглероден оксид и диоксид, въглероден дисулфид, въглеродна киселина и нейните соли). Всички те са подобни по състав и свойства на неорганичните съединения.

В хода на изучаването на органичните вещества възникнаха нови трудности: въз основа на теориите за неорганичните вещества е невъзможно да се разкрият моделите на структурата на органичните съединения, да се обясни валентността на въглерода. Въглеродът в различните съединения има различни валентности.

През 1861 г. руският учен А.М. Бутлеров беше първият, който получи захарно вещество чрез синтез.

Когато изучавате въглеводороди, А.М. Бутлеровразбраха, че те представляват много специален клас химикали. Анализирайки тяхната структура и свойства, ученият идентифицира няколко модела. Те са в основата на теории за химическата структура.

1. Молекулата на всяко органично вещество не е случайна; атомите в молекулите са свързани помежду си в определена последователност според техните валентности. Въглеродът в органичните съединения винаги е четиривалентен.

2. Последователността на междуатомните връзки в една молекула се нарича нейната химическа структура и се отразява от една структурна формула (структурна формула).

3. Химическата структура може да се определи с помощта на химични методи. (В момента се използват и съвременни физични методи).

4. Свойствата на веществата зависят не само от състава на молекулите на веществото, но и от тяхната химическа структура (последователността на комбиниране на атоми на елементи).

5. По свойствата на дадено вещество може да се определи структурата на неговата молекула, а по структурата на молекулата – предвиждане на свойства.

6. Атомите и групите от атоми в една молекула оказват взаимно влияние един върху друг.

Тази теория стана научната основа на органичната химия и ускори нейното развитие. Въз основа на разпоредбите на теорията, A.M. Бутлеров описва и обяснява явлението изомерия, предсказа съществуването на различни изомери и получи някои от тях за първи път.

Помислете за химичната структура на етана – C2H6.След като обозначихме валентността на елементите с тирета, ще изобразим молекулата на етана в реда на свързване на атомите, т.е. ще напишем структурната формула. Според теорията на A.M. Бутлеров, ще изглежда така:

Водородните и въглеродните атоми са свързани в една частица, валентността на водорода е равна на единица, а въглеродът – четири. Два въглеродни атома са свързани с въглеродна връзка – въглерод (C – СЪС). Способността на въглерода да образува С – С-връзката се разбира от химичните свойства на въглерода. Във външния електронен слой въглеродният атом има четири електрона, способността да дарява електрони е същата като да добавя липсващите. Следователно въглеродът най-често образува съединения с ковалентна връзка, тоест поради образуването на електронни двойки с други атоми, включително въглеродни атоми един с друг.

Това е една от причините за разнообразието на органичните съединения.

Съединения, които имат еднакъв състав, но различни структури, се наричат ​​изомери.Феноменът на изомерията – една от причините за разнообразието на органичните съединения

Все още имате въпроси? Искате ли да научите повече за теорията за структурата на органичните съединения?
За да получите помощ от учител -.
Първият урок е безплатен!

blog.site, при пълно или частично копиране на материал е необходима връзка към първоизточника.

Теория A.M. Бутлеров

1. Атомите в молекулите са свързани помежду си в определена последователност чрез химични връзки в съответствие с тяхната валентност. Редът, в който атомите се свързват, се нарича тяхната химическа структура. Въглеродът във всички органични съединения е четиривалентен.

2. Свойствата на веществата се определят не само от качествения и количествения състав на молекулите, но и от тяхната структура.

3. Атомите или групите от атоми си влияят взаимно, което определя реактивоспособността на молекулата.

4. Структурата на молекулите може да се установи въз основа на изследването на техните химични свойства.

Органичните съединения имат редица характерни черти, които ги отличават от неорганичните. Почти всички от тях (с редки изключения) са запалими; повечето органични съединения не се дисоциират на йони, което се дължи на естеството на ковалентната връзка в органичните вещества. Йонният тип връзка се реализира само в соли на органични киселини, например CH3COONa.

Хомоложни серии- това е безкрайна поредица от органични съединения, които имат подобна структура и следователно подобни химични свойства и се различават едно от друго с произволен брой CH2– групи (хомоложна разлика).

Още преди създаването на теорията за структурата са били известни вещества с еднакъв елементарен състав, но с различни свойства. Такива вещества се наричат ​​изомери, а самото явление се нарича изомерия.

В основата на изомерията, както е показано от A.M. Бутлеров, се крие разликата в структурата на молекулите, състоящи се от един и същи набор от атоми.

Изомерия- това е феноменът на съществуването на съединения, които имат еднакъв качествен и количествен състав, но различни структури и следователно различни свойства.

Има 2 вида изомерия: структуренизомерия и пространственизомерия.

Структурна изомерия

Структурни изомери– съединения с еднакъв качествен и количествен състав, различаващи се по реда на свързване на атомите, т.е. химичната структура.

Пространствена изомерия

Пространствени изомери(стереоизомери) с еднакъв състав и еднаква химична структура се различават по пространственото разположение на атомите в молекулата.
Пространствените изомери са оптични и цис-транс изомери (геометрични).

Цис-транс изомерия

се крие във възможността за поставяне на заместители от едната или срещуположните страни на равнината на двойна връзка или неароматен пръстен. цис изомеризаместителите са от едната страна на равнината на пръстена или двойната връзка, в транс изомери- по различни начини.

В молекулата на бутен-2 CH3–CH=CH–CH3 групите CH3 могат да бъдат разположени или от едната страна на двойната връзка - в цис изомера, или от противоположните страни - в транс изомера.

Оптична изомерия

Появява се, когато въглеродът има четири различни заместителя.
Ако размените всеки два от тях, ще получите друг пространствен изомер със същия състав. Физикохимичните свойства на такива изомери се различават значително. Съединенията от този тип се отличават със способността си да въртят равнината на поляризирана светлина, предавана през разтвор на такива съединения с определена стойност. В този случай единият изомер върти равнината на поляризирана светлина в една посока, а неговият изомер се върти в обратната посока. Поради такива оптични ефекти този тип изомерия се нарича оптична изомерия.

Тип водород:

Такива формули са донякъде подобни на съвременните. Но привържениците на теорията на типа не ги смятаха за отразяващи реалната структура на веществата и написаха много различни формули за едно съединение в зависимост от химичните реакции, които се опитаха да напишат с помощта на тези формули. Те смятат структурата на молекулите за фундаментално непознаваема, което е пагубно за развитието на науката.

3. Въвеждане от J. Berzelius през 1830 г. на термина "изомерия" за феномена на съществуването на вещества с еднакъв състав с различни свойства.

4. Напредъкът в синтеза на органични съединения, в резултат на което учението за витализма, т.е. „жизнената сила“, под влиянието на което се предполага, че се образуват органични вещества в тялото на живите същества, беше разсеяно:

През 1828 г. Ф. Велер синтезира урея от неорганично вещество (амониев цианат);

През 1842 г. руският химик Н. Н. Зинин получава анилин;

През 1845 г. немският химик А. Колбе синтезира оцетна киселина;

През 1854 г. френският химик М. Бертло синтезира мазнини и накрая

През 1861 г. самият А. М. Бутлеров синтезира подобно на захар вещество.

5. В средата на 18в. химията става по-строга наука. В резултат на работата на Е. Франкланд и А. Кекуле е установена концепцията за валентността на атомите на химичните елементи. Кекуле развива идеята за четиривалентността на въглерода. Благодарение на трудовете на Канизаро понятията за атомна и молекулна маса станаха по-ясни, техните значения и методи за определяне бяха усъвършенствани.

През 1860 г. повече от 140 водещи химици от различни европейски страни се събират на международен конгрес в Карлсруе. Конгресът се превърна в много важно събитие в историята на химията: бяха обобщени успехите на науката и бяха подготвени условия за нов етап в развитието на органичната химия - появата на теорията за химическата структура на органичните вещества от А. М. Бутлеров ( 1861), както и за фундаменталното откритие на Д. И. Менделеев - Периодичен закон и система на химичните елементи (1869).

През 1861 г. А. М. Бутлеров говори на конгреса на лекарите и естествоизпитателите в град Шпайер с доклад „За химическата структура на телата“. В него той очертава основите на своята теория за химическата структура на органичните съединения. Под химическата структура ученият разбира реда на свързване на атомите в молекулите.

Лични качества на А. М. Бутлеров

А. М. Бутлеров се отличава с енциклопедичния характер на химическите знания, способността да анализира и обобщава фактите и да прогнозира. Той предсказа съществуването на изомер на бутана, а след това го получи, както и изомера на бутилена - изобутилен.

Бутлеров Александър Михайлович (1828-1886)

Руски химик, академик на Петербургската академия на науките (от 1874 г.). Завършва Казанския университет (1849). Работи там (от 1857 г. - професор, през 1860 и 1863 г. - ректор). Създател на теорията за химичния строеж на органичните съединения, която е в основата на съвременната химия. Той обосновава идеята за взаимното влияние на атомите в молекулата. Предсказа и обясни изомерията на много органични съединения. Написва "Въведение в пълното изучаване на органичната химия" (1864 г.) - първото ръководство в историята на науката, основано на теорията за химическата структура. Председател на отдела по химия на Руското физико-химическо дружество (1878-1882).

А. М. Бутлеров създава първата школа на органичните химици в Русия, от която излизат блестящи учени: В. В. Марковников, Д. П. Коновалов, А. Е. Фаворски и др.

Нищо чудно, че Д. И. Менделеев пише: „А. М. Бутлеров е един от най-големите руски учени, той е руснак както по научното си образование, така и по оригиналност на трудовете си.”

Основни принципи на теорията за структурата на химичните съединения

Теорията за химическата структура на органичните съединения, представена от А. М. Бутлеров през втората половина на миналия век (1861 г.), беше потвърдена от трудовете на много учени, включително учениците на Бутлеров и самия него. На негова основа се оказа възможно да се обяснят много явления, които все още не са интерпретирани: изомерия, хомология, проява на тетравалентност от въглеродни атоми в органични вещества. Теорията изпълни и своята прогностична функция: на нейна основа учените предсказаха съществуването на все още неизвестни съединения, описаха свойствата им и ги откриха.

И така, през 1862-1864 г. А. М. Бутлеров изследва изомерията на пропилов, бутилов и амилов алкохол, определя броя на възможните изомери и извежда формулите на тези вещества. По-късно тяхното съществуване е експериментално доказано, а някои от изомерите са синтезирани от самия Бутлеров.

През 20 век. разпоредбите на теорията за химическата структура на химичните съединения са разработени въз основа на нови възгледи, разпространени в науката: теорията за атомната структура, теорията на химичните връзки, идеите за механизмите на химичните реакции. В момента тази теория е универсална, тоест е валидна не само за органични вещества, но и за неорганични.

Първа позиция. Атомите в молекулите се комбинират в определен ред според тяхната валентност. Въглеродът във всички органични и повечето неорганични съединения е четиривалентен.

Очевидно последната част от първото положение на теорията може лесно да се обясни с факта, че в съединенията въглеродните атоми са във възбудено състояние:

а) четиривалентните въглеродни атоми могат да се свързват един с друг, образувайки различни вериги:

Отворено разклонено
- отворени неразклонени
- затворен

б) редът на свързване на въглеродните атоми в молекулите може да бъде различен и зависи от вида на ковалентната химична връзка между въглеродните атоми - единична или множествена (двойна и тройна).

Втора позиция.Свойствата на веществата зависят не само от техния качествен и количествен състав, но и от структурата на техните молекули.

Тази позиция обяснява явлението изомерия. Вещества, които имат еднакъв състав, но различна химична или пространствена структура и следователно различни свойства, се наричат ​​изомери. Основни видове изомерия:

Структурна изомерия, при която веществата се различават по реда на свързване на атомите в молекулите:

1) изомерия на въглеродния скелет

3) изомерия на хомоложни серии (интерклас)

Пространствена изомерия, при която молекулите на веществата се различават не по реда на свързване на атомите, а по позицията им в пространството: цис-транс-изомерия (геометрична).

Тази изомерия е типична за вещества, чиито молекули имат плоска структура: алкени, циклоалкани и др.

Пространствената изомерия включва и оптична (огледална) изомерия.

Четирите единични връзки около въглеродния атом, както вече знаете, са подредени тетраедрично. Ако въглероден атом е свързан с четири различни атома или групи, тогава е възможно различно разположение на тези групи в пространството, тоест две пространствени изомерни форми.

Две огледални форми на аминокиселината аланин (2-аминопропанова киселина) са показани на фигура 17.

Представете си, че молекула аланин е поставена пред огледало. Групата -NH2 е по-близо до огледалото, така че ще бъде отпред в отражението, а групата -COOH ще бъде на заден план и т.н. (вижте изображението вдясно). Алания съществува в две пространствени форми, които, когато се наслагват, не се комбинират една с друга.

Универсалността на втората позиция на теорията за структурата на химичните съединения потвърждава съществуването на неорганични изомери.

И така, първият от синтезите на органични вещества - синтезът на урея, извършен от Wehler (1828), показа, че неорганично вещество - амониев цианат и органично вещество - урея са изомерни:

Ако замените кислородния атом в уреята със серен атом, получавате тиоурея, която е изомерна на амониевия тиоцианат, добре известен реагент за Fe 3+ йони. Очевидно тиоуреята не дава тази качествена реакция.

Трета позиция.Свойствата на веществата зависят от взаимното влияние на атомите в молекулите.

Например в оцетната киселина само един от четирите водородни атома реагира с алкали. Въз основа на това може да се предположи, че само един водороден атом е свързан с кислорода:

От друга страна, от структурната формула на оцетната киселина може да се заключи, че тя съдържа един подвижен водороден атом, тоест, че е едноосновна.

За да проверим универсалността на позицията на теорията на структурата за зависимостта на свойствата на веществата от взаимното влияние на атомите в молекулите, което съществува не само в органичните, но и в неорганичните съединения, сравняваме свойствата на водородните атоми в водородни съединения на неметали. Те имат молекулярна структура и при нормални условия са газове или летливи течности. В зависимост от позицията на неметала в периодичната таблица на Д. И. Менделеев може да се идентифицира модел в промяната на свойствата на такива съединения:

Метанът не взаимодейства с водата. Липсата на основни свойства на метана се обяснява с насищането на валентните възможности на въглеродния атом.

Амонякът проявява основни свойства. Молекулата му е способна да прикрепи към себе си водороден йон поради привличането си към несподелената електронна двойка на азотния атом (донорно-акцепторен механизъм на образуване на връзка).

Фосфинът PH3 има слабо изразени основни свойства, което се свързва с радиуса на фосфорния атом. Той е много по-голям от радиуса на азотния атом, така че фосфорният атом привлича водородния атом по-малко.

В периоди отляво надясно зарядите на атомните ядра се увеличават, радиусите на атомите намаляват, силата на отблъскване на водороден атом с частичен положителен заряд §+ се увеличава и следователно киселинните свойства на водородните съединения на неметалите се увеличават.

В основните подгрупи радиусите на атомите на елементите се увеличават отгоре надолу, неметалните атоми с 5- по-слаби привличат водородни атоми с 5+, силата на водородните съединения намалява, те лесно се дисоциират и следователно техните киселинни свойства се увеличават .

Различната способност на водородните съединения на неметалите да елиминират или добавят водородни катиони в разтвори се обяснява с неравномерното влияние, което неметалният атом има върху водородните атоми.

Различното влияние на атомите в хидроксидните молекули, образувани от елементи от един и същи период, също обяснява промяната в техните киселинно-алкални свойства.

Основните свойства на хидроксилните оксиди намаляват, а киселинните се увеличават, тъй като степента на окисление на централния атом се увеличава, следователно енергията на свързването му с кислородния атом (8-) и отблъскването му на водородния атом (8+) се увеличава.

Натриев хидроксид NaOH. Тъй като радиусът на водородния атом е много малък, той се привлича по-силно от кислородния атом и връзката между водородните и кислородните атоми ще бъде по-силна, отколкото между натриевите и кислородните атоми. Алуминиевият хидроксид Al(0H)3 проявява амфотерни свойства.

В перхлорната киселина HClO 4 хлорният атом с относително голям положителен заряд е по-здраво свързан с кислородния атом и по-силно отблъсква водородния атом с 6+. Дисоциацията се извършва според вида на киселината.

Основни насоки на развитие на теорията за структурата на химичните съединения и нейното значение

По времето на А. М. Бутлеров в органичната химия широко се използват емпирични (молекулярни) и структурни формули. Последните отразяват реда на свързване на атомите в молекулата според тяхната валентност, която е обозначена с тирета.

За по-лесно записване често се използват съкратени структурни формули, в които тирета показват само връзките между въглеродните атоми или въглерода и кислорода.

Съкратени структурни формули

След това, с развитието на знанията за природата на химичните връзки и влиянието на електронната структура на молекулите на органичните вещества върху техните свойства, те започнаха да използват електронни формули, в които ковалентната връзка условно се обозначава с две точки. Такива формули често показват посоката на изместване на електронните двойки в молекулата.

Именно електронната структура на веществата обяснява мезомерните и индуктивните ефекти.

Индукционният ефект е изместването на електронните двойки гама връзки от един атом към друг поради различната им електроотрицателност. Означава се с (->).

Индукционният ефект на атом (или група от атоми) е отрицателен (-/), ако този атом има висока електроотрицателност (халогени, кислород, азот), привлича електрони с гама връзка и придобива частичен отрицателен заряд. Атом (или група от атоми) има положителен индуктивен ефект (+/), ако отблъсква електроните на гама връзката. Някои ограничаващи радикали C2H5) имат това свойство. Спомнете си правилото на Марковников за това как водородът и халогенът на халогеноводорода се добавят към алкени (пропен) и ще разберете, че това правило е от особено естество. Сравнете тези две примерни уравнения на реакцията:

[[Теория_за_строежа_на_химичните_съединения_А._М._Бутлеров| ]]

В молекулите на отделните вещества се появяват едновременно индуктивни и мезомерни ефекти. В този случай те или се укрепват взаимно (в алдехидите, карбоксилните киселини) или се отслабват взаимно (във винилхлорида).

Резултатът от взаимното влияние на атомите в молекулите е преразпределението на електронната плътност.

Идеята за пространствената посока на химическите връзки е изразена за първи път от френския химик J. A. Le Bel и холандския химик J. X. Van't Hoff през 1874 г. Предположенията на учените са напълно потвърдени от квантовата химия. Свойствата на веществата се влияят значително от пространствената структура на техните молекули. Например, вече сме дали формулите на цис- и транс-изомерите на бутен-2, които се различават по своите свойства (виж фиг. 16).

Средната енергия на връзката, която трябва да бъде разкъсана при преобразуване от една форма в друга, е приблизително 270 kJ/mol; При стайна температура няма толкова голямо количество енергия. За взаимния преход на формите на бутен-2 от един към друг е необходимо да се прекъсне една ковалентна връзка и да се образува друга в замяна. С други думи, този процес е пример за химическа реакция и двете дискутирани форми на бутен-2 са различни химични съединения.

Очевидно си спомняте, че най-важният проблем при синтеза на каучук беше получаването на каучук със стереоправилна структура. Беше необходимо да се създаде полимер, в който структурните единици да бъдат подредени в строг ред (естественият каучук, например, се състои само от цис единици), тъй като такова важно свойство на каучука като неговата еластичност зависи от това.

Съвременната органична химия разграничава два основни вида изомерия: структурна (верижна изомерия, изомерия на позицията на множество връзки, изомерия на хомоложни серии, изомерия на позицията на функционални групи) и стереоизомерия (геометрична или цис-транс изомерия, оптична или огледална изомерия ).

Така че успяхте да проверите, че втората позиция на теорията за химическата структура, ясно формулирана от А. М. Бутлеров, е непълна. От съвременна гледна точка тази разпоредба изисква допълнение:
свойствата на веществата зависят не само от техния качествен и количествен състав, но и от:

химически,

електронен,

Пространствена структура.

Създаването на теорията за структурата на веществата изигра жизненоважна роля в развитието на органичната химия. От предимно описателна наука тя се превръща в творческа, синтезираща наука; стана възможно да се прецени взаимното влияние на атомите в молекулите на различни вещества (виж таблица 10). Теорията на структурата създаде предпоставки за обяснение и предсказване на различни видове изомерия на органичните молекули, както и посоките и механизмите на химичните реакции.

Въз основа на тази теория органичните химици създават вещества, които не само заместват естествените, но значително ги превъзхождат по свойства. По този начин синтетичните багрила са много по-добри и по-евтини от много естествени, например ализарин и индиго, известни в древността. Синтетичните каучуци с голямо разнообразие от свойства се произвеждат в големи количества. Пластмасите и влакната са широко използвани, продуктите от които се използват в технологиите, бита, медицината и селското стопанство.

Значението на теорията за химическата структура на А. М. Бутлеров за органичната химия може да се сравни със значението на Периодичния закон и периодичната система на химичните елементи на Д. И. Менделеев за неорганичната химия. Не напразно и двете теории имат толкова много общо по начините на тяхното формиране, посоките на развитие и общонаучното значение. Но в историята на всяка друга водеща научна теория (теорията на Чарлз Дарвин, генетиката, квантовата теория и др.) могат да се намерят такива общи етапи.

1. Установете паралели между двете водещи теории на химията - периодичния закон и периодичната таблица на химичните елементи на Д. И. Менделеев и теорията за химичната структура на органичните съединения на А. М. Бутлеров според следните характеристики: често срещани в помещенията, общи в насоките на тяхното развитие, общи в прогностичните роли.

2. Каква роля играе теорията за структурата на химичните съединения при формирането на периодичния закон?

3. Какви примери от неорганичната химия потвърждават универсалността на всяка от разпоредбите на теорията за структурата на химичните съединения?

4. Фосфорна киселина H3PO3 е двуосновна киселина. Предложете нейната структурна формула и разгледайте взаимното влияние на атомите в молекулата на тази киселина.

5. Напишете изомери със състав C3H8O. Наименувайте ги с помощта на систематична номенклатура. Определете видовете изомерия.

6. Известни са следните формули на кристалохидратите на хром(III) хлорид: [Cr(H20)6]Cl3; [Cr(H20)5Cl]Cl2H20; [Cr(H20)4 * C12]Cl 2H2O. Как бихте нарекли описаното явление?