מי המייסד של תורת המבנה של חומרים אורגניים. התיאוריה של המבנה הכימי של תרכובות אורגניות A. M. Butlerova. השג לקטוז ממי גבינת חלב

1. הוראות בסיסיות של תורת המבנה הכימי של א.מ. באטלרוב

1. אטומים במולקולות מחוברים זה לזה ברצף מסוים לפי הערכיות שלהם. רצף הקשרים הבין-אטומיים במולקולה נקרא המבנה הכימי שלה והוא משתקף על ידי נוסחת מבנה אחת (נוסחת מבנה).

2. ניתן לקבוע את המבנה הכימי בשיטות כימיות. (כרגע נעשה שימוש גם בשיטות פיזיקליות מודרניות).

3. תכונות החומרים תלויות במבנה הכימי שלהם.

4. לפי תכונותיו של חומר נתון ניתן לקבוע את מבנה המולקולה שלו ולפי מבנה המולקולה ניתן לחזות את התכונות.

5. אטומים וקבוצות של אטומים במולקולה משפיעים זה על זה.

מולקולת תרכובת אורגנית היא אוסף של אטומים המקושרים בסדר מסוים, בדרך כלל על ידי קשרים קוולנטיים. במקרה זה, האטומים הקשורים יכולים להיות שונים בערך של אלקטרושליליות. ערכי האלקטרושליליות קובעים במידה רבה מאפייני קשר חשובים כמו קוטביות וחוזק (אנרגיה של היווצרות). בתורו, הקוטביות והחוזק של קשרים במולקולה, במידה רבה, קובעים את יכולתה של המולקולה להיכנס לתגובות כימיות מסוימות.

האלקטרושליליות של אטום פחמן תלויה במצב ההכלאה שלו. זה נובע מהחלק של מסלול s במסלול ההיברידי: הוא קטן יותר עבור sp3 וגדול יותר עבור אטומים היברידיים sp2 ו-sp.

כל האטומים המרכיבים מולקולה קשורים זה בזה וחווים השפעה הדדית. השפעה זו מועברת בעיקר באמצעות מערכת של קשרים קוולנטיים, בעזרת מה שנקרא אפקטים אלקטרוניים.

אפקטים אלקטרוניים הם שינוי של צפיפות האלקטרונים במולקולה בהשפעת תחליפים.

אטומים הקשורים בקשר קוטבי נושאים מטענים חלקיים, המסומנים באות היוונית "דלתא" (ד). אטום ש"מושך" את צפיפות האלקטרונים של הקשר s לכיוונו מקבל מטען שלילי d-. כאשר בוחנים זוג אטומים הקשורים בקשר קוולנטי, האטום האלקטרונילי יותר נקרא מקבל אלקטרונים. לשותף s-bond שלו יהיה בהתאם גירעון צפיפות אלקטרונים בגודל שווה, כלומר. מטען חיובי חלקי d+, ייקרא תורם אלקטרונים.

העקירה של צפיפות האלקטרונים לאורך שרשרת קשרי ה-s נקראת האפקט האינדוקטיבי ומסומנת ב-I.

2. איזומריזם- קיומן של תרכובות (בעיקר אורגניות), זהות בהרכב היסודות ובמשקל המולקולרי, אך שונות בתכונות הפיזיקליות והכימיות. תרכובות כאלה נקראות איזומרים.

איזומריזם מבני- תוצאה של הבדלים במבנה הכימי. סוג זה כולל:

איזומריזם של שלד הפחמן, עקב סדר הקשר השונה של אטומי הפחמן. הדוגמה הפשוטה ביותר היא בוטאן CH3-CH2-CH2-CH3 ואיזובוטן (CH3)3CH. דוגמאות נוספות: אנתרצין ופנונתרן (נוסחאות I ו-II, בהתאמה), ציקלובוטן ומתיל-ציקלופרופן (III ו-IV).

איזומריזם ערכי הוא סוג מיוחד של איזומריזם מבני, שבו ניתן להמיר איזומרים זה לזה רק על ידי חלוקה מחדש של קשרים. לדוגמה, האיזומרים הערכיים של בנזן (V) הם ביציקלוהקסה-2,5-דיאן (VI, "בנזן של דיואר"), פריסמן (VII, "בנזן של לאדנבורג"), בנזוואלן (VIII).

איזומריזם קבוצתי פונקציונלי - שונה באופי הקבוצה הפונקציונלית; לדוגמה, אתנול (CH3-CH2-OH) ואתר דימתיל (CH3-O-CH3).

עמדת איזומריזם- סוג של איזומריזם מבני, המאופיין בהבדל במיקום של אותן קבוצות פונקציונליות או קשרים כפולים עם אותו שלד פחמן. דוגמה: חומצה 2-כלורובוטנואית וחומצה 4-כלורובוטנואית.

אננטיומרים (איזומרים אופטיים, איזומרי מראה) הם זוגות של אנטיפודים אופטיים - חומרים המאופיינים בסיבובים הפוכים בסימן ושווים בגודלם של מישור הקיטוב של האור עם זהות כל שאר התכונות הפיזיקליות והכימיות (למעט תגובות עם אחרים). חומרים פעילים אופטית ותכונות פיזיקליות בסביבה הכיראלית). סיבה הכרחית ומספיקה להופעת אנטיפודים אופטיים היא שהמולקולה שייכת לאחת מקבוצות הסימטריה הנקודות הבאות: Cn, Dn, T, O או I (כיראליות). לרוב אנחנו מדברים על אטום פחמן א-סימטרי, כלומר, אטום הקשור לארבעה תחליפים שונים.

3. sp³ הכלאה -מתרחש בעת ערבוב s- ושלושה p-אורביטלים אחד. נוצרים ארבעה אורביטלים זהים, הממוקמים זה ביחס לזה בזוויות טטרהדרליות של 109° 28' (109.47°), אורך 0.154 ננומטר.

עבור אטום הפחמן ואלמנטים אחרים של התקופה השנייה, תהליך זה מתרחש על פי הסכימה:

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

אלקנים(פחמימנים רוויים, פרפינים, תרכובות אליפטיות) - פחמימנים אציקליים בעלי מבנה ליניארי או מסועף, המכילים רק קשרים פשוטים ויוצרים סדרה הומולוגית עם הנוסחה הכללית CnH2n + 2 מבנה כימי של אלקין(סדר החיבור של אטומים במולקולות) של האלקנים הפשוטים ביותר - מתאן, אתאן ופרופאן - מראים את הנוסחאות המבניות שלהם שניתנו בסעיף 2. מנוסחאות אלו ניתן לראות שיש שני סוגים של קשרים כימיים באלקנים:

S-S ו-S-N. הקשר C-C הוא קוולנטי לא קוטבי. הקשר C-H ​​הוא קוולנטי קוטבי חלש, מכיוון פחמן ומימן קרובים באלקטרושליליות

p-orbital לא משתתף בהכלאה, ממוקם בניצב למישור קשרי σ, משמש ליצירת קשר π עם אטומים אחרים. גיאומטריה זו של פחמן אופיינית לגרפיט, פנול וכו'.

זווית ערכיות- הזווית שנוצרת מכיווני קשרים כימיים הנובעים מאטום אחד. יש צורך בידע בזוויות הקשר כדי לקבוע את הגיאומטריה של מולקולות. זוויות ערכיות תלויות הן במאפיינים האישיים של האטומים המחוברים והן בהכלאה של האורביטלים האטומיים של האטום המרכזי. עבור מולקולות פשוטות, ניתן לחשב את זווית הקשר, כמו גם פרמטרים גיאומטריים אחרים של המולקולה, בשיטות של כימיה קוונטית. באופן ניסיוני הם נקבעים על פי ערכי רגעי האינרציה של מולקולות המתקבלות על ידי ניתוח ספקטרום הסיבוב שלהן (ראה ספקטרוסקופיה אינפרא אדום, ספקטרום מולקולרי, ספקטרוסקופיה מיקרוגל). זווית הקשר של מולקולות מורכבות נקבעת על ידי שיטות של ניתוח מבני עקיפה.

4. הכלאה sp2 (מישור-טריגונל)אחד s- ושני p-אורביטלים מתערבבים, ונוצרים שלושה אורביטלים שווים sp2-hybrid, הממוקמים באותו מישור בזווית של 120° (מודגש בכחול). הם יכולים ליצור שלושה קשרי σ. ה-p-orbital השלישי נשאר לא כלאי והוא מכוון בניצב למישור האורביטלים ההיברידיים. p-AO זה מעורב ביצירת קשר π . עבור אלמנטים מהתקופה השנייה, תהליך ההכלאה של sp2 מתרחש על פי הסכימה:

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

מצב הערכיות השני של אטום הפחמן.ישנם חומרים אורגניים שבהם אטום הפחמן קשור לא לארבעה, אלא לשלושה אטומים שכנים, תוך שהוא נשאר ארבע ערכי

5. הכלאה sp (לינארית)תערובת s- ו-p-orbital אחת, היוצרות שני sp-orbitals שוות ערך הממוקמים בזווית של 180, כלומר. על ציר אחד. אורביטלים היברידיים sp מעורבים ביצירת שני קשרים σ. שני p-orbitals אינם משולבים וממוקמים במישורים בניצב זה לזה. -אורביטלים יוצרים שני קשרי π בתרכובות.

עבור אלמנטים מהתקופה השנייה, הכלאה של sp מתרחשת על פי הסכימה:

2s + 2px= 2 (2sp)

2py- ו-2pz-AO אינם משתנים.

אֲצֵיטִילֵן- פחמימנים בלתי רווים C2H2. בעל קשר משולש בין אטומי פחמן, שייך למחלקת האלקינים

אטומי הפחמן באצטילן עוברים הכלאה מסוג sp. הם מחוברים בקשרים אחד ושני, מקסימום. צפיפויות ל-rykh ממוקמות בשני אזורים ניצבים זה לזה, ויוצרים גלילי. ענן של צפיפות אלקטרונים; מחוצה לו נמצאים אטומי H.

מתילצטילן(פרופן, אלילן) CH3C=CH. לפי chem. Saint-you M. הוא נציג טיפוסי של פחמימנים אצטילניים. נכנס בקלות למחוז האלקטרופיזה, גרעין. ותוספת רדיקלית לקשר המשולש, למשל. עם אינטראקציה עם מתנול יוצר מתיל איזופרופניל אתר.

6. סוגי תקשורת -קשר מתכת, קשר קוולנטי, קשר יוני, קשר מימן

קשר יוני- קשר כימי חזק שנוצר בין אטומים עם הבדל גדול באלקטרושליליות, שבו זוג האלקטרונים המשותף עובר לחלוטין לאטום בעל אלקטרושליליות גדולה יותר. דוגמה לכך היא התרכובת CsF, שבה "דרגת יוניות" היא 97%.

מקרה קיצוני של קיטוב של קשר קוטבי קוולנטי. נוצר בין מתכת טיפוסית ללא מתכת. במקרה זה, האלקטרונים מהמתכת עוברים לחלוטין אל הלא-מתכת. נוצרים יונים.

אם נוצר קשר כימי בין אטומים שיש להם הפרש אלקטרושליליות גדול מאוד (EO > 1.7 לפי Pauling), אז זוג האלקטרונים המשותף מועבר לחלוטין לאטום עם EO גדול יותר. התוצאה של זה היא היווצרות תרכובת של יונים בעלי מטען הפוך.

קשר קוולנטי(קשר אטומי, קשר הומיאופולארי) - קשר כימי שנוצר מחפיפה (סוציאליזציה) של זוג ענני אלקטרוני ערכיות. ענני האלקטרונים (אלקטרונים) המספקים תקשורת נקראים זוג אלקטרונים משותף.

קשר קוולנטי פשוט נוצר משני אלקטרונים ערכיים לא מזווגים, אחד מכל אטום:

כתוצאה מסוציאליזציה, אלקטרונים יוצרים רמת אנרגיה מלאה. קשר נוצר אם האנרגיה הכוללת שלהם ברמה זו קטנה מאשר במצב ההתחלתי (וההבדל באנרגיה יהיה לא יותר מאנרגיית הקשר).

מילוי אלקטרוני של אורביטלים אטומיים (בקצוות) ומולקולריים (במרכז) במולקולת H2. הציר האנכי מתאים לרמת האנרגיה, האלקטרונים מסומנים בחצים המשקפים את הספינים שלהם.

על פי תורת האורביטלים המולקולריים, חפיפה של שני אורביטלים אטומיים מובילה במקרה הפשוט ביותר ליצירת שני אורביטלים מולקולריים (MO): MO מקשר ו-MO נוגד קשר (מתרופף). אלקטרונים משותפים ממוקמים על MO קושר אנרגיה נמוך יותר.

7. אלקנים- פחמימנים אציקליים בעלי מבנה ליניארי או מסועף, המכילים רק קשרים פשוטים ויוצרים סדרה הומולוגית עם הנוסחה הכללית CnH2n + 2.

אלקנים הם פחמימנים רוויים ומכילים את המספר המרבי האפשרי של אטומי מימן. כל אטום פחמן במולקולות האלקאן נמצא במצב של sp³-הכלאה - כל 4 האורביטלים ההיברידיים של אטום C שווים בצורתם ובאנרגיה, 4 ענני אלקטרונים מכוונים לקודקודי הטטרהדרון בזוויות של 109°28". לקשרים בודדים בין אטומי C, סיבוב חופשי סביב קשר פחמן. סוג קשר הפחמן הוא קשרי σ, הקשרים בעלי קוטביות נמוכה וניתנים לקיטוב גרוע. אורך קשר הפחמן הוא 0.154 ננומטר.

האיזומריות של פחמימנים רוויים נובעת מהסוג הפשוט ביותר של איזומריזם מבני - האיזומריות של שלד הפחמן. הומולוגיההבדל הוא -CH2-. לאלקנים עם יותר משלושה אטומי פחמן יש איזומרים. מספר האיזומרים הללו גדל בקצב אדיר ככל שמספר אטומי הפחמן גדל. עבור אלקנים עם n = 1...12 מספר האיזומרים הוא 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.

מינוי -רַצִיוֹנָלִי. נבחר אחד מהאטומים של שרשרת הפחמן, הוא נחשב למתאן מוחלף והשם alkyl1alkyl2alkyl3alkyl4methane בנוי ביחס אליו

קַבָּלָה. שחזור של נגזרות הלוגן של אלקנים. התאוששות של אלכוהול. שחזור תרכובות קרבוניל. הידרוגנציה של פחמימנים בלתי רוויים. הסינתזה של קולבה. גיזוז של דלק מוצק. תגובת וורץ. סינתזה של פישר-טרופש.

8. אלקניםבעלי פעילות כימית נמוכה. הסיבה לכך היא שקשרים בודדים של C-H ו-C-C הם חזקים יחסית וקשים להפסקה.

תגובות של החלפה רדיקלית.

הלוגנציה של אלקניםמתקדם במנגנון רדיקלי. כדי ליזום את התגובה, יש להקרין באור UV או לחמם תערובת של אלקן והלוגן. הכלור של מתאן אינו מפסיק בשלב של קבלת מתיל כלוריד (אם נלקחות כמויות שוות של כלור ומתאן), אלא מוביל להיווצרות כל תוצרי החלפה אפשריים, החל מתיל כלוריד ועד פחמן טטרכלוריד.

ניטרציה (תגובתו של קונובלוב)

אלקנים מגיבים עם תמיסה של 10% של חומצה חנקתית או תחמוצת חנקן N2O4 בשלב הגז ליצירת נגזרות ניטרו:

RH + HNO3 = RNO2 + H2O

כל הנתונים הזמינים מצביעים על מנגנון רדיקלים חופשיים. כתוצאה מהתגובה נוצרות תערובות של מוצרים.

תגובות חמצון. שְׂרֵפָה

התכונה הכימית העיקרית של פחמימנים רוויים, הקובעת את השימוש בהם כדלק, היא תגובת הבעירה. דוגמה: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

במקרה של מחסור בחמצן, במקום פחמן דו חמצני מתקבל פחמן חד חמצני או פחם (בהתאם לריכוז החמצן).

באופן כללי, ניתן לכתוב את משוואת תגובת הבעירה עבור כל פחמימן CxHy באופן הבא: CxHy + (x + 0.5y)O2 → xCO2 + 0.5yH2O

חמצון קטליטי

יכולים להיווצר אלכוהול, אלדהידים, חומצות קרבוקסיליות.

טרנספורמציות תרמיות של אלקנים. הִתפָּרְקוּת

תגובות פירוק מתרחשות רק בהשפעת טמפרטורות גבוהות. עלייה בטמפרטורה מובילה לשבירת קשר הפחמן וליצירת רדיקלים חופשיים.

דוגמאות: CH4 → C + 2H2 (t > 1000 מעלות צלזיוס); C2H6 → 2C + 3H2

הִסָדְקוּת

בחימום מעל 500 מעלות צלזיוס, האלקנים עוברים פירוק פירוליטי עם היווצרות תערובת מורכבת של מוצרים, שהרכבם ויחסם תלויים בטמפרטורה ובזמן התגובה.

דה-הידרוגנציה

היווצרות אלקן והתפתחות מימן

תנאי זרימה: 400 - 600 מעלות צלזיוס, זרזים - Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3; C2H6 → C2H4 + H2

איזומריזציה -תחת פעולתו של זרז (למשל AlCl3), מתרחשת איזומריזציה של אלקנים, למשל:

בוטאן (C4H10) באינטראקציה עם אלומיניום כלוריד (AlCl3) הופך מ-n-בוטן ל-2-מתיל פרופן.

המרת מתאן

CH4 + H2O → CO + H2 - זרז Ni ("CO + H2" "גז סינתזה")

אלקנים אינם מקיימים אינטראקציה עם אשלגן פרמנגנט (KMnO4) ומי ברום (Br2).

9.אלקנס(אחרת אולפינים או פחמימנים אתילן) - פחמימנים בלתי רוויים א-ציקליים המכילים קשר כפול אחד בין אטומי פחמן, היוצרים סדרה הומולוגית עם הנוסחה הכללית CnH2n. אטומי הפחמן בקשר הכפול נמצאים במצב של הכלאה sp², ויש להם זווית קשר של 120°. האלקן הפשוט ביותר הוא אתן (C2H4). לפי המינוח של IUPAC, שמות האלקנים נוצרים משמות האלקנים המקבילים על ידי החלפת הסיומת "-an" ב-"-ene"; מיקום הקשר הכפול מסומן בספרה ערבית.

לאלקנים עם יותר משלושה אטומי פחמן יש איזומרים. אלקנים מאופיינים באיזומריות של שלד הפחמן, עמדות קשרים כפולים, בין-מעמדיים ומרחביים. אתן (אתילן) C2H4, פרופן C3H6, בוטן C4H8, פנטן C5H10, הקסן C6H12,

שיטות להשגת אלקנים -השיטה התעשייתית העיקרית להשגת אלקנים היא פיצוח קטליטי ובטמפרטורה גבוהה של פחמימנים נפט וגז טבעי. לייצור אלקנים נמוכים משתמשים גם בתגובת ההתייבשות של האלכוהולים המתאימים.

במעבדה, בדרך כלל משתמשים בשיטת ההתייבשות של אלכוהול בנוכחות חומצות מינרליות חזקות, דהhydrohalogenation ו-dehalogenation של נגזרות ההלוגן התואמות; סינתזות של הופמן, צ'וגייב, ויטיג וקופ.

10. תכונות כימיות של אלקניםאלקנים פעילים מבחינה כימית. התכונות הכימיות שלהם נקבעות במידה רבה על ידי נוכחות של קשר כפול. עבור אלקנים, תגובות תוספת אלקטרופיליות ותגובות תוספת רדיקליות הן האופייניות ביותר. תגובות הוספה נוקלאופיליות בדרך כלל דורשות נוקלאופיל חזק ואינן אופייניות לאלקנים.

Alkenes כוללים גם cycloaddition ומטאתזה תגובות.

אלקנים נכנסים בקלות לתגובות חמצון, עוברים הידרוגן על ידי חומרים מפחיתים חזקים או מימן תחת פעולתם של זרזים לאלקנים, והם גם מסוגלים להחליף רדיקלי אלילי.

תגובות של תוספת אלקטרופילית.בתגובות אלו החלקיק התוקף הוא האלקטרופיל מאמר ראשי: תגובות תוספת אלקטרופיליות

הלוגנציה אלקן, המתרחש בהעדר יוזמי תגובות רדיקליות - תגובה אופיינית של תוספת אלקטרופילית. זה מתבצע בסביבה של ממיסים אינרטיים לא קוטביים (לדוגמה: CCl4):

תגובת ההלוגנציה היא סטריאוספציפית - התוספת מתרחשת מצדדים מנוגדים ביחס למישור מולקולת האלקן

הידרוהלוגנציה.הוספה אלקטרופילית של הלידים מימן לאלקנים מתרחשת על פי הכלל של מרקובניקוב:

הידרובורציה.התוספת מתרחשת בשלבים רבים עם היווצרות קומפלקס מופעל מחזורי ביניים, והוספת בורון מתרחשת בניגוד לכלל המרקובניקוב - לאטום הפחמן המודרן ביותר

הִידרָצִיָה.תגובת ההוספה של מים לאלקנים ממשיכה בנוכחות חומצה גופרתית

אלקילציה.הוספה של אלקנים לאלקנים בנוכחות זרז חומצה (HF או H2SO4) בטמפרטורות נמוכות מובילה ליצירת פחמימן בעל משקל מולקולרי גבוה יותר ומשמש לעתים קרובות בתעשייה

11. אלקינס(אחרת פחמימנים אצטילניים) - פחמימנים המכילים קשר משולש בין אטומי פחמן, עם הנוסחה הכללית CnH2n-2. אטומי הפחמן בקשר המשולש נמצאים במצב של הכלאה sp.

אלקינים מאופיינים בתגובות הוספה. בניגוד לאלקנים, המאופיינים בתגובות תוספת אלקטרופיליות, אלקינים יכולים להיכנס גם לתגובות תוספת נוקלאופיליות. זה נובע מאופי ה-s המשמעותי של הקשר, וכתוצאה מכך, האלקטרושליליות המוגברת של אטום הפחמן. בנוסף, הניידות הגבוהה של אטום המימן בקשר המשולש קובעת את התכונות החומציות של אלקנים בתגובות החלפה.

התעשייה העיקרית דרך לקבלאצטילן הוא פיצוח אלקטרו או תרמי של מתאן, פירוליזה של גז טבעי ושיטת הקרביד

12. DIEN HYDROCARBONS(דיינים), פחמימנים בלתי רוויים עם שני קשרים כפולים. אליפאטי dienes СnН2n_2 נקרא. אלקדיאנים, אליציקליים CnH2n_4 - cycloalkadienes. המאמר עוסק בפחמימנים דין בעלי קשרים כפולים מצומדים [דינים מצומדים; רואה שולחן]. דינס עם קשרים כפולים מבודדים בכימיה. סנט אתה בעיקר. לא ניתן להבחין בין אולפינים. לגבי קון. עם קשרים כפולים מצטברים, ראה אלנס. בפחמימנים דין, לכל ארבעת אטומי הפחמן של המערכת המצומדת יש הכלאה sp2 והם נמצאים באותו מישור. ארבעה אלקטרונים p (אחד מכל אטום פחמן) מתאחדים ויוצרים ארבעה אורביטלים מולקולריים p (שניים מתקשרים - תפוסים ושניים מתרופפים - חופשיים), שרק הנמוך ביותר מפורק מעל כל אטומי הפחמן. דה-לוקליזציה חלקית של p-electrons גורמת לאפקט הצימוד, המתבטא בירידה באנרגיה של המערכת (ב-13-17 קילו-ג'יי/מול בהשוואה למערכת של קשרים כפולים מבודדים), יישור מרחקים בין-אטומיים: קשרים כפולים הם במידת מה. ארוכים יותר (0.135 ננומטר), והפשוטים קצרים יותר (0.146 ננומטר) מאשר במולקולות ללא צימוד (0.133 ו-0.154 ננומטר, בהתאמה), עלייה בקיטוב, התרוממות השבירה המולקולרית ופיזיות אחרות. אפקטים. פחמימנים דין קיימים בצורה של שתי קונפורמציות שעוברות זו לזו, כאשר צורת ה-s-טרנס יציבה יותר.

13. אלכוהולתרכובות המכילות קבוצת הידרוקסיל אחת או יותר נקראות. על פי מספרם, אלכוהול מחולקים לחנו-הידריים, דו-הידריים, תלת-הידריים וכו'. אורכי קשר וזוויות קשר במתיל אלכוהול.

לגבי אלכוהול, ישנן מספר דרכים לתת להם שם. במינוח IUPAC המודרני של שם האלכוהול, הסיום "ol" מתווסף לשם הפחמימן. השרשרת הארוכה ביותר המכילה את הקבוצה הפונקציונלית OH ממוספרת מהקצה הקרוב ביותר לקבוצת ההידרוקסיל, והתחליפים מסומנים בקידומת.

קַבָּלָה. הידרציה של אלקנים.כאשר אלקנים מגיבים עם תמיסות מימיות מדוללות של חומצות, המוצר העיקרי הוא אלכוהול.

Hydroxymercuration-deercuration של אלקנים. תגובה זו אינה מלווה בסידורים מחדש ומובילה להיווצרות אלכוהול בודדים. כיוון התגובה מתאים לכלל מרקובניקוב, התגובה מתבצעת בתנאים קלים עם תשואות קרובות לכמותיות.

הידרובורציה של אלקנים וחמצון לאחר מכןבורנים עם תמיסה של מי חמצן במדיום אלקליני מוביל, בסופו של דבר, לתוצר האנטי-מרקובניקוב של הוספת מים לקשר הכפול.

הפחתת אלדהידים וקטונים עם ליתיום אלומיניום הידריד או נתרן בורוהיריד

LiAlH4 ו-NaBH4 מפחיתים את האלדהידים לאלכוהולים ראשוניים ואת הקטונים למשניים, כאשר נתרן בוורוהידריד מועדף בשל בטיחות טיפול גבוהה יותר: ניתן להשתמש בו אפילו בתמיסות מימיות ואלכוהוליות. ליתיום אלומיניום הידריד מגיב בצורה נפיצה עם מים ואלכוהול ומתפרק בצורה נפיצה כאשר מחומם מעל 120° במצב יבש.

שחזור של אסטרים וחומצות קרבוקסיליות לאלכוהול ראשוני.אלכוהולים ראשוניים נוצרים על ידי הפחתת אסטרים וחומצות קרבוקסיליות עם ליתיום אלומיניום הידריד באתר או THF. שיטת הפחתת האסטרים עם ליתיום אלומיניום הידריד נוחה במיוחד מבחינה הכנה. יש לציין שנתרן בורוהיריד אינו מפחית את קבוצות האסטר והקרבוקסיל. זה מאפשר הפחתה סלקטיבית של קבוצת הקרבוניל עם NaBH4 בנוכחות קבוצות אסטר וקרבוקסיל. התשואות של מוצרי שחזור הן לעתים רחוקות מתחת ל-80%. ליתיום בורוהידריד, בניגוד ל-NaBH4, מפחית אסטרים לאלכוהול ראשוני.

14. אלכוהולים רב-הידריים. גליצרול- תרכובת כימית עם הנוסחה HOCH2CH(OH)-CH2OH או C3H5(OH)3. הנציג הפשוט ביותר של אלכוהול תלת-הידרי. זהו נוזל שקוף צמיג. נוצר בקלות על ידי הידרוליזה של שומנים ושמנים טבעיים (צמחיים או מהחי) (טריגליצרידים), הושג לראשונה על ידי קארל שילה בשנת 1779 במהלך הסיבון של שומנים.

תכונות גשמיות. גליצרול- נוזל חסר צבע, צמיג, היגרוסקופי, מסיס עד אינסוף במים. מתוק בטעמו ולכן קיבל את שמו (גליקוס - מתוק). הוא ממיס חומרים רבים היטב.

תכונות כימיותגליצרול אופייניים לאלכוהולים רב-הידריים. האינטראקציה של גליצרול עם הלידים מימן או הלידים זרחן מובילה להיווצרות מונו-ודיהלוהידרינים. גליצרול מאסטרי עם חומצות קרבוקסיליות ומינרלים ליצירת האסטרים המתאימים. אז, עם חומצה חנקתית, גליצרין יוצר טריניטראט - ניטרוגליצרין (שהושג בשנת 1847 על ידי Ascanio Sobrero (אנגלית)), המשמש כיום בייצור אבקות ללא עשן.

כאשר הוא מתייבש, הוא יוצר אקרולין:

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

אתילן גליקול, HO-CH2-CH2-OH הוא הנציג הפשוט ביותר של אלכוהולים רב-הידריים. כאשר מטוהרים, זהו נוזל שקוף וחסר צבע עם עקביות מעט שמנונית. הוא חסר ריח ובעל טעם מתקתק. רַעִיל. בליעת אתילן גליקול או תמיסותיו בפנים עלולה להוביל לשינויים בלתי הפיכים בגוף ולמוות.

בתעשייה, אתילן גליקול מתקבל על ידי הידרציהתחמוצת אתילן ב-10 אטמוספירות ו-190-200 מעלות צלזיוס או ב-1 אטמוספירות ו-50-100 מעלות צלזיוס בנוכחות חומצה גופרתית (או זרחתית) של 0.1-0.5%, ומגיעות ל-90% תשואה. תוצרי לוואי במקרה זה הם דיאתילן גליקול, טריאתילן גליקול וכמות קטנה של הומולוגיות פולימריות גבוהות יותר של אתילן גליקול.

15. אלדהידים- אלכוהול נטול מימן; תרכובות אורגניות המכילות קבוצת קרבוניל (C=O) עם תחליף אחד.

אלדהידים וקטונים דומים מאוד, ההבדל טמון בעובדה שלאחרונים יש שני תחליפים בקבוצת הקרבוניל. הקיטוב של הקשר הכפול "פחמן-חמצן" על פי עקרון הצימוד המזומרי מאפשר לרשום את מבני התהודה הבאים:

הפרדה כזו של מטענים מאושרת על ידי שיטות מחקר פיזיקליות וקובעת במידה רבה את התגובתיות של אלדהידים כאלקטרופילים מובהקים. באופן כללי, התכונות הכימיות של אלדהידים דומות לקטונים, אך אלדהידים פעילים יותר, מה שקשור לקיטוב קשרים גדול יותר. בנוסף, אלדהידים מאופיינים בתגובות שאינן אופייניות לקטונים, למשל הידרציה בתמיסה מימית: עבור מתנאל, עקב קיטוב קשרים גדול עוד יותר, הוא מלא, ואצל אלדהידים אחרים הוא חלקי:

RC(O)H → RC(OH)2H, כאשר R הוא H, כל רדיקל אלקיל או אריל.

לאלדהידים הפשוטים ביותר יש ריח אופייני חד (לדוגמה, לבנזלדהיד יש ריח של שקדים).

תחת הפעולה של הידרוקסילאמין, הם הופכים לאוקסימים: CH3CHO + NH2OH = CH3C (=NOH)H + H2O

פורמלדהיד (מלטינית פורמייקה - נמלה), אלדהיד פורמי, CH2O,החבר הראשון בסדרה ההומולוגית של אלדהידים אליפטיים; גז חסר צבע עם ריח חריף, מסיס מאוד במים ואלכוהול, קפ - 19 מעלות צלזיוס. בתעשייה, F. מיוצר על ידי חמצון של מתיל אלכוהול או מתאן עם חמצן אטמוספרי. F. מתפלמר בקלות (במיוחד בטמפרטורות של עד 100 מעלות צלזיוס), ולכן הוא מאוחסן, מועבר ומשמש בעיקר בצורה של פורמלין ופולימרים נמוכים מולקולריים מוצקים - טריוקסן (ראה Trioxymethylene) ופארפורם (ראה Paraformaldehyde).

F. מגיב מאוד; רבות מהתגובות שלה מהוות בסיס לשיטות תעשייתיות להשגת מספר מוצרים חשובים. אז, כאשר אינטראקציה עם אמוניה, F. יוצר urotropin (ראה Hexamethylenetetramine), עם אוריאה - שרפי אוריאה-פורמלדהיד, עם מלמין - שרפי מלמין-פורמלדהיד, עם פנולים - שרפי פנול-פורמלדהיד (ראה שרפי פנול-אלדהיד -), עם שרפים של פנול-אלדהיד. וחומצות נפתלן-סולפוני - סוכני שיזוף, עם קטן - b-propiolactone. F. משמש גם להשגת polyvinylformal (ראה פוליוויניל אצטלים), איזופרן, פנטאריתריטול, תרופות, צבעים, לשיזוף העור, כחומר חיטוי ודאודורנט. הפימור של F. מקבל פוליפורמלדהיד. F. רעיל; הריכוז המרבי המותר באוויר הוא 0.001 מ"ג/ליטר.

אצטלדהיד, אצטלדהיד, CH3CHO, תרכובת אורגנית, נוזל חסר צבע עם ריח חריף; נקודת רתיחה 20.8 מעלות צלזיוס. נקודת התכה - 124 מעלות צלזיוס, צפיפות 783 ק"ג / מ"ק, מתערבב מכל הבחינות עם מים, אלכוהול, אתר. ל-A. יש את כל התכונות האופייניות של אלדהידים. בנוכחות חומצות מינרליות, הוא מתפלמר לפרלדהיד טרימרי נוזלי (CH3CHO). ) 3 ומטאלדהיד טטרמרי גבישי (CH3CHO) 4. כאשר שני הפולימרים מחוממים בנוכחות חומצה גופרתית, A משתחרר.

אחד הידועים העיקריים דרכים להשיגא' מורכב מהוספת מים לאצטילן בנוכחות מלחי כספית בטמפרטורה של כ-95 מעלות צלזיוס.

16. קטונים- אלו חומרים אורגניים שבמולקולות שלהם קבוצת הקרבוניל קשורה לשני רדיקלים פחמימנים.

נוסחה כללית של קטונים: R1-CO-R2. בין שאר תרכובות הקרבוניל, נוכחותם בקטונים של שני אטומי פחמן המקושרים ישירות לקבוצת הקרבוניל, מבדילה אותם מחומצות קרבוקסיליות ונגזרותיהן, כמו גם מאלדהידים.

תכונות גשמיות.קטונים הם נוזלים נדיפים או מוצקים נמסים המתערבבים היטב עם מים. חוסר האפשרות להיווצר של קשרי מימן בין-מולקולריים גורם לתנודתיות שלהם קצת יותר גדולה מזו של אלכוהול וחומצות קרבוקסיליות עם אותו משקל מולקולרי.

שיטות סינתזה. חמצון של אלכוהולים משניים.

מפרוקסואסטרים שלישוניים על ידי סידור מחדש של Krige.

ציקלוקטונים ניתן להשיג על ידי Ruzicka cyclization.

ניתן להכין קטונים ארומטיים על ידי תגובת Friedel-Crafts

תכונות כימיות.ישנם שלושה סוגים עיקריים של תגובות קטון.

הראשון קשור להתקפה נוקלאופילית על אטום הפחמן של קבוצת הקרבוניל. לדוגמה, האינטראקציה של קטונים עם אניון ציאניד או תרכובות אורגנו-מתכתיות. אותו סוג (תוספת נוקלאופילית) כולל את האינטראקציה של קבוצת הקרבוניל עם אלכוהולים, המובילה לאצטלים והמיאצטליים.

אינטראקציה עם אלכוהול:

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

עם ריאגנטים של Grignard:

C2H5-C(O)-C2H5 + C2H5MgI → (C2H5)3OMgI → (C2H5)3OH, אלכוהול שלישוני. תגובות עם אלדהידים, ובמיוחד עם מתנאל, פעילות באופן ניכר יותר, כאשר אלכוהולים משניים נוצרים עם אלדהידים, ואלכוהול ראשוני עם מתנאל.

כמו כן, קטונים מגיבים עם בסיסים חנקניים, למשל, עם אמוניה ואמינים ראשוניים, ליצירת אימינים:

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

הסוג השני של תגובה הוא דה-פרוטונציה של אטום הפחמן בטא, ביחס לקבוצת הקרבוניל. הקרבוניון המתקבל מתייצב על ידי צימוד עם קבוצת הקרבוניל, קלות הסרת הפרוטונים עולה, ולכן תרכובות קרבוניל הן חומצות C-H חזקות יחסית.

השלישי הוא התיאום של אלקטרופילים על פני הזוג הבודד של אטום החמצן, למשל, חומצות לואיס כגון AlCl3

ניתן לייחס סוג נפרד של תגובות להפחתת הקטונים - הפחתה לפי Leuckart עם תפוקות קרובות לכמותיות.

17. השוו בין שאלות 15 ו-16.

18. חומצות קרבוקסיליות מגבילות חד-בסיסיות(חומצות קרבוקסיליות רוויות חד-בסיסיות) - חומצות קרבוקסיליות שבהן רדיקל פחמימני רווי מחובר לקבוצת קרבוקסיל אחת -COOH. לכולם יש את הנוסחה הכללית СnH2n+1COOH, כאשר n = 0, 1, 2, ...

מִנוּחַ.השמות השיטתיים של חומצות קרבוקסיליות רוויות חד-בסיסיות ניתנים בשם האלקן המקביל בתוספת הסיומת -ovaya והמילה חומצה.

האיזומריזם של השלד ברדיקל הפחמימני מתבטא, החל בחומצה בוטנאית, בעלת שני איזומרים:

CH3-CH2-CH2-COOH חומצה n-בוטנואית; CH3-CH(CH3)-COOH 2-methylpropanoic acid.

איזומריזם בין-מעמדי מתבטא, החל בחומצה אצטית:

חומצה אצטית CH3-COOH; H-COO-CH3 מתיל פורמט (מתיל אסטר של חומצה פורמית); HO-CH2-COH הידרוקסיאתנל (אלדהיד הידרוקסיאצטי); HO-CHO-CH2 הידרוקסיאתילן תחמוצת.

19. אסטרים- תרכובות אורגניות, נגזרות של חומצות קרבוקסיליות או מינרליות, שבהן קבוצת ההידרוקסיל -OH של פונקציית החומצה מוחלפת בשארית אלכוהול. הם שונים מאתרים, שבהם שני רדיקלים פחמימנים מחוברים על ידי אטום חמצן (R1-O-R2).

שומנים או טריגליצרידים- תרכובות אורגניות טבעיות, אסטרים מלאים של גליצרול וחומצות שומן חד-בסיסיות; שייכים לקבוצת השומנים. יחד עם פחמימות וחלבונים, שומנים הם אחד המרכיבים העיקריים של תאים של בעלי חיים, צמחים ומיקרואורגניזמים. שומנים צמחיים נוזליים מכונים בדרך כלל שמנים, בדיוק כמו חמאה.

חומצות קרבוקסיליות- מחלקה של תרכובות אורגניות שהמולקולות שלהן מכילות אחת או יותר קבוצת קרבוקסיל פונקציונלית -COOH. התכונות החומציות מוסברות בכך שקבוצה זו יכולה בקלות יחסית להתפצל פרוטון. למעט חריגים נדירים, חומצות קרבוקסיליות חלשות. לדוגמה, לחומצה אצטית CH3COOH יש קבוע חומציות של 1.75 10-5. חומצות די-וטרי-קרבוקסיליות חזקות יותר מחומצות חד-קרבוקסיליות.

שומן הוא מבודד חום טוב, ולכן בבעלי חיים רבים בעלי דם חם הוא מושקע ברקמת השומן התת עורית, ומפחית את איבוד החום. שכבת שומן תת עורית עבה במיוחד אופיינית ליונקים מימיים (לווייתנים, סוסי ים וכו'). יחד עם זאת, בבעלי חיים החיים באקלים חם (גמלים, ג'רבואה), מאגרי שומן מופקדים על

פונקציה מבנית

פוספוליפידים מהווים את הבסיס של הדו-שכבה של קרומי התא, כולסטרול - מווסתים של נזילות הממברנה. ממברנות ארכאיות מכילות נגזרות של פחמימנים איזופרנואידים. שעווה יוצרות לציפורן על פני השטח של איברים מעל הקרקע (עלים ויורה צעירים) של צמחים. הם מיוצרים גם על ידי חרקים רבים (למשל, דבורים בונות מהם חלות דבש, ותולעים וחרקי אבנית יוצרים כיסויי הגנה).

רגולטורים

ויטמינים - שומנים (A, D, E)

הורמונליים (סטרואידים, איקוסנואידים, פרוסטגלנדינים וכו')

קופקטורים (דוליכול)

מולקולות איתות (דיגליצרידים, חומצה יסמונית; מפל MP3)

מגן (בולם זעזועים)

שכבת שומן עבה מגנה על האיברים הפנימיים של בעלי חיים רבים מפני נזק במהלך פגיעות (לדוגמה, אריות ים במשקל של עד טון יכולים לקפוץ אל חוף סלעי מסלעים בגובה 4-5 מ').

20-21-22. חומצות בלתי רוויות חד-בסיסיות- נגזרות של פחמימנים בלתי רוויים, שבהם אטום מימן אחד מוחלף בקבוצת קרבוקסיל.

מינוח, איזומריזם.בקבוצת החומצות הבלתי רוויות משתמשים לרוב בשמות אמפיריים: CH2=CH-COOH - חומצה אקרילית (פרופנואית), CH2=C(CH3)-COOH - חומצה מתאקרילית (2-מתיל-פרופנואית). איזומריזם בקבוצת החומצות המונו-בסיסיות הבלתי רוויות קשור ל:

א) איזומריזם של שלד הפחמן; ב) מיקום הקשר הכפול; ג) איזומריזם ציס-טרנס.

איך להגיע.אחד. דה-הידרו-הלוגנציה של חומצות הלוגניות:

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

2. התייבשות של חומצות הידרוקסיות: HO-CH2-CH2-COOH -> CH2=CH-COOH

תכונות גשמיות. חומצות בלתי רוויות נמוכות יותר - נוזלים מסיסים במים, בעלי ריח חריף חזק; גבוה יותר - חומרים מוצקים, בלתי מסיסים במים, חסרי ריח.

תכונות כימיותחומצות קרבוקסיליות בלתי רוויות נובעות הן מתכונות קבוצת הקרבוקסיל והן מתכונות הקשר הכפול. לחומצות בעלות קשר כפול הממוקם קרוב לקבוצת הקרבוקסיל - אלפא, חומצות בטא בלתי רוויות - יש תכונות ספציפיות. עבור חומצות אלו, הוספת הלידים של מימן והידרציה נוגדות את כלל המרקובניקוב: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH

עם חמצון זהיר נוצרות חומצות דיהידרוקסי: CH2 \u003d CH-COOH + [O] + H20 -> HO-CH2-CH (OH) -COOH

בחמצון נמרץ, נשבר הקשר הכפול ונוצר תערובת של מוצרים שונים, מהם ניתן לקבוע את מיקומו של הקשר הכפול. חומצה אולאית С17Н33СООН היא אחת מהחומצות הבלתי רוויות הגבוהות והחשובות ביותר. זהו נוזל חסר צבע שמתקשה בקור. הנוסחה המבנית שלו היא CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH.

23. חומצות קרבוקסיליות מגבילות די-בסיסיות(חומצות קרבוקסיליות דו-בסיסיות) - חומצות קרבוקסיליות שבהן רדיקל פחמימני רווי מחובר לשתי קבוצות קרבוקסיל -COOH. לכולם יש את הנוסחה הכללית HOOC(CH2)nCOOH, כאשר n = 0, 1, 2, …

מִנוּחַ. השמות השיטתיים של חומצות קרבוקסיליות רוויות דו-בסיסיות ניתנים בשם האלקן המקביל בתוספת הסיומת -דיואיקית והמילה חומצה.

האיזומריזם של השלד ברדיקל הפחמימני מתבטא, החל בחומצה בוטנדיואית, בעלת שני איזומרים:

HOOC-CH2-CH2-COOH חומצה n-בוטנדיואית (חומצה אתאן-1,2-דיקרבוקסילי);

CH3-CH(COOH)-COOH חומצה אתאן-1,1-דיקרבוקסילי.

24-25. חומצות חמצניות (חומצות הידרוקסיות-קרבוקסיליות), יש במולקולה, יחד עם קבוצת קרבוקסיל - COOH, קבוצת הידרוקסיל - OH, למשל. HOCH2COOH (חומצה גליקולית). כלול באורגניזמים של צמחים ובעלי חיים (חומצות חלביות, לימון, טרטריות וחומצות אחרות).

תפוצה בטבע

חומצות הידרוקסי נפוצות מאוד; לפיכך, חומצות טרטרית, לימון, מאלית, לקטית וחומצות אחרות הן חומצות הידרוקסיות, ושמן משקף את המקור הטבעי העיקרי שבו נמצא חומר זה.

שיטות סינתזה

תגובת Reformatsky היא שיטה לסינתזה של אסטרים של חומצות β-hydroxycarboxylic.

"חומצות פירות". חומצות הידרוקסיות רבות שימשו בקוסמטיקה כקרטוליטיות. השם, לעומת זאת, שונה מעט על ידי משווקים - עבור אטרקטיביות רבה יותר בתחום הקוסמטיקה, הם נקראים לעתים קרובות "חומצות פירות".

26-27. OXYACIDS (חומצות אלכוהול ), תרכובות בעלות תפקוד כפול, הן אלכוהול והן חומצות המכילות גם שארית מימית וגם קבוצת קרבוקסיל. בהתאם למיקום של OH ביחס ל-COOH (זה לצד זה, דרך מקומות אחד, שניים, שלושה), מבדילים חומצות a-, /?-, y-, b-hydroxy. לקבלת O. ישנן שיטות רבות, העיקרית מ-to-rykh חמצון זהיר של גליקולים: CH3.CH(OH).CH2.OH + 02 = CH3. .CH(OH).COOH; הסבון של אוקסיניטרילים CH3.CH(OH).CN —* CH3.CH(OH).COOH; החלפת הלוגן בחומצות הלוגן עבור OH: CH2C1.COOH + KOH = CH2(OH).COOH + + KC1, פעולה של HN02 על חומצות אמינו: CH2(NH2). COOH + HN02 = CH2 (OH) + N2 + + H20. באורגניזם של חיה נוצרות חומצות הידרוקסיות בדימינציה (ראה) חומצות אמינו, בחמצון שומני ל- t (ראה. גופי אצטון, מטבוליזם - חלבוני), בגליקוליזה (ראה), תסיסה (ראה) וכימיקלים אחרים. תהליכים. חומצות הידרוקסי הן נוזלים סמיכים או גבישיים. חומרים. בכימיה. הקשר של O. מגיב גם כאלכוהול וגם לגבי - אתה: נותן למשל. גם פשוט וגם אסטרים; תחת הפעולה של תרכובות הלוגן של זרחן, שני ה-OHs מוחלפים בהלוגן; חומצות הידרופליות מגיבות רק עם OH אלכוהולי. תגובות מיוחדות מאפיינות חומצות a-, /)-, y- ו-b-הידרוקסי: חומצות a-הידרוקסי, המאבדות מים משתי מולקולות, נותנות אסטרים מחזוריים, לקטידים: 2CH2 (OH). COOH = 2H20 + CH2.O.CO (גליקוליד); so.o.sn2 /Z-O., משחרר מים, יוצרים חומצות בלתי רוויות: CH2 (OH). CH2.COOH- H20 \u003d CH2:CH. .COOH; חומצות y-ו-d-הידרוקסי יוצרות אנהידרידים - לקטונים: CH3.CH(OH).CH2.CH2.COOH = = H2O + CH3.CH.CH2.CH2.CO. O. נפוצים באורגניזמים של בעלי חיים וצמחים. נציגי a-O aliphatic. הם חומצה גליקולית, CH2OH.COOH(אוקסיאצטית), חומצה לקטית; מחומצות /?-הידרוקסיות - הידרקרילית, CH2OH.CH2COOH, /9-hydroxy-butyric acid; u-o. בצורה חופשית אינם ידועים, מאז איבוד מים, הם עוברים ללקטונים. בין ה-O. הדו-בסיסי, חומצה מאלית (oxyamber-naya) חשובה; COOH.CHOH.CH2.COOH, תפוצה רחבה בצמחים; יש סיבוב שמאלה בפתרונות חלשים, סיבוב ימינה בחזקים; סינתטי ל - שאינו פעיל. חומצות טטראטומיות די-בסיסיות כוללות חומצות טרטריות (דיאוקסיסוקסיניות). משאר O. - לימון, HO.SO.CH2. .(COH)(COOH).CH2.COOH, נפוץ מאוד בעולם הצומח (בענבים, בלימונים) ונמצא בגוף החי (בחלב); בצורת ציטראט ברזל יש שימושים רפואיים. מבין ה-O. הארומטי (חומצות פנוליות), חומצה סליצילית, חומצה גאלית ונגזרותיהן חשובות ברפואה; אתר פניל ​​של חומצה סליצילית (סלול), חומצה סולפוסיצילית, C6H3. OH.S03H.COOH (ריאגנט חלבון), חומצה אצטילסליצילית (אספירין). בצמחים קיימים O. שונים רבים מהסדרה הארומטית, שנגזרותיהם כוללות בין היתר טאנינים, בעלי חשיבות טכנית רבה. לגבי ביול. ערך של O. נפרד ועל שיטות להגדרתם הכמותית - ראה. גופי אצטון, Bro-Glycolysis, Deamination, דם, חומצה לקטית, שתן, שרירים, Beta(^)-hydroxybutyric acid.

28-29. במולקולת האמוניה להחליף ברציפות את אטומי המימן ברדיקלים פחמימניים, אז יתקבלו תרכובות השייכות למחלקת האמינים. בהתאם, אמינים הם ראשוניים (RNH2), משניים (R2NH), שלישוניים (R3N). קבוצת -NH2 נקראת קבוצת אמינו.

ישנם אמינים אליפטים, ארומטיים, אליציקליים והטרוציקליים תלוי אילו רדיקלים מחוברים לאטום החנקן.

בניית השמות של אמינים מתבצעת על ידי הוספת הקידומת amino- לשם הפחמימן המקביל (אמינים ראשוניים) או הסיום -amine לשמות הרשומים של רדיקלים הקשורים לאטום החנקן (עבור כל אמינים).

דרכים להשיג.1. תגובת הופמן.אחת השיטות הראשונות להשגת אמינים ראשוניים הייתה אלקילציה של אמוניה עם אלקיל הלידים. . 2. תגובת זינין- דרך נוחה להשיג אמינים ארומטיים בהפחתת תרכובות ניטרו ארומטיות. החומרים הבאים משמשים כחומרים מפחיתים: H2 (על זרז). לפעמים מימן נוצר ישירות ברגע התגובה, שעבורה מתכות (אבץ, ברזל) מטופלות בחומצה מדוללת.

תכונות פיזיקליות של אמינים.הנוכחות של זוג אלקטרונים לא משותף באטום החנקן גורמת לנקודות רתיחה גבוהות יותר מהאלקנים המקבילים. לאמינים יש ריח חריף לא נעים. בטמפרטורת החדר ובלחץ אטמוספרי, הנציגים הראשונים של מספר אמינים ראשוניים הם גזים שמתמוססים היטב במים. ככל שרדיקל הפחמן עולה, נקודת הרתיחה עולה והמסיסות במים יורדת.

תכונות כימיות של אמינים. תכונות בסיסיות של אמינים

אמינים הם בסיסים, שכן אטום החנקן יכול לספק זוג אלקטרונים ליצירת קשר עם מינים חסרי אלקטרונים לפי מנגנון התורם-המקבל (המתאים להגדרה של בסיסיות לואיס). לכן, אמינים, כמו אמוניה, מסוגלים ליצור אינטראקציה עם חומצות ומים, תוך הוספת פרוטון ליצירת מלחי האמוניום המתאימים.

מלחי אמוניום מסיסים מאוד במים, אך אינם מסיסים בממיסים אורגניים. תמיסות מימיות של אמינים הן אלקליות.

התכונות הבסיסיות של אמינים תלויות באופי התחליפים. בפרט, אמינים ארומטיים הם בסיסים חלשים יותר מאליפטים, מכיוון צמד האלקטרונים החופשיים של חנקן נכנס לצימוד עם מערכת  של הגרעין הארומטי, מה שמפחית את צפיפות האלקטרונים על אטום החנקן (-M-effect). להיפך, קבוצת האלקיל היא תורמת צפיפות אלקטרונים טובה (+I-effect).

חמצון של אמינים. הבעירה של אמינים מלווה ביצירת פחמן דו חמצני, חנקן ומים: 4CH3NH2 + 9O2 \u003d 4CO2 + 2N2 + 10H2O

אמינים ארומטיים מתחמצנים באופן ספונטני באוויר. לפיכך, אנילין הופך במהירות לחום באוויר עקב חמצון.

תוספת של אלקיל הלידים אמינים מוסיפים הלואלקנים ליצירת מלח

אינטראקציה של אמינים עם חומצה חנקתית ישנה חשיבות רבה לתגובה של דיאזוטיזציה של אמינים ארומטיים ראשוניים תחת פעולת חומצה חנקתית, המתקבלת במקום על ידי תגובה של נתרן ניטריט עם חומצה הידרוכלורית.

אמינים אליפטים ראשוניים, כאשר הם מגיבים עם חומצה חנקתית, יוצרים אלכוהול, ואמינים אליפטים וארומטיים משניים נותנים נגזרות של N-nitroso: R-NH2 + NaNO2 + HCl \u003d R-OH + N2 + NaCl + H2O; NH+NaNO2+HCl=R2N-N=O+NaCl+H2O

באמינים ארומטיים, קבוצת האמינו מקלה על החלפה בעמדות האורטו והפארה של טבעת הבנזן. לכן, הלוגנציה של אנילין מתרחשת במהירות אפילו בהיעדר זרזים, ושלושה אטומי מימן בטבעת הבנזן מוחלפים בבת אחת, ומשקע לבן של 2,4,6-טריברומנילין נופל:

תגובה זו עם מי ברום משמשת כתגובה איכותית לאנילין.

יישום

אמינים משמשים בתעשיית התרופות ובסינתזה אורגנית (CH3NH2, (CH3)2NH, (C2H5)2NH וכו'); בייצור ניילון (NH2-(CH2)6-NH2 - hexamethylenediamine); כחומר גלם לייצור צבעים ופלסטיק (אנילין).

30. חומצות אמינו (חומצות אמינו קרבוקסיליות)- תרכובות אורגניות, שהמולקולה שלהן מכילה בו זמנית קבוצות קרבוקסיל ואמינים. חומצות אמינו יכולות להיחשב כנגזרות של חומצות קרבוקסיליות שבהן אטום מימן אחד או יותר מוחלפים בקבוצות אמינים.

תכונות כימיות כלליות. 1. חומצות אמינו יכולות להפגין הן תכונות חומציות עקב נוכחות של קבוצת קרבוקסיל -COOH במולקולות שלהן, והן תכונות בסיסיות עקב קבוצת האמינו -NH2. בשל כך, לתמיסות של חומצות אמינו במים יש תכונות של תמיסות חיץ.

צווטריון הוא מולקולת חומצות אמינו שבה קבוצת האמינו מיוצגת כ-NH3+, וקבוצת הקרבוקסית מיוצגת כ-COO-. למולקולה כזו יש מומנט דיפול משמעותי באפס מטען נטו. ממולקולות כאלה בנויים הגבישים של רוב חומצות האמינו.

לחומצות אמינו מסוימות יש מספר קבוצות אמינו וקבוצות קרבוקסיל. עבור חומצות אמינו אלו, קשה לדבר על איזשהו דוטריון מסוים.

2. תכונה חשובה של חומצות אמינו היא יכולתן להתעבות רב, מה שמוביל ליצירת פוליאמידים, כולל פפטידים, חלבונים וניילון-66.

3. הנקודה האיזואלקטרית של חומצת אמינו היא ערך ה-pH שבו לשיעור המרבי של מולקולות חומצות אמינו יש מטען אפס. ב-pH זה, חומצת האמינו היא הכי פחות ניידת בשדה חשמלי, וניתן להשתמש בתכונה זו כדי להפריד בין חומצות אמינו וכן חלבונים ופפטידים.

4. חומצות אמינו יכולות בדרך כלל להיכנס לכל התגובות האופייניות לחומצות קרבוקסיליות ואמינים.

איזומריזם אופטי. כל חומצות ה-α המרכיבות את האורגניזמים החיים, מלבד גליצין, מכילות אטום פחמן א-סימטרי (תראונין ואיזולאוצין מכילים שני אטומים א-סימטריים) ובעלות פעילות אופטית. כמעט לכל חומצות ה-α המופיעות באופן טבעי יש צורת L, ורק חומצות L-אמינו נכללות בהרכב החלבונים המסונתזים על ריבוזומים.

קשה מאוד להסביר תכונה זו של חומצות אמינו "חיות", שכן בתגובות בין חומרים לא פעילים אופטית או גזעים (שכנראה, מולקולות אורגניות היו מיוצגות על פני כדור הארץ העתיק), צורות L ו-D נוצרות בכמויות שוות. אולי. הבחירה באחת הצורות (L או D) היא פשוט תוצאה של שילוב אקראי של נסיבות: למולקולות הראשונות שמהן ניתן להתחיל סינתזת מטריצה ​​הייתה צורה מסוימת, והאנזימים המתאימים "הסתגלו" אליהן.

31. חומצות אמינו הן תרכובות אמפוטריות אורגניות. הם מכילים שתי קבוצות פונקציונליות בעלות אופי הפוך במולקולה: קבוצת אמינו בעלת תכונות בסיסיות וקבוצת קרבוקסיל בעלת תכונות חומציות. חומצות אמינו מגיבות הן עם חומצות והן עם בסיסים:

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

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

כאשר חומצות אמינו מומסות במים, קבוצת הקרבוקסיל מתפצלת יון מימן, שיכול להצטרף לקבוצת האמינו. במקרה זה, נוצר מלח פנימי, שהמולקולה שלו היא יון דו-קוטבי:

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

לתמיסות מימיות של חומצות אמינו יש סביבה ניטרלית, בסיסית או חומצית, בהתאם למספר הקבוצות הפונקציונליות. אז, חומצה גלוטמית יוצרת תמיסה חומצית (שתי קבוצות -COOH, אחת -NH2), ליזין - אלקליין (קבוצה אחת -COOH, שתיים -NH2).

כמו אמינים ראשוניים, חומצות אמינו מגיבות עם חומצה חנקתית, כאשר קבוצת האמינו הופכת לקבוצת הידרוקסו, וחומצת האמינו לחומצה הידרוקסית: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2+ H2O

מדידת נפח החנקן המשוחרר מאפשרת לקבוע את כמות חומצות האמינו (שיטת ואן סליק).

חומצות אמינו יכולות להגיב עם אלכוהול בנוכחות מימן כלורי גזי, ולהפוך לאסטר (ליתר דיוק, למלח ההידרוכלורידי של האסטר): H2N-CH(R)-COOH + R"OH H2N-CH(R)- COOR" + H2O.

לאסטרים של חומצות אמינו אין מבנה דו קוטבי והם תרכובות נדיפות. התכונה החשובה ביותר של חומצות אמינו היא יכולתן להתעבות ליצירת פפטידים.

32. קבוצת קרבוקסילמשלב שתי קבוצות פונקציונליות - קרבוניל =CO והידרוקסיל -OH, המשפיעות הדדית זו על זו.

התכונות החומציות של חומצות קרבוקסיליות נובעות מהמעבר של צפיפות האלקטרונים לחמצן קרבונילי והקיטוב הנוסף (בהשוואה לאלכוהול) של הקשר O-H.

בתמיסה מימית, חומצות קרבוקסיליות מתפרקות ליונים: R-COOH = R-COO- + H+

מסיסות במים ונקודות רתיחה גבוהות של חומצות נובעות מהיווצרות של קשרי מימן בין מולקולריים.

קבוצת אמינו - קבוצה חד ערכית -NH2, שארית אמוניה (NH3).קבוצת האמינו מצויה בתרכובות אורגניות רבות - אמינים, חומצות אמינו, אלכוהולי אמינו ועוד. לתרכובות המכילות את קבוצת -NH2, ככלל, יש אופי בסיסי בשל הימצאות זוג אלקטרונים לא משותף על אטום החנקן.

בתגובות של החלפה אלקטרופילית בתרכובות ארומטיות, קבוצת האמינו היא האוריינטנט מהסוג הראשון, כלומר. מפעיל את עמדות האורטו והפארה בטבעת הבנזן.

33. Polycondensation- תהליך סינתזה של פולימרים מתרכובות רב-פונקציונליות (לרוב דו-פונקציונליות), מלווה בדרך כלל בשחרור של תוצרי לוואי במשקל מולקולרי נמוך (מים, אלכוהול וכו') במהלך האינטראקציה של קבוצות פונקציונליות.

המשקל המולקולרי של הפולימר הנוצר בתהליך הפולי עיבוי תלוי ביחס המרכיבים הראשוניים, תנאי התגובה.

תגובות פוליקודנסציה יכולות לכלול גם מונומר אחד עם שתי קבוצות פונקציונליות שונות: למשל, סינתזה של פולי-ε-קפרואמיד (ניילון-6, קפרון) מחומצה ε-אמינוקפרואית, או שני מונומרים הנושאים קבוצות פונקציונליות שונות, למשל, הסינתזה של ניילון- 66 polycondensation של חומצה אדיפית והקסמתילנדיאמין; במקרה זה נוצרים פולימרים בעלי מבנה ליניארי (פולי עיבוי ליניארי, ראה איור 1). אם המונומר (או המונומרים) נושאים יותר משתי קבוצות פונקציונליות, נוצרים פולימרים צולבים בעלי מבנה רשת תלת מימדי (פוליקונדנסציה תלת מימדית). על מנת להשיג פולימרים כאלה, לרוב מוסיפים לתערובת של מונומרים רכיבים פולי-פונקציונליים "מצלבים".

ראוי לציין במיוחד את התגובות של סינתזה של פולימרים ממונומרים מחזוריים על ידי מנגנון פתיחת הטבעת - תוספת, למשל, סינתזה של ניילון-6 מקפרולקטם (אמיד מחזורי של חומצה ε-aminocaproic); למרות העובדה שלא מתרחש בידוד של שבר במשקל מולקולרי נמוך, תגובות כאלה מכונות לעתים קרובות יותר כפולי עיבוי.

קשר פפטיד- סוג של קשר אמיד המתרחש במהלך יצירת חלבונים ופפטידים כתוצאה מאינטראקציה של קבוצת ה-α-amino (-NH2) של חומצת אמינו אחת עם קבוצת α-carboxyl (-COOH) של חומצת אמינו אחרת.

לאיד ה-C-N בקשר הפפטיד יש אופי כפול באופן חלקי, המתבטא, במיוחד, בירידה באורכו ל-1.32 אנגסטרם. זה יוצר את המאפיינים הבאים:

4 אטומי קשר (C, N, O ו-H) ו-2 α-פחמנים נמצאים באותו מישור. קבוצות R של חומצות אמינו ומימנים ב-α-פחמנים נמצאות מחוץ למישור זה.

H ו-O בקשר הפפטיד, כמו גם פחמני ה-α של שתי חומצות אמינו, הם טרנסאוריינטציה (הטרנס-איזומר יציב יותר). במקרה של חומצות אמינו L, המופיעות בכל החלבונים והפפטידים הטבעיים, גם קבוצות ה-R הן טרנסoriented.

סיבוב סביב הקשר C-N הוא בלתי אפשרי, סיבוב סביב הקשר C-C אפשרי.

פפטידים (מיוונית πεπτος - מזינים) - משפחה של חומרים שהמולקולות שלהם בנויות משאריות חומצות אמינו α המחוברות בשרשרת בקשרי פפטיד (אמיד) -C (O) NH -.

34. חלבונים (חלבונים, פוליפפטידים) - חומרים אורגניים בעלי מולקולריות גבוהה, המורכבים מחומצות אמינו המחוברות בשרשרת בקשר פפטיד. באורגניזמים חיים, הרכב חומצות האמינו של חלבונים נקבע על ידי הקוד הגנטי; ברוב המקרים, 20 חומצות אמינו סטנדרטיות משמשות בסינתזה. רבים מהשילובים שלהם נותנים מגוון רחב של תכונות של מולקולות חלבון. בנוסף, חומצות אמינו בהרכב של חלבון עוברות פעמים רבות שינויים פוסט-תרגום, שיכולים להתרחש הן לפני שהחלבון מתחיל לבצע את תפקידו והן במהלך "עבודתו" בתא. לעתים קרובות באורגניזמים חיים, מספר מולקולות חלבון יוצרות קומפלקסים מורכבים, למשל קומפלקס פוטוסינתטי.

על מנת להבין את האריזה המורכבת (ארכיטקטונית) של מקרומולקולת חלבון, יש לשקול כמה רמות הארגון. המבנה הראשוני והפשוט ביותר הוא שרשרת פוליפפטידית, כלומר, מחרוזת של חומצות אמינו המקושרות בקשרי פפטיד. במבנה הראשוני, כל הקשרים בין חומצות אמינו הם קוולנטיים ולכן חזקים. רמת הארגון הבאה, הגבוהה יותר, היא המבנה המשני, כאשר חוט החלבון מעוות בצורה של ספירלה. קשרי מימן נוצרים בין קבוצות -COOH הממוקמות בסיבוב אחד של הסליל לבין קבוצות -NH2 בסיבוב השני. הם נוצרים על בסיס מימן, הממוקמים לרוב בין שני אטומים שליליים. קשרי מימן חלשים יותר מקשרים קוולנטיים, אך עם מספר רב מהם הם מספקים היווצרות של מבנה חזק מספיק. החוט של חומצות אמינו (פוליפפטיד) מתפתל עוד יותר, ויוצר כדור, או סיב או כדור, ספציפי לכל חלבון. לפיכך, נוצרת תצורה מורכבת, הנקראת המבנה השלישוני. קביעתו מתבצעת בדרך כלל בשיטה של ​​ניתוח דיפרקציית רנטגן, המאפשרת לקבוע את המיקום במרחב של אטומים וקבוצות אטומים בגבישים ובתרכובות מורכבות.

גם הקשרים התומכים במבנה השלישוני של החלבון חלשים. הם נוצרים, במיוחד, עקב אינטראקציות הידרופוביות. אלו הם כוחות משיכה בין מולקולות לא קוטביות או בין אזורים לא קוטביים של מולקולות בתווך מימי. השאריות ההידרופוביות של כמה חומצות אמינו בתמיסה מימית מתחברים, "נדבקים" ובכך מייצבים את מבנה החלבון. בנוסף לכוחות הידרופוביים, קשרים אלקטרוסטטיים בין רדיקלים אלקטרו-שליליים ואלקטרו-חיוביים של שאריות חומצות אמינו ממלאים תפקיד משמעותי בשמירה על המבנה השלישוני של חלבון. המבנה השלישוני נתמך גם על ידי מספר קטן של קשרי דיסולפיד -S-S קוולנטיים הנוצרים בין אטומי הגופרית של חומצות אמינו המכילות גופרית. אני חייב לומר שהשלישון; מבנה החלבון אינו סופי. מקרומולקולות של אותו חלבון או מולקולות של חלבונים אחרים מתבררות לעתים קרובות כקשורות למקרומולקולת חלבון. לדוגמה, מולקולה מורכבת של המוגלובין, חלבון המצוי בכדוריות דם אדומות, מורכבת מארבע מקרומולקולות גלובין: שתי שרשראות אלפא ושתי שרשראות בטא, שכל אחת מהן מחוברת להם המכיל ברזל. כתוצאה מהשילוב ביניהם, נוצרת מולקולת המוגלובין מתפקדת. רק באריזה כזו המוגלובין עובד במלואו, כלומר הוא מסוגל לשאת חמצן. עקב השילוב של מספר מולקולות חלבון ביניהן, נוצר מבנה רבעוני. אם שרשראות הפפטידים מוערמות בצורה של סליל, אז חלבונים כאלה נקראים כדוריים. אם שרשראות הפוליפפטיד מסודרות בצרורות של חוטים, הן נקראות חלבונים פיברילרים. החל מהמבנה המשני, הסידור המרחבי (קונפורמציה) של מקרומולקולות חלבון, כפי שגילינו, נתמך בעיקר בקשרים כימיים חלשים. בהשפעת גורמים חיצוניים (שינויים בטמפרטורה, הרכב מלח של התווך, pH, בהשפעת קרינה וגורמים נוספים), משתנים קשרים חלשים המייצבים את הפסקת המקרומולקולה, ומבנה החלבון, ומכאן גם תכונותיו. תהליך זה נקרא דנטורציה. שבירה של חלק מהקשרים החלשים, שינויים במבנה ותכונות החלבון מתרחשים גם בהשפעת גורמים פיזיולוגיים (לדוגמה, תחת פעולת הורמונים). לפיכך, תכונות החלבונים מוסדרות: אנזימים, קולטנים, טרנספורטרים. שינויים אלו במבנה החלבון הם בדרך כלל הפיכים בקלות. שבירה של מספר רב של קשרים חלשים מובילה לדנטורציה של חלבון, שעלולה להיות בלתי הפיכה (למשל, קרישה של חלבון ביצה בעת הרתחת ביצים). לפעמים דנטורציה של חלבון גם הגיונית ביולוגית. לדוגמה, עכביש מקצה טיפת סוד ומדביק אותה לסוג של תמיכה. ואז, ממשיך להפריש את הסוד, הוא מושך מעט את החוט, ומספיק המתח החלש הזה כדי שהחלבון יהפוך מצורה מסיס לבלתי מסיס, והחוט מקבל כוח.

35-36. חד סוכרים(מהמונוס היווני: היחיד, סכר: סוכר), - תרכובות אורגניות, אחת מקבוצות הפחמימות העיקריות; הצורה הפשוטה ביותר של סוכר; הם בדרך כלל חסרי צבע, מסיסים במים, מוצקים שקופים. לחלק מהחד-סוכרים יש טעם מתוק. חד-סוכרים, אבני הבניין שמהן מסונתזים דו-סוכרים (כגון סוכרוז) ופולי-סוכרים (כגון תאית ועמילן), מכילים קבוצות הידרוקסיל ואלדהיד (אלדוזים) או קבוצת קטו (קטוזים). כל אטום פחמן שאליו מחוברת קבוצת הידרוקסיל (למעט הראשונה והאחרונה) הוא כירלי, מה שיוצר צורות איזומריות רבות. לדוגמה, גלקטוז וגלוקוז הם אלדוהקסוזים אך בעלי תכונות כימיות ופיזיקליות שונות. חד סוכרים, כמו כל הפחמימות, מכילים רק 3 יסודות (C, O, H).

החד סוכרים מתחלקיםלטריוזות, טטרוזות, פנטוזות, הקסוזות וכו' (3, 4, 5, 6 וכו' אטומי פחמן בשרשרת); לא נמצאו חד-סוכרים טבעיים עם שרשרת פחמן המכילה יותר מ-9 אטומי פחמן. חד סוכרים המכילים מחזור 5 איברים נקראים furanoses, 6 איברים - פירנוזים.

איזומריזם.עבור חד סוכרים המכילים n אטומי פחמן אסימטריים, קיומם של 2n סטריאואיזומרים אפשרי (ראה איזומריזם).

38. תכונות כימיות.חד סוכרים נכנסים לתגובות כימיות האופייניות לקבוצות קרבוניל והידרוקסיל. מאפיין אופייני של חד-סוכרים הוא היכולת להתקיים בצורות פתוחות (א-ציקליות) ומחזוריות ולתת נגזרות של כל אחת מהצורות. רוב המונוזים מסתובבים במחזוריות בתמיסה מימית ליצירת hemiacetals או hemiketals (תלוי אם הם אלדוסים או קטוזים) בין אלכוהול לקבוצת קרבוניל של אותו סוכר. גלוקוז, למשל, יוצר בקלות חמיאצטלים על ידי קישור C1 ו-O5 שלו ליצירת טבעת בעלת 6 איברים הנקראת פיראנוסיד. אותה תגובה יכולה להתרחש בין C1 ל-O4 ליצירת furanoside בעל 5 איברים.

חד-סוכרים בטבע.חד סוכרים הם חלק מפחמימות מורכבות (גליקוזידים, אוליגוסכרידים, פוליסכרידים) וביופולימרים מעורבים המכילים פחמימות (גליקופרוטאינים, גליקוליפידים וכו'). במקרה זה, חד-סוכרים מקושרים זה לזה ולחלק הלא-פחמימתי של המולקולה על ידי קשרים גליקוזידיים. עם הידרוליזה על ידי חומצות או אנזימים, ניתן לשבור קשרים אלו כדי לשחרר חד סוכרים. בטבע, חד-סוכרים חופשיים, למעט D-גלוקוז ו-D-פרוקטוז, הם נדירים. הביוסינתזה של חד סוכרים מפחמן דו חמצני ומים מתרחשת בצמחים (ראה פוטוסינתזה); בהשתתפות נגזרות משופעלות של חד-סוכרים - סוכרי נוקלאוזיד דיפוספט - יש, ככלל, ביוסינתזה של פחמימות מורכבות. פירוק החד-סוכרים בגוף (לדוגמה, תסיסה אלכוהולית, גליקוליזה) מלווה בשחרור אנרגיה.

יישום.חלק מהחד-סוכרים החופשיים ונגזרותיהם (לדוגמה, גלוקוז, פרוקטוז ודי-פוספט שלו וכו') משמשים בתעשיית המזון וברפואה.

37. גלוקוז (C6H12O6)("סוכר ענבים", דקסטרוז) נמצא במיץ של פירות ופירות יער רבים, כולל ענבים, ומכאן שמו של סוג זה של סוכר. זהו סוכר בעל שישה אטומים (הקסוז).

תכונות גשמיות. חומר גבישי לבן בעל טעם מתוק, מסיס מאוד במים, לא מסיס באתר, מסיס בצורה גרועה באלכוהול.

מבנה המולקולה

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

גלוקוז יכול להתקיים במחזוריות (גלוקוז α ו-β).

גלוקוז α ו-β

המעבר של גלוקוז מהשלכת פישר להקרנת Haworth.גלוקוז הוא התוצר הסופי של הידרוליזה של רוב הדו-סוכרים והפוליסכרידים.

תפקיד ביולוגי.גלוקוז הוא התוצר העיקרי של הפוטוסינתזה והוא נוצר במחזור קלווין.

בבני אדם ובבעלי חיים, גלוקוז הוא מקור האנרגיה העיקרי והרב-תכליתי לתהליכים מטבוליים. לכל התאים בגוף החי יש את היכולת לספוג גלוקוז. יחד עם זאת, היכולת להשתמש במקורות אנרגיה אחרים - למשל, חומצות שומן חופשיות וגליצרול, פרוקטוז או חומצה לקטית - אינה מצויה בכל תאי הגוף, אלא רק בחלק מסוגיהם.

הובלת הגלוקוז מהסביבה החיצונית לתא החי מתבצעת על ידי העברה טרנסממברנית פעילה בעזרת מולקולת חלבון מיוחדת - נשא ההקסוז (טרנספורטר).

גלוקוז בתאים יכול לעבור גליקוליזה כדי לספק אנרגיה בצורה של ATP. האנזים הראשון בשרשרת הגליקוליזה הוא הקסוקינאז. פעילות ההקסוקינאז התא נמצאת בהשפעה מווסתת של הורמונים - למשל, אינסולין מגביר בחדות את פעילות ההקסוקינאז, וכתוצאה מכך, ניצול הגלוקוז על ידי התאים, וגלוקוקורטיקואידים מפחיתים את פעילות ההקסוקינאז.

מקורות אנרגיה רבים מלבד גלוקוז ניתנים להמרה ישירה לגלוקוז בכבד, כגון חומצת חלב, חומצות שומן חופשיות רבות וגליצרול, או חומצות אמינו חופשיות, במיוחד הפשוטות יותר כגון אלנין. תהליך היווצרות גלוקוז בכבד מתרכובות אחרות נקרא גלוקונאוגנזה.

אותם מקורות אנרגיה שאין לגביהם המרה ביוכימית ישירה לגלוקוז יכולים לשמש את תאי הכבד לייצור ATP ובהמשך לספק אנרגיה לתהליכים של גלוקונאוגנזה, סינתזה מחדש של גלוקוז מחומצת חלב או אספקת אנרגיה לתהליך הסינתזה של מאגרי גליקוגן פוליסכרידים. ממונומרים של גלוקוז. גלוקוז מופק שוב בקלות מגליקוגן על ידי פירוק פשוט.

בשל החשיבות יוצאת הדופן של שמירה על רמה יציבה של גלוקוז בדם, לבני אדם ולבעלי חיים רבים אחרים יש מערכת מורכבת של ויסות הורמונלי של פרמטרים של חילוף החומרים של פחמימות. כאשר 1 גרם של גלוקוז מתחמצן לפחמן דו חמצני ומים, משתחררים 17.6 קילו ג'יי של אנרגיה. ה"אנרגיה הפוטנציאלית" המקסימלית המאוחסנת במולקולת הגלוקוז בצורת מצב חמצון -4 אטומי פחמן (C-4) יכולה לרדת במהלך תהליכים מטבוליים ל-C+4 (במולקולת CO2). שחזורו לרמה הקודמת יכול להתבצע על ידי אוטוטרופים.

פרוקטוז או סוכר פירות C6H12O6- חד סוכר, הקיים בצורה חופשית כמעט בכל פירות היער והפירות המתוקים. אנשים רבים מעדיפים להחליף סוכר לא בתרופות סינתטיות, אלא בפרוקטוז טבעי.

בניגוד לגלוקוז, המשמש כמקור אוניברסלי לאנרגיה, פרוקטוז אינו נספג ברקמות התלויות באינסולין. זה נספג כמעט לחלוטין ועובר חילוף חומרים על ידי תאי כבד. כמעט אף תאים אחרים בגוף האדם (למעט זרעונים) לא יכולים להשתמש בפרוקטוז. בתאי כבד, פרוקטוז מזרחן ואז מתפרק לטריוזות, המשמשות לסינתזה של חומצות שומן, שעלולות להוביל להשמנה, כמו גם רמות גבוהות של טריגליצרידים (אשר בתורן מגבירה את הסיכון לטרשת עורקים), או משמשות לגליקוגן. סינתזה (גם הומר בחלקו לגלוקוז במהלך הגלוקוניאוגנזה). עם זאת, הפיכת פרוקטוז לגלוקוז היא תהליך מורכב רב-שלבי, ויכולת הכבד לעבד פרוקטוז מוגבלת. השאלה האם לכלול פרוקטוז בתזונה של חולי סוכרת, שכן אינסולין אינו נדרש לספיגתו, נחקרה באינטנסיביות בשנים האחרונות.

למרות שפרוקטוז לא (או רק במעט) מעלה את רמות הגלוקוז בדם אצל אדם בריא, פרוקטוז מוביל לרוב לעלייה ברמות הגלוקוז אצל חולי סוכרת. מצד שני, בגלל המחסור בגלוקוז בתאים, חולי סוכרת יכולים לשרוף שומן בגופם, מה שמוביל לדלדול מאגרי השומן. במקרה זה, ניתן להשתמש בפרוקטוז, אשר הופך בקלות לשומן ואינו דורש אינסולין, לשחזורם. היתרון של פרוקטוז הוא שניתן להקנות טעם מתוק למנה עם כמויות קטנות יחסית של פרוקטוז, שכן עם תכולת קלוריות זהה לסוכר (380 קק"ל / 100 גרם), הוא מתוק פי 1.2-1.8. עם זאת, מחקרים מראים שצרכני פרוקטוז אינם מפחיתים את תכולת הקלוריות של הארוחות, אלא אוכלים ארוחות מתוקות יותר.

39. אוליגוסכרידים- אלו אוליגומרים, המורכבים מכמה (לא יותר מ-20) מונומרים - חד-סוכרים, בניגוד לפולי-סוכרים, המורכבים מעשרות, מאות או אלפי חד-סוכרים; - תרכובות הבנויות ממספר שיירי חד-סוכר (מ-2 עד 10) המקושרות בקשר גליקוזידי.

מקרה מיוחד חשוב ונרחב מאוד של אוליגוסוכרים הם דו-סוכרים - דימרים המורכבים משתי מולקולות של חד-סוכרים.

אפשר לדבר גם על תלת, טטרה וכו'. סכרידים.

40. דו סוכרים- השם הכללי של תת מחלקה של אוליגוסכרידים, שבה המולקולה מורכבת משני מונומרים - חד סוכרים. דו-סוכרים נוצרים מתגובת עיבוי בין שני חד-סוכרים, בדרך כלל hexoses. תגובת העיבוי כוללת סילוק מים. הקשר בין חד-סוכרים הנובע מתגובת עיבוי נקרא קשר גליקוזידי, בדרך כלל, קשר זה נוצר בין אטומי הפחמן ה-1 וה-4 של יחידות חד-סוכר סמוכות (קשר גליקוזידי 1,4).

ניתן לחזור על תהליך העיבוי אינספור פעמים, וכתוצאה מכך נוצרות מולקולות פוליסכריד ענקיות. לאחר שילוב יחידות חד סוכר, הן נקראות שאריות. הדו-סוכרים הנפוצים ביותר הם לקטוז וסוכרוז.

מוטרוטציה(מ-lat. muto-change ו-rotatio - סיבוב), שינוי בגודל האופטי. סיבוב של תמיסות של תרכובות פעילות אופטית עקב האפימריזציה שלהן. זה אופייני לחד-סוכרים, הפחתת אוליגוסכרידים, לקטונים וכו'. מוטרוטציה יכולה להיות מזרזת על ידי חומצות ובסיסים. במקרה של גלוקוז, מוטרוטציה מוסברת על ידי הקמת שיווי משקל: במצב שיווי משקל, יש 38% מצורת האלפא ו-62% מצורת הבטא. ביניים צורת האלדהיד כלולה בריכוז זניח. יתרונות, היווצרות צורת b נובעת מהעובדה שהיא יציבה יותר מבחינה תרמודינמית.

תגובות "מראת הכסף" ו"מראת הנחושת" אופייניות לאלדהידים

1) התגובה של "מראה הכסף", היווצרות משקעי Ag על דפנות המבחנה

2) תגובת מראה נחושת, משקעים של משקע Cu2O אדום

40. בתורו, disaccharides, אשר מתרחשים במקרים מסוימים במהלך הידרוליזה של פוליסכרידים(מלטוז במהלך ההידרוליזה של עמילן, צלוביוז במהלך ההידרוליזה של תאית) או הקיים בגוף בצורה חופשית (לקטוז, סוכרוז, טרהלוז וכו'), עוברים הידרוליזה תחת הפעולה הקטלטית של os- ו-p-glycosidases לפרט. חד סוכרים. לכל הגליקוזידאזות, למעט טרהלאז (ot, omregalose-glucohydrazine), יש מגוון רחב של סגוליות, המאיץ את ההידרוליזה של כמעט כל גליקוזידים שהם נגזרות של a- או (3-מונוסכריד כזה או אחר. לפיכך, a-glucosidase מאיץ את תגובת ההידרוליזה של a- גלוקוזידים, כולל מלטוז, p-glucosidase - p-glucosides, כולל צ'לוביוז, B-galactosidase - B-galactosides וביניהם לקטוז וכו'. דוגמאות לפעולה של a ו-P-glucosidases ניתנו קודם לכן

41. לפי הכשל מבנה כימי של דו סוכריםלסוג טרהלוז (גליקוזידו-גליקוזידים) ולסוג המלטוז (גליקוזיד-גלוקוז) יש תכונות כימיות שונות באופן משמעותי: הראשונים אינם נותנים תגובות אופייניות לקבוצת האלדהיד או הקטון, כלומר אינם מתחמצנים, אינם מופחתים, אינם יוצרים אוזונים, האם הם לא נכנסים לתגובת פוליקואידיפיקציה (לא עושים resinify), לא עוברים מוטציה וכו'. לדיסכרידים כמו מלטוז, כל התגובות הנ"ל, להיפך, מאוד אופייניות. הסיבה להבדל זה ברורה למדי ממה שנאמר לעיל לגבי שני סוגי מבנה הדו-סוכרים ומאפיינים של שאריות החד-סוכרים הכלולים בהרכבם. היא נעוצה בעובדה שרק בדיסכרידים כגון מלטוז אפשרי טאוטומריות שרשרת טבעתית, וכתוצאה מכך נוצרת קבוצת אלדהיד או קטון חופשית, שמציגה את התכונות האופייניות לה.

עבור הידרוקסילים אלכוהוליים, שני סוגי הדו-סוכרים נותנים את אותן תגובות: הם יוצרים אתרים ואסטרים, מקיימים אינטראקציה עם הידרטים של תחמוצות מתכות.

יש מספר רב של דו סוכרים בטבע; טרהלוז ומלטוז שהוזכרו לעיל, כמו גם סוכרוז, צלוביוז ולקטוז, הם מהמשמעותיים ביותר.

42. מלטוז(מאנגלית מאלט - מאלט) - סוכר מאלט, דו סוכר טבעי המורכב משתי שאריות גלוקוז; נמצא בכמויות גדולות בדגנים מונבטים (לתת) של שעורה, שיפון ודגנים אחרים; נמצא גם בעגבניות, באבקה ובצוף של מספר צמחים. מ' מסיס בקלות במים, בעל טעם מתוק; זהו סוכר מפחית מכיוון שיש לו קבוצת הידרוקסיל ההמיאצטלי שאינה מחליפה. הביוסינתזה של M. מ-b-D-glucopyranosylphosphate ו-D-גלוקוז ידועה רק בחלק מסוגי החיידקים. באורגניזמים של בעלי חיים וצמחים, M. נוצר במהלך פירוק אנזימטי של עמילן וגליקוגן (ראה עמילאזות). הפירוק של מ' לשני שאריות גלוקוז מתרחש כתוצאה מפעולת האנזים a-glucosidase, או מלטאז, הכלול במיצי העיכול של בעלי חיים ובני אדם, בדגנים מונבטים, בעובשים ושמרים. היעדרותו הגנטית של אנזים זה ברירית המעי האנושית מובילה לאי סבילות מולדת ל-M., מחלה חמורה הדורשת הדרה של עמילן וגליקוגן מהתזונה של M. או הוספת האנזים מלטאז למזון.

כאשר מרתיחים את המלטוז עם חומצה מדוללת ותחת פעולת אנזים, המלטאז עובר הידרוליזה (נוצרות שתי מולקולות של גלוקוז C6H12O6). מלטוז נספג בקלות בגוף האדם. משקל מולקולרי - 342.32 נקודת התכה - 108 (נטול מים)

43. לקטוז(מ-lat. lactis - חלב) С12Н22О11 - פחמימה מקבוצת הדו-סוכרים, הנמצאת בחלב ובמוצרי חלב. מולקולת הלקטוז מורכבת משאריות של מולקולות גלוקוז וגלקטוז. לקטוז נקרא לפעמים סוכר חלב.

תכונות כימיות.כאשר מבושל עם חומצה מדוללת, הלקטוז עובר הידרוליזה.

לקטוז מתקבל ממי גבינת חלב.

יישום.משמש להכנת חומרי תזונה, למשל, בייצור פניצילין. משמש כחומר עזר (מילוי) בתעשיית התרופות.

מלקטוז מתקבל לקטולוז - תרופה בעלת ערך לטיפול בהפרעות מעיים, כגון עצירות.

44. סוכרוז C12H22O11, או סוכר סלק, סוכר קנים, בחיי היומיום רק סוכר - דו סוכר המורכב משני חד סוכרים - α-גלוקוז ו-β-פרוקטוז.

סוכרוז הוא דו סוכר נפוץ מאוד בטבע, הוא נמצא בפירות, פירות ופירות יער רבים. תכולת הסוכרוז גבוהה במיוחד בסלק סוכר וקני סוכר, המשמשים לייצור תעשייתי של סוכר מאכל.

לסוכרוז מסיסות גבוהה. מבחינה כימית, פרוקטוז הוא אינרטי למדי; כאשר עוברים ממקום למקום, הוא כמעט אינו מעורב בחילוף החומרים. לפעמים סוכרוז מופקד כחומר תזונה רזרבה.

סוכרוז, הנכנס למעי, עובר הידרוליזה מהירה על ידי אלפא גלוקוזידאז של המעי הדק לגלוקוז ופרוקטוז, אשר נספגים לאחר מכן בדם. מעכבי אלפא גלוקוזידאז, כגון acarbose, מעכבים את פירוק וספיגה של סוכרוז, כמו גם פחמימות אחרות שעברו הידרוליזה על ידי אלפא גלוקוזידאז, בפרט עמילן. הוא משמש לטיפול בסוכרת מסוג 2. מילים נרדפות: אלפא-D-glucopyranosyl-beta-D-fructofuranoside, סוכר סלק, סוכר קנים.

תכונות כימיות ופיזיקליות.משקל מולקולרי 342.3 am.u. נוסחה ברוטו (מערכת הגבעה): C12H22O11. הטעם מתקתק. מסיסות (גרם ל-100 גרם): במים 179 (0°C) ו-487 (100°C), באתנול 0.9 (20°C). מסיס מעט במתנול. בלתי מסיס בדיאתיל אתר. צפיפות 1.5879 גרם/סמ"ק (15°C). סיבוב ספציפי עבור קו נתרן D: 66.53 (מים; 35 גרם/100 גרם; 20 מעלות צלזיוס). כאשר מקורר באוויר נוזלי, לאחר הארה באור בהיר, גבישי סוכרוז מתזרננים. אינו מראה תכונות מפחיתות - אינו מגיב עם הריאגנט של טולנס והריאגנט של פהלינג. נוכחותן של קבוצות הידרוקסיל במולקולת הסוכרוז מאושרת בקלות על ידי התגובה עם הידרוקסידים של מתכת. אם מוסיפים להידרוקסיד של נחושת (II) תמיסה של סוכרוז, נוצרת תמיסה כחולה בוהקת של סוכרוז נחושת. אין קבוצת אלדהיד בסוכרוז: בחימום בתמיסת אמוניה של תחמוצת כסף (I), היא אינה נותנת "מראה כסף", בחימום עם הידרוקסיד נחושת (II), היא אינה יוצרת תחמוצת נחושת (I) אדומה . בין האיזומרים של סוכרוז בעלי הנוסחה המולקולרית C12H22O11, ניתן להבחין במלטוז ולקטוז.

תגובה של סוכרוז עם מים.אם מרתיחים תמיסה של סוכרוז עם כמה טיפות של חומצה הידרוכלורית או גופרתית ומנטרלים את החומצה עם אלקלי, ואז מחממים את התמיסה, מופיעות מולקולות עם קבוצות אלדהיד, שמפחיתות את הידרוקסיד נחושת (II) לתחמוצת נחושת (I). תגובה זו מראה שסוכרוז עובר הידרוליזה תחת הפעולה הקטלטית של החומצה, וכתוצאה מכך נוצרים גלוקוז ופרוקטוז: С12Н22О11 + Н2О → С6Н12O6 + С6Н12O6

מקורות טבעיים ואנתרופוגניים.כלול בקנה סוכר, סלק סוכר (עד 28% חומר יבש), מיצי צמחים ופירות (למשל ליבנה, מייפל, מלון וגזר). מקור הסוכרוז - מסלק או מקנה - נקבע על פי היחס בין תכולת איזוטופי הפחמן היציבים 12C ו- 13C. לסלק סוכר מנגנון ספיגת פחמן דו חמצני C3 (באמצעות חומצה פוספוגליצרית) ובעדיפות לספוג את האיזוטופ 12C; לקנה סוכר יש מנגנון C4 לספיגת פחמן דו חמצני (דרך חומצה אוקסלואצטית) ובעדיפות לספוג את האיזוטופ 13C.

45. צ'לוביוזה- פחמימה מקבוצת הדו-סוכרים, המורכבת משני שאריות גלוקוז המחוברות (בקשר β-גלוקוזידי; היחידה המבנית העיקרית של תאית.

חומר גבישי לבן, מסיס מאוד במים. צלוביוז מאופיין בתגובות המערבות קבוצת אלדהיד (המצטלית) וקבוצות הידרוקסיל. במהלך הידרוליזה חומצית או תחת פעולת האנזים β-glucosidase, הצלוביוז מבוקע ליצירת 2 מולקולות גלוקוז.

צלוביוז מתקבל על ידי הידרוליזה חלקית של תאית. צלוביוז נמצא בצורה חופשית במוהל של כמה עצים.

46. ​​פוליסכרידים- השם הכללי של מחלקה של פחמימות מורכבות עתירות מולקולריות, שהמולקולות שלהן מורכבות מעשרות, מאות או אלפי מונומרים - חד סוכרים.

פוליסכרידים חיוניים לחיים של בעלי חיים וצמחים. הם אחד ממקורות האנרגיה העיקריים הנובעים מחילוף החומרים בגוף. הם לוקחים חלק בתהליכים חיסוניים, מספקים הידבקות של תאים ברקמות, ומהווים את עיקר החומר האורגני בביוספרה.

פעילות ביולוגית מגוונת של פוליסכרידים צמחיים הוקמה: אנטיביוטיקה, אנטי ויראלית, אנטי גידולית, נוגדת [מקור לא צוין 236 ימים]. פוליסכרידים צמחיים ממלאים תפקיד חשוב בהפחתת ליפמיה ואטרומטוזיס של כלי דם בשל היכולת לתת קומפלקסים עם חלבונים וליפופרוטאינים של פלזמה בדם.

פוליסכרידים כוללים, במיוחד:

דקסטרין הוא פוליסכריד, מוצר הידרוליזה של עמילן;

עמילן הוא הפוליסכריד העיקרי המופקד כמאגר אנרגיה באורגניזמים צמחיים;

גליקוגן הוא פוליסכריד המופקד כמאגר אנרגיה בתאים של אורגניזמים של בעלי חיים, אך נמצא גם בכמויות קטנות ברקמות הצמח;

תאית היא הפוליסכריד המבני העיקרי של קירות תאי הצמח;

galactomannans - פוליסכרידים אחסון של כמה צמחים ממשפחת הקטניות, כגון גוארנה ומסטיק שעועית לוקוס;

glucomannan - פוליסכריד המתקבל מפקעות קונג'אק, מורכב מיחידות מתחלפות של גלוקוז ומנוזה, סיב תזונתי מסיס המפחית את התיאבון;

עמילואיד - משמש לייצור נייר פרגמנט.

תאית (מ-lat. cellula - תא, זהה לסיבים) - [С6Н7О2 (OH) 3] n, פוליסכריד; המרכיב העיקרי של ממברנות התא של כל הצמחים הגבוהים יותר.

תאית מורכבת משאריות של מולקולות גלוקוז, הנוצרות במהלך הידרוליזה חומצית של תאית:

(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6

תאית הוא חוט ארוך המכיל 300-2500 שאריות גלוקוז, ללא ענפים צדדיים. חוטים אלו מחוברים ביניהם בקשרי מימן רבים, מה שמעניק לתאית חוזק מכני גדול יותר. ליונקים (כמו רוב בעלי החיים האחרים) אין אנזימים שיכולים לפרק תאית. עם זאת, לאוכלי עשב רבים (כגון מעלי גירה) יש חיידקים סימביונים במערכת העיכול שלהם שמתפרקים ועוזרים למארחים שלהם לספוג את הפוליסכריד הזה.

העיסה מתקבלת בשיטה התעשייתית בשיטת הבישול במפעלי עיסת המהווים חלק ממתחמים תעשייתיים (קומבינות). על פי סוג הריאגנטים המשמשים, שיטות העיסה הבאות נבדלות:

סולפיט. משקה הבישול מכיל חומצה גופרתית ומלח שלה, כגון סודיום הידרוסולפיט. שיטה זו משמשת להשגת תאית ממינים בעלי שרף נמוך: אשוח, אשוח.

בְּסִיסִי:

סודה. נעשה שימוש בתמיסת נתרן הידרוקסיד. ניתן להשתמש בשיטת הסודה כדי להשיג תאית מעצים קשים וצמחים חד-שנתיים.

סולפט. השיטה הנפוצה ביותר כיום. המגיב המשמש הוא תמיסה המכילה נתרן הידרוקסיד ונתרן גופרתי, והוא נקרא שיכר לבן. השיטה קיבלה את שמה מסודיום סולפט, ממנו מתקבל סולפיד לאלכוהול לבן במפעלי עיסת. השיטה מתאימה להשגת תאית מכל סוג של חומר צמחי. החיסרון שלו הוא שחרור של כמות גדולה של תרכובות גופרית מסריחות: מתיל מרקפטן, דימתיל גופרתי וכו' כתוצאה מתגובות לוואי.

התאית הטכנית המתקבלת לאחר הבישול מכילה טומאות שונות: ליגנין, המיצלולוזות. אם תאית מיועדת לעיבוד כימי (לדוגמה, להשגת סיבים מלאכותיים), אז היא עוברת זיקוק - טיפול בתמיסת אלקלית קרה או חמה להסרת hemicelluloses.

כדי להסיר שאריות ליגנין ולהפוך את העיסה ללבנה יותר, הוא מולבן. הלבנת כלור מסורתית כוללת שני שלבים:

טיפול בכלור - להשמדת מקרומולקולות ליגנין;

טיפול אלקלי - למיצוי התוצרים הנוצרים של הרס ליגנין.

47. עמילן- פוליסכרידים של עמילוז ועמילופקטין, שהמונומר שלהם הוא אלפא-גלוקוז. לעמילן, המסונתז על ידי צמחים שונים בפעולת האור (פוטוסינתזה), יש מספר קומפוזיציות ומבני דגן שונים.

תכונות ביולוגיות.עמילן, בהיותו אחד מתוצרי הפוטוסינתזה, מופץ באופן נרחב בטבע. עבור צמחים, זה שמורה חומרים מזיניםונמצא בעיקר בפירות, זרעים ופקעות. הדגן של צמחי הדגנים עשיר ביותר בעמילן: אורז (עד 86%), חיטה (עד 75%), תירס (עד 72%), וכן פקעות תפוחי אדמה (עד 24%).

עבור גוף האדם, עמילן, יחד עם סוכרוז, הוא הספק העיקרי של פחמימות - אחד המרכיבים החשובים ביותר במזון. תחת פעולת אנזימים, עמילן עובר הידרוליזה לגלוקוז, אשר מחומצן בתאים לפחמן דו חמצני ומים תוך שחרור אנרגיה הדרושה לתפקוד של אורגניזם חי.

ביוסינתזה.חלק מהגלוקוז שנוצר בצמחים ירוקים במהלך הפוטוסינתזה הופך לעמילן:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6(גלוקוז) → (C6H10O5)n + nH2O

באופן כללי, ניתן לכתוב זאת כ-6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n 6nO2.

עמילן כמזון רזרבה מצטבר בפקעות, פירות, זרעים של צמחים. אז, פקעות תפוחי אדמה מכילות עד 24% עמילן, גרגרי חיטה - עד 64%, אורז - 75%, תירס - 70%.

גליקוגן הוא פוליסכרידנוצר על ידי שאריות גלוקוז; הפחמימה העיקרית של בני אדם ובעלי חיים. גליקוגן (נקרא לפעמים גם עמילן בעלי חיים, למרות חוסר הדיוק של המונח) הוא צורת האחסון העיקרית של גלוקוז בתאי בעלי חיים. הוא מופקד כגרגירים בציטופלזמה בסוגי תאים רבים (בעיקר כבד ושריר). הגליקוגן יוצר מאגר אנרגיה שניתן לגייס במהירות במידת הצורך כדי לפצות על מחסור פתאומי בגלוקוז. אחסון גליקוגן, לעומת זאת, אינו עשיר בקלוריות לגרם כמו אחסון טריגליצרידים (שומן). רק גליקוגן המאוחסן בתאי כבד (הפטוציטים) יכול להפוך לגלוקוז כדי להזין את הגוף כולו, בעוד שהפטוציטים מסוגלים לאחסן עד 8 אחוז ממשקלם בצורה של גליקוגן, שהוא הריכוז הגבוה ביותר מכל סוג תאים. המסה הכוללת של גליקוגן בכבד יכולה להגיע ל-100-120 גרם במבוגרים. בשרירים, הגליקוגן מעובד לגלוקוז אך ורק לצריכה מקומית ומצטבר בריכוזים נמוכים בהרבה (לא יותר מ-1% ממסת השריר הכוללת), בעוד שמאגר השריר הכולל שלו עשוי לעלות על הרזרבה שנצברת בהפטוציטים. לֹא מספר גדול שלגליקוגן נמצא בכליות, ועוד פחות בסוגים מסוימים של תאי מוח (תאי גליה) ותאי דם לבנים.

48. כיטין (C8H13O5N) (כיטין צרפתי, מיוונית: chiton - בגדים, עור, קליפה) - תרכובת טבעית מקבוצת הפוליסכרידים המכילים חנקן. שם כימי: poly-N-acetyl-D-glucose-2-amine, פולימר של שאריות N-acetylglucosamine המקושרות בקשרים מסוג b-(1,4)-גליקוזידים. המרכיב העיקרי של השלד החיצוני (קוטיקולה) של פרוקי רגליים ושל מספר חסרי חוליות אחרים, הוא חלק מדופן התא של פטריות וחיידקים.

תפוצה בטבע.כיטין הוא אחד הפוליסכרידים הנפוצים ביותר בטבע - מדי שנה נוצרים ומתפרקים כ-10 ג'יגהטון של כיטין באורגניזמים חיים על פני כדור הארץ.

הוא מבצע פונקציות הגנה ותומכות, מספק קשיחות תאים - הוא כלול בדפנות התא של פטריות.

המרכיב העיקרי של השלד החיצוני של פרוקי הרגליים.

כמו כן, כיטין נוצר באורגניזמים של בעלי חיים רבים אחרים - מגוון של תולעים, coelenterates וכו '.

בכל האורגניזמים המייצרים ומשתמשים בכיטין, הוא אינו בצורתו הטהורה, אלא בקומפלקס עם פוליסכרידים אחרים, ולעתים קרובות מאוד קשור לחלבונים. למרות העובדה שהכיטין הוא חומר הדומה מאוד במבנה, בתכונות הפיזיקוכימיות ובתפקיד הביולוגי לתאית, כיטין לא נמצא באורגניזמים יוצרים תאית (צמחים, כמה חיידקים).

כימיה של כיטין.בצורתם הטבעית, כיטינים של אורגניזמים שונים שונים במקצת זה מזה בהרכב ובתכונות. המשקל המולקולרי של הכיטין מגיע ל-260,000.

כיטין אינו מסיס במים, עמיד בפני חומצות מדוללות, אלקליות, אלכוהול וממיסים אורגניים אחרים. מסיס בתמיסות מרוכזות של מלחים מסוימים (אבץ כלורי, ליתיום תיאוציאנט, מלחי סידן).

כאשר מחומם עם תמיסות מרוכזות של חומצות מינרליות, זה נהרס (הידרוליזה), פיצול קבוצות אצטיל.

שימוש מעשי.אחת הנגזרות של הכיטין המתקבלות ממנו מבחינה תעשייתית היא הכיטוסן. חומרי הגלם לייצורו הם קונכיות של סרטנים (קריל, סרטן מלך), וכן מוצרים של סינתזה מיקרוביולוגית.

49. פחמימנים ארומטיים, תרכובות אורגניות המורכבות מפחמן ומימן ומכילות גרעיני בנזן. הנציגים הפשוטים והחשובים ביותר של א' ב. - בנזן (I) וההומולוגיות שלו: מתיל-בנזן, או טולואן (II), דימתיל-בנזן או קסילן וכו'. כוללים גם נגזרות בנזן עם שרשראות צד בלתי רוויות, כגון סטירן (III). זה ידוע הרבה א' ב. עם מספר גרעיני בנזן במולקולה, למשל, דיפניל מתאן (IV), דיפניל C6H5-C6H5, שבו שני גרעיני הבנזן מקושרים זה לזה ישירות; בנפטלין (V), שתי הטבעות חולקות 2 אטומי פחמן; פחמימנים כאלה נקראים A. at. עם גרעינים דחוסים.

בנזן C6H6, PhH) הוא תרכובת כימית אורגנית, נוזל חסר צבע עם ריח מתקתק נעים. פחמימנים ארומטיים. בנזן הוא מרכיב בבנזין, נמצא בשימוש נרחב בתעשייה ומהווה חומר גלם לייצור תרופות, פלסטיקים שונים, גומי סינטטי וצבעים. למרות שבנזן נמצא בנפט גולמי, הוא מסונתז מסחרית ממרכיבים אחרים. רעיל, מסרטן.

הומולוגיות- תרכובות השייכות לאותה מחלקה, אך שונות זו מזו בהרכבן במספר שלם של קבוצות CH2. הסט של כל ההומולוגים יוצר סדרה הומולוגית.

תכונות גשמיות.נוזל חסר צבע עם ריח חריף מוזר. נקודת התכה = 5.5 מעלות צלזיוס, נקודת רתיחה = 80.1 מעלות צלזיוס, צפיפות = 0.879 גרם/ס"מ³, משקל מולקולרי = 78.11 גרם/מול. כמו כל הפחמימנים, בנזן נשרף ויוצר הרבה פיח. הוא יוצר תערובות נפץ עם אוויר, מתערבב היטב עם אתרים, בנזין וממיסים אורגניים אחרים, ויוצר תערובת אזאוטרופית עם מים עם נקודת רתיחה של 69.25 מעלות צלזיוס. מסיסות במים 1.79 גרם/ליטר (ב-25 מעלות צלזיוס).

מִבְנֶה.לפי הרכבו, בנזן שייך לפחמימנים בלתי רוויים (סדרה ההומולוגית CnH2n-6), אך בניגוד לפחמימנים מסדרת האתילן, C2H4 מציג תכונות הטבועות בפחמימנים רוויים בתנאים קשים, אך בנזן נוטה יותר לתגובות החלפה. "התנהגות" זו של בנזן מוסברת על ידי המבנה המיוחד שלו: נוכחות של ענן 6π-אלקטרון מצומד במבנה. הרעיון המודרני של הטבע האלקטרוני של קשרים בבנזן מבוסס על השערתו של לינוס פאולינג, שהציע לתאר את מולקולת הבנזן כמשושה עם עיגול חרוט, ובכך להדגיש את היעדר קשרים כפולים קבועים ואת הנוכחות של ענן אלקטרוני אחד המכסה את כל ששת אטומי הפחמן של המחזור.

50. תרכובות ארומטיות (זירות)- תרכובות אורגניות מחזוריות בעלות מערכת קשרים ארומטית בהרכבן. ייתכן שיש להם שרשראות צד רוויות או בלתי רוויות.

הפחמימנים הארומטיים החשובים ביותר כוללים בנזן C6H6 וההומולוגים שלו: C6H5CH3 טולואן, C6H4(CH3)2 קסילן וכו'; נפתלין C10H8, אנתרצין C14H10 ונגזרותיהם. תכונות כימיות ייחודיות- יציבות מוגברת של הגרעין הארומטי ונטייה לתגובות החלפה. המקורות העיקריים של פחמימנים ארומטיים הם זפת פחם, שמן ומוצרי שמן. שיטות סינתטיות להשגה הן בעלות חשיבות רבה. פחמימנים ארומטיים הם המוצרים ההתחלתיים לייצור קטונים, אלדהידים וחומצות ארומטיות, כמו גם חומרים רבים אחרים. יש גם זירות הטרוציקליות, שביניהם נמצאות לרוב בצורה טהורה ובצורת תרכובות - פירידין, פירול, פוראן ותיופן, אינדול, פורין, קינולין.

לבוראזול ("בנזן לא אורגני") יש גם ארומטיות, אך תכונותיו שונות במידה ניכרת מאלה של זירות אורגניות.

תגובות החלפה אלקטרופיליות"(English substitution electrophilic reaktion) - תגובות החלפה שבהן ההתקפה מתבצעת על ידי אלקטרופיל - חלקיק בעל מטען חיובי או בעל מחסור באלקטרונים. כאשר נוצר קשר חדש, החלקיק היוצא - האלקטרופג מתפצל ללא זוג האלקטרונים שלו. קבוצת העוזבים הפופולרית ביותר היא פרוטון H+.

51-52. תגובות החלפה אלקטרופיליות ארומטיות

עבור מערכות ארומטיות, יש למעשה מנגנון החלפה אלקטרופילי אחד, SEAr. מנגנון SE1 (באנלוגיה למנגנון SN1) נדיר ביותר, ו-SE2 (המקביל למנגנון SN2) כלל לא נמצא.

מנגנון תגובה SEArאו תגובות החלפה אלקטרופיליות ארומטיות (באנגלית substitution electrophilic aromatic) היא הנפוצה והחשובה ביותר מבין תגובות ההחלפה של תרכובות ארומטיות והיא מורכבת משני שלבים. בשלב הראשון מחברים את האלקטרופיל, בשלב השני מפצלים את האלקטרופוג'.

במהלך התגובה נוצר תוצר ביניים טעון חיובי (באיור - 2b). זה נקרא ביניים Weland, יון ארוניום, או קומפלקס σ. תסביך זה, ככלל, הוא מאוד תגובתי והוא מתייצב בקלות על ידי חיסול מהיר של הקטיון. השלב המגביל את הקצב ברוב המכריע של תגובות SEAr הוא השלב הראשון.

שיעור תגובה = k**

אלקטרופילים חלשים יחסית פועלים בדרך כלל כחלקיק תוקף; לכן, ברוב המקרים, תגובת SEAr ממשיכה תחת פעולתו של זרז חומצה לואיס. AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2 משמשים לעתים קרובות יותר מאחרים.

במקרה זה, מנגנון התגובה הוא כדלקמן (באמצעות דוגמה של כלור בנזן, זרז FeCl3):

1. בשלב הראשון, הזרז יוצר אינטראקציה עם החלקיק התוקף ויוצר חומר אלקטרופילי פעיל

בשלב השני, למעשה, מנגנון SEAr מיושם.

53. תרכובות הטרוציקליות(הטרוציקלים) - תרכובות אורגניות המכילות מחזוריות, הכוללות יחד עם פחמן גם אטומים של יסודות אחרים. הם יכולים להיחשב כתרכובות קרבוציקליות עם הטרו-תחליף (הטרואטומים) בטבעת. תרכובות הטרוציקליות ארומטיות המכילות חנקן הן המגוונות והנחקרות ביותר. מקרים מגבילים של תרכובות הטרוציקליות הן תרכובות שאינן מכילות אטומי פחמן במחזור, למשל, פנטאזול.

פירול- הטרוציקל חנקני ארומטי בעל חמישה איברים, בעל תכונות בסיסיות חלשות. כלול בשמן עצמות (שמתקבל על ידי זיקוק יבש של עצמות), וכן בזפת פחם. טבעות פירול הן חלק מפורפירינים - כלורופיל צמחי, הום של המוגלובינים וציטוכרומים ועוד מספר תרכובות חשובות מבחינה ביולוגית.

מבנה ומאפיינים.פירול הוא נוזל חסר צבע, המזכיר כלורופורם בריח, מתכהה באיטיות כאשר הוא נחשף לאוויר. הוא מעט היגרוסקופי, מעט מסיס במים, ומסיס מאוד ברוב הממיסים האורגניים. המבנה של פירול הוצע בשנת 1870 על ידי באייר, בהתבסס על חמצונו עם חומצה כרומית למאלאימיד והיווצרותו במהלך זיקוק של סוצ'ינימיד עם אבק אבץ.

חומציות ומתכות.פירול היא חומצת NH חלשה (pKa 17.5 במים) ומגיבה עם מתכות אלקליות ואמידים שלהן באמוניה נוזלית או בממסים אינרטיים כדי לבטל פרוטונים בעמדה 1 וליצור את המלחים המתאימים. התגובה עם ריאגנטים של Grignard ממשיכה באופן דומה, שבה נוצרים מלחי N-מגנזיום. פירולים המוחלפים ב-N מגיבים עם בוטיל ופניליתיום, ומתכתים למצב α.

54. INDOL (בנזו[ב]פירול), אמר. מ' 117.18; חֲסַר צֶבַע גבישים עם ריח קלוש של נפתלין; m.p. 52.5 מעלות צלזיוס, bp 254 מעלות צלזיוס; ד456 1.0718; סובלימציה בעת חימום. עד 150 מעלות צלזיוס; m 7.03.10-30 ס"מ (בנזן, 25 מעלות צלזיוס); מזוקק עם אדי מים, דיאתיל אתר ו-NH3; טוב סול. ב-org. תמיסות, מים חמים, נוזלי NH3. למולקולה יש תצורה מישורית.

אינדול הוא בסיס חלש (pKa -2.4). כאשר הוא פרוטוני, הוא יוצר קטיון 3H-אינדוליום (f-la I), כדי-ry בעת אינטראקציה. עם מולקולה ניטרלית, אינדול נותן דימר (II). כחומצה חלשה (pKa 17), אינדול עם Na ב-NH3 נוזלי יוצר אינדול N-נתרן, עם KOH ב-130 מעלות צלזיוס - N-אשלגן אינדול. בעל ארומטי. סנט אתה. אלקטרופ. החלפה הולך Ch. arr. לעמדה 3. ניטרציה מתבצעת בדרך כלל עם בנזואיל חנקתי, סולפפון עם פירידין סולפוטריאוקסיד, ברומין עם דיוקסן דיברומיד, הכלור עם SO2Cl2, אלקילציה עם הלידים אלקיל פעילים. אצטילציה בחומצה אצטית עוברת גם היא לעמדה 3, בנוכחות. CH3COONa - למצב 1; באנהידריד אצטי נוצר 1,3-דיאצטילינדול. אינדול מוסיף בקלות לקשר הכפול של קטונים וניטרילים בלתי רוויים a,b.

אמינומתילציה (מחוז Mannich) בתנאים קלים ממשיכה לעמדה 1, בתנאים קשים - לעמדה 3. החלפה בטבעת הבנזן (בעיקר בעמדות 4 ו-6) מתרחשת רק בסביבות חומציות עם עמדה חסומה 3. בנוכחות. H2O2, חומצות או באינדול האור מתחמצן לאינדוקסיל, שהופך לאחר מכן ל. בטרימר או באינדיגו. חמצון חמור יותר תחת פעולת O3, MnO2 מוביל לקרע של טבעת הפירול עם היווצרות 2-formamidobenzaldehyde. כאשר אינדול עובר הידרוגן עם מימן בתנאים מתונים, טבעת הפירול מצטמצמת, ובתנאים קשים יותר, גם טבעת הבנזן מצטמצמת.

אינדול כלול בשמנים האתריים של יסמין ופירות הדר, הוא חלק מהקאם.-אוג. שרפים. טבעת האינדול היא שבר של מולקולות בעלות אופי חשוב. תרכובות (למשל, טריפטופן, סרוטונין, מלטונין, בופוטנין). בדרך כלל, אינדול מבודד משבריר הנפתלין של kam.-ug. שרף או מתקבל על ידי dehydrogenation של o-ethylaniline עם האחרון. מחזוריות של המוצר המתקבל. אינדול ונגזרותיו מסונתזים גם על ידי מחזור של arylhydrazones של תרכובות קרבוניל. (ר-ציון פישר), הדדי. arylamines עם a-halogen או a-hydroxycarbonyl Comm. (R-tion Bischler) וכו' ליבת האינדול היא חלק מאלקלואידים אינדול. אינדול עצמו הוא מקבע ריח בבשמים; נגזרותיו משמשות לייצור תרכובות פעילות ביולוגית. (הורמונים, הזיה) ולק. רביעי (למשל, אינדופן, אינדומתצין).

55. אימידאזול- תרכובת אורגנית מקבוצת ההטרוציקלים, מחזור בן חמישה איברים עם שני אטומי חנקן ושלושה אטומי פחמן במחזור, איזומרי לפירזול.

נכסים.באימידאזול לא מוחלף, עמדות 4 ו-5 (אטומי פחמן) שוות ערך עקב טאוטומריזם. ארומטי, מגיב עם מלחי דיאזוניום (שילוב). הוא חנקה וסולפוני רק במדיום חומצי בעמדה 4, הלוגנים נכנסים בעמדה 2 במדיום אלקליין, ובעמדה 4 במדיום חומצי. קליללציה ואצילציה קלה באימין N, פותחת את המחזור בעת אינטראקציה עם תמיסות של חזקות חומצות וחמצנים. מזרז את ההידרוליזה של אסטרים ואמידים של חומצות קרבוקסיליות בקושי ניתנים לסיבון.

בהתבסס על אימידאזול, מיוצרים מספר רב של נוזלים יוניים שונים.

שיטות קבלה.מאורתו-פנילנדיאמין דרך בנזימידאזול וחומצה דיקרבוקסילית 4,5-אימידאזול.

אינטראקציה של גליוקסל (אוקסאלדהיד) עם אמוניה ופורמלדהיד.

תפקיד ביולוגי.טבעת האימידאזול היא חלק מחומצת האמינו החיונית היסטידין. שבר מבני של היסטמין, בסיסים פורין, דיבזול.

56. פירידין- הטרוציקל ארומטי בעל שישה איברים עם אטום חנקן אחד, נוזל חסר צבע עם ריח חריף לא נעים; מתערבב עם מים וממיסים אורגניים. פירידין הוא בסיס חלש, נותן מלחים עם חומצות מינרליות חזקות, יוצר בקלות מלחים כפולים ותרכובות מורכבות.

קַבָּלָה.המקור העיקרי להשגת פירידין הוא זפת פחם.

תכונות כימיות.פירידין מפגין תכונות האופייניות לאמינים שלישוניים: הוא יוצר N-oxides, N-alkylpyridinium מלחי, והוא מסוגל לפעול כליגנד תורם סיגמא.

יחד עם זאת, לפירידין יש תכונות ארומטיות ברורות. עם זאת, נוכחות של אטום חנקן בטבעת הצימוד מובילה לחלוקה מחדש רצינית של צפיפות האלקטרונים, מה שמוביל לירידה חזקה בפעילות של פירידין בתגובות של החלפה ארומטית אלקטרופילית. בתגובות כאלה, בעיקר מגיבים המטא עמדות של הטבעת.

פירידין מאופיין בתגובות החלפה נוקלאופיליות ארומטיות המתרחשות בעיקר בעמדות האורתו-פארה של הטבעת. תגובתיות זו מצביעה על הטבע חסר האלקטרונים של טבעת הפירידין, אשר ניתן לסכם את כלל האצבע הבא: התגובתיות של פירידין כתרכובת ארומטית תואמת בערך את התגובתיות של ניטרובנזן.

יישום.הוא משמש בסינתזה של צבעים, תרופות, קוטלי חרקים, בכימיה אנליטית, כממס עבור חומרים אורגניים רבים וכמה חומרים אנאורגניים, לדנטורציה של אלכוהול.

בְּטִיחוּת.פירידין הוא רעיל, משפיע על מערכת העצבים, העור.

57. תפקיד ביולוגי.חומצה ניקוטית היא נגזרת של פירידין. הוא נספג בקיבה ובתריסריון, ולאחר מכן עובר אמינציה, וכתוצאה מכך נוצר ניקוטינואמיד, אשר בגוף, בשילוב עם חלבונים, יוצר יותר מ-80 אנזימים. זהו התפקיד הפיזיולוגי העיקרי של ויטמין B5. לפיכך, חומצה ניקוטינית היא חלק מאנזימי חיזור חשובים כמו דהידרוגנזה, המזרזים את הסרת המימן מחומרים אורגניים שמתחמצנים. המימן שנלקח כך על ידי אנזימים אלה מועבר לאנזימי חיזור, הכוללים ריבופלבין. בנוסף, בגוף היונקים נוצרים נוקלאוטידים של פירידין מניקוטינמיד (ניאצין) וחומצה ניקוטינית, המשמשים כקו-אנזימים ל-NAD ול-NADP. המחסור במבשרים אלו בבעלי חיים גורם לפלגרה, מחלה המתבטאת בתסמינים מהעור, מערכת העיכול ומערכת העצבים (דרמטיטיס, שלשולים, דמנציה). כקו-אנזימים של NAD ו-NADP, מבשרי חומצה ניקוטינית מעורבים בתגובות חיזור רבות המזוזות על ידי דהידרוגנאזות. ההשפעה הביולוגית של חומצה ניקוטינית מתבטאת בצורה של גירוי של תפקוד הפרשת הקיבה ובלוטות העיכול (בנוכחותה בקיבה, ריכוז חומצת הידרוכלורית חופשית עולה). בהשפעת ויטמין B5 ישנה עלייה בביו-סינתזה של גליקוגן וירידה בהיפרגליקמיה, עלייה בתפקוד ניקוי הרעלים של הכבד, הרחבת כלי דם ושיפור במיקרו-סירקולציה בדם.

יש קשר בין חומצה ניקוטינית לחומצות אמינו המכילות גופרית. הפרשה מוגברת בשתן של מתילניקוטינאמיד עם מחסור בחלבון מנורמלת על ידי הכללת חומצות אמינו המכילות גופרית בתזונה. במקביל, התוכן של phosphopyrinucleotides בכבד הוא גם מנורמל.

58. פירמידין (C4N2H4, Pyrimidine, 1,3- או m-diazine, myazine) היא תרכובת הטרוציקלית בעלת מולקולה שטוחה, הנציגה הפשוטה ביותר של 1,3-דיאזינים.

תכונות גשמיות.פירמידין - גבישים חסרי צבע בעלי ריח אופייני.

תכונות כימיות.המשקל המולקולרי של פירמידין הוא 80.09 גרם/מול. Pyrimidine מציג את התכונות של בסיס די-חומצה חלש, שכן אטומי חנקן יכולים לחבר פרוטונים עקב הקשר תורם-מקבל, תוך רכישת מטען חיובי. התגובתיות בתגובות החלפה אלקטרופיליות של פירמידין מופחתת עקב ירידה בצפיפות האלקטרונים בעמדות 2,4,6, הנגרמת על ידי נוכחותם של שני אטומי חנקן במחזור. החלפה מתאפשרת רק בנוכחות תחליפים תורמי אלקטרונים ומכוונת לעמדה 5 הפחות מושבתת. עם זאת, בניגוד לכך, פירמידין פעיל ביחס לריאגנטים נוקלאופיליים שתוקפים את אטומי הפחמן 2, 4 ו-6 במחזור .

קַבָּלָה.פירמידין מתקבל על ידי הפחתת נגזרות פירמידין הלוגניות. או מ-2,4,6-trichloropyrimidine המתקבל על ידי טיפול בחומצה ברביטורית עם כלור זרחן.

נגזרות פירמידיןתפוצה רחבה בחיות הבר, שם הם מעורבים בתהליכים ביולוגיים חשובים רבים. בפרט, נגזרות כגון ציטוזין, תימין, אורציל הן חלק מהנוקלאוטידים, שהם היחידות המבניות של חומצות גרעין, ליבת הפירימידין היא חלק מכמה ויטמיני B, בפרט B1, קו-אנזימים ואנטיביוטיקה.

59. פורין (C5N4H4, פורין)- תרכובת הטרוציקלית, הנציגה הפשוטה ביותר של אימידאזופירימידינים.

נגזרות פורין ממלאות תפקיד חשוב בכימיה של תרכובות טבעיות (בסיסי פורין של DNA ו-RNA; קו-אנזים NAD; אלקלואידים, קפאין, תיאופילין ותיאוברומין; רעלנים, סקסיטוקסין ותרכובות קשורות; חומצת שתן) ולכן, בתרופות.

אדנין- בסיס חנקני, נגזרת אמינו של פורין (6-aminopurine). יוצר שני קשרי מימן עם אורציל ותימין (השלמה).

תכונות גשמיות.אדנין הוא גבישים חסרי צבע הנמסים בטמפרטורה של 360-365 C. יש לו מקסימום ספיגה אופייני (λmax) ב-266 mc (pH 7) עם מקדם הכחדה מולרי (εmax) של 13500.

נוסחה כימית С5H5N5, משקל מולקולרי 135.14 גרם/מול. אדנין מציג תכונות בסיסיות (pKa1=4.15; pKa2=9.8). בעת אינטראקציה עם חומצה חנקתית, אדנין מאבד את קבוצת האמינו שלו, והופך להיפוקסנטין (6-הידרוקסיפורין). בתמיסות מימיות הוא מתגבש להידרט גבישי עם שלוש מולקולות מים.

מְסִיסוּת.בואו נתמוסס היטב במים, חמים במיוחד, עם ירידה בטמפרטורת המים, המסיסות של אדנין בו יורדת. מסיס גרוע באלכוהול, בכלורופורם, אתר וכן בחומצות ואלקליות - בלתי מסיס.

תפוצה וחשיבות בטבע.אדנין הוא חלק מתרכובות רבות החיוניות לאורגניזמים חיים, כגון: אדנוזין, אדנוזין פוספטאז, חומצות אדנוזין זרחתיות, חומצות גרעין, נוקלאוטידים של אדנין וכו'. בצורה של תרכובות אלו, אדנין מופץ באופן נרחב בחיות הבר.

גואנין- בסיס חנקני, נגזרת אמינו של פורין (6-hydroxy-2-aminopurine), הוא חלק בלתי נפרד מחומצות גרעין. ב-DNA, במהלך שכפול ותעתוק, הוא יוצר שלושה קשרי מימן עם ציטוזין (השלמה). מבודד לראשונה מגואנו.

תכונות גשמיות.אבקה גבישית חסרת צבע, אמורפית. נקודת התכה 365 מעלות צלזיוס. תמיסה של גואנין ב-HCl fluoresces. בסביבות אלקליות וחומציות, יש לו שתי מקסימום ספיגה (λmax) בספקטרום האולטרה סגול: ב-275 ו-248 mk (pH 2) ו-246 ו-273 mk (pH 11).

תכונות כימיות.הנוסחה הכימית היא C5H5N5O, המשקל המולקולרי הוא 151.15 גרם/מול. מציג מאפיינים בסיסיים, pKa1= 3.3; pKa2= 9.2; pKa3=12.3. מגיב עם חומצות ואלקליות ליצירת מלחים.

מְסִיסוּת.מסיס מאוד בחומצות ואלקליות, מסיס בצורה גרועה באתר, אלכוהול, אמוניה ותמיסות ניטרליות, בלתי מסיס במים .

תגובות איכותיות.כדי לקבוע גואנין, הוא מושקע בחומצות מטאפוספוריות ופיקריות; עם חומצה דיאזוסולפונית בתמיסת Na2CO3, זה נותן צבע אדום.

תפוצה בטבע ובמשמעות.כלול בחומצות גרעין.

60. נוקלאוזידיםהם גליקוזילאמינים המכילים בסיס חנקני הקשור לסוכר (ריבוז או דאוקסיריבוז).

נוקלאוזידים יכולים להיות זרחנים על ידי קינאזות תאיות בקבוצת האלכוהול הראשונית של הסוכר, והנוקלאוטידים המתאימים נוצרים.

נוקלאוטידים- אסטרים זרחניים של נוקלאוזידים, נוקלאוזידים פוספטים. נוקלאוטידים חופשיים, בפרט ATP, cAMP, ADP, ממלאים תפקיד חשוב בתהליכי אנרגיה ומידע תוך-תאיים, והם גם מרכיבים של חומצות גרעין וקו-אנזימים רבים.

נוקלאוטידים הם אסטרים של נוקלאוזידים וחומצות זרחתיות. נוקלאוזידים, בתורם, הם N-גליקוזידים המכילים שבר הטרוציקלי המקושר דרך אטום חנקן לאטום C-1 של שארית סוכר.

מבנה הנוקלאוטידים.בטבע, הנוקלאוטידים הנפוצים ביותר הם β-N-גליקוזידים של פורינים או פירמידינים ופנטוזים - D-ribose או D-2-ribose. בהתאם למבנה הפנטוז, נבדלים ריבונוקלאוטידים ודאוקסיריבונוקלאוטידים, שהם מונומרים של מולקולות של פולימרים ביולוגיים מורכבים (פולינוקלאוטידים) - בהתאמה, RNA או DNA.

שיירי הפוספט בנוקלאוטידים יוצר בדרך כלל קשר אסטר עם קבוצות 2'-, 3'- או 5'-הידרוקסיל של ribonucleosides; במקרה של 2'-deoxynucleosides, 3'- או 5'-hydroxyl קבוצות אסטריפיות.

תרכובות המורכבות משתי מולקולות נוקלאוטידים נקראות דינוקלאוטידים, שלושה - טרינוקלאוטידים, מספר קטן - אוליגונוקלאוטידים, ורבים - פולינוקלאוטידים, או חומצות גרעין.

שמות נוקלאוטידים הם קיצורים בצורה של קודים סטנדרטיים בני שלוש או ארבע אותיות.

אם הקיצור מתחיל באות קטנה "d" (אנגלית d), אז הכוונה ל-deoxyribonucleotide; היעדר האות "ד" פירושה ריבונוקלאוטיד. אם הקיצור מתחיל באות קטנה "c" (אנגלית c), אז אנחנו מדברים על הצורה המחזורית של הנוקלאוטיד (לדוגמה, cAMP).

האות הגדולה הראשונה של הקיצור מציינת בסיס חנקני ספציפי או קבוצה של בסיסי גרעין אפשריים, האות השנייה מציינת את מספר שיירי החומצה הזרחתית במבנה (M - mono-, D - di-, T - tri-), והאות הגדולה השלישית היא תמיד האות F ("-פוספט"; אנגלית P).

קודים לטיניים ורוסיים לבסיסי גרעין:

א - א: אדנין; G - G: גואנין; C - C: ציטוזין; T - T: תימין (5-methyluracil), שאינו נמצא ב-RNA, תופס את מקומו של uracil ב-DNA; U - U: Uracil, שאינו נמצא ב-DNA, תופס את מקומו של תימין ב-RNA.

כפי שבכימיה אנאורגנית הבסיס התיאורטי הבסיסי הוא החוק המחזורי והמערכת המחזורית של יסודות כימיים של D.I. Mendeleev, כך בכימיה אורגנית הבסיס המדעי המוביל הוא התיאוריה של המבנה של תרכובות אורגניות של Butlerov-Kekule-Cooper.

כמו כל תיאוריה מדעית אחרת, תיאוריית המבנה של תרכובות אורגניות הייתה תוצאה של הכללה של החומר העובדתי העשיר ביותר שנצבר בכימיה אורגנית, שהתעצב כמדע בתחילת המאה ה-19. התגלו עוד ועוד תרכובות פחמן חדשות, שמספרן גדל כמו מפולת שלגים (טבלה 1).

שולחן 1
מספר תרכובות אורגניות ידועות בשנים שונות

כדי להסביר מגוון זה של תרכובות אורגניות, מדענים של תחילת המאה XIX. לא יכול. שאלות נוספות התעוררו בעקבות תופעת האיזומריזם.

לדוגמה, אלכוהול אתילי ואתר דימתיל הם איזומרים: חומרים אלו בעלי אותו הרכב C 2 H 6 O, אך מבנה שונה, כלומר סדר חיבור שונה של אטומים במולקולות, ולכן תכונות שונות.

F. Wöhler, שכבר ידוע לך, באחד ממכתביו ל-J. J. Berzelius, תיאר את הכימיה האורגנית באופן הבא: "כימיה אורגנית יכולה כעת לשגע כל אחד. זה נראה לי יער עבות, מלא בדברים מדהימים, סבך חסר גבולות שממנו אי אפשר לצאת, שבו אתה לא מעז לחדור..."

התפתחות הכימיה הושפעה מאוד מעבודתו של המדען האנגלי E. Frankland, אשר, בהסתמך על רעיונות האטומיזם, הציג את מושג הערכיות (1853).

במולקולת המימן H 2 נוצר קשר כימי קוולנטי אחד H-H, כלומר מימן הוא חד ערכי. הערכיות של יסוד כימי יכולה להתבטא במספר אטומי המימן שאטום אחד של יסוד כימי מחבר לעצמו או מחליף. לדוגמה, גופרית במימן גופרתי וחמצן במים הם דו ערכיים: H 2 S, או H-S-H, H 2 O, או H-O-H, וחנקן באמוניה הוא טרי ערכי:

בכימיה אורגנית המושג "ערכיות" מקביל למושג "מצב חמצון", שאתו רגילים לעבוד איתו בקורס של כימיה אנאורגנית בבית הספר היסודי. עם זאת, הם אינם זהים. לדוגמה, במולקולת חנקן N 2, מצב החמצון של חנקן הוא אפס, והערך הוא שלוש:

במי חמצן H 2 O 2, מצב החמצון של החמצן הוא -1, והערך הוא שני:

ביון האמוניום NH + 4, מצב החמצון של חנקן הוא -3, והערך הוא ארבע:

בדרך כלל, ביחס לתרכובות יוניות (נתרן כלורי NaCl וחומרים אנאורגניים רבים אחרים בעלי קשר יוני), לא משתמשים במונח "ערכיות" של אטומים, אך נחשב מצב החמצון שלהם. לכן, בכימיה אנאורגנית, שבה לרוב החומרים יש מבנה לא מולקולרי, עדיף להשתמש במושג "מצב חמצון", ובכימיה אורגנית, שבה לרוב התרכובות יש מבנה מולקולרי, ככלל, משתמשים במושג של "עֶרכִּיוּת".

התיאוריה של המבנה הכימי היא תוצאה של הכללה של רעיונותיהם של מדענים אורגניים מצטיינים משלוש מדינות אירופה: F. Kekule הגרמני, A. Cooper האנגלי וא. Butlerov הרוסי.

ב-1857, F. Kekule סיווג פחמן כיסוד ארבע-ערכי, וב-1858, במקביל ל-A. Cooper, הוא ציין שאטומי פחמן יכולים להתאחד זה עם זה בשרשראות שונות: ליניארית, מסועפת וסגורה (מחזורית).

יצירותיהם של פ' קקולה וא' קופר שימשו בסיס לפיתוח תיאוריה מדעית המסבירה את תופעת האיזומריזם, הקשר בין הרכב, מבנה ותכונות של מולקולות של תרכובות אורגניות. תיאוריה כזו נוצרה על ידי המדען הרוסי A.M. Butlerov. מוחו הסקרן הוא ש"העז לחדור" ל"יער הצפוף" של הכימיה האורגנית ולהתחיל את הפיכתו של "הסבך הבלתי מוגבל" הזה לפארק רגיל מלא באור שמש עם מערכת שבילים וסמטאות. הרעיונות העיקריים של תיאוריה זו הובאו לראשונה על ידי א.מ. בטלרוב בשנת 1861 בקונגרס של חוקרי טבע ורופאים גרמנים בספייר.

נסח בקצרה את ההוראות וההשלכות העיקריות של תיאוריית Butlerov-Kekule-Cooper של המבנה של תרכובות אורגניות כדלקמן.

1. האטומים במולקולות של חומרים מחוברים ברצף מסוים לפי הערכיות שלהם. פחמן בתרכובות אורגניות הוא תמיד ארבע-ערכי, והאטומים שלו מסוגלים להתחבר זה לזה ויוצרים שרשראות שונות (לינאריות, מסועפות ומחזוריות).

ניתן לסדר תרכובות אורגניות בסדרות של חומרים דומים בהרכבם, במבנה ובתכונות - סדרות הומולוגיות.

באטלרוב אלכסנדר מיכאילוביץ' (1828-1886), כימאי רוסי, פרופסור באוניברסיטת קאזאן (1857-1868), מ-1869 עד 1885 - פרופסור באוניברסיטת סנט פטרבורג. אקדמאי של האקדמיה למדעים בסנט פטרבורג (מאז 1874). יוצר התיאוריה של המבנה הכימי של תרכובות אורגניות (1861). חזה וחקר את האיזומריזם של תרכובות אורגניות רבות. סינתזה חומרים רבים.

לדוגמה, מתאן CH 4 הוא האב הקדמון של הסדרה ההומולוגית של פחמימנים רוויים (אלקנים). ההומלוג הקרוב ביותר שלו הוא אתאן C 2 H 6, או CH 3 -CH 3. שני החברים הבאים בסדרה ההומולוגית של מתאן הם פרופאן C 3 H 8, או CH 3 -CH 2 -CH 3, ובוטאן C 4 H 10, או CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 וכו'.

קל לראות שלסדרות הומולוגיות אפשר לגזור נוסחה כללית לסדרה. אז, עבור אלקנים, הנוסחה הכללית הזו היא C n H 2n + 2.

2. תכונות החומרים תלויות לא רק בהרכב האיכותי והכמותי שלהם, אלא גם במבנה המולקולות שלהם.

עמדה זו של תורת המבנה של תרכובות אורגניות מסבירה את תופעת האיזומריזם. ברור, עבור בוטאן C 4 H 10, בנוסף למולקולת המבנה הליניארי CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3, מבנה מסועף אפשרי גם:

זהו חומר חדש לחלוטין עם תכונות אינדיבידואליות משלו, שונות מאלו של בוטאן ליניארי.

בוטאן, שבמולקולה שלו מסודרים האטומים בצורה של שרשרת ליניארית, נקרא בוטאן נורמלי (n-בוטן), ובוטאן, ששרשרת אטומי הפחמן שלו מסועפת, נקרא איזובוטן.

ישנם שני סוגים עיקריים של איזומריזם - מבני ומרחבי.

בהתאם לסיווג המקובל, נבדלים שלושה סוגים של איזומריזם מבני.

איזומריזם של שלד הפחמן. תרכובות שונות בסדר קשרי פחמן-פחמן, למשל, n-בוטאן ואיזובוטן נחשבים. סוג זה של איזומריזם הוא האופייני לאלקנים.

איזומריזם של מיקום של קשר מרובה (C=C, C=C) או קבוצה פונקציונלית (כלומר, קבוצת אטומים הקובעת אם תרכובת שייכת לקבוצה מסוימת של תרכובות אורגניות), למשל:

איזומריזם בין-מעמדי. איזומרים מסוג זה של איזומריזם שייכים למחלקות שונות של תרכובות אורגניות, למשל, אתילי אלכוהול (המעמד של אלכוהול חד-הידרי רוויים) ודימתיל אתר (מחלקה של אתרים) שנדונו לעיל.

ישנם שני סוגים של איזומריזם מרחבי: גיאומטרי ואופטי.

איזומריות גיאומטרית אופיינית, קודם כל, לתרכובות בעלות קשר פחמן-פחמן כפול, שכן למולקולה יש מבנה מישורי באתר קשר כזה (איור 6).

אורז. 6.
דגם של מולקולת האתילן

לדוגמה, עבור בוטן-2, אם אותן קבוצות של אטומים באטומי פחמן בקשר כפול נמצאות בצד אחד של מישור הקשר C=C, אז המולקולה היא ציזיזומר, אם בצדדים מנוגדים היא טרנזיזומר.

איזומריזם אופטי מוחזק, למשל, על ידי חומרים שלמולקולות שלהם יש אטום פחמן א-סימטרי, או כירלי, הקשור לארבעה. שׁוֹנִיםסגנים. איזומרים אופטיים הם תמונות מראה זה של זה, כמו שתי כפות ידיים, ואינם תואמים. (עכשיו, ברור, השם השני של סוג זה של איזומריזם התברר לך: כירוס יווני - יד - דוגמה של דמות אסימטרית.) לדוגמה, בצורה של שני איזומרים אופטיים, יש 2-hydroxypropanoic (לקטי) ) חומצה המכילה אטום פחמן אסימטרי אחד.

זוגות איזומרים נוצרים במולקולות כיראליות, שבהן מולקולות האיזומר קשורות זו לזו בארגון המרחבי שלהן באותו אופן שבו עצם ותמונת המראה שלו קשורות זו לזו. לזוג איזומרים כאלה יש תמיד אותן תכונות כימיות ופיזיקליות, למעט פעילות אופטית: אם איזומר אחד מסובב את מישור האור המקוטב בכיוון השעון, אז השני בהכרח נגד כיוון השעון. האיזומר הראשון נקרא סיבוב יד, והשני נקרא סיבובי יד.

החשיבות של איזומריזם אופטי בארגון החיים על הפלנטה שלנו היא גדולה מאוד, שכן איזומרים אופטיים יכולים להיות שונים באופן משמעותי הן בפעילותם הביולוגית והן בהתאמה לתרכובות טבעיות אחרות.

3. האטומים במולקולות של חומרים משפיעים זה על זה. אתה תשקול את ההשפעה ההדדית של אטומים במולקולות של תרכובות אורגניות בהמשך הלימוד של הקורס.

התיאוריה המודרנית של המבנה של תרכובות אורגניות מבוססת לא רק על הכימיקלים, אלא גם על המבנה האלקטרוני והמרחבי של חומרים, הנחשב בפירוט ברמת הפרופיל של חקר הכימיה.

מספר סוגים של נוסחאות כימיות נמצאות בשימוש נרחב בכימיה אורגנית.

הנוסחה המולקולרית משקפת את ההרכב האיכותי של התרכובת, כלומר היא מציגה את מספר האטומים של כל אחד מהיסודות הכימיים היוצרים את המולקולה של החומר. לדוגמה, הנוסחה המולקולרית של פרופאן היא C 3 H 8 .

הנוסחה המבנית משקפת את סדר החיבור של האטומים במולקולה לפי ערכיות. הנוסחה המבנית של פרופאן היא:

לעתים קרובות אין צורך לתאר בפירוט את הקשרים הכימיים בין אטומי פחמן ומימן, לכן, ברוב המקרים, משתמשים בנוסחאות מבניות מקוצרות. עבור פרופאן, נוסחה כזו כתובה כך: CH 3 -CH 2 -CH 3.

מבנה מולקולות של תרכובות אורגניות בא לידי ביטוי באמצעות מודלים שונים. הידועים ביותר הם מודלים נפחיים (בקנה מידה) ודגמי כדור ומקל (איור 7).

אורז. 7.
מודלים של מולקולת האתאן:
1 - כדור ומקל; 2 - סולם

מילים ומושגים חדשים

1. איזומריזם, איזומרים.
2. Valence.
3. מבנה כימי.
4. תורת המבנה של תרכובות אורגניות.
5. סדרה הומולוגית והבדל הומולוגי.
6. נוסחאות מולקולריות ומבניות.
7. מודלים של מולקולות: נפחי (בקנה מידה) וכדורי.

שאלות ומשימות

1. מהי ערכיות? במה זה שונה ממצב חמצון? תן דוגמאות לחומרים שבהם ערכי מצב החמצון והערכיות של האטומים זהים ושונים מבחינה מספרית,
2. קבע את הערכיות ומצב החמצון של אטומים בחומרים שהנוסחאות שלהם הן Cl 2, CO 2, C 2 H 6, C 2 H 4.
3. מהי איזומריזם; איזומרים?
4. מהי הומולוגיה; הומולוגים?
5. כיצד, תוך שימוש בידע של איזומריזם והומולוגיה, להסביר את המגוון של תרכובות פחמן?
6. מה הכוונה במבנה הכימי של מולקולות של תרכובות אורגניות? נסח את המיקום של תורת המבנה, המסביר את ההבדל בתכונות האיזומרים. נסח את המיקום של תורת המבנה, המסביר את מגוון התרכובות האורגניות.
7. איזו תרומה תרם כל אחד מהמדענים - מייסדי תורת המבנה הכימי - לתיאוריה זו? מדוע תרומתו של הכימאי הרוסי מילאה תפקיד מוביל ביצירת תיאוריה זו?
8. יתכן שיש שלושה איזומרים בהרכב C 5 H 12. רשמו את נוסחאות המבנה המלאות והמקוצרות שלהם,
9. לפי המודל של מולקולת החומר המוצג בסוף הפסקה (ראה איור 7), הרכיבו את נוסחאות המבנה המולקולריות והמקוצרות שלה.
10. חשב את חלק המסה של פחמן במולקולות של ארבעת האיברים הראשונים בסדרה ההומולוגית של האלקנים.

האירוע הגדול ביותר בפיתוח הכימיה האורגנית היה יצירתו ב-1961 על ידי המדען הרוסי הגדול א.מ. התיאוריה של באטלרוב על המבנה הכימי של תרכובות אורגניות.

לפני א.מ. באטלרוב, זה נחשב בלתי אפשרי לדעת את מבנה המולקולה, כלומר את סדר הקשר הכימי בין אטומים. מדענים רבים אף הכחישו את המציאות של אטומים ומולקולות.

א.מ. באטלרוב הפריך דעה זו. הוא יצא מרעיונות חומרניים ופילוסופיים נכונים על מציאות קיומם של אטומים ומולקולות, על האפשרות לדעת את הקשר הכימי של אטומים במולקולה. הוא הראה שניתן לקבוע את המבנה של מולקולה באופן אמפירי על ידי חקר התמורות הכימיות של חומר. לעומת זאת, לדעת את מבנה המולקולה, ניתן לגזור את התכונות הכימיות של התרכובת.

תורת המבנה הכימי מסבירה את מגוון התרכובות האורגניות. זה נובע מהיכולת של פחמן ארבע-ערכי ליצור שרשראות פחמן וטבעות, להתחבר עם אטומים של יסודות אחרים ונוכחות איזומריזם במבנה הכימי של תרכובות אורגניות. תיאוריה זו הניחה את היסודות המדעיים של הכימיה האורגנית והסבירה את הקביעות החשובות ביותר שלה. העקרונות הבסיסיים של התיאוריה שלו א.מ. באטלרוב הצהיר בדו"ח "על התיאוריה של המבנה הכימי".

ההוראות העיקריות של תורת המבנה הן כדלקמן:

1) במולקולות, אטומים מחוברים זה לזה ברצף מסוים בהתאם לערך שלהם. סדר הקשר של האטומים נקרא מבנה כימי;

2) תכונותיו של חומר תלויות לא רק באיזה אטומים ובאיזה כמות הם חלק מהמולקולה שלו, אלא גם בסדר שבו הם מחוברים זה לזה, כלומר במבנה הכימי של המולקולה;

3) אטומים או קבוצות של אטומים שיצרו מולקולה משפיעים זה על זה.

בתורת המבנה הכימי מוקדשת תשומת לב רבה להשפעה ההדדית של אטומים וקבוצות אטומים במולקולה.

נוסחאות כימיות, המתארות את סדר החיבור של אטומים במולקולות, נקראות נוסחאות מבניות או נוסחאות מבנה.

ערכה של תורת המבנה הכימי של א.מ. באטלרוב:

1) הוא חלק מהותי מהבסיס התיאורטי של הכימיה האורגנית;

2) בחשיבותו ניתן להשוות אותו למערכת המחזורית של אלמנטים של D.I. מנדלייב;

3) זה איפשר לסדר כמות עצומה של חומר מעשי;

4) אפשרו לחזות מראש את קיומם של חומרים חדשים, וכן להצביע על דרכים להשיגם.

תורת המבנה הכימי משמשת כבסיס מנחה בכל מחקר בכימיה אורגנית.

5. איזומריזם. המבנה האלקטרוני של אטומים של יסודות של תקופות קטנות.קשר כימי

המאפיינים של חומרים אורגניים תלויים לא רק בהרכבם, אלא גם בסדר החיבור של אטומים במולקולה.

איזומרים הם חומרים בעלי אותו הרכב ואותה מסה מולרית, אך מבנה מולקולרי שונה, ולכן בעלי תכונות שונות.

משמעות מדעית של תורת המבנה הכימי:

1) מעמיק רעיונות לגבי החומר;

2) מציין את הדרך להכרת המבנה הפנימי של מולקולות;

3) מאפשר להבין את העובדות שנצברו בכימיה; לחזות את קיומם של חומרים חדשים ולמצוא דרכים לסנתז אותם.

כל התיאוריה הזו תרמה רבות להמשך הפיתוח של הכימיה האורגנית והתעשייה הכימית.

המדען הגרמני A. Kekule הביע את הרעיון של חיבור אטומי פחמן זה לזה בשרשרת.

תורת המבנה האלקטרוני של אטומים.

תכונות של הדוקטרינה של המבנה האלקטרוני של אטומים: 1) אפשרו להבין את אופי הקשר הכימי של האטומים; 2) גלה את מהות ההשפעה ההדדית של אטומים.

מצב האלקטרונים באטומים ומבנה קליפות אלקטרונים.

ענני אלקטרונים הם אזורים בעלי ההסתברות הגבוהה ביותר להימצאות אלקטרון, הנבדלים בצורתם, בגודלם ובכיוון שלהם במרחב.

באטום מֵימָןאלקטרון בודד במהלך תנועתו יוצר ענן בעל מטען שלילי בעל צורה כדורית (כדורית).

אלקטרוני S הם אלקטרונים היוצרים ענן כדורי.

לאטום המימן יש s-אלקטרון אחד.

באטום הֶלִיוּםהם שני s-אלקטרונים.

תכונות של אטום הליום: 1) עננים בעלי אותה צורה כדורית; 2) הצפיפות הגבוהה ביותר מוסרת באותה מידה מהליבה; 3) משולבים ענני אלקטרונים; 4) יוצרים ענן משותף של שני אלקטרונים.

תכונות של אטום הליתיום: 1) יש שתי שכבות אלקטרוניות; 2) יש ענן בעל צורה כדורית, אבל הוא הרבה יותר גדול מהענן הפנימי של שני האלקטרונים; 3) האלקטרון של השכבה השנייה נמשך לגרעין חלש יותר מהשניים הראשונים; 4) נלכד בקלות על ידי אטומים אחרים בתגובות חיזור; 5) יש s-אלקטרון.

תכונות של אטום הבריליום: 1) האלקטרון הרביעי הוא s-אלקטרון; 2) הענן הכדורי חופף לענן של האלקטרון השלישי; 3) ישנם שני אלקטרוני s-זיווגים בשכבה הפנימית ושני s-אלקטרונים מזווגים בחלק החיצוני.

ככל שענני אלקטרונים חופפים יותר כאשר האטומים מתחברים, כך משתחררת יותר אנרגיה וחזקה יותר קשר כימי.

הרצאה 15

תורת המבנה של חומרים אורגניים. סוגים עיקריים של תרכובות אורגניות.

כימיה אורגנית -המדע החוקר חומר אורגני. אחרת, ניתן להגדיר זאת כ כימיה של תרכובות פחמן. האחרון תופס מקום מיוחד במערכת המחזורית של D.I. מנדלייב מבחינת מגוון התרכובות, מהן ידועות כ-15 מיליון, בעוד שמספר התרכובות האנאורגניות הוא חמש מאות אלף. חומרים אורגניים ידועים לאנושות מזה זמן רב כסוכר, שומנים צמחיים ובעלי חיים, צבע, חומרים ריחניים ומרפאים. בהדרגה, אנשים למדו לעבד את החומרים הללו כדי להשיג מגוון מוצרים אורגניים יקרי ערך: יין, חומץ, סבון וכו'. ההתקדמות בכימיה אורגנית מבוססת על הישגים בתחום הכימיה של חלבונים, חומצות גרעין, ויטמינים וכו'. יש חשיבות רבה לפיתוח הרפואה, שכן הרוב המכריע של התרופות הן תרכובות אורגניות לא רק ממקור טבעי, אלא גם מתקבלות בעיקר בסינתזה. ערך יוצא דופן נדד מקרומולקולריתרכובות אורגניות (שרפים סינתטיים, פלסטיק, סיבים, גומיות סינתטיות, צבעים, קוטלי עשבים, קוטלי חרקים, קוטלי פטריות, חומרי הסרת עלה...). חשיבותה של כימיה אורגנית לייצור מזון ומוצרים תעשייתיים היא עצומה.

הכימיה האורגנית המודרנית חדרה עמוק לתוך התהליכים הכימיים המתרחשים במהלך אחסון ועיבוד מוצרי מזון: תהליכי הייבוש, העפיפות והסיבון של שמנים, תסיסה, אפייה, תסיסה, השגת משקאות, בייצור מוצרי חלב וכו'. גם הגילוי והמחקר של אנזימים, בשמים ומוצרי קוסמטיקה מילאו תפקיד חשוב.

אחת הסיבות למגוון הגדול של תרכובות אורגניות היא הייחודיות של המבנה שלהן, המתבטאת ביצירת קשרים ושרשראות קוולנטיות על ידי אטומי פחמן, שונים בסוג ובאורכם. מספר אטומי הפחמן המחוברים בהם יכול להגיע לעשרות אלפים, ותצורת שרשראות הפחמן יכולה להיות לינארית או מחזורית. בנוסף לאטומי פחמן, השרשרת יכולה לכלול חמצן, חנקן, גופרית, זרחן, ארסן, סיליקון, בדיל, עופרת, טיטניום, ברזל וכו'.

הביטוי של תכונות אלה על ידי פחמן קשור למספר סיבות. אושר כי האנרגיות של קשרי C–C ו-C–O ניתנות להשוואה. לפחמן יש יכולת ליצור שלושה סוגים של הכלאה של אורביטלים: ארבעה sp 3 - אורביטלים היברידיים, האוריינטציה שלהם בחלל היא טטרהדרלית ומתאים ל. פָּשׁוּטקשרים קוולנטיים; שלושה sp 2 היברידי - אורביטלים הממוקמים באותו מישור, בשילוב עם צורה מסלולית לא היברידית כפולות כפולותחיבורים (─С = С─); גם בעזרת sp - עולים אורביטלים היברידיים בעלי אוריינטציה ליניארית ואורביטלים לא היברידיים בין אטומי פחמן כפולות משולשותקשרים (─ C ≡ C ─) במקביל, סוגים אלו של קשרים יוצרים אטומי פחמן לא רק זה עם זה, אלא גם עם יסודות אחרים. לפיכך, התיאוריה המודרנית של מבנה החומר מסבירה לא רק מספר לא מבוטל של תרכובות אורגניות, אלא גם את השפעת המבנה הכימי שלהן על התכונות.

זה גם מאשר לחלוטין את היסודות תיאוריות של מבנה כימי, שפותח על ידי המדען הרוסי הגדול A.M. Butlerov. ההוראות העיקריות של ITS:

1) במולקולות אורגניות, אטומים מחוברים זה לזה בסדר מסוים לפי הערכיות שלהם, הקובע את מבנה המולקולות;

2) התכונות של תרכובות אורגניות תלויות באופי ובמספר האטומים המרכיבים שלהן, כמו גם במבנה הכימי של מולקולות;

3) כל נוסחה כימית מתאימה למספר מסוים של מבנים איזומרים אפשריים;

4) לכל תרכובת אורגנית יש נוסחה אחת ויש לה תכונות מסוימות;

5) במולקולות יש השפעה הדדית של אטומים זה על זה.

מחלקות של תרכובות אורגניות

לפי התיאוריה, תרכובות אורגניות מחולקות לשתי סדרות - תרכובות א-ציקליות ומחזוריות.

1. תרכובות אציקליות.(אלקנים, אלקנים) מכילים שרשרת פחמן פתוחה ופתוחה - ישרה או מסועפת:

N N N N N N

│ │ │ │ │ │ │

N─ S─S─S─S─ N N─S─S─S─N

│ │ │ │ │ │ │

N N N N N │ N

בוטאן איזובוטן רגיל (מתיל פרופאן)

2. א) תרכובות אליציקליות- תרכובות שיש להן שרשראות פחמן סגורות (מחזוריות) במולקולות:

cyclobutane cyclohexane

ב) תרכובות ארומטיות,במולקולות שבהן יש שלד בנזן - מחזור בן שישה איברים עם קשרים בודדים וכפולים לסירוגין (ארנים):

ג) תרכובות הטרוציקליות- תרכובות מחזוריות המכילות, בנוסף לאטומי פחמן, חנקן, גופרית, חמצן, זרחן וכמה יסודות קורט, הנקראים הטרואטומים.

פוראן פירול פירידין

בכל שורה, חומרים אורגניים מחולקים למחלקות - פחמימנים, אלכוהולים, אלדהידים, קטונים, חומצות, אסטרים, בהתאם לאופי הקבוצות הפונקציונליות של המולקולות שלהם.

יש גם סיווג לפי דרגת הרוויה וקבוצות תפקודיות. לפי מידת הרוויה, הם מבחינים:

1. גבול רווייש רק קשרים בודדים בשלד הפחמן.

─С─С─С─

2. בלתי רווי בלתי רווי– ישנם קשרים מרובים (=, ≡) בשלד הפחמן.

─С=С─ ─С≡С─

3. אֲרוֹמָתִי– מחזורים בלתי מוגבלים עם צימוד טבעת של (4n + 2) π-אלקטרונים.

לפי קבוצות פונקציונליות

1. אלכוהול R-CH 2 OH

2. פנולים

3. אלדהידים R─COH קטונים R─C─R

4. חומצות קרבוקסיליות R─COOH О

5. אסטרים R─COOR 1

כיצד התגבש המדע בתחילת המאה ה-19, כאשר המדען השוודי J.J. Berzelius הציג לראשונה את המושג חומרים אורגניים וכימיה אורגנית. התיאוריה הראשונה בכימיה אורגנית היא תיאוריית הרדיקלים. כימאים גילו שבמהלך טרנספורמציות כימיות, קבוצות של מספר אטומים עוברות ללא שינוי ממולקולה של חומר אחד למולקולה של חומר אחר, בדיוק כפי שאטומים של יסודות עוברים ממולקולה למולקולה. קבוצות "בלתי ניתנות לשינוי" כאלה של אטומים נקראות רדיקלים.

עם זאת, לא כל המדענים הסכימו עם התיאוריה של הרדיקלים. רבים דחו בדרך כלל את רעיון האטומיזם - הרעיון של המבנה המורכב של מולקולה וקיומו של אטום כחלק המרכיב שלו. מה שמוכח ללא ספק בימינו ואינו גורם ולו שמץ של ספק, במאה ה- XIX. היה נושא למחלוקת עזה.

תוכן השיעור סיכום שיעורתמיכה מסגרת שיעור מצגת שיטות האצה טכנולוגיות אינטראקטיביות תרגול משימות ותרגילים סדנאות בדיקה עצמית, הדרכות, מקרים, קווסטים שאלות דיון שיעורי בית שאלות רטוריות של תלמידים איורים אודיו, וידאו קליפים ומולטימדיהתצלומים, תמונות גרפיקה, טבלאות, תוכניות הומור, אנקדוטות, בדיחות, משלי קומיקס, אמרות, תשבצים, ציטוטים תוספות תקציריםמאמרים שבבים עבור גיליונות רמאות סקרנים ספרי לימוד בסיסי ומילון מונחים נוסף של מונחים אחרים שיפור ספרי לימוד ושיעוריםתיקון שגיאות בספר הלימודעדכון קטע בספר הלימוד אלמנטים של חדשנות בשיעור החלפת ידע מיושן בידע חדש רק למורים שיעורים מושלמיםתוכנית לוח שנה לשנה המלצות מתודולוגיות של תוכנית הדיון שיעורים משולבים