1. Теорияның негізгі ережелері химиялық құрылымыА.М. Бутлеров

1. Молекулалардағы атомдар бір-бірімен валенттіліктеріне сәйкес белгілі бір ретпен байланысқан. Молекуладағы атомаралық байланыстардың реттілігі оның химиялық құрылымы деп аталады және бір құрылымдық формуламен (құрылым формуласы) көрсетіледі.

2. Химиялық құрылымды химиялық әдістермен орнатуға болады. (Қазіргі уақытта заманауи физикалық әдістер де қолданылады).

3. Заттардың қасиеттері олардың химиялық құрылымына байланысты.

4. Берілген заттың қасиеті бойынша оның молекуласының құрылысын, ал молекуласының құрылысы арқылы қасиеттерін болжауға болады.

5. Молекуладағы атомдар мен атомдар топтары бір-біріне әсер етеді.

Органикалық қосылыстардың молекуласы - белгілі бір ретпен, әдетте коваленттік байланыстар арқылы байланысқан атомдар жиынтығы. Бұл жағдайда байланысқан атомдар электртерістілік мәні бойынша ерекшеленуі мүмкін. Көбінесе электртерістілік шамалары бұны анықтайды ең маңызды сипаттамаларыполярлық және беріктік (қалыптасу энергиясы) сияқты байланыстар. Өз кезегінде, молекуладағы байланыстардың полярлығы мен беріктігі көп дәрежеде молекуланың белгілі бір химиялық реакцияларға түсу қабілетін анықтайды.

Көміртек атомының электртерістігі оның гибридтену күйіне байланысты. Бұл гибридті орбитальдағы s орбиталының үлесіне байланысты: sp3 үшін кішірек, sp2 және sp гибридті атомдары үшін үлкенірек.

Молекуланы құрайтын барлық атомдар өзара байланысты және өзара әсер етеді. Бұл әсер негізінен электронды эффекттер деп аталатын коваленттік байланыстар жүйесі арқылы беріледі.

Электрондық эффектілер – алмастырғыштардың әсерінен молекуладағы электрон тығыздығының ығысуы.

Полярлық байланыспен байланысқан атомдар жартылай зарядтарды алып жүреді, оларды гректің «дельта» (d) әрпімен белгілейді. s-байланыстың электрон тығыздығын өз бағытында «тартатын» атом теріс d- зарядына ие болады. Коваленттік байланыспен байланыстырылған жұп атомдарды қарастырғанда, электртеріс атомды электронды акцептор деп атайды. Оның s-байланыс серіктесі сәйкесінше бірдей шамадағы электронды тығыздық тапшылығына ие болады, яғни. жартылай оң заряд d+, электронды донор деп аталады.

Электрон тығыздығының s-байланыс тізбегі бойымен орын ауыстыруын индуктивті эффект деп атайды және I деп белгілейді.

2. Изомерия- элементтік құрамы және молекулалық салмағы бойынша бірдей, бірақ физикалық және химиялық қасиеттері бойынша әртүрлі қосылыстардың (негізінен органикалық) болуы. Мұндай қосылыстар изомерлер деп аталады.

Құрылымдық изомерия- химиялық құрылымдағы айырмашылықтардың нәтижесі. Бұл түрге мыналар кіреді:

Көміртек атомдарының әртүрлі байланыс ретіне байланысты көміртек қаңқасының изомериясы. Ең қарапайым мысал - бутан CH3-CH2-CH2-CH3 және изобутан (CH3)3CH. Басқа мысалдар: антрацен және фенантрен (сәйкесінше I және II формулалар), циклобутан және метилциклопропан (III және IV).

Валентті изомерия - ерекше түріқұрылымдық изомерия, онда изомерлердің тек байланыстардың қайта бөлінуі есебінен бір-біріне айналуы мүмкін. Мысалы, бензолдың (V) валенттік изомерлері бициклогекса-2,5-диен (VI, «Дьюар бензолы»), призман (VII, «Ладенбург бензолы»), бензвален (VIII).

Функционалдық топ изомериясы - Функционалдық топтың сипаты бойынша ерекшеленеді; мысалы, этанол (CH3-CH2-OH) және диметил эфирі (CH3-O-CH3).

позиция изомериясы- Бірдей функционалды топтардың немесе бірдей көміртек қаңқасы бар қос байланыстардың орналасуының айырмашылығымен сипатталатын құрылымдық изомерия түрі. Мысалы: 2-хлорбутан қышқылы және 4-хлорбутан қышқылы.

Энантиомерлер (оптикалық изомерлер, айна изомерлер) – оптикалық антиподтардың жұптары – таңбалары қарама-қарсы және барлық басқа физикалық-химиялық қасиеттерімен жарықтың поляризация жазықтығының айналуының шамасы бойынша тең (басқа заттармен реакцияларды қоспағанда) заттар. оптикалық белсенді заттарЖәне физикалық қасиеттеріхиральды ортада). Оптикалық антиподтардың пайда болуының қажетті және жеткілікті себебі молекула келесі нүктелік симметрия топтарының біріне жатады: Cn, Dn, T, O немесе I (хиральдық). Көбінесе біз асимметриялық көміртек атомы туралы, яғни төрт түрлі орынбасармен байланысқан атом туралы айтып отырмыз.

3. sp³ будандастыру -Бір s- және үш p-орбитальдарды араластырғанда пайда болады. Бір-біріне қатысты 109° 28’ (109,47°), ұзындығы 0,154 нм тетраэдрлік бұрыштарда орналасқан төрт бірдей орбиталь пайда болады.

Көміртек атомы және 2-ші периодтың басқа элементтері үшін бұл процесс схема бойынша жүреді:

2s + 2px + 2py + 2pz = 4 (2сп3)

Алкандар(қаныққан көмірсутектер, парафиндер, алифатты қосылыстар) – құрамында тек қарапайым байланыстар бар және жалпы формуласы CnH2n + 2 болатын гомологтық қатар түзетін сызықты немесе тармақталған құрылымды ациклді көмірсутектер. .Алкиннің химиялық құрылысы(молекуладағы атомдардың қосылу реті) ең қарапайым алкандардың – метан, этан және пропан – олардың 2-бөлімде келтірілген құрылымдық формулаларын көрсетіңіз.Бұл формулалардан алкандарда химиялық байланыстың екі түрі бар екенін көруге болады:

S-S және S-N. Байланыс C-Cковалентті полюссіз. C-H байланысы ковалентті әлсіз полярлы, өйткені көміртегі мен сутегі электртерістігі жағынан жақын

жазықтыққа перпендикуляр орналасқан, будандастыруға қатыспайтын p-орбиталь σ-байланыстар, басқа атомдармен π байланысын құру үшін қолданылады. Көміртектің бұл геометриясы графит, фенол және т.б.

Валенттік бұрыш- бір атомнан шығатын химиялық байланыстардың бағыттарымен түзілетін бұрыш. Байланыс бұрыштарын білу молекулалардың геометриясын анықтау үшін қажет. Валенттік бұрыштар екеуіне де байланысты жеке ерекшеліктерібайланысқан атомдар және орталық атомның атомдық орбитальдарының гибридтенуінен. Қарапайым молекулалар үшін байланыс бұрышын, сондай-ақ молекуланың басқа геометриялық параметрлерін кванттық химия әдістерімен есептеуге болады. Эксперименттік түрде олар айналу спектрлерін талдау арқылы алынған молекулалардың инерция моменттерінің мәндерінен анықталады (Инфрақызыл спектроскопия, Молекулалық спектрлер, Микротолқынды спектроскопияны қараңыз). Күрделі молекулалардың байланыс бұрышы дифракциялық құрылымдық талдау әдістерімен анықталады.

4. sp2 будандастыру (жазықтық-тригональды)Бір s- және екі p-орбиталь араласып, үш баламалы sp2-гибридті орбитальдар түзіледі, олар бір жазықтықта 120° бұрышта (көк түспен белгіленген). Олар үш σ-байланыс түзе алады. Үшінші p-орбиталь гибридтелмеген күйінде қалады және гибридті орбитальдар жазықтығына перпендикуляр бағытталған. Бұл p-AO π-байланыстың түзілуіне қатысады . 2 период элементтері үшін sp2 будандастыру процесі схема бойынша жүреді:

2с + 2px + 2py = 3 (2сп2)

Көміртек атомының екінші валенттік күйі.Органикалық заттар бар, оларда көміртек атомы төрт валентті болып қала отырып, төрт емес, үш көрші атомдармен байланысады.

5. sp будандастыру (сызықтық) 180 бұрышта орналасқан екі эквивалентті sp-орбитальдарды құрайтын бір s- және бір p-орбиталь қоспасы, яғни. бір осьте. Гибридті sp орбитальдары екі σ байланыстың түзілуіне қатысады. Екі p-орбиталь будандаспайды және өзара перпендикуляр жазықтықта орналасады. -Орбитальдар қосылыстарда екі π-байланыс түзеді.

2 периодтың элементтері үшін sp- будандастыру схема бойынша жүреді:

2сек + 2px= 2 (2сп)

2py- және 2pz-AO өзгермейді.

Ацетилен- қанықпаған көмірсутек С2Н2. Көміртек атомдары арасында үштік байланысы бар, алкиндер класына жатады

Ацетилендегі көміртек атомдары sp-гибридтенеді. Олар бір және екі байланыс арқылы қосылады, макс. тығыздықтары то-рых екі өзара перпендикуляр аймақта орналасып, цилиндрлік пішінді құрайды. электронды тығыздық бұлты; оның сыртында Н атомдары бар.

МЕТИЛАЦЕТИЛЕН(пропин, аллилен) CH3C=CH. Химия бойынша. Saint-you M. - ацетиленді көмірсутектердің типтік өкілі. Электрофиз, нуклеоф ауданына оңай енеді. және үштік байланысқа радикалды қосу, мысалы. өзара әрекеттесуімен метанолмен метил изопропенил эфирін түзеді.

6. Байланыс түрлері -Металлдық байланыс, коваленттік байланыс, иондық байланыс, сутектік байланыс

Иондық байланыс- электртерістігінің айырмашылығы үлкен атомдар арасында түзілетін күшті химиялық байланыс, онда ортақ электронды жұп электртерістігі үлкен атомға толығымен өтеді. Мысал ретінде «иондылық дәрежесі» 97% болатын CsF қосылысын келтіруге болады.

коваленттік полярлық байланыстың поляризациясының төтенше жағдайы. Типтік металл және бейметал арасында қалыптасады. Бұл жағдайда металдан электрондар бейметалға толығымен өтеді. иондар түзіледі.

Егер электртерістігінің айырмашылығы өте үлкен атомдар арасында химиялық байланыс түзілсе (Полинг бойынша ЭО > 1,7), онда ортақ электрондар жұбы ЭО үлкенірек атомға толығымен ауысады. Мұның нәтижесі қарама-қарсы зарядталған иондардың қосылысының түзілуі болып табылады.

коваленттік байланыс(атомдық байланыс, гомеополярлық байланыс) – валентті электрон бұлттарының жұбының қабаттасуы (әлеуметтенуі) нәтижесінде түзілетін химиялық байланыс. Байланысты қамтамасыз ететін электронды бұлттарды (электрондарды) жалпы электронды жұп деп атайды.

Қарапайым коваленттік байланыс екі жұпталмаған валенттік электрондардан, әрбір атомнан бір-бірден түзіледі:

Әлеуметтену нәтижесінде электрондар толтырылған энергия деңгейін құрайды. Егер олардың осы деңгейдегі жалпы энергиясы бастапқы күйінен аз болса, байланыс түзіледі (және энергияның айырмашылығы байланыс энергиясынан артық болмайды).

Н2 молекуласындағы атомдық (шеттерде) және молекулалық (орталықта) орбитальдардың электронды толтырылуы. Тік ось энергетикалық деңгейге сәйкес келеді, электрондар олардың спиндерін көрсететін көрсеткілермен көрсетілген.

Молекулалық орбитальдар теориясына сәйкес екі атомдық орбитальдың қабаттасуы қарапайым жағдайда екі молекулалық орбитальдың (МО) түзілуіне әкеледі: байланыстырушы МО және антибайланыс (қопсыту) МО. Ортақ электрондар энергиямен байланыстыратын MO төмен орналасқан.

7. Алкандар- құрамында тек қарапайым байланыстар бар және жалпы формуласы CnH2n + 2 болатын гомологтық қатар түзетін сызықты немесе тармақталған құрылымды ациклді көмірсутектер.

Алкандар қаныққан көмірсутектер болып табылады және сутегі атомдарының ең көп мүмкін санын қамтиды. Алкан молекулаларындағы әрбір көміртек атомы sp³-гибридтену күйінде болады - С атомының барлық 4 гибридті орбитальдары пішіні мен энергиясы бойынша тең, 4 электронды бұлт тетраэдр шыңдарына 109 ° 28 " бұрышпен бағытталған. С атомдары арасындағы дара байланыстарға, көміртегі байланысының айналасында еркін айналу. Көміртек байланысының түрі σ-байланыстар, байланыстар төмен полярлы және нашар поляризацияланады. Көміртек байланысының ұзындығы 0,154 нм.

Қаныққан көмірсутектердің изомериясы құрылымдық изомерияның ең қарапайым түрі – көміртек қаңқасының изомериясына байланысты. гомологтықайырмашылығы -CH2-. Көміртегі үш атомнан көп алкандардың изомерлері болады. Бұл изомерлердің саны көміртегі атомдарының саны артқан сайын үлкен жылдамдықпен өседі. n = 1…12 алкандар үшін изомерлердің саны 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.

Номенклатура -Рационалды. Көміртек тізбегінің бір атомы таңдалып, ол алмастырылған метан болып саналады және оған қатысты алкил1алкил2алкил3алкил4метан атауы құрастырылады.

Түбіртек. Алкандардың галоген туындыларын алу. Спирттерді қалпына келтіру. Карбонилді қосылыстарды қалпына келтіру. Қанықпаған көмірсутектерді гидрлеу. Колбе синтезі. Қатты отынды газдандыру. Вюрц реакциясы. Фишер-Тропш синтезі.

8. Алкандархимиялық белсенділігі төмен. Себебі жалғыз CH және C-C байланыстары салыстырмалы түрде берік және үзілуі қиын.

Радикалды алмастыру реакциялары.

Алкандардың галогенденуітүбегейлі механизммен жүреді. Реакцияны бастау үшін алкан мен галоген қоспасын ультракүлгін сәулемен сәулелендіру немесе қыздыру керек. Метанды хлорлау метилхлоридті алу сатысында тоқтамайды (егер хлор мен метанның эквимолярлы мөлшері алынса), метилхлоридтен бастап төрт хлорлы көміртегіге дейінгі барлық мүмкін болатын алмастыру өнімдерінің түзілуіне әкеледі.

Нитрлеу (Коновалов реакциясы)

Алкандар азот қышқылының 10% ерітіндісімен немесе N2O4 азот оксидімен газ фазасында әрекеттесіп, нитротуындылар түзеді:

RH + HNO3 = RNO2 + H2O

Барлық қолжетімді деректер бос радикал механизмін көрсетеді. Реакция нәтижесінде өнімдер қоспалары түзіледі.

Тотығу реакциялары. Жану

Қаныққан көмірсутектердің отын ретінде қолданылуын анықтайтын негізгі химиялық қасиеті жану реакциясы болып табылады. Мысалы: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

Оттегі болмаған жағдайда көмірқышқыл газы ауыстырылады көміртегі тотығынемесе көмір (оттегі концентрациясына байланысты).

Жалпы кез келген көмірсутек CxHy үшін жану реакциясының теңдеуін былай жазуға болады: CxHy + (x + 0,5y)O2 → xCO2 + 0,5yH2O

каталитикалық тотығу

Спирттер, альдегидтер, карбон қышқылдары түзілуі мүмкін.

Алкандардың термиялық түрленулері. Ыдырау

Ыдырау реакциялары тек жоғары температураның әсерінен жүреді. Температураның жоғарылауы көміртегі байланысының үзілуіне және бос радикалдардың пайда болуына әкеледі.

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

Крекинг

500 °С жоғары қыздырғанда алкандар пиролитикалық ыдырауға ұшырайды, олардың құрамы мен қатынасы температура мен реакция уақытына байланысты күрделі өнімдер қоспасы түзіледі.

Сутексіздендіру

Алкендердің түзілуі және сутегінің бөлінуі

Ағын шарттары: 400 - 600 °C, катализаторлар - Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3;C2H6 → C2H4 + H2

Изомерлену -Катализатордың әсерінен (мысалы, AlCl3) алкандардың изомерленуі жүреді, мысалы:

алюминий хлоридімен (AlCl3) әрекеттесетін бутан (C4H10) n-бутаннан 2-метилпропанға айналады.

Метанның конверсиясы

CH4 + H2O → CO + H2 - Ni катализатор («CO + H2» «синтез газы»)

Алкандар калий перманганатымен (KMnO4) және бром суымен (Br2) әрекеттеспейді.

9.Алкендер(басқа жағдайда олефиндер немесе этиленді көмірсутектер) – құрамында көміртек атомдары арасында бір қос байланысы бар, жалпы формуласы CnH2n гомологтық қатар түзетін ациклді қанықпаған көмірсутектер. Қос байланыстағы көміртек атомдары sp² гибридтену күйінде және байланыс бұрышы 120°. Ең қарапайым алкен – этилен (С2Н4). IUPAC номенклатурасы бойынша алкендердің атаулары сәйкес алкандардың атауларынан «-an» жұрнағын «-en» жұрнағымен ауыстыру арқылы жасалады; қос байланыстың орны араб цифрымен белгіленеді.

Көміртегі үш атомнан көп алкендердің изомерлері болады. Алкендерге көміртек қаңқасының изомериясы, қос байланыс орындары, классаралық және кеңістік тән. этилен (этилен) С2Н4, пропен С3Н6, бутен С4Н8, пентен С5Н10, гексен С6Н12,

Алкендерді алу әдістері -Алкендерді алудың негізгі өнеркәсіптік әдісі мұнай мен табиғи газ көмірсутектерін каталитикалық және жоғары температурада крекингтеу болып табылады. Төменгі деңгейдегі алкендерді алу үшін сәйкес спирттердің сусыздану реакциясы да қолданылады.

Зертханалық тәжірибеде әдетте күшті минералды қышқылдардың қатысуымен спирттерді дегидратациялау, сәйкес галоген туындыларын дегидрогалогендеу және дегалогендеу әдісі қолданылады; Гоффман, Чугаев, Виттиг және Коп синтездері.

10. Алкендердің химиялық қасиеттеріАлкендер химиялық белсенді. Олардың химиялық қасиеттері негізінен қос байланыстың болуымен анықталады. Алкендер үшін электрофильді қосылу реакциялары және радикалды қосу реакциялары ең тән. Нуклеофильді қосылу реакциялары әдетте күшті нуклеофильді қажет етеді және алкендерге тән емес.

Алкендерде сонымен қатар циклдық жүктеме және метатездеу реакциялары бар.

Алкендер тотығу реакцияларына оңай түседі, күшті тотықсыздандырғыштармен немесе катализаторлардың әсерінен сутегімен алкандарға гидрленеді, сонымен қатар аллилді радикалды алмастыруға қабілетті.

Электрофильді қосу реакциялары.Бұл реакцияларда шабуылдаушы бөлшек электрофиль болып табылады.Негізгі мақала: Электрофильді қосылу реакциялары

Алкенді галогендеу, ол радикалды реакциялардың инициаторлары болмаған кезде өтеді - электрофильді қосудың типтік реакциясы. Ол полярлы емес инертті еріткіштер ортасында жүргізіледі (мысалы: CCl4):

Галогендеу реакциясы стереоспецификалық – қосылу алкен молекуласының жазықтығына қатысты қарама-қарсы жақтан жүреді.

Гидрогалогендеу.Галогенсутектердің алкендерге электрофилді қосылуы Марковников ережесі бойынша жүреді:

Гидроборация.Қосылу аралық циклдік активтендірілген кешеннің түзілуімен көптеген сатыларда жүреді, ал бордың қосылуы Марковников ережесіне қарсы – ең гидрленген көміртегі атомына дейін жүреді.

Ылғалдандыру.Судың алкендерге қосылу реакциясы күкірт қышқылының қатысуымен жүреді

Алкилдену.Төмен температурада қышқылдық катализатор (HF немесе H2SO4) қатысында алкендерге алкандарды қосу молекулалық массасы жоғары көмірсутектің түзілуіне әкеледі және өнеркәсіпте жиі қолданылады.

11. Алкиндер(басқа жағдайда ацетиленді көмірсутектер) - жалпы формуласы CnH2n-2 болатын көміртек атомдары арасында үштік байланысы бар көмірсутектер. Үштік байланыстағы көміртек атомдары sp гибридтену күйінде болады.

Алкиндерге қосылу реакциялары тән. Электрофильді қосылу реакцияларымен сипатталатын алкендерден айырмашылығы, алкиндер нуклеофильді қосылу реакцияларына да түсе алады. Бұл байланыстың маңызды s-сипаты және соның салдарынан көміртегі атомының электртерістігінің жоғарылауымен түсіндіріледі. Сонымен қатар үштік байланыстағы сутегі атомының жоғары қозғалғыштығы алмастыру реакцияларында алкиндердің қышқылдық қасиеттерін анықтайды.

Негізгі өнеркәсіп алу жолыацетилен – метанның электро- немесе термиялық крекингі, табиғи газдың пиролизі және карбид әдісі

12. Диен көмірсутектері(диендер), екі қос байланысы бар қанықпаған көмірсутектер. Алифатикалық диендер СnН2n_2 деп аталады. алкадиендер, алициклді CnH2n_4 - циклоалкадиендер. Мақалада конъюгацияланған қос байланысы бар диен көмірсутектері қарастырылады [конъюгацияланған диендер; кестені қараңыз]. Химияда оқшауланған қос байланысы бар диендер. Сен ең бастысы. олефиндерден айырмашылығы жоқ. Байланыс туралы. жинақталған қос байланыстары бар, Алленсті қараңыз. Диен көмірсутектерінде конъюгацияланған жүйенің барлық төрт көміртегі атомдары sp2 будандастыруға ие және бір жазықтықта жатады. Төрт p-электрондар (әр көміртегі атомынан бір) төрт p-молекулярлық орбитальдарды (екі байланыс - бос және екі қопсыту - бос) түзу үшін қосылып, олардың ең төменгісі ғана барлық көміртек атомдарында делокализацияланады. p-электрондардың ішінара делокализациясы конъюгация эффектісін тудырады, ол жүйе энергиясының төмендеуінде (оқшауланған қос байланыстар жүйесімен салыстырғанда 13-17 кДж/моль), атомаралық қашықтықтардың теңестірілуінде көрінеді: қос байланыстар біршама ұзағырақ (0,135 нм), ал қарапайымдары конъюгациясы жоқ молекулаларға қарағанда қысқа (0,146 нм) (тиісінше 0,133 және 0,154 нм), поляризацияланғыштығының жоғарылауы, молекулалық сынудың жоғарылауы және басқа физикалық. әсерлері. Диенді көмірсутектер бір-біріне өтетін екі конформация түрінде болады, s-транс формасы тұрақтырақ.

13. спирттерқұрамында бір немесе бірнеше гидроксил топтары бар қосылыстар деп аталады. Олардың саны бойынша спирттер бір атомды, екі атомды, үш атомды және т.б. Метил спиртіндегі байланыс ұзындықтары және байланыс бұрыштары.

Алкогольдер үшін оларды атаудың бірнеше жолы бар. Қазіргі заманғы IUPAC номенклатурасында алкоголь атауына көмірсутек атауына «ol» аяқталуы қосылады. Құрамында ОН функционалдық тобы бар ең ұзын тізбек гидроксил тобына жақын ұшынан бастап нөмірленеді, ал орынбасарлар префиксте көрсетіледі.

Түбіртек. Алкендердің гидрациялануы.Алкендер қышқылдардың сұйылтылған сулы ерітінділерімен әрекеттескенде негізгі өнім спирт болып табылады.

Гидроксимеркурация-алкендердің демеркурациясы. Бұл реакция қайта құрулармен бірге жүрмейді және жеке спирттердің пайда болуына әкеледі. Реакцияның бағыты Марковников ережесіне сәйкес, реакция жұмсақ жағдайда, шығымдылығы санға жақын болады.

Алкендердің гидроборациясы және кейінгі тотығуыборандар сілтілі ортадағы сутегі асқын тотығының ерітіндісімен, сайып келгенде, қос байланысқа судың қосылуының анти-Марковников өніміне әкеледі.

Альдегидтер мен кетондарды литий алюминий гидридімен немесе натрий боргидридімен қалпына келтіру

LiAlH4 және NaBH4 альдегидтерді бастапқы спирттерге, ал кетондарды қайталамаға дейін төмендетеді, бұл ретте натрий боргидриді оның жұмыс істеу қауіпсіздігіне байланысты артықшылық береді: оны тіпті сулы және спиртті ерітінділерде де қолдануға болады. Литий алюминий гидриді сумен және спиртпен жарылғыш реакцияға түседі және құрғақ күйде 120°-тан жоғары қыздырғанда жарылғыш ыдырайды.

Күрделі эфирлер мен карбон қышқылдарының бастапқы спирттерге айналуы.Бастапқы спирттер эфирлер мен карбон қышқылдарын литий алюминий гидридімен эфирде немесе THF-те тотықсыздандыру арқылы түзіледі. Күрделі эфирлерді литий алюминий гидридімен тотықсыздандыру әдісі әсіресе препараттық тұрғыдан ыңғайлы. Айта кету керек, натрий боргидриді күрделі эфир мен карбоксил топтарын төмендетпейді. Бұл күрделі эфир және карбоксил топтарының қатысуымен карбонил тобын NaBH4-пен селективті қалпына келтіруге мүмкіндік береді. Қалпына келтіру өнімдерінің шығымдылығы сирек 80% төмен. Литий боргидриді, NaBH4-тен айырмашылығы, күрделі эфирлерді бастапқы спирттерге дейін төмендетеді.

14. көп атомды спирттер. Глицерин- HOCH2CH(OH)-CH2OH немесе C3H5(OH)3 формуласы бар химиялық қосылыс. Үш атомды спирттердің қарапайым өкілі. Бұл тұтқыр мөлдір сұйықтық. Табиғи (өсімдік немесе жануар) майлар мен майлардың (триглицеридтердің) гидролизі нәтижесінде оңай түзілетін, майларды сабындау кезінде алғаш рет 1779 жылы Карл Шееле алған.

физикалық қасиеттері. Глицерин- түссіз, тұтқыр, гигроскопиялық сұйықтық, суда шексіз ериді. Дәмі тәтті, сондықтан ол өз атауын алды (гликос - тәтті). Ол көптеген заттарды жақсы ерітеді.

Химиялық қасиеттеріглицерин көп атомды спирттерге тән.Глицериннің галогенсутекпен немесе фосфор галогенидтерімен әрекеттесуі моно- және дигалогидриндердің түзілуіне әкеледі.Глицерин карбон және минералды қышқылдармен эфирден өтіп, сәйкес күрделі эфирлер түзіледі. Сонымен, азот қышқылымен глицерин тринитрат - нитроглицерин түзеді (1847 жылы Асканио Собреро (ағылшын) алған), ол қазіргі уақытта түтінсіз ұнтақтарды өндіруде қолданылады.

Сусызданған кезде ол акролеин түзеді:

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

Этиленгликоль, HO-CH2-CH2-OH көп атомды спирттердің ең қарапайым өкілі. Тазартылған кезде ол аздап майлы консистенциясы бар мөлдір, түссіз сұйықтық. Ол иіссіз және тәтті дәмі бар. Улы. Этиленгликольді немесе оның ішіндегі ерітінділерді қабылдау ағзадағы қайтымсыз өзгерістерге және өлімге әкелуі мүмкін.

Өнеркәсіпте этиленгликоль гидратация арқылы алынадыэтилен оксиді 10 атм және 190–200°С немесе 1 атм және 50–100°С температурада 0,1–0,5% күкірт (немесе фосфор) қышқылының қатысуымен, 90% шығымға жетеді. Бұл жағдайда қосымша өнімдер диэтиленгликоль, триэтиленгликоль және этиленгликольдің аздаған жоғары полимерлі гомологтары болып табылады.

15. Альдегидтер- сутегі жоқ алкоголь; құрамында бір алмастырғышы бар карбонил тобы (C=O) бар органикалық қосылыстар.

Альдегидтер мен кетондар өте ұқсас, айырмашылығы соңғысының карбонил тобындағы екі орынбасарларының болуы. Мезомерлік конъюгация принципі бойынша «көміртек-оттегі» қос байланыстың поляризациясы келесі резонанстық құрылымдарды жазуға мүмкіндік береді:

Зарядтардың мұндай бөлінуі зерттеудің физикалық әдістерімен расталады және айқын электрофилдер ретінде альдегидтердің реактивтілігін анықтайды. Жалпы альдегидтердің химиялық қасиеттері кетондарға ұқсас, бірақ альдегидтер белсендірек, бұл байланыстардың көбірек поляризациялануымен байланысты. Сонымен қатар, альдегидтер кетондарға тән емес реакциялармен сипатталады, мысалы, сулы ерітіндідегі гидратация: метанал үшін, одан да көп байланыс поляризациясының арқасында ол толық, ал басқа альдегидтер үшін ішінара болады:

RC(O)H → RC(OH)2H, мұндағы R – H, кез келген алкил немесе арил радикалы.

Ең қарапайым альдегидтердің өткір иісі бар (мысалы, бензальдегидте бадам иісі бар).

Гидроксиламиннің әсерінен олар оксимдерге айналады: CH3CHO + NH2OH = CH3C (=NOH)H + H2O

Формальдегид (латын тілінен formica – құмырсқа), құмырсқа альдегид, CH2O,алифатты альдегидтердің гомологтық қатарының бірінші мүшесі; өткір иісі бар түссіз газ, суда және спиртте жақсы ериді, bp - 19 °C. Өнеркәсіпте F. метил спиртін немесе метанды атмосфералық оттегімен тотықтыру арқылы алынады. F. оңай полимерленеді (әсіресе 100 °С-қа дейінгі температурада), сондықтан ол сақталады, тасымалданады және негізінен формалин және қатты төмен молекулалы полимерлер — триоксан (қара. Триоксиметилен) және параформ (параформальдегидті қараңыз) түрінде қолданылады.

F. өте реактивті; оның көптеген реакциялары бірқатар маңызды өнімдерді алудың өнеркәсіптік әдістерінің негізін құрайды. Сонымен, аммиакпен әрекеттескенде F. уротропин түзеді (Гексаметилентетраминді қараңыз), мочевинамен - мочевина-формальдегидті шайырлар, меламинмен - меламин-формальдегидті шайырлар, фенолдармен - фенол-формальдегидті шайырлар (қараңыз: Фенол-альдегидті шайырлар), фенолмен -. және нафталинсульфон қышқылдары - илеу агенттері, кетенмен - b-пропиолактон. F. сонымен қатар поливинилформалды (қараңыз: Поливинилацеталдар), изопрен, пентаэритритол, препараттар, бояғыштар алу үшін, теріні илеу үшін, дезинфекциялаушы және дезодорант ретінде қолданылады. F. полимерленуі полиформальдегидті алады. F. улы; ауадағы шекті рұқсат етілген концентрациясы 0,001 мг/л.

Ацетальдегид, сірке альдегиді, CH3CHO, органикалық қосылыс, өткір иісі бар түссіз сұйықтық; қайнау температурасы 20,8°С. Балқу температурасы - 124°С, тығыздығы 783 кг/м3 ", сумен, спиртпен, эфирмен барлық жағынан араласады. А. альдегидтерге тән барлық қасиеттерге ие. Минералды қышқылдардың қатысында ол сұйық тримерлі паральдегидке (CH3CHO) полимерленеді. ) 3 және кристалды тетрамерлі металлдегид (CH3CHO) 4. Екі полимерді күкірт қышқылының қатысуымен қыздырғанда А бөлінеді.

Негізгі танымалдардың бірі алу жолдары A. шамамен 95°С температурада сынап тұздарының қатысуымен ацетиленге су қосудан тұрады.

16. Кетондар- Бұлар молекулаларындағы карбонил тобы екі көмірсутек радикалымен байланысқан органикалық заттар.

Кетондардың жалпы формуласы: R1-CO-R2. Басқа карбонилді қосылыстардың арасында карбонил тобымен тікелей байланысқан дәл екі көміртегі атомының кетондарда болуы оларды карбон қышқылдары мен олардың туындыларынан, сондай-ақ альдегидтерден ерекшелендіреді.

физикалық қасиеттері.Кетондар - сумен жақсы араласатын ұшқыш сұйықтықтар немесе төмен балқитын қатты заттар. Молекулааралық сутектік байланыстардың түзілмеуі олардың молекулалық салмағы бірдей спирттер мен карбон қышқылдарына қарағанда біршама жоғары ұшқыштығын тудырады.

Синтез әдістері. Екіншілік спирттердің тотығуы.

Криге қайта құру бойынша үшінші пероксоэфирлерден.

Циклокетондарды Рузицка циклизациясы арқылы алуға болады.

Хош иісті кетондарды Фридель-Крафтс реакциясы арқылы дайындауға болады

Химиялық қасиеттері.Кетондық реакциялардың үш негізгі түрі бар.

Біріншісі карбонил тобының көміртегі атомына нуклеофильді шабуылмен байланысты. Мысалы, кетондардың цианидті анионмен немесе металлорганикалық қосылыстармен әрекеттесуі. Бір типті (нуклеофильді қосу) карбонил тобының спирттермен әрекеттесуін қамтиды, ацетальдар мен гемиацеталдарға әкеледі.

Алкогольмен әрекеттесу:

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

Гринард реагенттерімен:

C2H5-C(O)-C2H5 + C2H5MgI → (C2H5)3OMgI → (C2H5)3OH, үшінші реттік спирт. Альдегидтермен, әсіресе метаналмен реакциялар айтарлықтай белсендірек, екіншілік спирттер альдегидтермен, ал біріншілік спирттер метаналмен түзіледі.

Сондай-ақ кетондар азотты негіздермен, мысалы, аммиакпен және бастапқы аминдермен әрекеттесіп, иминдер түзеді:

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

Реакцияның екінші түрі - карбонил тобына қатысты бета көміртегі атомының протонациясы. Алынған карбанион карбонил тобымен конъюгациялану арқылы тұрақтанады, протонды жою жеңілдігі артады, сондықтан карбонилді қосылыстар салыстырмалы түрде күшті S-Hқышқылдар.

Үшіншісі - оттегі атомының жалғыз жұбындағы электрофилдердің координациясы, мысалы, AlCl3 сияқты Льюис қышқылдары.

Реакциялардың жеке түрін кетондардың тотықсыздануын жатқызуға болады - шығымдылығы санға жақын лейкарт бойынша тотықсыздану.

17. 15 және 16 сұрақтарды салыстырыңыз.

18. Бір негізді шектейтін карбон қышқылдары(бірнегізді қаныққан карбон қышқылдары) – қаныққан көмірсутек радикалы бір карбоксил тобымен -COOH байланысқан карбон қышқылдары. Олардың барлығында СnH2n+1COOH жалпы формуласы бар, мұндағы n = 0, 1, 2, ...

Номенклатура.Бір негізді қаныққан карбон қышқылдарының жүйелі атаулары -овая жұрнағы және қышқыл сөзінің қосылуы арқылы сәйкес алканның атымен беріледі.

Көмірсутекті радикалда қаңқаның изомериясы екі изомері бар бутан қышқылынан басталады:

CH3-CH2-CH2-COOH n-бутан қышқылы; CH3-CH(CH3)-COOH 2-метилпропан қышқылы.

Классаралық изомерия басталады, өзін көрсетеді сірке қышқылы:

CH3-COOH сірке қышқылы; H-COO-CH3 метилформаты (құмырсқа қышқылының метил эфирі); HO-CH2-COH гидроксиэтанал (гидроксисірке альдегиді); HO-CHO-CH2 гидроксиэтилен оксиді.

19. Күрделі эфирлер- органикалық қосылыстар, карбон немесе минералды қышқылдардың туындылары, оларда қышқыл функциясының -ОН гидроксил тобы спирт қалдығымен ауыстырылады. Олар екі көмірсутек радикалы оттегі атомымен (R1-O-R2) байланысқан эфирлерден ерекшеленеді.

Майлар немесе триглицеридтер- табиғи органикалық қосылыстар, глицерин және бір негізді май қышқылдарының толық күрделі эфирлері; липидтер класына жатады. Көмірсулар мен ақуыздармен қатар майлар жануарлар, өсімдіктер және микроорганизмдер жасушаларының негізгі құрамдастарының бірі болып табылады. Сұйық өсімдік майлары әдетте сары май сияқты майлар деп аталады.

карбон қышқылдары- молекулаларында бір немесе бірнеше функционалды карбоксил топтары бар органикалық қосылыстар класы -COOH. Қышқылдық қасиеттері мынаумен түсіндіріледі бұл топпротонды салыстырмалы түрде оңай ажырата алады. Сирек жағдайларды қоспағанда, карбон қышқылдары әлсіз. Мысалы, CH3COOH сірке қышқылының қышқылдық тұрақтысы 1,75 10−5. Ди- және үш карбон қышқылдары монокарбон қышқылдарына қарағанда күштірек.

Май жақсы жылу изоляторы болып табылады, сондықтан көптеген жылы қанды жануарларда ол тері астындағы май тінінде орналасады, жылу шығынын азайтады. Ерекше қалың тері астындағы май қабаты су сүтқоректілеріне (киттер, морждар және т.б.) тән. Сонымен бірге, ыстық климатта тіршілік ететін жануарларда (түйе, жербоя) май қоры жинақталады.

құрылымдық функциясы

Фосфолипидтер қос қабаттың діңін құрайды жасуша мембраналары, холестерин - мембраналық сұйықтықты реттегіштер. Архейлік мембраналар изопреноидты көмірсутектердің туындыларынан тұрады. Балауыздар өсімдіктердің жер үсті мүшелерінің (жапырақтары мен жас өркендерінің) бетінде кутикула түзеді. Оларды көптеген жәндіктер де шығарады (мысалы, аралар олардан бал ұяларын жасайды, ал құрттар мен қабыршақ жәндіктер қорғаныш жамылғыларын жасайды).

Нормативтік

Витаминдер - липидтер (A, D, E)

Гормондық (стероидтар, эйкозаноидтар, простагландиндер және т.б.)

Кофакторлар (долихол)

Сигнал молекулалары (диглицеридтер, жасмон қышқылы; MP3 каскады)

Қорғаныс (соққыға қарсы)

Қалың май қабаты көптеген жануарлардың ішкі мүшелерін соққы кезінде зақымданудан сақтайды (мысалы, салмағы бір тоннаға дейін жететін теңіз арыстандары 4-5 м биіктіктегі жартастардан жартасты жағалауға секіре алады).

20-21-22. Бір негізді қанықпаған қышқылдар- қанықпаған көмірсутектердің туындылары, онда бір сутегі атомы карбоксил тобымен ауыстырылады.

Номенклатура, изомерия.Қанықпаған қышқылдар тобында эмпирикалық атаулар жиі қолданылады: CH2=CH-COOH - акрил (пропеной) қышқылы, CH2=C(CH3)-COOH - метакрил (2-метилпропеной) қышқылы. Қанықпаған бір негізді қышқылдар тобындағы изомериямен байланысты:

а) көміртек қаңқасының изомериясы; б) қос байланыстың орны; в) цис-транс изомериясы.

Қалай алуға болады.1. Галогенді қышқылдарды дегидрогалогендеу:

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

2. Гидроксиқышқылдардың сусыздануы: HO-CH2-CH2-COOH -> CH2=CH-COOH

Физикалық қасиеттері. Төменгі қанықпаған қышқылдар – суда еритін, өткір өткір иісі бар сұйықтықтар; жоғары – қатты, суда ерімейтін заттар, иіссіз.

Химиялық қасиеттеріқанықпаған карбон қышқылдары карбоксил тобының қасиеттеріне де, қос байланыстың қасиеттеріне де байланысты. Карбоксил тобына жақын орналасқан қос байланысы бар қышқылдар – альфа, бета-қанықпаған қышқылдар ерекше қасиеттерге ие. Бұл қышқылдар үшін галогенсутектерді қосу және гидратация Марковников ережесіне қайшы келеді: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH

Мұқият тотығу кезінде дигидрокси қышқылдары түзіледі: CH2 \u003d CH-COOH + [O] + H20 -> HO-CH2-CH (OH) -COOH

Күшті тотығуда қос байланыс үзіліп, әртүрлі өнімдердің қоспасы түзіледі, одан қос байланыстың орнын анықтауға болады. Олеин қышқылы С17Н33СООН – аса маңызды жоғары қанықпаған қышқылдардың бірі. Бұл суықта қатып қалатын түссіз сұйықтық. Оның құрылымдық формуласы CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH.

23. Екі негізді шектейтін карбон қышқылдары(екі негізді қаныққан карбон қышқылдары) - қаныққан көмірсутек радикалы екі карбоксил тобына -COOH қосылған карбон қышқылдары. Олардың барлығында HOOC(CH2)nCOOH жалпы формуласы бар, мұндағы n = 0, 1, 2, …

Номенклатура. Екі негізді қаныққан карбон қышқылдарының жүйелі атаулары -диоин жұрнағы және қышқыл сөзінің қосылуы арқылы сәйкес алканның атымен беріледі.

Көмірсутек радикалындағы қаңқаның изомериясы екі изомері бар бутандиой қышқылынан басталады:

HOOC-CH2-CH2-COOH n-бутандиой қышқылы (этан-1,2-дикарбон қышқылы);

CH3-CH(COOH)-COOH этан-1,1-дикарбон қышқылы.

24-25. оксиқышқылдар (гидроксикарбон қышқылдары), молекуласында бар, мысалы, карбоксил тобы - COOH, гидроксил тобы - OH. HOCH2COOH (гликоль қышқылы). Өсімдіктер мен жануарлар организмдерінде (сүт, лимон, шарап және басқа қышқылдар) бар.

Табиғатта таралуы

Гидроксиқышқылдар өте кең таралған; осылайша, шарап, лимон, алма, сүт және басқа қышқылдар гидроксиқышқылдар болып табылады және олардың атауы біріншілікті көрсетеді. табиғи көзіонда зат табылды.

Синтез әдістері

Реформацкий реакциясы - β-гидроксикарбон қышқылдарының күрделі эфирлерін синтездеу әдісі.

«Жеміс қышқылдары». Көптеген гидроксиқышқылдар косметикада кератолитиктер ретінде қолданылған. Бұл атауды маркетологтар аздап өзгертті - косметологиядағы тартымдылық үшін олар жиі «жеміс қышқылдары» деп аталады.

26-27. оксиқышқылдар (спирт қышқылдары ), қос функциялы қосылыстар, құрамында сулы қалдық пен карбоксил тобы бар спирттер де, қышқылдар да. ОН-ның СООН-ға қатысты орнына қарай (қатар, бір, екі, үш жер арқылы) а-, /?-, у-, в-гидроксиқышқылдары бөлінеді. O. алудың көптеген әдістері бар, олардың негізгісі гликолдарды то-рихтан сақтықпен тотықтыру: CH3.CH(OH).CH2.OH + 02 = CH3. .CH(OH).COOH; оксинитрилдердің сабындануы CH3.CH(OH).CN —* CH3.CH(OH).COOH; галоген қышқылдарындағы галогеннің ОН-ға алмасуы: CH2C1.COOH + KOH = CH2(OH).COOH + + KC1, HN02-нің амин қышқылдарына әсері: CH2(NH2). COOH + HN02 = CH2 (OH) + N2 + + H20. Жануарлар ағзасында гидроксиқышқылдар аминқышқылдарының дезаминденуі (қараңыз), майдың - t-ге дейін тотығуы (қараңыз: Ацетон денелері, Зат алмасу — белокты), гликолиз (қараңыз), ашыту (қараңыз) және басқа химиялық заттар. процестер. Гидроксиқышқылдар қою сұйықтықтар немесе кристалды. заттар. Химияда. О.-ның қатынасы спирттер ретінде де, - сіз сияқты әрекеттеседі: беру мысалы. қарапайым және күрделі эфирлер; фосфордың галогендік қосылыстарының әсерінен екі OH да галогенмен ауыстырылады; Галсутек қышқылдары тек спирттік ОН-мен әрекеттеседі.Арнайы реакциялар а-, /)-, у- және b- гидрокси қышқылдарын сипаттайды: а-гидроксиқышқылдар, екі молекуладан суды жоғалтып, циклдік күрделі эфирлер береді, лактидтер: 2СН2 (ОН).COOH = 2H20 + CH2.O.CO (гликолид); so.o.sn2 /Z-O., суды бөліп, қанықпаған қышқылдарды түзеді: CH2 (OH).CH2.COOH- H20 \u003d CH2:CH. .COOH; y- және d-гидроксиқышқылдары ангидридтер – лактондар түзеді: CH3.CH(OH).CH2.CH2.COOH = = H2O + CH3.CH.CH2.CH2.CO. О. жануарлар мен өсімдік организмдерінде кең таралған. Алифаттық а-О өкілдері. гликоль қышқылы, CH2OH.COOH(оксисірке), сүт қышқылы; /?-гидроксиқышқылдарынан - гидракрил, СН2ОН.СН2СООН, /9-гидрокси-май қышқылы; у-о. бос күйінде белгісіз, өйткені суды жоғалтып, олар лактондарға өтеді. Екі негізді О. ішінде алма қышқылы (оксиамбер-ная) маңызды; COOH.CHOH.CH2.COOH, өсімдіктерде кеңінен таралған; әлсіз ерітінділерде солға айналуы, күштілерде оңға айналуы бар; синтетикалық - бұл белсенді емес. Екі негізді тетраатомдық қышқылдарға шарап қышқылдары (диоксисуцин) жатады. Басқа O. - лимон, HO.SO.CH2. .(COH)(COOH).CH2.COOH, өсімдік әлемінде (жүзімде, лимонда) көп кездеседі және жануарлар организмінде (сүтте) кездеседі; темір цитраты түрінде дәрілік мақсатта қолданылады. Хош иісті О.-дан (фенол қышқылдары), салицил қышқылының, галл қышқылының және олардың туындыларының медицинада маңызы зор; салицил қышқылының фенил эфирі (салол), сульфосалицил қышқылы, С6Н3. OH.S03H.COOH (белокты реагент), ацетилсалицил қышқылы (аспирин). Өсімдіктерде хош иісті қатардағы көптеген әртүрлі О., то-рых туындылары басқалармен қатар техникалық маңызы зор таниндер болып табылады. Биол туралы. бөлек О. мәні және оларды сандық анықтау әдістері туралы — қараңыз. Ацетон денелері, бро-гликолиз, дезаминдену, қан, сүт қышқылы, зәр, бұлшықеттер, бета(^)-гидроксибутир қышқылы.

28-29. аммиак молекуласында сутек атомдарын көмірсутек радикалдарымен дәйекті алмастыру үшін аминдер класына жататын қосылыстар алынады. Сәйкесінше, аминдер біріншілік (RNH2), екіншілік (R2NH), үшінші (R3N) болып табылады. -NH2 тобы амин тобы деп аталады.

Азот атомына қандай радикалдар қосылуына байланысты алифатты, ароматты, алициклды және гетероциклді аминдер болады.

Аминдердің атауларының құрылысы сәйкес көмірсутектердің (біріншілік аминдер) атына amino- префиксін немесе азот атомымен байланысты радикалдардың аталған атауларына (кез келген аминдер үшін) -амин аяқталуын қосу арқылы жүзеге асырылады.

алу жолдары.1. Гоффман реакциясы.Алғашқы аминдерді алудың алғашқы әдістерінің бірі аммиакты алкилгалогенидтермен алкилдеу болды. . 2. Зинин реакциясы— ароматты нитроқосылыстарды қалпына келтіруде ароматты аминдерді алудың ыңғайлы тәсілі. Тотықсыздандырғыш ретінде мыналар қолданылады: H2 (катализаторда). Кейде сутегі реакция сәтінде тікелей түзіледі, ол үшін металдар (мырыш, темір) сұйылтылған қышқылмен өңделеді.

Аминдердің физикалық қасиеттері.Азот атомында бөлінбеген электрон жұбының болуы көбірек тудырады жоғары температураларқайнау температурасы сәйкес алкандардан. Аминдердің жағымсыз өткір иісі бар. бөлме температурасында және атмосфералық қысымбірқатар біріншілік аминдердің алғашқы өкілдері суда жақсы еритін газдар болып табылады. Көміртек радикалы артқан сайын қайнау температурасы көтеріліп, суда ерігіштігі төмендейді.

Аминдердің химиялық қасиеттері. Аминдердің негізгі қасиеттері

Аминдер негіз болып табылады, өйткені азот атомы донор-акцепторлық механизм бойынша (Льюис негізділігінің анықтамасына сәйкес) электрон тапшылығы бар түрлермен байланыс құру үшін электрон жұбын қамтамасыз ете алады. Сондықтан аминдер аммиак сияқты қышқылдармен және сумен әрекеттесіп, протон қосып, сәйкес аммоний тұздарын түзеді.

Аммоний тұздары суда жақсы ериді, бірақ органикалық еріткіштерде нашар ериді. Аминдердің судағы ерітінділері сілтілі.

Аминдердің негізгі қасиеттері орынбасарларының табиғатына байланысты. Атап айтқанда, ароматты аминдер алифаттыларға қарағанда әлсіз негіздер, өйткені азоттың бос электрон жұбы ароматты ядроның -жүйесімен конъюгацияға түседі, бұл азот атомындағы электрон тығыздығын төмендетеді (-M-эффект). Керісінше, алкил тобы жақсы электронды тығыздық доноры болып табылады (+I-эффект).

Аминдердің тотығуы. Аминдердің жануы көмірқышқыл газының, азоттың және судың түзілуімен бірге жүреді: 4CH3NH2 + 9O2 \u003d 4CO2 + 2N2 + 10H2O

Ароматты аминдер ауада өздігінен тотығады. Осылайша, анилин тотығу әсерінен ауада тез қоңыр түске айналады.

Алкилгалогенидтердің қосылуы Аминдер галогеналкандарды қосып, тұз түзеді

Аминдердің азот қышқылымен әрекеттесуі Үлкен құндылықнатрий нитритінің тұз қышқылымен әрекеттесуі арқылы in situ алынған азот қышқылының әсерінен бастапқы ароматты аминдердің диазотизация реакциясы бар.

Біріншілік алифатты аминдер азот қышқылымен әрекеттескенде спирттер түзеді, ал екіншілік алифатты және ароматты аминдер N-нитрозотуындыларын береді: R-NH2 + NaNO2 + HCl \u003d R-OH + N2 + NaCl + H2O; NH+NaNO2+HCl=R2N-N=O+NaCl+H2O

Ароматты аминдерде амин тобы бензол сақинасының орто және пара позицияларында орын басуды жеңілдетеді. Демек, анилин галогенденуі катализаторлар болмаған кезде де тез жүреді де, бензол сақинасының үш сутегі атомы бірден ауыстырылады да, 2,4,6-триброманилиннің ақ тұнбасы түзіледі:

Бром суымен бұл реакция анилин үшін сапалық реакция ретінде қолданылады.

Қолдану

Аминдер фармацевтика өнеркәсібінде және органикалық синтезде қолданылады (CH3NH2, (CH3)2NH, (C2H5)2NH, т.б.); нейлон өндірісінде (NH2-(CH2)6-NH2 - гексаметилендиамин); бояғыштар мен пластмассаларды (анилин) өндіру үшін шикізат ретінде.

30. Амин қышқылдары (аминокарбон қышқылдары)- молекуласында бір мезгілде карбоксил және амин топтары бар органикалық қосылыстар. Амин қышқылдарын бір немесе бірнеше сутегі атомдары амин топтарымен алмастыратын карбон қышқылдарының туындылары ретінде қарастыруға болады.

Жалпы химиялық қасиеттері. 1. Амин қышқылдары молекулаларында -COOH карбоксил тобының болуына байланысты қышқылдық, ал -NH2 амин тобына байланысты негіздік қасиеттерді көрсете алады. Осыған байланысты аминқышқылдарының судағы ерітінділері буферлік ерітінділердің қасиетіне ие болады.

Цвиттерион - амин қышқылдарының молекуласы, онда амин тобы -NH3+, ал карбокси тобы -COO- түрінде берілген. Мұндай молекула нөлдік таза зарядта айтарлықтай дипольдік моментке ие болады. Дәл осындай молекулалардан көптеген аминқышқылдарының кристалдары түзіледі.

Кейбір аминқышқылдарында бірнеше амин топтары мен карбоксил топтары болады. Бұл аминқышқылдары үшін қандай да бір нақты цвиттерион туралы айту қиын.

2. Амин қышқылдарының маңызды ерекшелігі олардың поликонденсациялану қабілеті болып табылады, бұл полиамидтердің, соның ішінде пептидтердің, белоктардың және нейлон-66 түзілуіне әкеледі.

3. Амин қышқылының изоэлектрлік нүктесі аминқышқылдарының молекулаларының максималды үлесі нөлдік зарядқа ие болатын рН мәні болып табылады. Бұл рН кезінде амин қышқылы ең аз қозғалғыш болып табылады электр өрісі, және бұл қасиет аминқышқылдарын, сондай-ақ ақуыздар мен пептидтерді бөлу үшін пайдаланылуы мүмкін.

4. Амин қышқылдары әдетте карбон қышқылдары мен аминдерге тән барлық реакцияларға түсе алады.

Оптикалық изомерия. Глициннен басқа тірі ағзалардың құрамына кіретін барлық α-амин қышқылдары асимметриялық көміртегі атомынан тұрады (треонин мен изолейцинде екі симметриялы емес атом бар) және оптикалық белсенділікке ие. Табиғатта кездесетін барлық дерлік α-амин қышқылдарының L-формасы бар, ал рибосомаларда синтезделген белоктардың құрамына тек L-амин қышқылдары кіреді.

«Тірі» аминқышқылдарының бұл ерекшелігін түсіндіру өте қиын, өйткені оптикалық белсенді емес заттар немесе рацематтар (олар, шамасы, органикалық молекулалар ежелгі Жерде ұсынылған) арасындағы реакцияларда L және D-формалары түзіледі. тең мөлшерде. Мүмкін. пішіндердің бірін таңдау (L немесе D) жай ғана жағдайлардың кездейсоқ үйлесімінің нәтижесі болып табылады: матрицалық синтез басталатын алғашқы молекулалар белгілі бір пішінге ие болды және оларға сәйкес ферменттер «бейімделген».

31. Амин қышқылдары – органикалық амфотерлі қосылыстар. Олардың молекуласында табиғаты қарама-қарсы екі функционалды топ бар: негіздік қасиеттері бар амин тобы және қышқылдық қасиеті бар карбоксил тобы. Аминқышқылдары қышқылдармен де, негіздермен де әрекеттеседі:

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

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

Амин қышқылдары суда еріген кезде карбоксил тобы амин тобына қосыла алатын сутегі ионын бөледі. Бұл жағдайда молекуласы биполярлы ион болып табылатын ішкі тұз түзіледі:

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

Амин қышқылдарының сулы ерітінділері функционалдық топтардың санына байланысты бейтарап, сілтілі немесе қышқылды ортаға ие. Сонымен, глутамин қышқылы қышқыл ерітінді (екі топ -COOH, бір -NH2), лизин - сілтілі (бір топ -COOH, екі -NH2) түзеді.

Бастапқы аминдер сияқты амин қышқылдары азот қышқылымен әрекеттеседі, амин тобы гидроксотопқа, ал амин қышқылы гидрокси қышқылына айналады: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2+ H2O

Бөлінетін азоттың көлемін өлшеу аминқышқылдарының мөлшерін анықтауға мүмкіндік береді (Ван Слайк әдісі).

Амин қышқылдары газ тәріздес хлорсутек қатысында спирттермен әрекеттесе алады, күрделі эфирге айналады (дәлірек эфирдің гидрохлоридті тұзына): H2N-CH(R)-COOH + R"OH H2N-CH(R)- COOR" + H2O.

Аминқышқылдарының күрделі эфирлері биполярлы құрылымға ие емес және ұшпа қосылыстар болып табылады. Ең маңызды қасиетаминқышқылдары – олардың конденсацияланып пептидтер түзу қабілеті.

32. Карбоксил тобыекі функционалды топты біріктіреді - карбонил =СО және гидроксил -OH, өзара әсер етеді.

Карбон қышқылдарының қышқылдық қасиеттері электрон тығыздығының карбонил оттегіне ығысуымен және нәтижесінде О-Н байланысының қосымша (спирттермен салыстырғанда) поляризациясымен байланысты.

Сулы ерітіндіде карбон қышқылдары иондарға диссоциацияланады: R-COOH = R-COO- + H+

Суда ерігіштігі және қышқылдардың жоғары қайнау температурасы молекулааралық сутектік байланыстардың түзілуіне байланысты.

Амин тобы - бір валентті топ -NH2, аммиак қалдығы (NH3).Амин тобы көптеген органикалық қосылыстардың құрамында болады – аминдер, аминқышқылдары, амин спирттері және т.б. Құрамында -NH2 тобы бар қосылыстар, әдетте, азот атомында бөлінбеген электрон жұбының болуына байланысты негізгі сипатқа ие.

Ароматты қосылыстардағы электрофильді орынбасу реакцияларында амин тобы бірінші текті бағдарлаушы болып табылады, яғни. бензол сақинасындағы орто және пара позицияларын белсендіреді.

33. Поликонденсация- полифункционалды (көбінесе екі функционалды) қосылыстардан полимерлерді синтездеу процесі, әдетте функционалдық топтардың әрекеттесуі кезінде төмен молекулалық қосымша өнімдердің (су, спирттер және т.б.) бөлінуімен бірге жүреді.

Поликонденсация процесінде түзілетін полимердің молекулалық салмағы бастапқы компоненттердің қатынасына, реакция жағдайларына байланысты.

Поликонденсация реакцияларына екі түрлі функционалды топтары бар бір мономер қатысуы мүмкін: мысалы, ε-аминокапрон қышқылынан поли-ε-капроамидтің (нейлон-6, капрон) синтезі немесе әртүрлі функционалды топтары бар екі мономердің синтезі, мысалы, синтез. нейлон- 66 адипин қышқылының және гексаметилендиаминнің поликонденсациясы; бұл жағдайда сызықтық құрылымды полимерлер түзіледі (сызықтық поликонденсация, 1-суретті қараңыз). Егер мономер (немесе мономерлер) екіден көп функционалды топты алып жүрсе, үш өлшемді желі құрылымы бар (үш өлшемді поликонденсация) айқаспалы полимерлер түзіледі. Мұндай полимерлерді алу үшін мономерлер қоспасына көбінесе «айқаспалы» полифункционалды компоненттер қосылады.

Сақинаның ашылу механизмі бойынша циклдік мономерлерден полимер синтезінің реакцияларын ерекше атап өтуге болады – қосу, мысалы, капролактамнан нейлон-6 синтезі (ε-аминокапрон қышқылының циклдік амиді); төмен молекулалық салмақты фрагменттің оқшауланбағанына қарамастан, мұндай реакциялар көбінесе поликонденсация деп аталады.

Пептидтік байланыс- бір амин қышқылының α-амин тобының (-NH2) екінші амин қышқылының α-карбоксил тобымен (-COOH) әрекеттесуі нәтижесінде белоктар мен пептидтердің түзілуі кезінде пайда болатын амидтік байланыстың түрі.

Пептидтік байланыстағы C-N иде ішінара қосарланған сипатқа ие, ол, атап айтқанда, оның ұзындығының 1,32 ангстромға дейін төмендеуімен көрінеді. Бұл келесі қасиеттерді тудырады:

4 байланыс атомы (C, N, O және H) және 2 α-көміртек бір жазықтықта. R-топтары аминқышқылдары мен сутегі α-көміртектер осы жазықтықтан тыс.

Пептидтік байланыстағы H және O, сондай-ақ екі аминқышқылдарының α-көміртегілері трансориентацияланады (транс-изомер тұрақтырақ). Барлық табиғи ақуыздар мен пептидтерде кездесетін L-амин қышқылдары жағдайында R-топтары да трансориентацияланады.

айналдыру C-N қосылымдарымүмкін емес, C-C байланысының айналасында айналу мүмкін.

пептидтер (грек. πεπτος - қоректік) - молекулалары -C (O) NH - пептидтік (амидтік) байланыстар арқылы тізбекте қосылған α-аминқышқылдарының қалдықтарынан түзілген заттар тобы.

34. Белоктар (белоктар, полипептидтер) – пептидтік байланыс арқылы тізбекке қосылған аминқышқылдарынан тұратын жоғары молекулалы органикалық заттар. Тірі организмдерде белоктардың аминқышқылдық құрамы генетикалық кодпен анықталады, көп жағдайда синтезде 20 стандартты аминқышқылдары қолданылады. Олардың көптеген комбинациялары белок молекулаларының әр алуан қасиеттерін береді. Сонымен қатар, ақуыздың құрамындағы аминқышқылдары көбінесе посттрансляциялық модификацияларға ұшырайды, бұл белок өз қызметін атқара бастағанға дейін де, жасушадағы «жұмыс» кезінде де болуы мүмкін. Көбінесе тірі организмдерде бірнеше ақуыз молекулалары күрделі кешендерді құрайды, мысалы, фотосинтетикалық кешен.

Ақуыз макромолекуласының күрделі орауын (архитектоникасын) түсіну үшін бірнеше нәрсені қарастыру керек. ұйымдастыру деңгейлері. Бастапқы, қарапайым құрылым - бұл полипептидтік тізбек, яғни пептидтік байланыстармен байланысқан аминқышқылдарының тізбегі. Біріншілік құрылымда аминқышқылдары арасындағы барлық байланыстар ковалентті, сондықтан күшті. келесі, көбірек жоғары деңгейұйымдастыру ақуыз жіп спираль түрінде бұралған кезде қосалқы құрылым болып табылады. Сутектік байланыс спиральдың бір бұрылысында орналасқан -COOH топтары мен екінші бұрылысында -NH2 топтары арасында түзіледі. Олар сутегі негізінде пайда болады, көбінесе екі теріс атом арасында орналасады. Сутегі байланыстары коваленттік байланыстарға қарағанда әлсіз, бірақ олардың көп санымен олар жеткілікті күшті құрылымның қалыптасуын қамтамасыз етеді. Амин қышқылдарының жібі (полипептид) одан әрі ширатылып, әрбір ақуызға тән шар немесе фибрил немесе глобул түзеді. Осылайша, үшінші құрылым деп аталатын күрделі конфигурация пайда болады. Оны анықтау әдетте кристалдардағы және комплексті қосылыстардағы атомдар мен атомдар топтарының кеңістіктегі орнын орнатуға мүмкіндік беретін рентгендік дифракциялық талдау әдісі арқылы жүзеге асырылады.

Ақуыздың үшінші реттік құрылымын қолдайтын байланыстар да әлсіз. Олар, атап айтқанда, гидрофобты әрекеттесулердің арқасында пайда болады. Бұл полярлы емес молекулалар арасындағы немесе сулы ортадағы молекулалардың полярлы емес аймақтары арасындағы тартымды күштер. Кейбір аминқышқылдарының сулы ерітіндідегі гидрофобты қалдықтары бір-біріне жақындап, «бір-біріне жабысады» және осылайша белок құрылымын тұрақтандырады. Гидрофобты күштерден басқа, аминқышқылдары қалдықтарының электртеріс және электропозитивті радикалдары арасындағы электростатикалық байланыстар ақуыздың үшінші реттік құрылымын сақтауда маңызды рөл атқарады. Үшінші реттік құрылым күкірті бар аминқышқылдарының күкірт атомдары арасында пайда болатын ковалентті дисульфидті -S-S-байланыстарының аз санымен де бекітіледі. Айта кету керек, үшінші; ақуыздың құрылымы түпкілікті емес. Бір ақуыздың макромолекулалары немесе басқа белоктардың молекулалары көбінесе белоктың макромолекуласына қосылып тұрады. Мысалы, гемоглобиннің күрделі молекуласы, қызыл қан жасушаларында кездесетін ақуыз, төрт глобин макромолекуласынан тұрады: екі альфа және екі бета тізбегі, олардың әрқайсысы темірі бар геммен байланысқан. Олардың қосындысы нәтижесінде жұмыс істейтін гемоглобин молекуласы түзіледі. Тек осындай қаптамада гемоглобин толық жұмыс істейді, яғни оттегін тасымалдауға қабілетті. Бірнеше белок молекулаларының бір-бірімен қосылуына байланысты төрттік құрылым түзіледі. Егер пептидтік тізбектер катушка түрінде жиналса, онда мұндай белоктар глобулярлы деп аталады. Егер полипептидтік тізбектер жіптер шоғырында жиналса, оларды фибриллярлы белоктар деп атайды. Екіншілік құрылымнан бастап, белок макромолекулаларының кеңістіктік орналасуы (конформациясы), біз анықтағандай, негізінен әлсіз химиялық байланыстармен қамтамасыз етіледі. Сыртқы факторлардың әсерінен (температураның, ортаның тұз құрамының, рН, сәулеленудің және басқа факторлардың әсерінен) макромолекуланы тұрақтандыратын әлсіз байланыстар үзіліп, ақуыздың құрылымы, демек оның қасиеттері өзгереді. Бұл процесс денатурация деп аталады. Әлсіз байланыстардың бір бөлігінің үзілуі, белоктың конформациясы мен қасиеттерінің өзгеруі де физиологиялық факторлардың әсерінен (мысалы, гормондардың әсерінен) болады. Сонымен белоктардың қасиеттері реттеледі: ферменттер, рецепторлар, тасымалдаушылар. Ақуыз құрылымындағы бұл өзгерістер әдетте оңай қайтымды. Әлсіз байланыстардың көп санының үзілуі ақуыздың денатурациясына әкеледі, ол қайтымсыз болуы мүмкін (мысалы, жұмыртқаны қайнатқанда ақуыздың коагуляциясы). Кейде ақуыздың денатурациясы да биологиялық мағына береді. Мысалы, паук бір тамшы құпияны бөліп, оны қандай да бір тірекке жабыстырады. Содан кейін, құпияны босатуды жалғастыра отырып, ол жіпті аздап тартады және бұл әлсіз кернеу ақуыздың еритін түрінен ерімейтін түріне дейін денатурациясы үшін жеткілікті және жіп күшке ие болады.

35-36. Моносахаридтер(грек тілінен monos: жалғыз, сахар: қант), - органикалық қосылыстар, көмірсулардың негізгі топтарының бірі; ең қарапайым пішінСахара; әдетте түссіз, суда еритін, мөлдір қатты заттар. Кейбір моносахаридтердің тәтті дәмі бар. Моносахаридтер, дисахаридтер (мысалы, сахароза) және полисахаридтер (целлюлоза және крахмал сияқты) синтезделетін құрылыс блоктары құрамында гидроксил топтары және альдегид (альдозалар) немесе кето тобы (кетоздар) болады. Гидроксил тобы қосылған әрбір көміртегі атомы (бірінші және соңғыдан басқа) хиральды болып табылады, бұл көптеген изомерлі формаларды тудырады. Мысалы, галактоза мен глюкоза альдогексоза болып табылады, бірақ әртүрлі химиялық және физикалық қасиеттері бар. Моносахаридтер, барлық көмірсулар сияқты, тек 3 элементтен тұрады (C, O, H).

Моносахаридтер бөлінедітриозалар, тетрозалар, пентозалар, гексозалар және т.б. үшін (тізбектегі көміртегі атомдары 3, 4, 5, 6, т.б.); құрамында 9-дан астам көміртек атомы бар көміртегі тізбегі бар табиғи моносахаридтер табылған жоқ. Құрамында 5 мүшелі циклі бар моносахаридтер фураноздар, 6 мүшелі – пираноздар деп аталады.

Изомерия.Құрамында n асимметриялық көміртек атомы бар моносахаридтер үшін 2n стереоизомерлер болуы мүмкін (Изомерияны қараңыз).

38. Химиялық қасиеттері.Моносахаридтер карбонил және гидроксил топтарына тән химиялық реакцияларға түседі. Моносахаридтерге тән қасиет ашық (ациклді) және циклдік формаларда болу және әр форманың туындыларын беру қабілеті болып табылады. Монозалардың көпшілігі сулы ерітіндіде циклге айналып, спирт пен сол қанттың карбонил тобы арасында гемиацеталдар немесе гемикеталдар (альдоза немесе кетоз болуына байланысты) түзеді. Глюкоза, мысалы, пиранозид деп аталатын 6 мүшелі сақина түзу үшін C1 және O5-ті байланыстыру арқылы гемиацеталдар түзеді. Дәл осындай реакция С1 мен О4 арасында жүріп, 5 мүшелі фуранозид түзілуі мүмкін.

табиғаттағы моносахаридтер.Моносахаридтер күрделі көмірсулардың (гликозидтер, олигосахаридтер, полисахаридтер) және аралас көмірсулары бар биополимерлердің (гликопротеиндер, гликолипидтер және т.б.) құрамына кіреді. Бұл жағдайда моносахаридтер бір-бірімен және молекуланың көмірсусыз бөлігімен гликозидтік байланыстар арқылы байланысады. Қышқылдар немесе ферменттермен гидролизденген кезде бұл байланыстар моносахаридтерді шығару үшін үзілуі мүмкін. Табиғатта бос моносахаридтер, D-глюкоза мен D-фруктозаны қоспағанда, сирек кездеседі. Көмірқышқыл газы мен судан моносахаридтердің биосинтезі өсімдіктерде жүреді (Фотосинтезді қараңыз); моносахаридтердің белсендірілген туындыларының - нуклеозид-дифосфатты қанттардың қатысуымен, әдетте, күрделі көмірсулардың биосинтезі жүреді. Ағзадағы моносахаридтердің ыдырауы (мысалы, спирттік ашыту, гликолиз) энергияның бөлінуімен бірге жүреді.

Қолдану.Кейбір бос моносахаридтер және олардың туындылары (мысалы, глюкоза, фруктоза және оның дифосфаты және т.б.) тамақ өнеркәсібінде және медицинада қолданылады.

37. Глюкоза (C6H12O6)(«жүзім қанты», декстроза) көптеген жемістер мен жидектердің, соның ішінде жүзімнің шырынында кездеседі, сондықтан қанттың бұл түрінің атауы. Бұл алты атомды қант (гексоза).

Физикалық қасиеттері. Дәмі тәтті ақ кристалды зат, суда жақсы ериді, эфирде ерімейді, спиртте нашар ериді.

Молекуланың құрылымы

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

Глюкоза циклдарда болуы мүмкін (α және β глюкоза).

α және β глюкоза

Глюкозаның Фишер проекциясынан Ховорт проекциясына ауысуы.Глюкоза дисахаридтер мен полисахаридтердің көпшілігінің гидролизінің соңғы өнімі.

биологиялық рөлі.Глюкоза фотосинтездің негізгі өнімі болып табылады және Кальвин циклінде түзіледі.

Адамдарда және жануарларда глюкоза метаболизм процестері үшін энергияның негізгі және ең жан-жақты көзі болып табылады. Жануарлар денесінің барлық жасушалары глюкозаны сіңіру қабілетіне ие. Сонымен қатар, энергияның басқа көздерін пайдалану мүмкіндігі - мысалы, бос май қышқылдары мен глицерин, фруктоза немесе сүт қышқылы - дененің барлық жасушаларында емес, тек олардың кейбір түрлері ғана.

Глюкозаның сыртқы ортадан жануар жасушасына тасымалдануы арнайы ақуыз молекуласы – гексоза тасымалдаушы (тасымалдаушы) көмегімен белсенді трансмембраналық тасымалдау арқылы жүзеге асады.

Жасушалардағы глюкоза АТФ түрінде энергиямен қамтамасыз ету үшін гликолизге ұшырауы мүмкін. Гликолиз тізбегіндегі бірінші фермент гексокиназа. Жасушалық гексокиназаның белсенділігі гормондардың реттеуші әсерінен болады – мысалы, инсулин гексокиназа белсенділігін күрт арттырады және, демек, жасушалардың глюкозаны пайдалануын, ал глюкокортикоидтар гексокиназа белсенділігін төмендетеді.

Глюкозадан басқа көптеген энергия көздері сүт қышқылы, көптеген бос май қышқылдары және глицерин немесе бос аминқышқылдары, әсіресе аланин сияқты қарапайымдары сияқты бауырда тікелей глюкозаға айналуы мүмкін. Бауырда басқа қосылыстардан глюкозаның түзілу процесі глюконеогенез деп аталады.

Глюкозаға тікелей биохимиялық айналуы жоқ энергия көздерін бауыр жасушалары АТФ өндіру үшін пайдалана алады және кейіннен глюконеогенез процестерін энергиямен қамтамасыз етеді, сүт қышқылынан глюкозаны қайта синтездейді немесе гликоген полисахаридінің синтезі процесін энергиямен қамтамасыз етеді. глюкоза мономерлерінің қорлары. Глюкоза қайтадан қарапайым ыдырау арқылы гликогеннен оңай түзіледі.

Қандағы глюкозаның тұрақты деңгейін сақтаудың ерекше маңыздылығына байланысты адамдарда және көптеген басқа жануарларда көмірсулар алмасуының параметрлерін гормондық реттеудің күрделі жүйесі бар. 1 грамм глюкоза көмірқышқыл газы мен суға дейін тотыққанда 17,6 кДж энергия бөлінеді. Тотығу дәрежесі -4 көміртегі атомы (С-4) түріндегі глюкоза молекуласында сақталған максималды «потенциалды энергия» метаболизм процестері кезінде C+4 (СО2 молекуласында) дейін төмендеуі мүмкін. Оның бұрынғы деңгейіне дейін қалпына келтіруді автотрофтар жүзеге асыра алады.

Фруктоза немесе жеміс қант C6H12O6- барлық дерлік тәтті жидектер мен жемістерде еркін түрде болатын моносахарид. Көптеген адамдар қантты синтетикалық препараттармен емес, табиғи фруктозамен алмастыруды жөн көреді.

Энергияның әмбебап көзі ретінде қызмет ететін глюкозадан айырмашылығы, фруктозаны инсулинге тәуелді тіндер сіңірмейді. Ол бауыр жасушаларымен толық дерлік сіңіріледі және метаболизденеді. Іс жүзінде басқа жасушалар жоқ адам денесі(сперматозоидтардан басқа) фруктозаны пайдалана алмайды. Бауыр жасушаларында фруктоза фосфорланады, содан кейін триоздарға ыдырайды, олар май қышқылдарының синтезі үшін пайдаланылады, бұл семіздікке әкелуі мүмкін, сондай-ақ триглицеридтер деңгейінің жоғарылауы (бұл өз кезегінде атеросклероз қаупін арттырады) немесе гликоген үшін пайдаланылады. синтезі (сонымен қатар глюконеогенез кезінде ішінара глюкозаға айналады). Дегенмен, фруктозаның глюкозаға айналуы күрделі көп сатылы процесс және бауырдың фруктозаны өңдеу мүмкіндігі шектеулі. Фруктозаны қант диабетімен ауыратындардың рационына қосу керек пе деген сұрақ, өйткені оның сіңуі үшін инсулин қажет емес, соңғы жылдары қарқынды түрде зерттелуде.

Фруктоза сау адамда қандағы глюкоза деңгейін көтермесе де (немесе шамалы ғана), фруктоза қант диабетімен ауыратындардағы глюкоза деңгейінің жоғарылауына әкеледі. Екінші жағынан, жасушаларда глюкозаның болмауына байланысты диабетиктер денелеріндегі майды жағуы мүмкін, бұл май қорының сарқылуына әкеледі. Бұл жағдайда оларды қалпына келтіру үшін майға оңай айналатын және инсулинді қажет етпейтін фруктозаны қолдануға болады. Фруктозаның артықшылығы - салыстырмалы түрде аз мөлшерде фруктоза бар тағамға тәтті дәм беруге болады, өйткені ол қантпен бірдей калориялы (380 ккал / 100 г) 1,2-1,8 есе тәтті. Алайда, зерттеулер көрсеткендей, фруктозаны тұтынушылар тағамның калориясын төмендетпейді, оның орнына олар тәтті тағамдарды жейді.

39. Олигосахаридтер- бұл бірнеше (20-дан көп емес) мономерлерден тұратын олигомерлер – полисахаридтерден айырмашылығы ондаған, жүздеген немесе мыңдаған моносахаридтерден тұратын моносахаридтер; - гликозидтік байланыспен байланысқан бірнеше моносахарид қалдықтарынан (2-ден 10-ға дейін) түзілген қосылыстар.

Олигосахаридтердің өте маңызды және кең таралған ерекше жағдайы дисахаридтер – моносахаридтердің екі молекуласынан тұратын димерлер.

Сіз сондай-ақ три-, тетра- және т.б. сахаридтер.

40. Дисахаридтер- молекуласы екі мономерден – моносахаридтерден тұратын олигосахаридтердің қосалқы класының жалпы атауы. Дисахаридтер екі моносахаридтер, әдетте гексозалар арасындағы конденсация реакциясы нәтижесінде түзіледі. Конденсация реакциясы суды кетіруді қамтиды. Конденсация реакциясы нәтижесінде пайда болатын моносахаридтер арасындағы байланыс гликозидтік байланыс деп аталады.Әдетте бұл байланыс көршілес моносахарид бірліктерінің 1-ші және 4-ші көміртегі атомдары арасында түзіледі (1,4-гликозидтік байланыс).

Конденсация процесі сансыз рет қайталануы мүмкін, нәтижесінде үлкен полисахарид молекулалары пайда болады. Моносахаридтер біріктірілгеннен кейін оларды қалдық деп атайды. Ең көп таралған дисахаридтер - лактоза және сахароза.

Мутаротация(лат. muto-өзгеріс және rotatio - айналу), оптикалық өлшемнің өзгеруі. оптикалық белсенді қосылыстардың ерітінділерінің эпимерленуіне байланысты айналуы. Ол моносахаридтерге, тотықсыздандыратын олигосахаридтерге, лактондарға және т.б. үшін тән. Мутаротация қышқылдар мен негіздермен катализденуі мүмкін. Глюкоза жағдайында мутаротация тепе-теңдіктің орнатылуымен түсіндіріледі: Тепе-теңдік күйде альфа-форманың 38% және бета-формасының 62% болады. Орташа альдегид формасы шамалы концентрацияда болады. Артықшылықтары, b-формасының қалыптасуы оның термодинамикалық тұрақтылығымен байланысты.

Альдегидтерге «күміс айна» және «мыс айна» реакциялары тән

1) «Күміс айна» реакциясы, пробирка қабырғаларында Ag шөгіндісінің түзілуі.

2) Мыстың айна реакциясы, қызыл Cu2O тұнбасының тұнбасы

40. Өз кезегінде, кейбір жағдайларда кезінде пайда болатын дисахаридтер полисахаридтердің гидролизі(крахмал гидролизінде мальтоза, целлюлоза гидролизінде целлобиоза) немесе бос күйінде (лактоза, сахароза, трегалоза және т.б.) организмде бар ос- және р-гликозидазалардың каталитикалық әсерінен жеке адамға дейін гидролизденеді. моносахаридтер. Барлық гликозидазалар, трегалазаны (от, омрегалоза-глюкогидразин) қоспағанда, бір немесе басқа а- немесе (3-моносахарид.) туындылары болып табылатын кез келген дерлік гликозидтердің гидролизін жеделдететін кең спектрге ие. Осылайша, а-глюкозидаза. а- глюкозидтердің, соның ішінде мальтозаның, p-глюкозидазаның - р-глюкозидтердің, соның ішінде целлобиозаның, В-галактозидазаның - В-галактозидтердің және олардың арасында лактозаның және т.б. гидролиз реакциясын жылдамдатады. а және Р-глюкозидазалардың әсер ету мысалдары бұрын келтірілген.

41. Сәтсіздік бойынша дисахаридтердің химиялық құрылымытрегалоза түрі (гликозидо-гликозидтер) және мальтоза түрі (гликозид-глюкоза) айтарлықтай ерекшеленеді химиялық қасиеттері: бірінші альдегид немесе кетон тобына тән ешқандай реакциялар бермейді, яғни олар тотықтырмайды, тотықсызданбайды, озон түзбейді, олар поликоидификация реакциясына түспейді (шайырланбайды), мутацияланбайды және т.б.. Мальтоза сияқты дисахаридтер үшін жоғарыда аталған реакциялардың барлығы, керісінше, өте тән. Бұл айырмашылықтың себебі дисахаридтердің құрылымының екі түрі және олардың құрамына кіретін моносахарид қалдықтарының қасиеттері туралы жоғарыда айтылғандардан анық. Бұл тек мальтоза сияқты дисахаридтерде сақина-тізбекті таутомерия болуы мүмкін, нәтижесінде бос альдегид немесе кетон тобы түзіледі, ол өзіне тән қасиеттерді көрсетеді.

Спирт гидроксилдері үшін дисахаридтердің екі түрі де бірдей реакциялар береді: олар эфирлер мен күрделі эфирлер түзеді, металл оксидтерінің гидраттарымен әрекеттеседі.

Табиғатта дисахаридтердің көп мөлшері бар; Жоғарыда аталған трегалоза және мальтоза, сондай-ақ сахароза, целлобиоза және лактоза ең маңыздыларының бірі болып табылады.

42. Мальтоза(ағылшын тілінен уыт – уыт) – уыт қанты, глюкозаның екі қалдығынан тұратын табиғи дисахарид; арпаның, қара бидайдың және басқа да дәнді дақылдардың өскен дәндерінде (уытында) көп мөлшерде кездеседі; қызанақ, тозаң және бірқатар өсімдіктердің балшырындарында да кездеседі. М. суда оңай ериді, тәтті дәмі бар; Бұл қалпына келтіретін қант, өйткені оның құрамында алмастырылмаған гемиацетальды гидроксил тобы бар. b-D-глюкопираносилфосфат пен D-глюкозадан М. биосинтезі бактериялардың кейбір түрлерінде ғана белгілі. Жануарлар мен өсімдік организмдерінде М. крахмал мен гликогеннің ферментативті ыдырауы кезінде түзіледі (амилазаны қараңыз). М.-ның глюкозаның екі қалдығына ыдырауы жануарлар мен адамның ас қорыту сөлінде, өскен дәндерде, зең және ашытқыларда болатын а-глюкозидаза немесе мальтаза ферментінің әсерінен болады. Адамның ішектің шырышты қабатында бұл ферменттің генетикалық анықталған болмауы М.-ға туа біткен төзімсіздікке, М.-ның рационынан крахмал мен гликогенді алып тастауды немесе тағамға мальтаза ферментін қосуды талап ететін ауыр ауруға әкеледі.

Мальтозаны сұйылтылған қышқылмен қайнатқанда және ферменттің әсерінен мальтаза гидролизденеді (глюкозаның екі молекуласы C6H12O6 түзіледі). Мальтоза адам ағзасына оңай сіңеді. Молекулярлық массасы - 342,32 Балқу температурасы - 108 (сусыз)

43. Лактоза(лат. lactis – сүт) С12Н22О11 – сүт және сүт өнімдерінде кездесетін дисахаридтер тобының көмірсуы. Лактоза молекуласы глюкоза мен галактоза молекулаларының қалдықтарынан тұрады. Лактоза кейде сүт қант деп аталады.

Химиялық қасиеттері.Сұйылтылған қышқылмен қайнатқанда лактоза гидролизденеді.

Лактоза сүт сарысуынан алынады.

Қолдану.Қоректік орталарды дайындау үшін қолданылады, мысалы, пенициллин өндірісінде. Фармацевтика өнеркәсібінде қосымша зат (толтырғыш) ретінде қолданылады.

Лактозадан лактулоза алынады - іш қату сияқты ішек ауруларын емдеуге арналған құнды препарат.

44. Сахароза C12H22O11, немесе қызылша қант, қамыс қант, күнделікті өмірде жай қант - екі моносахаридтен тұратын дисахарид - α-глюкоза және β-фруктоза.

Сахароза табиғатта өте кең таралған дисахарид, ол көптеген жемістерде, жемістерде және жидектерде кездеседі. Сахарозаның мөлшері әсіресе қант қызылшасы мен қант қамысында жоғары, олар үшін пайдаланылады өнеркәсіптік өндірістағамдық қант.

Сахарозаның ерігіштігі жоғары. Химиялық тұрғыдан фруктоза өте инертті; бір жерден екінші жерге ауысқанда ол зат алмасуға дерлік қатыспайды. Кейде сахароза қоректік зат ретінде сақталады.

Ішекке түскен сахароза аш ішектің альфа-глюкозидазасының әсерінен глюкоза мен фруктозаға тез гидролизденеді, содан кейін олар қанға сіңеді. Альфа-глюкозидаза тежегіштері, мысалы, акарбоза, сахарозаның, сондай-ақ альфа-глюкозидазамен гидролизденетін басқа көмірсулардың, атап айтқанда крахмалдың ыдырауы мен сіңуін тежейді. Ол 2 типті қант диабетін емдеуде қолданылады. Синонимдер: альфа-D-глюкопираносил-бета-D-фруктофуранозид, қызылша қанты, қамыс қант.

Химиялық және физикалық қасиеттері.Молекулярлық салмағы 342,3 а.м.у. Жалпы формуласы (Хилл жүйесі): C12H22O11. Дәмі тәтті. Ерігіштігі (100 граммдағы грамм): суда 179 (0°C) және 487 (100°C), этанолда 0,9 (20°C). Метанолда аз ериді. Диэтил эфирінде ерімейді. Тығыздығы 1,5879 г/см3 (15°C). Натрий D-сызығы үшін ерекше айналу: 66,53 (су; 35 г/100 г; 20°C). Сұйық ауамен салқындатқанда, жарқын жарықпен жарықтандырылғаннан кейін сахароза кристалдары фосфорленеді. Тотықсыздандырғыш қасиет көрсетпейді - Толленс реагентімен және Фелинг реагентімен әрекеттеспейді. Сахароза молекуласында гидроксил топтарының болуы металл гидроксидтерімен реакция арқылы оңай расталады. Мыс (II) гидроксидіне сахароза ерітіндісін қосса, мыс сахарозасының ашық көк ерітіндісі түзіледі. Сахарозада альдегидтік топ жоқ: күміс (I) оксидінің аммиак ерітіндісімен қыздырғанда «күміс айна» бермейді, мыс (II) гидроксидімен қыздырғанда қызыл мыс (I) оксиді түзбейді. . Молекулярлық формуласы C12H22O11 болатын сахарозаның изомерлерінің арасында мальтоза мен лактозаны бөліп көрсетуге болады.

Сахарозаның сумен әрекеттесуі.Сахарозаның ерітіндісін бірнеше тамшы тұз немесе күкірт қышқылымен қайнатып, қышқылды сілтімен бейтараптандырса, содан кейін ерітіндіні қыздырса, мыс (II) гидроксидін мыс (I) оксидіне дейін тотықсыздандыратын альдегидтік топтары бар молекулалар пайда болады. Бұл реакция сахарозаның қышқылдың каталитикалық әсерінен гидролизденетінін көрсетеді, нәтижесінде глюкоза мен фруктоза түзіледі: С12Н22О11 + Н2О → С6Н12О6 + С6Н12О6

Табиғи және антропогендік көздер.Құрамында қант қамысы, қант қызылшасы (құрғақ зат 28%-ға дейін), өсімдік шырындары мен жемістер (мысалы, қайың, үйеңкі, қауын және сәбіз) бар. Сахарозаның көзі – қызылшадан немесе қамыстан – тұрақты көміртегі 12С және 13С изотоптарының құрамының қатынасымен анықталады. Қант қызылшасында көмірқышқыл газын С3 сіңіру механизмі бар (фосфоглицерин қышқылы арқылы) және 12С изотопын жақсы сіңіреді; Қант қамығының көмірқышқыл газын (оксалосірке қышқылы арқылы) сіңіретін C4 механизмі бар және 13С изотопын жақсы сіңіреді.

45. Целлобиоза- дисахаридтер тобындағы көмірсулар, қосылған екі глюкоза қалдығы (β-глюкозидтік байланыс арқылы; целлюлозаның негізгі құрылымдық бірлігі).

Ақ кристалды зат, суда жақсы ериді. Целлобиоза альдегид (гемацеталь) тобы мен гидроксил топтарының қатысуымен жүретін реакциялармен сипатталады. Қышқылдық гидролиз кезінде немесе β-глюкозидаза ферментінің әсерінен целлобиоза ыдырап, 2 глюкоза молекуласын түзеді.

Целлобиоза целлюлозаның жартылай гидролизі арқылы алынады. Целлобиоза бос күйінде кейбір ағаштардың шырынында кездеседі.

46. ​​Полисахаридтер- молекулалары ондаған, жүздеген немесе мыңдаған мономерлер – моносахаридтерден тұратын күрделі жоғары молекулалы көмірсулар класының жалпы атауы.

Полисахаридтер жануарлар мен өсімдіктердің тіршілігіне қажет. Олар организмдегі зат алмасу нәтижесінде пайда болатын энергияның негізгі көздерінің бірі болып табылады. Олар иммундық процестерге қатысады, тіндердегі жасушалардың адгезиясын қамтамасыз етеді және биосферадағы органикалық заттардың негізгі бөлігін құрайды.

Өсімдік полисахаридтерінің әртүрлі биологиялық белсенділігі анықталды: антибиотик, вирусқа қарсы, ісікке қарсы, антидот [көзі 236 күн көрсетілмеген]. Өсімдік полисахаридтері плазма ақуыздарымен және липопротеиндермен комплекс түзу қабілетіне байланысты липемия мен тамырлардың атероматозын төмендетуде маңызды рөл атқарады.

Полисахаридтерге, атап айтқанда:

декстрин – полисахарид, крахмал гидролизінің өнімі;

крахмал - өсімдік ағзаларында энергия қоры ретінде тұндырылған негізгі полисахарид;

гликоген - жануарлар организмдерінің жасушаларында энергия қоры ретінде тұндырылған полисахарид, бірақ өсімдік ұлпаларында да аз мөлшерде кездеседі;

целлюлоза - өсімдік жасушасының қабырғаларының негізгі құрылымдық полисахариді;

галактоманнандар – гуарана және шегіртке сағызы сияқты бұршақ тұқымдасының кейбір өсімдіктерінің сақтау полисахаридтері;

глюкоманнан – коньяк түйнектерінен алынған полисахарид, глюкоза мен маннозаның ауыспалы бірліктерінен тұрады, тәбетті төмендететін еритін тағамдық талшық;

амилоид – пергамент қағазын өндіруде қолданылады.

целлюлоза (лат. cellula - жасуша, талшықпен бірдей) - [С6Н7О2 (ОН) 3] n, полисахарид; барлық жоғары сатыдағы өсімдіктердің жасуша қабықшаларының негізгі құрамдас бөлігі.

Целлюлоза целлюлозаның қышқылдық гидролизі кезінде түзілетін глюкоза молекулаларының қалдықтарынан тұрады:

(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6

Целлюлоза – 300-2500 глюкоза қалдықтары бар, бүйір тармақтары жоқ ұзын жіп. Бұл жіптер көптеген сутегі байланыстары арқылы өзара байланысқан, бұл целлюлозаға үлкен механикалық беріктік береді. Сүтқоректілерде (басқа жануарлардың көпшілігі сияқты) целлюлозаны ыдырататын ферменттер жоқ. Дегенмен, көптеген шөп қоректі жануарлардың (мысалы, күйіс қайыратын жануарлардың) ас қорыту жолдарында ыдырайтын және иелеріне осы полисахаридті сіңіруге көмектесетін симбионтты бактериялар бар.

Целлюлоза өнеркәсіптік әдіспен өнеркәсіптік кешендердің (комбайндардың) құрамына кіретін целлюлоза зауыттарында пісіру әдісімен алынады. Қолданылатын реагенттердің түріне қарай келесі целлюлоза әдістерін ажыратады:

Сульфит. Пісіру сұйықтығының құрамында күкірт қышқылы және оның тұзы, мысалы, натрий гидросульфиті бар. Бұл әдіс аз шайырлы ағаш түрлерінен целлюлоза алу үшін қолданылады: шырша, шырша.

Сілтілік:

Сода. Натрий гидроксиді ерітіндісі қолданылады. Сода әдісін қатты ағаштардан және бір жылдық өсімдіктерден целлюлоза алу үшін қолдануға болады.

сульфат. Бүгінгі таңда ең көп таралған әдіс. Қолданылатын реагент натрий гидроксиді мен натрий сульфиді бар ерітінді болып табылады және ақ ерітінді деп аталады. Бұл әдіс өз атауын натрий сульфатынан алды, одан ақ ерітіндіге арналған сульфид целлюлоза зауыттарында алынады. Бұл әдіс өсімдік материалының кез келген түрінен целлюлоза алу үшін қолайлы. Оның кемшілігі – жанама реакциялар нәтижесінде көп мөлшерде жағымсыз иісті күкірт қосылыстарының: метилмеркаптан, диметил сульфид және т.б.

Пісіргеннен кейін алынған техникалық целлюлозаның құрамында әртүрлі қоспалар бар: лигнин, гемицеллюлоза. Егер целлюлоза химиялық өңдеуге арналған болса (мысалы, жасанды талшықтар алу үшін), онда ол гемицеллюлозаларды жою үшін суық немесе ыстық сілті ерітіндісімен тазартуға - өңдеуге ұшырайды.

Қалдық лигнинді кетіру және целлюлозаны ағарту үшін оны ағартады. Дәстүрлі хлор ағарту екі кезеңнен тұрады:

хлормен өңдеу – лигниннің макромолекулаларын жою;

сілтілік өңдеу – лигниннің жойылуының түзілген өнімдерін алу үшін.

47. Крахмал- мономері альфа-глюкоза болып табылатын амилоза және амилопектин полисахаридтері. Крахмал, синтезделген әртүрлі өсімдіктержарық әсерінен (фотосинтез) бірнеше түрлі құрамдар мен дәндік құрылымдар болады.

биологиялық қасиеттері.Фотосинтез өнімдерінің бірі болып табылатын крахмал табиғатта кең таралған. Өсімдіктер үшін бұл резервтік қоректік заттаржәне негізінен жемістерде, тұқымдарда және түйнектерде кездеседі. Крахмалға ең бай дән дәнді дақылдар: күріш (86%-ға дейін), бидай (75%-ға дейін), жүгері (72%-ға дейін), сонымен қатар картоп түйнектері (24%-ға дейін).

Адам ағзасы үшін крахмал сахарозамен бірге көмірсулардың негізгі жеткізушісі - тағамның маңызды құрамдастарының бірі болып табылады. Ферменттердің әсерінен крахмал глюкозаға дейін гидролизденеді, ол тірі ағзаның жұмыс істеуіне қажетті энергияның бөлінуімен жасушаларда көмірқышқыл газы мен суға дейін тотығады.

Биосинтез.Жасыл өсімдіктерде фотосинтез кезінде түзілетін глюкозаның бір бөлігі крахмалға айналады:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6(глюкоза) → (C6H10O5)n + nH2O

IN жалпы көрінісмұны 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n 6nO2 түрінде жазуға болады.

Крахмал резервтік тағам ретінде өсімдіктердің түйнектерінде, жемістерінде, тұқымдарында жиналады. Сонымен, картоп түйнектерінде 24%-ға дейін крахмал, бидай дәндерінде – 64%-ға дейін, күріште – 75%, жүгеріде – 70% болады.

Гликоген - полисахаридглюкоза қалдықтарынан түзілген; адам мен жануарлардың негізгі резервтік көмірсуы. Гликоген (бұл терминнің дәл еместігіне қарамастан, кейде жануар крахмалы деп те аталады) жануарлар жасушаларында глюкозаның негізгі сақтау формасы болып табылады. Ол көптеген жасуша түрлерінде (негізінен бауыр мен бұлшықетте) цитоплазмада түйіршіктер түрінде орналасады. Гликоген глюкозаның кенеттен жетіспеушілігін толтыру үшін қажет болған жағдайда тез жұмылдырылатын энергия қорын құрайды. Дегенмен, гликогенді сақтау триглицеридтерді (май) сақтау сияқты бір граммға калорияда жоғары емес. Бауыр жасушаларында (гепатоциттерде) сақталған гликоген ғана глюкозаға айнала алады, ал гепатоциттер өз салмағының 8 пайызын гликоген түрінде сақтай алады, бұл кез келген жасуша типіндегі ең жоғары концентрация болып табылады. Бауырдағы гликогеннің жалпы массасы ересектерде 100-120 грамға жетуі мүмкін. Бұлшықеттерде гликоген глюкозаға тек жергілікті тұтыну үшін өңделеді және әлдеқайда төмен концентрацияларда (бұлшықет массасының 1% аспайды) жинақталады, бұл ретте оның жалпы бұлшықет қоры гепатоциттерде жинақталған қордан асып кетуі мүмкін. Жоқ көп саныгликоген бүйректе, ал ми жасушаларының кейбір түрлерінде (глиальды жасушалар) және ақ қан жасушаларында одан да аз кездеседі.

48. Хитин (C8H13O5N) (французша хитин, грекше chiton: chiton - киім, тері, қабық) - құрамында азот бар полисахаридтер тобынан шыққан табиғи қосылыс. химиялық атауы: поли-N-ацетил-D-глюкоза-2-амин, b-(1,4)-гликозидтік байланыстармен байланысқан N-ацетилглюкозамин қалдықтарының полимері. Буынаяқтылардың және бірқатар басқа омыртқасыздардың экзоскелетінің (кутикуласының) негізгі құрамдас бөлігі саңырауқұлақтар мен бактериялардың жасушалық қабырғасының бөлігі болып табылады.

табиғатта таралуы.Хитин табиғаттағы ең көп таралған полисахаридтердің бірі болып табылады - жыл сайын Жердегі тірі организмдерде шамамен 10 гигатонна хитин түзіліп, ыдырайды.

Ол жасушаның қаттылығын қамтамасыз ететін қорғаныс және қолдау функцияларын орындайды - ол саңырауқұлақтардың жасушалық қабырғаларында болады.

Буынаяқтылар экзоскелетінің негізгі құрамдас бөлігі.

Сондай-ақ хитин көптеген басқа жануарлардың организмдерінде түзіледі - әртүрлі құрттар, целентераттар және т.б.

Хитинді өндіретін және пайдаланатын барлық организмдерде ол таза күйінде емес, басқа полисахаридтермен комплексте болады және өте жиі ақуыздармен байланысады. Хитиннің құрылымы, физика-химиялық қасиеттері мен қасиеттері бойынша өте ұқсас зат болғанына қарамастан биологиялық рөліцеллюлозаға, целлюлоза түзетін организмдерде (өсімдіктер, кейбір бактериялар) хитин табылмады.

Хитиннің химиясы.Табиғи түрінде әртүрлі организмдердің хитиндері құрамы мен қасиеттері бойынша бір-бірінен біршама ерекшеленеді. Хитиннің молекулалық салмағы 260 000-ға жетеді.

Хитин суда ерімейді, сұйылтылған қышқылдарға, сілтілерге, спиртке және басқа органикалық еріткіштерге төзімді. Кейбір тұздардың (мырыш хлориді, литий тиоцианаты, кальций тұздары) концентрлі ерітінділерінде ериді.

Минералды қышқылдардың концентрлі ерітінділерімен қыздырғанда ацетил топтарын ыдыратып, бұзылады (гидролизденеді).

Практикалық қолдану.Одан өнеркәсіптік жолмен алынатын хитин туындыларының бірі хитозан болып табылады. Оны өндірудің шикізаты болып шаян тәрізділердің қабықшалары (крил, король краб), сонымен қатар микробиологиялық синтез өнімдері табылады.

49. Ароматты көмірсутектер, көміртек пен сутектен тұратын және құрамында бензол ядролары бар органикалық қосылыстар. А.-ның ең қарапайым және маңызды өкілдері. - бензол (I) және оның гомологтары: метилбензол немесе толуол (II), диметилбензол немесе ксилол және т.б. сонымен қатар стирол (III) сияқты қанықпаған бүйірлік тізбектері бар бензол туындыларын қамтиды. Бұл туралы көптеген А. молекуласында бірнеше бензол ядролары бар, мысалы, дифенилметан (IV), дифенил С6Н5-С6Н5, онда бензолдың екі ядросы да бір-бірімен тікелей байланысқан; нафталинде (V) екі сақина да 2 көміртегі атомын бөліседі; мұндай көмірсутектер A. at деп аталады. конденсацияланған ядролармен.

Бензол C6H6, PhH) органикалық химиялық қосылыс, жағымды тәтті иісі бар түссіз сұйықтық. ароматты көмірсутек. Бензол – бензиннің құрамдас бөлігі, өнеркәсіпте кеңінен қолданылады, дәрі-дәрмек, әртүрлі пластмасса, синтетикалық каучук, бояғыштар алу үшін шикізат болып табылады. Бензол шикі мұнайда болғанымен, ол басқа компоненттерден коммерциялық синтезделеді. Улы, канцероген.

гомологтар- Бір класқа жататын, бірақ құрамы жағынан бір-бірінен СН2 топтарының бүтін санымен ерекшеленетін қосылыстар. Барлық гомологтардың жиыны гомологтық қатарды құрайды.

физикалық қасиеттері.Ерекше өткір иісі бар түссіз сұйықтық. Балқу температурасы = 5,5 °C, қайнау температурасы = 80,1 °C, тығыздығы = 0,879 г/см³, молекулалық массасы = 78,11 г/моль. Барлық көмірсутектер сияқты бензол жанып, көп күйе түзеді. Ол ауамен жарылғыш қоспалар түзеді, эфирлермен, бензинмен және басқа органикалық еріткіштермен жақсы араласады, қайнау температурасы 69,25 °С сумен азеотропты қоспа түзеді. Суда ерігіштігі 1,79 г/л (25 °C).

Құрылым.Құрамы бойынша бензол қанықпаған көмірсутектерге жатады (гомологтық қатар CnH2n-6), бірақ этилен қатарының көмірсутектерінен айырмашылығы, C2H4 ауыр жағдайларда қаныққан көмірсутектерге тән қасиеттерді көрсетеді, бірақ бензол алмастыру реакцияларына көбірек бейім. Бензолдың бұл «мінез-құлқы» оның ерекше құрылымымен түсіндіріледі: құрылымда конъюгацияланған 6π-электронды бұлттың болуы. Бензолдағы байланыстың электронды табиғаты туралы заманауи идея Линус Полингтің гипотезасына негізделген, ол бензол молекуласын іші сызылған шеңбері бар алтыбұрыш түрінде бейнелеуді ұсынды, осылайша бекітілген қос байланыстың жоқтығына және бар екеніне баса назар аударды. циклдің барлық алты көміртегі атомын қамтитын жалғыз электронды бұлт.

50. Хош иісті қосылыстар (ареналар)- құрамында ароматты байланыс жүйесі бар циклді органикалық қосылыстар. Оларда қаныққан немесе қанықпаған бүйірлік тізбектер болуы мүмкін.

Ең маңызды ароматты көмірсутектерге С6Н6 бензол және оның гомологтары жатады: С6Н5СН3 толуол, С6Н4(СН3)2 ксилол және т.б.; нафталин С10Н8, антрацен С14Н10 және олардың туындылары. Айырықша химиялық қасиеттері- ароматты ядроның тұрақтылығының жоғарылауы және орын басу реакцияларына бейімділігі. Ароматты көмірсутектердің негізгі көздеріне көмір шайыры, мұнай және мұнай өнімдері жатады. Синтетикалық алу әдістерінің маңызы зор. Хош иісті көмірсутектер кетондарды, альдегидтерді және хош иісті қышқылдарды, сондай-ақ басқа да көптеген заттарды өндірудің бастапқы өнімдері болып табылады. Сондай-ақ гетероциклді арендер де бар, олардың арасында көбінесе таза күйде және қосылыстар түрінде – пиридин, пиррол, фуран және тиофен, индол, пурин, хинолин кездеседі.

Боразол («бейорганикалық бензол») да хош иістілікке ие, бірақ оның қасиеттері органикалық арендерден айтарлықтай ерекшеленеді.

Электрофильді орын басу реакциялары»(Ағылшынша алмастыру электрофильді реакция) – электрофиль – оң зарядталған немесе электрон тапшылығы бар бөлшек арқылы шабуыл жасайтын орын басу реакциялары. Жаңа байланыс пайда болған кезде шығатын бөлшек – электрофаг өзінің электронды жұбысыз бөлінеді. Ең танымал кететін топ - H+ протоны.

51-52. Ароматты электрофильді орын басу реакциялары

Хош иісті жүйелер үшін шын мәнінде бір электрофильді алмастыру механизмі бар, SEAr. SE1 механизмі (SN1 механизміне ұқсас) өте сирек кездеседі, ал SE2 (SN2 механизміне сәйкес) мүлде табылмайды.

SEAR реакциясының механизмінемесе ароматты электрофильді орын басу реакциялары (ағылш. substitution electrophilic aromatic) хош иісті қосылыстардың орын басу реакцияларының ішінде ең кең тараған және маңыздысы болып табылады және екі кезеңнен тұрады. Бірінші кезеңде электрофил бекітіледі, екінші кезеңде электрофуга бөлінеді.

Реакция кезінде аралық оң зарядты аралық зат түзіледі (суретте – 2б). Ол Уэланд аралық өнімі, ароний ионы немесе σ-комплексі деп аталады. Бұл кешен, әдетте, өте реактивті және катионды тез жою арқылы оңай тұрақтанады. SEAr реакцияларының басым көпшілігінде жылдамдықты шектейтін қадам бірінші қадам болып табылады.

Реакция жылдамдығы = k**

Салыстырмалы түрде әлсіз электрофилдер әдетте шабуылдаушы бөлшек ретінде әрекет етеді, сондықтан көп жағдайда SEAr реакциясы Льюис қышқылы катализаторының әсерінен жүреді. Басқаларға қарағанда AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2 жиі қолданылады.

Бұл жағдайда реакция механизмі келесідей көрінеді келесідей(бензолды хлорлау, FeCl3 катализаторы мысалында):

1. Бірінші кезеңде катализатор шабуылдаушы бөлшекпен әрекеттесіп, белсенді электрофильді агент түзеді.

Екінші кезеңде іс жүзінде SEAR механизмі жүзеге асырылады.

53. Гетероциклді қосылыстар(гетероциклдер) – құрамында циклдері бар органикалық қосылыстар, көміртекпен қатар басқа элементтердің атомдары да кіреді. Оларды сақинада гетерорынбасарлары (гетероатомдары) бар карбоциклді қосылыстар ретінде қарастыруға болады. Құрамында ароматты азот бар гетероциклді қосылыстар ең алуан түрлі және жақсы зерттелген. Гетероциклді қосылыстардың шекті жағдайлары циклде көміртегі атомдары жоқ қосылыстар, мысалы, пентазол.

пиррол- ароматты бес мүшелі азотты гетероцикл, әлсіз негіздік қасиеттері бар. Сүйек майында (сүйектерді құрғақ айдау арқылы алынады), сондай-ақ көмір шайырында болады. Пирол сақиналары порфириндердің құрамына кіреді - өсімдік хлорофилл, гемоглобиндер мен цитохромдардың гемы және басқа да бірқатар биологиялық маңызды қосылыстар.

Құрылымы және қасиеттері.Пирол – түссіз сұйықтық, иісі бойынша хлороформды еске түсіреді, ауамен әсер еткенде баяу қараяды. Ол аздап гигроскопиялық, суда аз ериді және көптеген органикалық еріткіштерде жақсы ериді. Пиролдың құрылымын 1870 жылы Байер ұсынған, оның хром қышқылымен малеймидке дейін тотығуына және сукцинимидті мырыш шаңымен айдау кезінде түзілуіне негізделген.

Қышқылдық және металдану.Пиррол – әлсіз NH қышқылы (суда pKa 17,5) және сұйық аммиактағы немесе инертті еріткіштердегі сілтілік металдармен және олардың амидтерімен әрекеттесіп, 1-позицияда протонацияланады және сәйкес тұздар түзеді. Гринард реагенттерімен реакция осылай жүреді, онда N-магний тұздары түзіледі. N-алмастырылған пирролдар бутил- және фениллитиймен әрекеттеседі, α-позицияға металданады.

54. ИНДОЛ (бензо[b]пиррол), айтыңыз. м 117,18; түссіз нафталиннің әлсіз иісі бар кристалдар; м.п. 52,5 °C, bp 254 °С; d456 1.0718; қыздырғанда сублимацияланады. 150°С дейін; м 7.03.10-30 С.м (бензол, 25 °С); су буымен, диэтил эфирімен және NH3 дистилденген; жақсы сол. org. ерітінділер, ыстық су, сұйық NH3. Молекуланың жазық конфигурациясы бар.

Индол – әлсіз негіз (pKa -2,4). Протондалған кезде ол 3H-индолий катионын (f-la I) түзеді, әрекеттескенде to-ry. бейтарап молекуласы бар индол димер (II) береді. Әлсіз қышқыл ретінде (pKa 17) сұйық NH3 құрамындағы Na бар индол N-натрий индолын, 130°С-та KOH-мен N-калий индолын түзеді. Хош иісті қасиетке ие. Сен. Электр. ауыстыру Ч. Арр. 3 орынға. Нитрлеу әдетте бензоилнитратпен, пиридин сульфотриоксидпен сульфондау, диоксан дибромидпен бромдау, SO2Cl2 хлорлау, белсенді алкилгалогенидтермен алкилдеу. Сірке қышқылында ацетилдену 3-позицияға да барады. CH3COONa - 1-позицияға; сірке ангидридінде 1,3-диацетилиндол түзіледі. Индол a,b-қанықпаған кетондар мен нитрилдердің қос байланысына оңай қосылады.

Аминометилдену (Манних ауданы) жұмсақ жағдайда 1-позицияға, ауыр жағдайда - 3-позицияға өтеді. Бензол сақинасында алмастыру (негізінен 4 және 6-позицияларда) тек қышқылдық ортада блокталған позицияда жүреді 3. Қатысу кезінде. H2O2, пер қышқылдар немесе жарықта индол индоксилге дейін тотығады, содан кейін ол айналады. тримерде немесе индигода. О3, MnO2 әсерінен күштірек тотығу 2-формамидобензальдегидтің түзілуімен пиррол сақинасының үзілуіне әкеледі. Индолды жұмсақ жағдайда сутегімен гидрленгенде пиррол сақинасы азаяды, ал одан да ауыр жағдайда бензол сақинасы да азаяды.

Индолда кездеседі эфир майларыжасмин және цитрус жемістері, кам.-уг құрамына кіреді. шайырлар. Индол сақинасы маңызды табиғаттағы молекулалардың фрагменті болып табылады. қосылыстар (мысалы, триптофан, серотонин, мелатонин, буфотенин). Әдетте, индол кам.-угтың нафталин фракциясынан бөлініп алынады. шайыр немесе о-этиланилинді соңғысымен дегидрлеу арқылы алынған. алынған өнімнің циклизациясы. Индол және оның туындылары карбонил қосылыстарының арилгидразондарының циклизациясы арқылы да синтезделеді. (R-tion Фишер), өзара. а-галогенмен немесе а-гидроксикарбонилмен ариламиндер Comm. (R-tion Bischler) және т.б.Индолдың өзегі индол алкалоидтарының құрамына кіреді. Индолдың өзі парфюмериядағы иісті бекітетін зат; оның туындылары биологиялық белсенді қосылыстарды өндіруде қолданылады. (гормондар, галлюциногендер) және lek. Үйлену (мысалы, индопан, индометацин).

55. Имидазол- гетероциклдер класының органикалық қосылысы, циклде екі азот атомы және үш көміртек атомы бар бес мүшелі цикл, изомерден пиразолға дейін.

Қасиеттер.Ауыстырылмаған имидазолда 4 және 5 позициялары (көміртек атомдары) таутомерияға байланысты эквивалентті. Хош иісті, диазоний тұздарымен әрекеттеседі (комбинация). Ол 4 позицияда қышқыл ортада ғана нитрленеді және сульфонданады, сілтілі ортада галогендер 2 позицияда, қышқыл ортада 4 позицияда енеді. N иминінде оңай алкилденеді және ацилденеді, күшті қышқылдардың ерітінділерімен әрекеттескен кезде циклды ашады. және пероксидтер. Карбон қышқылдарының әрең сабындалатын күрделі эфирлері мен амидтерінің гидролизін катализдейді.

Имидазол негізінде әртүрлі иондық сұйықтықтардың көп мөлшері өндіріледі.

Қабылдау әдістері.Орто-фенилендиаминнен бензимидазол және 4,5-имидазол дикарбон қышқылы арқылы.

Глиоксалдың (оксалальдегидтің) аммиакпен және формальдегидпен әрекеттесуі.

биологиялық рөлі.Имидазол сақинасы гистидиннің маңызды амин қышқылының бөлігі болып табылады. Гистаминнің, пурин негіздерінің, дибазолдың құрылымдық фрагменті.

56. Пиридин- бір азот атомы бар алты мүшелі ароматты гетероцикл, өткір иісті түссіз сұйықтық жағымсыз иіс; сумен және органикалық еріткіштермен араласады. Пиридин – әлсіз негіз, күшті минералды қышқылдары бар тұздар береді, қос тұздар мен күрделі қосылыстар оңай түзеді.

Түбіртек.Пиридин алудың негізгі көзі – көмір шайыры.

Химиялық қасиеттері.Пиридин үшінші реттік аминдерге тән қасиеттерді көрсетеді: N-оксидтерін, N-алкилпиридиний тұздарын түзеді және сигма-донор лигандының рөлін атқара алады.

Сонымен бірге пиридин айқын хош иісті қасиеттерге ие. Алайда конъюгациялық сақинада азот атомының болуы электрофильді ароматты алмастыру реакцияларында пиридин белсенділігінің күшті төмендеуіне әкелетін электрон тығыздығының елеулі қайта бөлінуіне әкеледі. Мұндай реакцияларда негізінен сақинаның мета позициялары реакцияға түседі.

Пиридин негізінен сақинаның орто-пара позицияларында болатын ароматты нуклеофильді орын басу реакцияларымен сипатталады. Бұл реактивтілік пиридин сақинасының электрон тапшылығын көрсетеді, оны келесі негізгі ережеде қорытындылауға болады: ароматты қосылыс ретінде пиридиннің реактивтілігі нитробензолдың реактивтілігіне шамамен сәйкес келеді.

Қолдану.Бояғыштарды, дәрілік заттарды, инсектицидтерді синтездеуде, аналитикалық химияда көптеген органикалық және кейбір органикалық емес қосылыстарды еріткіш ретінде қолданады. органикалық заттар, спиртті денатурациялау үшін.

Қауіпсіздік.Пиридин улы, жүйке жүйесіне, теріге әсер етеді.

57. Биологиялық рөл.Никотин қышқылы пиридиннің туындысы болып табылады. Ол асқазан мен он екі елі ішекте сіңеді, содан кейін аминденеді, нәтижесінде никотиноамид түзіледі, ол организмде белоктармен қосылып 80-нен астам ферменттер түзеді. Бұл В5 витаминінің негізгі физиологиялық рөлі. Осылайша, никотин қышқылы тотығу-тотықсыздандырылған органикалық заттардан сутегінің жойылуын катализдейтін дегидрогенез сияқты маңызды тотығу-тотықсыздану ферменттерінің құрамына кіреді. Осы ферменттер арқылы алынған сутегі тотығу-тотықсыздану ферменттеріне, соның ішінде рибофлавинге беріледі. Сонымен қатар, сүтқоректілердің организмінде никотинамидтен (ниацин) және никотин қышқылынан пиридин нуклеотидтері түзіледі, олар NAD және NADP үшін кофермент қызметін атқарады. Жануарларда бұл прекурсорлардың болмауы пеллагра ауруын тудырады, ол теріден, асқазан-ішек жолынан және жүйке жүйесінен (дерматит, диарея, деменция) белгілермен көрінеді. NAD және NADP коферменттері ретінде никотин қышқылының прекурсорлары дегидрогеназалар катализдейтін көптеген тотығу-тотықсыздану реакцияларына қатысады. Никотин қышқылының биологиялық әсері асқазанның және ас қорыту бездерінің секреторлық қызметін ынталандыру түрінде көрінеді (ол асқазанда болған кезде, бос заттардың концентрациясы тұз қышқылы). В5 витаминінің әсерінен гликоген биосинтезінің жоғарылауы және гипергликемияның төмендеуі, бауырдың детоксикация функциясының жоғарылауы, қан тамырларының кеңеюі, қанның микроциркуляциясының жақсаруы байқалады.

Никотин қышқылы мен күкірті бар аминқышқылдары арасында байланыс бар. Ақуыз тапшылығымен метилникотинамидтің несеппен шығарылуының жоғарылауы диетаға күкірті бар аминқышқылдарын қосу арқылы қалыпқа келтіріледі. Сонымен қатар, бауырдағы фосфопиринуклеотидтердің мөлшері де қалыпқа келеді.

58. Пиримидин (C4N2H4, Пиримидин, 1,3- немесе м-диазин, миазин) — 1,3-диазиндердің қарапайым өкілі, жалпақ молекуласы бар гетероциклді қосылыс.

физикалық қасиеттері.Пиримидин – өзіне тән иісі бар түссіз кристалдар.

Химиялық қасиеттері.Пиримидиннің молекулалық массасы 80,09 г/моль. Пиримидин әлсіз диацидті негіздің қасиеттерін көрсетеді, өйткені азот атомдары оң заряд ала отырып, донор-акцепторлық байланыс есебінен протондарды қоса алады. Пиримидиннің электрофильді орын басу реакцияларындағы реактивтілігі циклде екі азот атомының болуынан туындаған 2,4,6 позициялардағы электрон тығыздығының төмендеуіне байланысты төмендейді. Ауыстыру тек электрон беретін орынбасарлардың қатысуымен ғана мүмкін болады және ең аз деактивацияланған 5-позицияға бағытталады. Алайда, бұдан айырмашылығы, пиримидин циклде 2, 4 және 6 көміртегі атомдарына әсер ететін нуклеофильді реагенттерге қатысты белсенді. .

Түбіртек.Пиримидинді галогенделген пиримидин туындыларын тотықсыздандыру арқылы алады. Немесе барбитур қышқылын фосфорлы хлормен өңдеу арқылы алынған 2,4,6-трихлорпиримидиннен.

Пиримидин туындыларыкөптеген маңызды биологиялық процестерге қатысатын жануарлар әлемінде кеңінен таралған. Атап айтқанда, цитозин, тимин, урацил сияқты туындылар құрылымдық бірлік болып табылатын нуклеотидтердің құрамына кіреді. нуклеин қышқылдары, пиримидин ядросы кейбір В дәрумендерінің, атап айтқанда В1, коферменттердің және антибиотиктердің бөлігі болып табылады.

59. Пурин (C5N4H4, пурин)- гетероциклді қосылыс, имидазопиримидиндердің қарапайым өкілі.

Пурин туындылары табиғи қосылыстардың химиясында (ДНҚ мен РНҚ пуриндік негіздері; кофермент НАД; алкалоидтар, кофеин, теофиллин және теобромин; токсиндер, сакситоксин және соған байланысты қосылыстар; зәр қышқылы) және, демек, фармацевтикалық препараттарда маңызды рөл атқарады.

аденин- азотты негіз, пуриннің амин туындысы (6-аминопурин). Урацилмен және тиминмен (комплементарлы) екі сутектік байланыс түзеді.

физикалық қасиеттері.Аденин – 360-365 С температурада балқитын түссіз кристалдар. Ол 266 мк (рН 7) температурада өзіне тән жұтылу максимумына (λmax) ие, молярлық өшу коэффициенті (εmax) 13500.

Химиялық формула С5H5N5, молекулалық салмағы 135,14 г/моль. Аденин негізгі қасиеттерді көрсетеді (pKa1=4,15; pKa2=9,8). Азот қышқылымен әрекеттескенде аденин амин тобын жоғалтып, гипоксантинге (6-гидроксипурин) айналады. Су ерітінділерінде ол үш су молекуласы бар кристалды гидратқа кристалданады.

Ерігіштік.Суда жақсы ерітейік, әсіресе ыстық, судың температурасы төмендегенде, ондағы адениннің ерігіштігі төмендейді. Спиртте, хлороформда, эфирде, сондай-ақ қышқылдар мен сілтілерде нашар ериді - ерімейді.

Таралуы және табиғаттағы маңызы.Аденин тірі ағзалар үшін маңызды көптеген қосылыстардың бөлігі болып табылады, мысалы: аденозин, аденозинфосфатаза, аденозинфосфор қышқылдары, нуклеин қышқылдары, аденин нуклеотидтері және т.б. Бұл қосылыстар түрінде аденин жануарлар әлемінде кеңінен таралған.

Гуанин- азотты негіз, пуриннің амин туындысы (6-гидрокси-2-аминопурин) ажырамас бөлігінуклеин қышқылдары. ДНҚ-да репликация және транскрипция кезінде цитозинмен (комплементарлы) үш сутектік байланыс түзеді. Алдымен гуанодан оқшауланған.

физикалық қасиеттері.Түссіз, аморфты кристалды ұнтақ. Балқу температурасы 365 °C. HCl флуоресценциясында гуанин ерітіндісі. Сілтілік және қышқыл ортада оның ультракүлгін спектрінде екі жұту максимумы (λmax) болады: 275 және 248 мк (рН 2) және 246 және 273 мк (рН 11) кезінде.

Химиялық қасиеттері.Химиялық формуласы C5H5N5O, молекулалық массасы 151,15 г/моль. Негізгі қасиеттерін көрсетеді, pKa1= 3,3; pKa2= 9,2; pKa3=12,3. Қышқылдармен және сілтілермен әрекеттесіп, тұздар түзеді.

Ерігіштік.Қышқылдар мен сілтілерде жақсы ериді, эфирде, спиртте, аммиакта және бейтарап ерітінділерде нашар ериді, суда ерімейді. .

сапалы реакциялар.Гуанинді анықтау үшін оны метафосфор және пикрин қышқылдарымен тұндырады, Na2CO3 ерітіндісіндегі диазосульфон қышқылымен қызыл түс береді.

Табиғатта таралуы және маңызы.Нуклеин қышқылдарының құрамына кіреді.

60. Нуклеозидтерқантпен (рибоза немесе дезоксирибоза) байланысты азотты негіз бар гликозиламиндер.

Нуклеозидтер қанттың бастапқы спирттік тобында жасушалық киназалармен фосфорлануы мүмкін және сәйкес нуклеотидтер түзіледі.

Нуклеотидтер- нуклеозидтердің фосфор эфирлері, нуклеозид фосфаттары. Бос нуклеотидтер, атап айтқанда, АТФ, цАМФ, АДФ, энергетикалық және ақпараттық жасушаішілік процестерде маңызды рөл атқарады, сонымен қатар нуклеин қышқылдары мен көптеген коферменттердің құрамдас бөлігі болып табылады.

Нуклеотидтер – нуклеозидтер мен фосфор қышқылдарының күрделі эфирлері. Нуклеозидтер, өз кезегінде, азот атомы арқылы қант қалдығының С-1 атомымен байланысқан гетероциклді фрагменті бар N-гликозидтер.

Нуклеотидтердің құрылысы.Табиғатта ең көп таралған нуклеотидтерге пуриндердің немесе пиримидиндердің β-N-гликозидтері және пентозалар - D-рибоза немесе D-2-рибоза жатады. Пентозаның құрылымына қарай рибонуклеотидтер және дезоксирибонуклеотидтер бөлінеді, олар күрделі биологиялық полимерлердің (полинуклеотидтер) молекулаларының мономерлері болып табылады - сәйкесінше РНҚ немесе ДНҚ.

Нуклеотидтердегі фосфат қалдығы әдетте рибонуклеозидтердің 2'-, 3'- немесе 5'-гидроксил топтарымен күрделі эфирлік байланыс түзеді; 2'-дезоксинуклеозидтер жағдайында 3'- немесе 5'-гидроксил топтары эфирленеді.

Екі нуклеотид молекуласынан тұратын қосылыстар динуклеотидтер, үшеуі – тринуклеотидтер, аз саны – олигонуклеотидтер, ал көп бөлігі – полинуклеотидтер немесе нуклеин қышқылдары деп аталады.

Нуклеотидтер атаулары стандартты үш немесе төрт әріптік кодтар түріндегі қысқартулар болып табылады.

Егер аббревиатура «d» (ағылш. d) кіші әріпімен басталса, онда дезоксирибонуклеотид дегенді білдіреді; «d» әрпінің болмауы рибонуклеотидті білдіреді. Егер аббревиатура «c» (ағылш. c) кіші әріпімен басталса, онда біз нуклеотидтің циклдік формасы туралы айтып отырмыз (мысалы, cAMP).

Аббревиатураның бірінші бас әріпі белгілі бір азотты негізді немесе мүмкін болатын нуклеиндік негіздер тобын көрсетеді, екінші әріп құрылымдағы фосфор қышқылы қалдықтарының санын көрсетеді (М - моно-, D - ди-, Т - три-), ал үшінші бас әріп әрқашан F әрпі («-фосфат»; ағылшынша P).

Нуклеиндік негіздердің латын және орыс кодтары:

A - A: Аденин; G - G: гуанин; C - C: цитозин; Т - Т: РНҚ-да жоқ тимин (5-метилурацил) ДНҚ-да урацилдің орнын алады; U - U: ДНҚ-да жоқ урацил РНҚ-да тиминнің орнын алады.

Органикалық қосылыстардың химиялық табиғаты, оларды бейорганикалық қосылыстардан айыратын қасиеттері, сондай-ақ олардың алуан түрлілігі 1861 жылы Бутлеров тұжырымдаған химиялық құрылым теориясында түсіндірілді (38-тармақты қараңыз).

Бұл теория бойынша қосылыстардың қасиеттері олардың сапалық және сандық құрамымен, химиялық құрылымымен, яғни молекуланы құрайтын атомдар арасындағы байланыс реттілігімен және олардың өзара әсерімен анықталады. Атомдар мен молекулалардың химиясы мен физикасы саласындағы соңғы көзқарастармен, әсіресе молекулалардың кеңістіктік құрылысы, химиялық байланыстардың табиғаты және олардың өзара әсер ету табиғаты туралы идеялармен әзірленген және толықтырылған органикалық қосылыстардың құрылысы теориясы. атомдар, органикалық химияның теориялық негізін құрайды.

Органикалық қосылыстардың құрылымының қазіргі теориясында негізгі ережелер келесідей.

1. Органикалық қосылыстардың барлық белгілері ең алдымен көміртегі элементінің қасиеттерімен анықталады.

Көміртек алатын орнына қарай периодтық жүйе, оның атомының (-қабық) сыртқы электрон қабатында төрт электрон бар. Ол электрондарды беру немесе қосудың айқын тенденциясын көрсетпейді, осыған байланысты металдар мен бейметалдар арасында аралық орынды алады және коваленттік байланыстарды құрудың айқын қабілетімен сипатталады. Көміртек атомының сыртқы электрондық қабатының құрылымын келесі диаграммалармен көрсетуге болады:

Қозған көміртек атомы төрт коваленттік байланыстың түзілуіне қатыса алады. Сондықтан оның қосылыстарының басым көпшілігінде көміртегі төртке тең коваленттілік көрсетеді.

Сонымен, ең қарапайым органикалық қосылыс көмірсутекті метанның құрамы бар. Оның құрылымы құрылымдық (а) немесе электрондық құрылымдық (немесе электрондық) (b) формулалармен ұсынылуы мүмкін:

Электрондық формула метан молекуласындағы көміртек атомының тұрақты сегіз электронды сыртқы қабықшасы (электрондық октет), ал сутегі атомдарында тұрақты екі электронды қабық (электрондық дублет) бар екенін көрсетеді.

Метандағы (және басқа ұқсас қосылыстардағы) көміртектің барлық төрт коваленттік байланысы эквивалентті және кеңістікте симметриялы бағытталған. Көміртек атомы тетраэдрдің ортасында (тұрақты тетраэдрлік пирамида) және оған қосылған төрт атом (метан жағдайында төрт атом тетраэдр шыңдарында орналасқан (120-сурет) орналасқан. Кез келген жұп байланыстардың бағыттары арасындағы бұрыштар (көміртектің валенттік бұрыштары) бірдей және 109 ° 28" құрайды.

Бұл көміртек атомында басқа төрт атоммен коваленттік байланыс түзгенде, бір s- және үш р-орбитальдан, гибридтену нәтижесінде кеңістікте симметриялы орналасқан төрт гибридті -орбиталь түзілетінімен түсіндіріледі. тетраэдр шыңдарына қарай созылған.

Күріш. 120. Метан молекуласының тетраэдрлік моделі.

Күріш. 121. Метан молекуласындағы -байланыстың түзілу схемасы.

Қабаттасу нәтижесінде – көміртектің басқа атомдардың электрон бұлттарымен гибридті электронды бұлттары (сфералық бұлттары бар метанда – сутегі атомдарының электрондары) төрт тетраэдрлі бағытталған коваленттік байланыс түзіледі (121-сурет; сонымен қатар 131-бетті қараңыз).

Метан молекуласының тетраэдрлік құрылымы оның кеңістіктік модельдерімен – сфералық (122-сурет) немесе сегменттік (123-сурет) айқын көрінеді. Ақ шарлар (сегменттер) сутегі атомдарын, қара - көміртекті білдіреді. Шар моделі тек атомдардың өзара кеңістіктік орналасуын сипаттайды, бірінші сегмент салыстырмалы атомаралық қашықтықтар туралы да түсінік береді (ядролар арасындағы қашықтық. 122-суретте көрсетілгендей, метанның құрылымдық формуласын проекция ретінде қарастыруға болады. оның сызба жазықтығына кеңістіктік моделі.

2. Органикалық қосылыстардың әртүрлілігін анықтайтын көміртектің ерекше қасиеті оның атомдарының бір-бірімен күшті коваленттік байланыстар арқылы қосылып, шексіз дерлік ұзындықтағы көміртек тізбегін құрайтын қабілеті.

Өзара байланысқа түспеген көміртек атомдарының валенттіліктері басқа атомдарды немесе топтарды қосу үшін қолданылады (көмірсутектерде сутекті қосу үшін).

Осылайша, этан мен пропан көмірсутектерінде сәйкесінше екі және үш көміртек атомының тізбектері бар.

Күріш. 122. Метан молекуласының шар моделі.

Күріш. 123. Метан молекуласының сегменттік моделі.

Олардың құрылымы келесі құрылымдық және электрондық формулалармен өрнектеледі:

Жүздеген немесе одан да көп көміртегі атомдары бар қосылыстар белгілі.

Көміртек тізбегінің бір көміртек атомына өсуі топтағы құрамның ұлғаюына әкеледі. Құрамның мұндай сандық өзгерісі қасиеттері сәл өзгеше жаңа қосылысқа әкеледі, яғни бастапқы қосылыстан қазірдің өзінде сапалық айырмашылығы бар; дегенмен қосылыстардың жалпы сипаты сақталады. Сонымен, метанның, этанның, пропанның көмірсутектерінен басқа бутан, пентан және т.б. бар. Сонымен, органикалық заттардың орасан зор алуан түрлілігінде әрбір келесі мүше бір-бірінен ерекшеленетін бір типті қосылыстардың қатарын ажыратуға болады. алдыңғысын топпен. Мұндай қатарлар гомологиялық қатарлар, олардың мүшелері бір-біріне қатысты гомологтар, ал мұндай қатарлардың болуы гомология құбылысы деп аталады.

Демек, көмірсутектер метан, саты, пропан, бутан және т.б. бір қатардың гомологтары болып табылады, олар шекті, немесе қаныққан, көмірсутектер (алкандар) қатары немесе бірінші өкілі бойынша метан қатары деп аталады.

Көміртек байланыстарының тетраэдрлік бағыттылығына байланысты оның тізбекке кіретін атомдары түзу сызықта емес, иректелген түрде орналасады және атомдардың байланыс осінің айналасында айналу мүмкіндігіне байланысты кеңістіктегі тізбек қабылдай алады. әртүрлі формалар (конформациялар):

Тізбектердің бұл құрылымы терминалға (b) немесе басқа көрші емес көміртегі атомдарына (c) жақындауға мүмкіндік береді; Осы атомдар арасындағы байланыстың пайда болуы нәтижесінде көміртегі тізбектері сақиналарға (циклдерге) жабылуы мүмкін, мысалы:

Сонымен, органикалық қосылыстардың әртүрлілігі молекуладағы көміртегі атомдарының бірдей санымен көміртегі атомдарының ашық, ашық тізбегі бар қосылыстар, сондай-ақ молекулаларында циклдар (циклдік қосылыстар) бар заттар болуы мүмкін екендігімен анықталады. .

3. Бір жұп жалпыланған электрондар түзетін көміртек атомдары арасындағы коваленттік байланыстарды жай (немесе жай) байланыстар деп атайды.

Көміртек атомдары арасындағы байланысты бір емес, екі немесе үш ортақ жұп электрондар жүзеге асыруы мүмкін. Содан кейін көптік – қос немесе үштік байланыстары бар тізбектер алынады; бұл қатынастарды былай көрсетуге болады:

Құрамында бірнеше байланысы бар қарапайым қосылыстар этилен (қос байланысы бар) және ацетилен (үштік байланысы бар) көмірсутектер болып табылады:

Көп байланысы бар көмірсутектер қанықпаған немесе қанықпаған деп аталады. Этилен мен ацетилен екі гомологтық қатардың – этилен мен ацетилен көмірсутектерінің алғашқы өкілдері болып табылады.

Күріш. 124. Этан молекуласындағы -байланыстың түзілу схемасы.

Атомдардың орталықтарын қосатын сызық бойымен (байланыс осі бойымен) екі гибридті электрон бұлттарының қабаттасуынан түзілген қарапайым коваленттік байланыс (немесе C:C), мысалы, этандағы (124-сурет) болып табылады. -облигация (§ 42 қараңыз). Байланыстар да -байланыс болып табылады - олар С атомының -гибридті бұлтының және Н атомының сфералық бұлтының -электронының байланыс осінің бойымен қабаттасу арқылы түзіледі.

Көптеген көміртек-көміртек байланыстарының табиғаты біршама ерекшеленеді. Сонымен, этилен молекуласында қос коваленттік байланыс (немесе) түзілу кезінде көміртегі атомдарының әрқайсысында будандастыруға бір -орбиталь және тек екі р-орбиталь (-гибридтену) қатысады; әрбір С атомының р-орбитальдарының біреуі будандаспайды. Нәтижесінде үш -гибридті электронды бұлт түзіледі, олар үш -байланыстың түзілуіне қатысады. Барлығы этилен молекуласында бес байланыс бар (төрт және бір); олардың барлығы бір жазықтықта бір-біріне шамамен 120° бұрышта орналасқан (125-сурет).

Сонымен, байланыстағы электрон жұптарының бірі -байланысты жүзеге асырады, ал екіншісі будандастыруға қатыспайтын p-электрондар арқылы түзіледі; олардың бұлттары көлемі сегіздік пішінді сақтайды, -байланыстар орналасқан жазықтыққа перпендикуляр бағытталған және осы жазықтықтың үстінде және астында қабаттасып (126-сурет) -байланысты құрайды (42-тармақты қараңыз).

Күріш. 125. Этилен молекуласындағы -байланыстардың түзілу схемасы.

Күріш. 126. Этилен молекуласындағы -байланыстың түзілу схемасы.

Демек, C=C қос байланысы бір және бір -байланыстың қосындысы болып табылады.

Үштік байланыс (немесе ) бір -байланыстың және екі -байланыстың қосындысы болып табылады. Мысалы, көміртегі атомдарының әрқайсысында ацетилен молекуласының түзілуі кезінде будандастыруға бір -орбиталь және бір ғана р-орбиталь (-гибридтену) қатысады; нәтижесінде екі -гибридті электронды бұлт түзіліп, екі -байланыстың түзілуіне қатысады. Әрбір С атомының екі p-электронының бұлттары будандаспайды, конфигурациясын сақтайды және екі -байланыстың түзілуіне қатысады. Сонымен, ацетиленде бір түзудің бойымен бағытталған тек үш -байланыс (бір және екі) және екі өзара перпендикуляр жазықтықта бағытталған екі -байланыс болады (127-сурет).

Реакциялар кезінде бірнеше (яғни, қос және үштік) байланыстар оңай қарапайымға айналады; үштік бірінші дубльге, ал соңғысы қарапайымға айналады. Бұл олардың жоғары реактивтілігіне байланысты және кез келген атомдар көптік байланыспен байланыстырылған көміртегі атомдарының жұбына қосылған кезде орын алады.

Көптік байланыстың жайға ауысуы, әдетте, -облигациялардың -байланыстарға қарағанда беріктігі аз, сондықтан лабильділігі жоғары болуымен түсіндіріледі. -байланыстар пайда болған кезде параллель осьтері бар p-электронды бұлттар байланыс осі бойымен қабаттасатын электрондық бұлттарға қарағанда әлдеқайда аз дәрежеде қабаттасады (яғни, байланыс осі бойымен бағытталған гибридті, -электронды немесе p-электронды бұлттар).

Күріш. 127. Ацетилен молекуласындағы -байланыстың түзілу схемасы.

Күріш. 128. Этилен молекуласының модельдері: а - шар; b - сегменттелген.

Көптік байланыстар қарапайым байланыстарға қарағанда күштірек. Сонымен, байланысты үзу энергиясы тек , байланыстар және байланыстар болып табылады.

Айтылғандардан мынадай қорытынды шығады: формулалардағы қосылыстағы үштен екі жол, жалғаулықтағы екі жолдан бір жол жай байланысқа қарағанда күштілігі төмен жалғауларды білдіреді.

Суретте. 128 және 129 қос (этилен) және үштік (ацетилен) байланыстары бар қосылыстардың шар және сегменттік кеңістіктік модельдері.

4. Құрылым теориясы органикалық қосылыстардың изомериясының көптеген жағдайларын түсіндірді.

Көміртек атомдарының тізбектері түзу немесе тармақталған болуы мүмкін:

Сонымен, композицияда әртүрлі тізбекті құрылымдары бар үш қаныққан көмірсутектер (пентан) бар - біреуі тармақталмаған тізбекті (қалыпты құрылым) және екеуі тармақталған (изоқұрылымы) бар:

Құрамда үш қанықпаған көмірсутек, екі қалыпты құрылым, бірақ қос байланыс күйінде изомерлі және бір изоқұрылым бар:

Күріш. 129. Ацетилен молекуласының модельдері: шар; b - сегменттелген.

Бұл қанықпаған қосылыстар үшін екі циклдік көмірсутек изомерлі, олардың да құрамы бар және цикл өлшемі бойынша бір-біріне изомерлі:

Бірдей құраммен қосылыстар көміртегі тізбегіндегі және басқа көміртек емес атомдардағы әртүрлі позицияларға байланысты құрылымы бойынша әртүрлі болуы мүмкін, мысалы:

Изомерия атомдардың қосылу ретінің әртүрлілігінен ғана емес болуы мүмкін. Кеңістіктік изомерияның (стереоизометрияның) бірнеше түрлері бар, ол атомдардың құрамы мен қосылу реті бірдей сәйкес изомерлердің (стереоизомерлер) кеңістіктегі атомдардың (немесе атомдар топтарының) әртүрлі орналасуында ерекшеленуінен тұрады.

Сонымен, егер қосылыста төрт түрлі атоммен немесе атомдар тобымен (ассиметриялық атом) байланысқан көміртегі атомы болса, онда мұндай қосылыстың екі кеңістіктік изомерлі формасы мүмкін. Суретте. 130 сүт қышқылының екі тетраэдрлік моделін көрсетеді, онда асимметриялық көміртек атомы (ол формулада жұлдызшамен белгіленген) тетраэдрдің ортасында орналасқан. Бұл модельдерді кеңістікте біріктіруге болмайтынын байқау қиын емес: олар шағылысқан және кейбір физикалық және негізінен биологиялық қасиеттерімен ерекшеленетін екі түрлі заттардың (бұл мысалда сүт қышқылдары) молекулаларының кеңістіктік конфигурациясын көрсетеді. Мұндай изомерия айналы стереоизомерлер деп, ал сәйкес изомерлерді айна изомерлері деп атайды.

Күріш. 130. Сүт қышқылының айна изомерлері молекулаларының тетраэдрлік модельдері.

Айна изомерлерінің кеңістіктік құрылымындағы айырмашылық симметриялы емес атомдағы атомдық топтардың әртүрлі орналасуын көрсететін құрылымдық формулалар арқылы да ұсынылуы мүмкін; мысалы, суретте көрсетілгендер үшін. Сүт қышқылының 130 айна изомерлері:

Жоғарыда айтылғандай, көміртек атомдары; қос байланыс арқылы бір жазықтықта орналасқан төрт байланыс оларды басқа атомдармен байланыстырады; осы байланыстардың бағыттары арасындағы бұрыштар шамамен бірдей (126-сурет). Қос байланыстағы көміртегі атомдарының әрқайсысына әртүрлі атомдар немесе топтар қосылған кезде геометриялық стереоизомерия немесе цис-транс изомерия деп аталатын жағдай мүмкін болады. Мысал ретінде дихлорэтиленнің кеңістіктік геометриялық изомерлерін келтіруге болады

Бір изомердің молекулаларында хлор атомдары қос байланыстың бір жағында, ал екіншісінің молекулаларында орналасады. әртүрлі жақтары. Бірінші конфигурация cis- деп аталады, екіншісі - транс-конфигурация. Геометриялық изомерлер бір-бірінен физикалық және химиялық қасиеттері бойынша ерекшеленеді.

Олардың болуы қос байланыстың байланыс осінің айналасында қосылған атомдардың еркін айналу мүмкіндігін жоққа шығаруымен байланысты (мұндай айналу байланыстың үзілуін талап етеді; 126-суретті қараңыз).

5. Органикалық заттардың молекулаларындағы өзара әсер ең алдымен бір-бірімен тікелей байланысқан атомдар арқылы көрінеді. Бұл жағдайда ол табиғатпен анықталады химиялық байланысолардың арасындағы салыстырмалы электртерістігінің айырмашылығы дәрежесі, демек, байланыс полярлығының дәрежесі.

Мысалы, жиынтық формулаларға қарағанда, метан молекуласында және метил спирті молекуласында барлық төрт сутегі атомы бірдей қасиеттерге ие болуы керек. Бірақ, кейінірек көрсетілетіндей, метил спиртінде сутегі атомдарының біреуін ауыстыруға болады сілтілік металл, ал метандағы сутегі атомдары мұндай қабілетті көрсетпейді. Бұл спиртте сутегі атомы көміртегімен емес, оттегімен тікелей байланысқандығына байланысты.

Жоғарыда келтірілген құрылымдық формулаларда байланыс сызықтарындағы көрсеткілер атомдардың электртерістігінің әртүрлі болуына байланысты коваленттік байланысты құрайтын электрон жұптарының орын ауыстыруын шартты түрде көрсетеді. Метанда байланыстың мұндай ығысуы шамалы, өйткені көміртектің электртерістігі (2,5) 1-кестедегі сутегінің электртерістігінен сәл ғана асып түседі. 6, 118 б.). Бұл жағдайда метан молекуласы симметриялы болады. Алкоголь молекуласында байланыс айтарлықтай поляризацияланған, өйткені оттегі (электрондылығы 3,5) өзіне электрон жұбын көбірек тартады; сондықтан сутегі атомы оттегі атомымен қосылып, үлкен қозғалғыштыққа ие болады, яғни протон түрінде оңай ажырайды.

Органикалық молекулаларда бір-бірімен тікелей байланыспаған атомдардың өзара әсері де маңызды. Сонымен, метил спиртінде оттегінің әсерінен оттегімен байланысқан сутегі атомының ғана емес, сонымен қатар оттегімен тікелей байланыспаған, көміртегімен байланысқан сутегі атомдарының да реактивтілігі артады. Осыған байланысты метил спирті оңай тотығады, ал метан тотықтырғыштардың әсеріне салыстырмалы түрде төзімді. Бұл гидроксил тобындағы оттегі оны көміртегімен байланыстыратын байланыста электрондар жұбын өзіне қарай айтарлықтай тартатындығына байланысты, оның электртерістігі аз.

Нәтижесінде көміртегі атомының тиімді заряды оң болады, бұл метан молекуласындағы бірдей байланыстармен салыстырғанда метил спиртіндегі байланыстарда да электрон жұптарының қосымша ығысуын тудырады. Тотықтырғыштардың әсерінен ОН тобы байланысқан бір көміртегі атомымен байланысқан Н атомдары көмірсутектерге қарағанда оңай ажырап, оттегімен қосылып, су түзеді. Бұл жағдайда OH тобымен байланысқан көміртек атомы одан әрі тотығуға ұшырайды (§ 171 қараңыз).

Бір-бірімен тікелей байланыспаған атомдардың өзара әсері көміртегі атомдарының тізбегі бойынша айтарлықтай қашықтыққа берілуі мүмкін және атомдардың немесе топтардың әсерінен бүкіл молекуладағы электрон бұлттарының тығыздығының ығысуымен түсіндіріледі. онда әртүрлі электртерістілік бар. Өзара әсер де молекуланы қоршап тұрған кеңістік арқылы – жақындап келе жатқан атомдардың электрон бұлттарының қабаттасуы нәтижесінде берілуі мүмкін.

19 ғасырдың бірінші жартысына қарай органикалық химияда орасан зор фактілік материалдар жинақталды, оны одан әрі зерттеу кез келген жүйелеуші ​​негіздің болмауына байланысты қиындады. 1920 жылдардан бастап органикалық қосылыстардың құрылымын жалпылама сипаттау деп есептейтін бірізді теориялар пайда бола бастады. Солардың бірі 1990 жылдары француз ғалымы К.Жерар жасаған типтер теориясы болды. Бұл теория бойынша барлық органикалық қосылыстар ең қарапайым бейорганикалық заттардың туындылары ретінде қарастырылып, түрлері ретінде алынған.Ш. Джерард

А.М.Бутлеровтың құрылыс теориясының пайда болуынан аз уақыт бұрын неміс химигі Ф.А. Кекуле (1857) көміртек атомының төрт валенттілігі және оның көміртек атомдарымен қосылу арқылы көміртек тізбегін түзу қабілеті сияқты фактілерді анықтай отырып, органикалық қосылыстарға қатысты валенттілік теориясын жасады.А. М.Бутлерова Ф.А. Кекуле

Бутлерге дейінгі кезеңдегі теориялық әзірлемелер органикалық қосылыстардың құрылымын білуге ​​белгілі бір үлес қосты. Бірақ ертедегі теориялардың ешқайсысы әмбебап емес еді. Және тек А.М. Бутлеров осы күнге дейін органикалық химияның ғылыми негізі болып табылатын құрылымның логикалық толық теориясын жасай алды. А.М. құрылымының теориясы. Бутлеров нақты молекулаға материалистік көзқарасқа негізделген және оның құрылымын тәжірибелік жолмен білу мүмкіндігінен шығады. А.М. Бутлеров заттардың құрылымын құруда химиялық реакцияларға принципті мән берді. А.М. құрылымының теориясы. Бутлерова бұрыннан белгілі фактілерді түсіндіріп қана қойған жоқ, оның ғылыми маңызы жаңа органикалық қосылыстардың болуын болжауда болды.А.М. Бутлеров А.М. Бутлерова А.М. Бутлеров А.М. Бутлеров

Изомерлер - молекулалық формуласы бірдей, бірақ химиялық құрылымы әртүрлі, сондықтан әртүрлі қасиеттерге ие заттар. Изомерияның шынайы түсіндірмесі тек 19 ғасырдың 2-жартысында А.М.-ның химиялық құрылымы теориясы негізінде алынды. Бутлеров (құрылымдық изомерия) және Я.Г.вант-Гофтың стереохимиялық ілімі (кеңістіктік изомерия) Я. Г. Вант Хофф

Формула атауы Изомерлердің саны CH 4 метан1 C4H6C4H6 этан1 C3H8C3H8 пропан1 C 4 H 10 бутан 2 C 5 H 12 пентан 3 C 6 H 14 гексан 5 C 7 H 16 гептан 9 C 8 H 18 C октанна 9 C 8 H 18 C H1502 H 22 декан75 C 11 H 25 ундекан 19 C 12 H 26 додекан355 C 13 H 28 тридекан802 C 14 H 30 тетрадекан1 858 C 15 H 32 пентадекан4 347 C 20 H 32 пентадекан4 347 C 20 H 32 тридекан C 347 C 20 H 302 тридекан C 62 тетраконтан

Құрылымдық изомерлер - бұл органикалық қосылыстардың әртүрлі құрылымдық формулаларына сәйкес келетіндер (атомдардың қосылу реті басқа). Кеңістіктік изомерлердің әрбір көміртегі атомында бірдей орынбасарлары болады және олардың кеңістікте өзара орналасуымен ғана ерекшеленеді.

Кеңістіктік изомерлер (стереоизомерлер). Стереоизомерлер екі түрге бөлінеді: геометриялық изомерлер және оптикалық изомерлер. Геометриялық изомерия қос байланыс немесе сақинасы бар қосылыстарға тән. Мұндай молекулаларда әртүрлі көміртек атомдарындағы орынбасарлар осы жазықтықтың бір жағында (цис-) немесе қарама-қарсы жағында (транс-) болатындай етіп шартты жазықтықты сызуға жиі болады. Егер бұл орынбасарлардың жазықтыққа қатысты бағытының өзгеруі тек химиялық байланыстың біреуінің үзілуіне байланысты мүмкін болса, онда геометриялық изомерлердің болуы туралы айтылады. Геометриялық изомерлер физикалық және химиялық қасиеттерімен ерекшеленеді.

Органикалық молекулалардың оптикалық изомерлерін алудың жаңа әдісі ашылды Алиса өзінің жеке, бірақ «айна тәрізді» бөлмесінде тұрғанда, ол таң қалды: бөлме ұқсас, бірақ бәрібір басқаша. Химиялық молекулалардың айна изомерлері де бірдей ерекшеленеді: сыртқы түрі ұқсас, бірақ әрекеті басқаша. Органикалық химияның ең маңызды саласы - бұл айна нұсқаларын бөлу және синтездеу. (Джон Тенниелдің Льюис Кэрролдың Алиса айна арқылы суретіне салған суреті)

Американдық ғалымдар альдегидтерге негізделген қосылыстардың оптикалық изомерлерін алуды үйренді, соңында химиктер көп жылдар бойы жұмыс істеп келе жатқан маңызды реакцияны жүзеге асырды. Тәжірибеде олар әртүрлі принцип бойынша жұмыс істейтін екі катализаторды біріктірді. Осы катализаторлардың бірлескен әрекеті нәтижесінде екі белсенді органикалық молекула түзіліп, олар қажетті затқа біріктіріледі. Бұл реакцияны мысал ретінде пайдалана отырып, биологиялық маңызды органикалық қосылыстардың тұтас класын синтездеу мүмкіндігі көрсетілген.

Қазіргі уақытта органикалық синтездің кем дегенде 130 реакциясы белгілі, оларда азды-көпті таза хиральды изомерлер алынады. Егер катализатордың өзі хиральды қасиеттерге ие болса, онда оптикалық белсенді емес субстраттан оптикалық белсенді өнім алынады. Бұл ереже 20 ғасырдың басында алынған және бүгінгі күнге дейін негізгі болып қала береді. Катализатордың оптикалық изомерлерге қатысты селективті әсер ету принципі қол алысуға ұқсас: катализатордың хиральды изомерлердің біреуімен ғана байланысуы «ыңғайлы», сондықтан реакциялардың тек біреуі ғана артықшылықпен катализденеді. Айтпақшы, «хирал» термині гректің шейр қолынан шыққан.

Пісіруге, бояуларға, киім-кешектерге, дәрі-дәрмектерге адамдар әртүрлі заттарды пайдалануды бұрыннан үйренген. Уақыт өте келе белгілі бір заттардың қасиеттері туралы ақпараттың жеткілікті мөлшері жинақталды, бұл оларды өндіру, өңдеу және т.б. әдістерін жетілдіруге мүмкіндік берді. Және көптеген минералды (бейорганикалық заттарды) тікелей алуға болатыны белгілі болды.

Бірақ адам қолданатын заттардың кейбірін ол синтездемеген, өйткені олар тірі организмдерден немесе өсімдіктерден алынған. Бұл заттар органикалық деп аталады.Зертханада органикалық заттарды синтездеу мүмкін болмады. 19 ғасырдың басында витализм (vita - өмір) сияқты ілім белсенді дамыды, оған сәйкес органикалық заттар тек «тіршілік күшінің» арқасында пайда болады және оларды «жасанды» жасау мүмкін емес.

Бірақ уақыт өтіп, ғылым дамыған сайын органикалық заттар туралы виталистер теориясына қайшы келетін жаңа фактілер пайда болды.

1824 жылы неміс ғалымы Ф.Вёлерхимия ғылымының тарихында алғаш рет қымыздық қышқылын синтездеді – бейорганикалық заттардан алынған органикалық заттар (цианид және су):

(CN) 2 + 4H 2 O → COOH - COOH + 2NH 3

1828 жылы Воллер натрий цианатын күкіртті аммониймен қыздырып, мочевина синтездеді -Жануарлардың тіршілік әрекетінің өнімі:

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

Бұл ашылулар жалпы ғылымның, оның ішінде химияның дамуында маңызды рөл атқарды. Ғалымдар-химиктер бірте-бірте виталистік ілімнен алшақтай бастады, заттарды органикалық және бейорганикалық деп бөлу принципі негізсіз болып шықты.

Қазіргі уақытта заттарәлі органикалық және бейорганикалық болып бөлінедібірақ бөлу критерийі қазірдің өзінде сәл басқаша.

Заттар органикалық деп аталадықұрамында көміртек бар, оларды көміртекті қосылыстар деп те атайды. Мұндай қосылыстар 3 миллионға жуық болса, қалған қосылыстар 300 мыңға жуық.

Құрамында көміртегі жоқ заттарды бейорганикалық деп атайдыЖәне. Бірақ жалпы жіктеуден ерекшеліктер бар: құрамында көміртегі бар бірқатар қосылыстар бар, бірақ олар бейорганикалық заттарға жатады (көміртек тотығы және диоксиді, күкірт көміртегі, көмір қышқылы және оның тұздары). Олардың барлығы құрамы мен қасиеттері бойынша бейорганикалық қосылыстарға ұқсас.

Органикалық заттарды зерттеу барысында жаңа қиындықтар туындады: бейорганикалық заттар туралы теориялар негізінде органикалық қосылыстардың құрылыс заңдылықтарын ашу, көміртектің валенттілігін түсіндіру мүмкін емес. Әртүрлі қосылыстардағы көміртегі әртүрлі валенттіліктерге ие болды.

1861 жылы орыс ғалымы А.М. Бутлеров алғаш рет синтез арқылы қантты зат алды.

Көмірсутектерді зерттегенде, А.М. Бутлероволардың мүлдем ерекше сынып екенін түсінді химиялық заттар. Олардың құрылымы мен қасиеттерін талдай отырып, ғалым бірнеше заңдылықтарды анықтады. Олар негізін құрады химиялық құрылыс теориялары.

1. Кез келген органикалық заттың молекуласы ретсіз емес, молекулалардағы атомдар валенттіліктеріне сәйкес бір-бірімен белгілі бір ретпен байланысқан. Органикалық қосылыстардағы көміртек әрқашан төрт валентті.

2. Молекуладағы атомаралық байланыстардың реттілігі оның химиялық құрылымы деп аталады және бір құрылымдық формуламен (құрылым формуласы) көрсетіледі.

3. Химиялық құрылымды химиялық әдістермен анықтауға болады. (Қазіргі уақытта заманауи физикалық әдістер де қолданылады).

4. Заттардың қасиеттері заттың молекулаларының құрамына ғана емес, олардың химиялық құрылымына (элементтердің атомдарының қосылу реттілігіне) байланысты.

5. Берілген заттың қасиеттері бойынша оның молекуласының құрылымын, ал молекуласының құрылымы бойынша анықтауға болады – қасиеттерін болжаңыз.

6. Молекуладағы атомдар мен атомдар топтары бір-бірімен әрекеттеседі.

Бұл теория органикалық химияның ғылыми негізіне айналды және оның дамуын жеделдетті. Теорияның ережелеріне сүйене отырып, А.М. Бутлеров құбылысты сипаттап, түсіндірді изомерия, әртүрлі изомерлердің болуын болжап, олардың кейбірін алғаш рет алды.

Этанның химиялық құрылымын қарастырыңыз – C2H6.Элементтердің валенттілігін сызықшалармен белгілей отырып, этан молекуласын атомдардың қосылу ретімен бейнелейміз, яғни құрылымдық формуласын жазамыз. А.М теориясы бойынша. Бутлеров, ол келесідей болады:

Сутегі мен көміртек атомдары бір бөлшекке байланысқан, сутегі валенттілігі біреуге тең, көміртегі – төрт. Екі көміртек атомы көміртегі байланысымен байланысқан – көміртек (C – МЕН). Көміртектің С түзу қабілеті – С-байланысы көміртектің химиялық қасиеттерінен түсініледі. Сыртқы электрон қабатында көміртегі атомының төрт электроны бар, электрондарды беру қабілеті жетіспейтіндерді қосумен бірдей. Сондықтан көміртек көбінесе коваленттік байланысы бар қосылыстар түзеді, яғни басқа атомдармен, соның ішінде бір-бірімен көміртегі атомдарымен электронды жұптардың түзілуіне байланысты.

Бұл органикалық қосылыстардың әртүрлілігінің себептерінің бірі.

Құрамы бірдей, бірақ құрылымы әртүрлі қосылыстар изомерлер деп аталады.Изомерия құбылысы – органикалық қосылыстардың әртүрлілігінің себептерінің бірі

Сұрақтарыңыз бар ма? Органикалық қосылыстардың құрылыс теориясы туралы көбірек білгіңіз келе ме?
Тәрбиешінің көмегін алу үшін – тіркеліңіз.
Бірінші сабақ тегін!

сайт, материалды толық немесе ішінара көшіру арқылы дереккөзге сілтеме қажет.

Сабақтың мазмұны:Органикалық қосылыстардың құрылыс теориялары: құрудың алғы шарттары, негізгі ережелері. Химиялық құрылым молекулалардағы атомдардың өзара байланысы және өзара әсер ету тәртібі ретінде. Гомология, изомерия. Заттардың қасиеттерінің химиялық құрылымына тәуелділігі. Химиялық құрылыс теориясының дамуының негізгі бағыттары. Органикалық қосылыстардың уыттылығының пайда болуының олардың молекулаларының құрамы мен құрылымына тәуелділігі (көміртек тізбегінің ұзындығы және оның тармақталу дәрежесі, көптеген байланыстардың болуы, циклдар мен асқын тотық көпірлерінің пайда болуы, галогеннің болуы атомдар), сондай-ақ қосылыстың ерігіштігі мен ұшқыштығы туралы.

Сабақтың мақсаттары:

• Студенттердің химиялық құрылыс теориясының негізгі ережелерімен танысу және бекіту әрекетін ұйымдастыру.
• Студенттерге бейорганикалық изомерлердің мысалында химиялық құрылыс теориясының әмбебап сипатын және бейорганикалық заттардағы атомдардың өзара әсерін көрсету.

Сабақтар кезінде:

1. Ұйымдастыру кезеңі.

2. Оқушылардың білімін өзектілендіру.

1) Органикалық химия нені зерттейді?

2) Қандай заттарды изомерлер деп атайды?

3) Қандай заттарды гомологтар деп атайды?

4) 19 ғасырдың басында органикалық химияда пайда болған сізге белгілі теорияларды атаңыз.

5) Радикалдар теориясының қандай кемшіліктері болды?

6) Типтер теориясының қандай кемшіліктері болды?

3. Сабақтың мақсаты мен міндеттерін қою.

Валенттілік концепциясы А.М.-ның химиялық құрылымы теориясының маңызды бөлігін құрады. Бутлеров 1861 ж

Д.И тұжырымдаған периодтық заң. Менделеев 1869 жылы элементтің валенттілігінің оның периодтық жүйедегі орнына тәуелділігін ашты.

Сапалық және сандық құрамы бірдей, бірақ қасиеттері әртүрлі органикалық заттардың алуан түрлілігі түсініксіз болып қалды. Мысалы, C 6 H 12 O 2 құрамына сәйкес келетін 80-ге жуық әртүрлі заттар белгілі болды. Йенс Якоб Берцелиус бұл заттарды изомерлер деп атауды ұсынды.

Көптеген елдердің ғалымдары органикалық заттардың құрылысы мен қасиеттерін түсіндіретін теорияны жасауға жол ашты.

Шпейер қаласында өткен неміс табиғат зерттеушілері мен дәрігерлерінің съезінде «Денелердің химиялық құрылысындағы бір нәрсе» деп аталатын баяндама оқылды. Баяндама авторы Қазан университетінің профессоры Александр Михайлович Бутлеров болды. Дәл осы «нәрсе» химиялық құрылым теориясын құрады, ол біздің химиялық қосылыстар туралы қазіргі идеяларымызға негіз болды.

Органикалық химия келесі ғасырда бүгінгі күнге дейін оның қарқынды дамуын қамтамасыз еткен берік ғылыми негіз алды. Бұл теория жаңа қосылыстардың болуын және олардың қасиеттерін болжауға мүмкіндік берді. Химиялық құрылым туралы түсінік изомерия сияқты жұмбақ құбылысты түсіндіруге мүмкіндік берді.

Химиялық құрылым теориясының негізгі ережелері мыналар:
1. Органикалық заттардың молекулаларындағы атомдар валенттілігіне қарай белгілі бір реттілікпен байланысқан.

2. Заттардың қасиеттері молекуладағы атомдар мен атомдар топтарының сапалық, сандық құрамымен, байланысу тәртібімен және өзара әсерімен анықталады.

3. Молекулалардың құрылымын олардың қасиеттерін зерттеу негізінде орнатуға болады.

Осы ережелерді толығырақ қарастырайық. Органикалық заттардың молекулаларында көміртек атомдары (валенттігі IV), сутегі (валенттігі I), оттегі (валенттігі II), азот (валенттігі III) болады. Органикалық заттардың молекулаларындағы әрбір көміртек атомы басқа атомдармен төрт химиялық байланыс түзеді, ал көміртек атомдары тізбектер мен сақиналарға біріктірілуі мүмкін. Химиялық құрылыс теориясының бірінші ұстанымына сүйене отырып, біз органикалық заттардың құрылымдық формулаларын құрастырамыз. Мысалы, метанның CH 4 құрамы бар екені анықталды. Көміртек пен сутегі атомдарының валенттілігін ескере отырып, метанның тек бір құрылымдық формуласын ұсынуға болады:

Басқа органикалық заттардың химиялық құрылымын келесі формулалар арқылы сипаттауға болады:

этанол

Химиялық құрылыс теориясының екінші позициясы бізге белгілі қатынасты сипаттайды: құрам - құрылым - қасиеттер. Осы заңдылықтың көрінісін органикалық заттар мысалында қарастырайық.

Этан мен этил спиртінің сапалық құрамы әртүрлі. Алкоголь молекуласында этанға қарағанда оттегі атомы бар. Бұл қасиеттерге қалай әсер етеді?

Молекулаға оттегі атомын енгізу заттың физикалық қасиеттерін күрт өзгертеді. Бұл қасиеттердің сапалық құрамға тәуелділігін растайды.

Метан, этан, пропан және бутан көмірсутектерінің құрамы мен құрылымын салыстырайық.

Метан, этан, пропан және бутанның сапалық құрамы бірдей, бірақ сандық құрамы әртүрлі (әр элемент атомдарының саны). Химиялық құрылыс теориясының екінші позициясына сәйкес олар әртүрлі қасиеттерге ие болуы керек.

Зат	Қайнау температурасы,°С	Балқу температурасы,°С
CH 4	– 182,5	– 161,5
C 2 H 6	– 182,8	– 88,6
C 3 H 8	– 187,6	– 42,1
C 4 H 10	– 138,3	– 0,5

Кестеден көріп отырғанымыздай, молекуладағы көміртегі атомдарының санының артуымен қайнау және балқу температураларының жоғарылауы орын алады, бұл қасиеттердің молекулалардың сандық құрамына тәуелділігін растайды.

C 4 H 10 молекулалық формуласы тек бутанға ғана емес, сонымен қатар оның изобутан изобутанына да сәйкес келеді:

Изомерлердің сапалық (көміртек және сутегі атомдары) және сандық (4 көміртек атомы және он сутегі атомы) құрамы бірдей, бірақ атомдардың қосылу реті (химиялық құрылымы) бойынша бір-бірінен ерекшеленеді. Изомерлердің құрылысындағы айырмашылық олардың қасиеттеріне қалай әсер ететінін көрейік.

Тармақталған көмірсутектің (изобутанның) қайнау және балқу температуралары кәдімгі көмірсутектерге (бутан) қарағанда жоғары болады. Бұны бутандағы молекулалардың бір-біріне жақын орналасуымен түсіндіруге болады, бұл молекулааралық тартылыс күштерін арттырады, сондықтан оларды бөлу үшін көбірек энергия қажет.

Химиялық құрылыс теориясының үшінші позициясы заттардың құрамы, құрылымы және қасиеттері туралы кері байланысты көрсетеді: құрам - құрылым - қасиеттер. Мұны C 2 H 6 O композициясының қосылыстарының мысалын пайдаланып қарастырыңыз.

Сапалық және сандық талдау барысында анықталған C 2 H 6 O молекулалық формуласы бірдей екі заттың үлгілері бар деп елестетіңіз. Бірақ бұл заттардың химиялық құрылымын қалай білуге ​​болады? Бұл сұраққа жауап беру олардың физикалық және химиялық қасиеттерін зерттеуге көмектеседі. Бірінші зат металдық натриймен әрекеттескенде реакция жүрмейді, ал екіншісі онымен сутегінің бөлінуімен белсенді әрекеттеседі. Реакциядағы заттардың сандық қатынасын анықтайық. Ол үшін екінші заттың белгілі массасына белгілі бір натрий массасын қосамыз. Сутектің көлемін өлшейік. Заттардың мөлшерін есептейік. Бұл жағдайда зерттелетін заттың екі мольінен бір моль сутегі бөлінеді екен. Демек, бұл заттың әрбір молекуласы бір сутегі атомының көзі болып табылады. Қандай қорытынды жасауға болады? Бір ғана сутегі атомы қасиеттері бойынша және, демек, құрылымы бойынша (ол қандай атомдармен байланысқан) басқаларынан ерекшеленеді. Көміртек, сутегі және оттегі атомдарының валенттілігін ескере отырып, берілген зат үшін тек бір формуланы ұсынуға болады:

Бірінші зат үшін барлық сутегі атомдарының құрылымы мен қасиеттері бірдей болатын формуланы ұсынуға болады:

Осы заттардың физикалық қасиеттерін зерттеу арқылы ұқсас нәтиже алуға болады.

Сонымен, заттардың қасиеттерін зерттеу негізінде оның химиялық құрылымы туралы қорытынды жасауға болады.

Химиялық құрылым теориясының маңыздылығын асыра бағалау мүмкін емес. Ол химиктерге органикалық заттардың құрылысы мен қасиеттерін зерттеудің ғылыми негіздерін берді. Д.И. тұжырымдаған периодтық заң. Менделеев. Құрылым теориясы сол кездегі химияда басым болған барлық ғылыми көзқарастарды жалпылады. Ғалымдар химиялық реакциялар кезінде органикалық заттардың мінез-құлқын түсіндіре алды. А.М. теориясына сүйене отырып. Бутлеров кейбір заттардың изомерлерінің болуын болжаған, олар кейінірек алынған. Периодтық заң сияқты химиялық құрылыс теориясы атомның құрылысы, химиялық байланыс және стереохимия теориясы қалыптасқаннан кейін одан әрі дамыды.