Theorie der chemischen Struktur der organischen Chemie. Theorie der Struktur organischer Verbindungen. Arten von Bindungen in Molekülen organischer Substanzen. Elektronische Darstellungen in der organischen Chemie

Wie die Wissenschaft zu Beginn des 19. Jahrhunderts Gestalt annahm, als der schwedische Wissenschaftler J. Ya. Berzelius erstmals das Konzept organischer Substanzen einführte und organische Chemie. Die erste Theorie der organischen Chemie ist die Radikaltheorie. Chemiker entdeckten, dass bei chemischen Umwandlungen Gruppen mehrerer Atome unverändert von einem Molekül einer Substanz auf ein Molekül einer anderen Substanz übergehen, genauso wie Atome von Elementen von Molekül zu Molekül übergehen. Solche „unveränderlichen“ Atomgruppen nennt man Radikale.

Allerdings waren nicht alle Wissenschaftler mit der radikalen Theorie einverstanden. Viele lehnten die Idee des Atomismus generell ab – die Idee der komplexen Struktur eines Moleküls und der Existenz eines Atoms als dessen Bestandteil. Was heute unbestreitbar bewiesen ist und im 19. Jahrhundert nicht den geringsten Zweifel aufkommen lässt. war Gegenstand heftiger Kontroversen.

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1. Grundprinzipien der Theorie der chemischen Struktur A.M. Butlerow

1. Atome in Molekülen sind entsprechend ihrer Wertigkeit in einer bestimmten Reihenfolge miteinander verbunden. Die Abfolge interatomarer Bindungen in einem Molekül wird als chemische Struktur bezeichnet und in einer Strukturformel (Strukturformel) widergespiegelt.

2. Die chemische Struktur kann mit chemischen Methoden bestimmt werden. (Auch moderne physikalische Methoden kommen derzeit zum Einsatz).

3. Die Eigenschaften von Stoffen hängen von ihrer chemischen Struktur ab.

4. Basierend auf den Eigenschaften einer bestimmten Substanz kann man die Struktur ihres Moleküls bestimmen und basierend auf der Struktur des Moleküls kann man die Eigenschaften vorhersagen.

5. Atome und Atomgruppen in einem Molekül beeinflussen sich gegenseitig.

Ein Molekül einer organischen Verbindung ist eine Ansammlung miteinander verbundener Atome in einer bestimmten Reihenfolge normalerweise durch kovalente Bindungen. In diesem Fall können sich gebundene Atome in der Elektronegativität unterscheiden. Die Elektronegativitätswerte bestimmen diese maßgeblich die wichtigsten Eigenschaften Zusammenhänge wie Polarität und Stärke (Bildungsenergie). Die Polarität und Stärke der Bindungen in einem Molekül bestimmen wiederum weitgehend die Fähigkeit des Moleküls, bestimmte chemische Reaktionen einzugehen.

Die Elektronegativität eines Kohlenstoffatoms hängt von seinem Hybridisierungszustand ab. Dies ist auf den Anteil des s-Orbitals im Hybridorbital zurückzuführen: Er ist für sp3-Atome geringer und für sp2- und sp-Hybridatome größer.

Alle Atome, aus denen ein Molekül besteht, sind miteinander verbunden und beeinflussen sich gegenseitig. Dieser Einfluss wird hauptsächlich über ein System kovalenter Bindungen übertragen, wobei die sogenannten elektronischen Effekte genutzt werden.

Als elektronische Effekte werden Verschiebungen der Elektronendichte in einem Molekül unter dem Einfluss von Substituenten bezeichnet.

Durch polare Bindungen verbundene Atome tragen Teilladungen, bezeichnet griechischer Brief„Delta“ (d). Ein Atom, das die Elektronendichte der s-Bindung in seine Richtung „zieht“, erhält eine negative Ladung d-. Betrachtet man ein Atompaar, das durch eine kovalente Bindung verbunden ist, wird das elektronegativere Atom als Elektronenakzeptor bezeichnet. Sein S-Bindungspartner wird dementsprechend ein gleich großes Elektronendichtedefizit aufweisen, d. h. Die teilweise positive Ladung d+ wird als Elektronendonor bezeichnet.

Die Verschiebung der Elektronendichte entlang einer Kette von S-Bindungen wird als induktiver Effekt bezeichnet und mit I bezeichnet.

2. Isomerie- die Existenz von Verbindungen (hauptsächlich organische), die in ihrer Elementzusammensetzung und ihrem Molekulargewicht identisch sind, sich jedoch in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften unterscheiden. Solche Verbindungen nennt man Isomere.

Strukturisomerie- das Ergebnis von Unterschieden in der chemischen Struktur. Zu diesem Typ gehören:

Isomerie des Kohlenstoffgerüsts aufgrund der unterschiedlichen Bindungsreihenfolge der Kohlenstoffatome. Das einfachste Beispiel ist Butan CH3-CH2-CH2-CH3 und Isobutan (CH3)3CH. Weitere Beispiele: Anthracen und Phenanthren (Formeln I bzw. II), Cyclobutan und Methylcyclopropan (III und IV).

Die Valenzisomerie ist eine Sonderform der Strukturisomerie, bei der Isomere nur durch Umverteilung von Bindungen ineinander überführt werden können. Beispielsweise sind die Valenzisomere von Benzol (V) Bicyclohexa-2,5-dien (VI, „Dewar-Benzol“), Prisman (VII, „Ladenburg-Benzol“) und Benzvalen (VIII).

Isomerie der funktionellen Gruppe – Unterscheidet sich in der Art der funktionellen Gruppe; zum Beispiel Ethanol (CH3-CH2-OH) und Dimethylether (CH3-O-CH3).

Positionsisomerie- Eine Art Strukturisomerie, die durch einen Unterschied in der Position identischer Elemente gekennzeichnet ist funktionelle Gruppen oder Doppelbindungen mit demselben Kohlenstoffgerüst. Beispiel: 2-Chlorbuttersäure und 4-Chlorbuttersäure.

Enantiomere (optische Isomere, Spiegelisomere) sind Paare optischer Antipoden – Substanzen, die durch Drehungen der Polarisationsebene des Lichts mit entgegengesetztem Vorzeichen und gleicher Größe gekennzeichnet sind, wobei alle anderen physikalischen und chemischen Eigenschaften identisch sind (mit Ausnahme von Reaktionen mit anderen optisch aktiven). Substanzen und physikalische Eigenschaften in der chiralen Umgebung). Ein notwendiger und hinreichender Grund für das Auftreten optischer Antipoden ist, dass das Molekül zu einer der folgenden Punktsymmetriegruppen gehört: Cn, Dn, T, O oder I (Chiralität). Am häufigsten wir reden über um ein asymmetrisches Kohlenstoffatom, also ein Atom, das mit vier verschiedenen Substituenten verbunden ist.

3. sp³-Hybridisierung - Tritt auf, wenn ein s- und drei p-Orbitale gemischt sind. Es erscheinen vier identische Orbitale, die relativ zueinander in einem Tetraederwinkel von 109° 28' (109,47°) angeordnet sind und eine Länge von 0,154 nm haben.

Für das Kohlenstoffatom und andere Elemente der 2. Periode läuft dieser Prozess nach folgendem Schema ab:

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

Alkane(gesättigte Kohlenwasserstoffe, Paraffine, aliphatische Verbindungen) – azyklische Kohlenwasserstoffe mit linearer oder verzweigter Struktur, die nur einfache Bindungen enthalten und eine homologe Reihe mit der allgemeinen Formel CnH2n+2 bilden .Chemische Struktur von Alkin(die Reihenfolge der Verbindungen von Atomen in Molekülen) der einfachsten Alkane – Methan, Ethan und Propan – wird durch ihre in Abschnitt 2 angegebenen Strukturformeln dargestellt. Aus diesen Formeln geht klar hervor, dass es in Alkanen zwei Arten chemischer Bindungen gibt:

S-S und S-N. Die C-C-Bindung ist kovalent unpolar. Die C-H-Bindung ist kovalent, schwach polar, weil Kohlenstoff und Wasserstoff liegen in der Elektronegativität nahe beieinander

Ein p-Orbital, das nicht an der Hybridisierung beteiligt ist und senkrecht zur Ebene liegt σ-Bindungen, wird verwendet, um π-Bindungen mit anderen Atomen zu bilden. Diese Kohlenstoffgeometrie ist charakteristisch für Graphit, Phenol usw.

Bindungswinkel- der Winkel, der durch die Richtungen chemischer Bindungen gebildet wird, die von einem Atom ausgehen. Zur Bestimmung der Geometrie von Molekülen ist die Kenntnis der Bindungswinkel erforderlich. Bindungswinkel hängen sowohl von den individuellen Eigenschaften der gebundenen Atome als auch von der Hybridisierung der Atomorbitale des Zentralatoms ab. Für einfache Moleküle kann der Bindungswinkel, wie auch andere geometrische Parameter des Moleküls, mit Methoden der Quantenchemie berechnet werden. Sie werden experimentell aus den Werten der Trägheitsmomente von Molekülen bestimmt, die durch Analyse ihrer Rotationsspektren erhalten werden (siehe Infrarotspektroskopie, Molekülspektren, Mikrowellenspektroskopie). Der Bindungswinkel komplexer Moleküle wird durch Methoden der Beugungsstrukturanalyse bestimmt.

4. sp2-Hybridisierung (planar-trigonal) Ein s- und zwei p-Orbitale vermischen sich und bilden drei äquivalente sp2-Hybridorbitale, die sich in derselben Ebene in einem Winkel von 120° befinden (blau hervorgehoben). Sie können drei σ-Bindungen bilden. Das dritte p-Orbital bleibt unhybridisiert und ist senkrecht zur Lageebene der Hybridorbitale ausgerichtet. Dieses p-AO ist an der Bildung einer π-Bindung beteiligt . Für Elemente der 2. Periode läuft der Prozess der sp2-Hybridisierung nach folgendem Schema ab:

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

Zweite Valenzzustand Kohlenstoffatom. Es gibt organische Substanzen, bei denen das Kohlenstoffatom nicht an vier, sondern an drei benachbarte Atome gebunden ist, aber vierwertig bleibt

5. sp-Hybridisierung (linear) Ein s- und ein p-Orbital vermischen sich zu zwei gleichen sp-Orbitalen, die in einem Winkel von 180 angeordnet sind, d. h. auf einer Achse. Hybride sp-Orbitale sind an der Bildung zweier σ-Bindungen beteiligt. Die beiden p-Orbitale sind nicht hybridisiert und liegen in zueinander senkrechten Ebenen. -Orbitale bilden in Verbindungen zwei π-Bindungen.

Für Elemente der 2. Periode erfolgt die sp-Hybridisierung nach folgendem Schema:

2s + 2px= 2 (2sp)

2py- und 2pz-AO ändern sich nicht.

Acetylen— ungesättigter Kohlenwasserstoff C2H2. Besitzt eine Dreifachbindung zwischen Kohlenstoffatomen und gehört zur Klasse der Alkine

Die Kohlenstoffatome in Acetylen sind sp-hybridisiert. Sie sind durch eine oder zwei Bindungen verbunden, max. deren Dichten sich in zwei zueinander senkrechten Bereichen befinden und einen Zylinder bilden. Elektronendichtewolke; Außerhalb davon befinden sich H-Atome.

METHYLACETYLEN(Propin, Allylen) CH3C=CH. Laut Chemie Holy M. ist ein typischer Vertreter der Acetylenkohlenwasserstoffe. Geht leicht in Elektroph., Nucleoph. ein. und radikalische Addition beispielsweise an einer Dreifachbindung. bei der Interaktion bildet mit Methanol Methylisopropenylether.

6. Kommunikationsarten - Metallische Bindung, kovalente Bindung, Ionenverbindung, Wasserstoffverbindung

Ionenverbindung- eine starke chemische Bindung zwischen Atomen mit großem Elektronegativitätsunterschied, bei der das gemeinsame Elektronenpaar vollständig auf das Atom mit höherer Elektronegativität übertragen wird. Ein Beispiel ist die Verbindung CsF, bei der der „Ionizitätsgrad“ 97 % beträgt.

ein extremer Fall der Polarisation einer polaren kovalenten Bindung. Gebildet zwischen einem typischen Metall und einem Nichtmetall. In diesem Fall werden die Elektronen vom Metall vollständig auf das Nichtmetall übertragen. Es entstehen Ionen.

Kommt es zu einer chemischen Bindung zwischen Atomen, die einen sehr großen Unterschied in der Elektronegativität aufweisen (EO > 1,7 nach Pauling), dann wird das gemeinsame Elektronenpaar vollständig auf das Atom mit einem höheren EO übertragen. Das Ergebnis ist die Bildung einer Verbindung entgegengesetzt geladener Ionen.

Kovalente Bindung(Atombindung, homöopolare Bindung) – eine chemische Bindung, die durch die Überlappung (Gemeinschaft) eines Paares von Valenzelektronenwolken entsteht. Die Elektronenwolken (Elektronen), die für die Kommunikation sorgen, werden als gemeinsames Elektronenpaar bezeichnet.

Eine einfache kovalente Bindung wird aus zwei ungepaarten Valenzelektronen gebildet, eines von jedem Atom:

Durch die Vergesellschaftung bilden Elektronen ein gefülltes Energieniveau. Eine Bindung entsteht, wenn ihre Gesamtenergie auf diesem Niveau geringer ist als im Ausgangszustand (und der Energieunterschied nichts anderes als die Bindungsenergie beträgt).

Füllung der Atom- (an den Rändern) und Molekülorbitale (in der Mitte) im H2-Molekül mit Elektronen. Die vertikale Achse entspricht dem Energieniveau, Elektronen sind durch Pfeile dargestellt, die ihre Spins widerspiegeln.

Nach der Theorie der Molekülorbitale führt die Überlappung zweier Atomorbitale im einfachsten Fall zur Bildung von zwei Molekülorbitalen (MO): einem bindenden MO und einem antibindenden (antibindenden) MO. Die gemeinsamen Elektronen befinden sich auf dem Bindungs-MO mit niedrigerer Energie.

7. Alkane- azyklische Kohlenwasserstoffe mit linearer oder verzweigter Struktur, die nur einfache Bindungen enthalten und eine homologe Reihe mit der allgemeinen Formel CnH2n+2 bilden.

Alkane sind gesättigte Kohlenwasserstoffe und enthalten die größtmögliche Anzahl an Wasserstoffatomen. Jedes Kohlenstoffatom in Alkanmolekülen befindet sich im Zustand der sp³-Hybridisierung – alle 4 Hybridorbitale des C-Atoms sind in Form und Energie gleich, 4 Elektronenwolken sind in Winkeln von 109°28“ auf die Spitzen des Tetraeders gerichtet zu Einfachbindungen zwischen den C-Atomen, freie Rotation um die Kohlenstoffbindung. Der Typ der Kohlenstoffbindung ist σ-Bindung, die Bindungen sind niedrigpolar und schlecht polarisierbar. Die Länge der Kohlenstoffbindung beträgt 0,154 nm.

Die Isomerie gesättigter Kohlenwasserstoffe beruht auf der einfachsten Art der Strukturisomerie – der Isomerie des Kohlenstoffgerüsts. Homolog Unterschied - -CH2-. Alkane, die Anzahl der Kohlenstoffatome, in denen mehr als drei, haben Isomere. Die Zahl dieser Isomere nimmt mit zunehmender Zahl der Kohlenstoffatome enorm zu. Für Alkane mit n = 1...12 beträgt die Anzahl der Isomere 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.

Nomenklatur - Rational. Wird eines der Atome der Kohlenstoffkette ausgewählt, gilt es als durch Methan substituiert und der Name Alkyl1Alkyl2Alkyl3Alkyl4Methan basiert darauf

Quittung. Reduktion von halogenierten Alkanen. Reduzierung von Alkoholen. Reduktion von Carbonylverbindungen. Hydrierung ungesättigter Kohlenwasserstoffe. Kolbe-Synthese. Vergasung fester Brennstoffe. Wurtz-Reaktion. Fischer-Tropsch-Synthese.

8. Alkane haben eine geringe chemische Aktivität. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass einzelne C-H- und C-C-Bindungen relativ stark und schwer zu brechen sind.

Radikale Substitutionsreaktionen.

Halogenierung von Alkanen verläuft über einen radikalen Mechanismus. Um die Reaktion zu starten, muss die Mischung aus Alkan und Halogen mit UV-Licht bestrahlt oder erhitzt werden. Die Methanchlorierung endet nicht bei der Gewinnung von Methylchlorid (bei Verwendung äquimolarer Mengen Chlor und Methan), sondern führt zur Bildung aller möglichen Substitutionsprodukte, von Methylchlorid bis Tetrachlorkohlenstoff.

Nitrierung (Konovalov-Reaktion)

Alkane reagieren mit einer 10 %igen Lösung von Salpetersäure oder Stickoxid N2O4 in der Gasphase zu Nitroderivaten:

RH + HNO3 = RNO2 + H2O

Alle verfügbaren Daten deuten auf einen Mechanismus freier Radikale hin. Durch die Reaktion entstehen Produktgemische.

Oxidationsreaktionen. Verbrennung

Die wichtigste chemische Eigenschaft gesättigter Kohlenwasserstoffe, die ihre Verwendung als Kraftstoff bestimmt, ist die Verbrennungsreaktion. Beispiel:CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

Bei Sauerstoffmangel entsteht statt Kohlendioxid Kohlenmonoxid oder Kohle (abhängig von der Sauerstoffkonzentration).

Im Allgemeinen kann die Verbrennungsreaktionsgleichung für jeden Kohlenwasserstoff, CxHy, wie folgt geschrieben werden: CxHy + (x + 0,5y)O2 → xCO2 + 0,5yH2O

Katalytische Oxidation

Es können Alkohole, Aldehyde und Carbonsäuren entstehen.

Thermische Umwandlungen von Alkanen. Zersetzung

Zersetzungsreaktionen finden nur unter dem Einfluss hoher Temperaturen statt. Ein Temperaturanstieg führt zum Aufbrechen von Kohlenstoffbindungen und zur Bildung freier Radikale.

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

Knacken

Beim Erhitzen auf über 500 °C zersetzen sich Alkane pyrolytisch und bilden ein komplexes Produktgemisch, dessen Zusammensetzung und Verhältnis von der Temperatur und der Reaktionszeit abhängen.

Dehydrierung

Alkenbildung und Wasserstoffentwicklung

Strömungsbedingungen: 400 - 600 °C, Katalysatoren - Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3;C2H6 → C2H4 + H2

Isomerisierung - Unter dem Einfluss eines Katalysators (zum Beispiel AlCl3) kommt es zur Alkanisomerisierung, zum Beispiel:

Butan (C4H10) wird durch Wechselwirkung mit Aluminiumchlorid (AlCl3) von n-Butan in 2-Methylpropan umgewandelt.

Methanumwandlung

CH4 + H2O → CO + H2 – Ni-Katalysator („CO + H2“ „Syngas“)

Alkane interagieren nicht mit Kaliumpermanganat (KMnO4) und Bromwasser (Br2).

9.Alkene(sonst Olefine oder Ethylenkohlenwasserstoffe) sind azyklische ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die eine Doppelbindung zwischen Kohlenstoffatomen enthalten und eine homologe Reihe mit der allgemeinen Formel CnH2n bilden. Die Kohlenstoffatome an der Doppelbindung befinden sich im Zustand der sp²-Hybridisierung und haben einen Bindungswinkel von 120°. Das einfachste Alken ist Ethen (C2H4). Gemäß der IUPAC-Nomenklatur werden die Namen von Alkenen aus den Namen der entsprechenden Alkane gebildet, indem das Suffix „-ane“ durch „-ene“ ersetzt wird; Die Position der Doppelbindung wird durch eine arabische Zahl angegeben.

Alkene mit mehr als drei Kohlenstoffatomen haben Isomere. Alkene zeichnen sich durch Isomerie des Kohlenstoffgerüsts, Doppelbindungspositionen, Interklassen- und räumliche Isomerie aus. Ethen (Ethylen) C2H4, Propen C3H6, Buten C4H8, Penten C5H10, Hexen C6H12,

Methoden zur Gewinnung von Alkenen - Die wichtigste industrielle Methode zur Herstellung von Alkenen ist das katalytische Hochtemperaturcracken von Erdöl- und Erdgaskohlenwasserstoffen. Zur Herstellung niederer Alkene wird auch die Dehydratisierungsreaktion der entsprechenden Alkohole genutzt.

In der Laborpraxis wird üblicherweise die Methode der Dehydratisierung von Alkoholen in Gegenwart starker Mineralsäuren, der Dehydrohalogenierung und der Dehalogenierung der entsprechenden Halogenderivate verwendet; Synthesen von Hoffmann, Chugaev, Wittig und Cope.

10. Chemische Eigenschaften von Alkenen Alkene sind chemisch aktiv. Ihre chemischen Eigenschaften werden maßgeblich durch das Vorhandensein einer Doppelbindung bestimmt. Die häufigsten Reaktionen für Alkene sind elektrophile Additionen und radikalische Additionsreaktionen. Nukleophile Additionsreaktionen erfordern normalerweise die Anwesenheit eines starken Nukleophils und sind für Alkene nicht typisch.

Alkene zeichnen sich auch durch Cycloadditions- und Metathesereaktionen aus.

Alkene unterliegen leicht Oxidationsreaktionen, werden durch starke Reduktionsmittel oder Wasserstoff unter Einwirkung von Katalysatoren zu Alkanen hydriert und sind auch zur allylischen Radikalsubstitution fähig.

Elektrophile Additionsreaktionen. Bei diesen Reaktionen ist das angreifende Teilchen ein Elektrophil. Hauptartikel: Elektrophile Additionsreaktionen

Halogenierung von Alkenen, die in Abwesenheit von Initiatoren radikalischer Reaktionen stattfinden - typische Reaktion elektrophile Addition. Es wird in einer Umgebung unpolarer inerter Lösungsmittel (zum Beispiel: CCl4) durchgeführt:

Die Halogenierungsreaktion ist stereospezifisch – die Addition erfolgt mit gegenüberliegende Seiten relativ zur Ebene des Alkenmoleküls

Hydrohalogenierung. Die elektrophile Addition von Halogenwasserstoffen an Alkene erfolgt nach der Markownikow-Regel:

Hydroborierung. Die Addition erfolgt in mehreren Schritten unter Bildung eines intermediären zyklischen aktivierten Komplexes, und die Addition von Bor erfolgt entgegen der Markownikow-Regel – an das am stärksten hydrierte Kohlenstoffatom

Flüssigkeitszufuhr. Die Addition von Wasser an Alkene erfolgt in Gegenwart von Schwefelsäure

Alkylierung. Die Addition von Alkanen an Alkene in Gegenwart eines Säurekatalysators (HF oder H2SO4) bei niedrigen Temperaturen führt zur Bildung eines Kohlenwasserstoffs mit höherem Molekulargewicht und wird häufig in der Industrie eingesetzt

11. Alkine(sonst Acetylenkohlenwasserstoffe) sind Kohlenwasserstoffe mit einer Dreifachbindung zwischen Kohlenstoffatomen und der allgemeinen Formel CnH2n-2. Die Kohlenstoffatome an der Dreifachbindung befinden sich im Zustand der sp-Hybridisierung.

Alkine zeichnen sich durch Additionsreaktionen aus. Im Gegensatz zu Alkenen, die elektrophile Additionsreaktionen eingehen, können Alkine auch nukleophile Additionsreaktionen eingehen. Dies ist auf den signifikanten S-Charakter der Bindung und die daraus resultierende erhöhte Elektronegativität des Kohlenstoffatoms zurückzuführen. Darüber hinaus ist die hohe Beweglichkeit des Wasserstoffatoms an der Dreifachbindung maßgebend saure Eigenschaften Alkine in Substitutionsreaktionen.

Hauptindustriell Methode zum Erhalten Acetylen ist das elektro- oder thermische Cracken von Methan, die Pyrolyse von Erdgas und das Karbidverfahren

12. DIEN-KOHLENWASSERSTOFFE(Diene), ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit zwei Doppelbindungen. Alifatisch. Diene СnН2n_2 genannt Alkadiene, alicyclisch СnН2n_4 – Cycloalkadiene. Der Artikel behandelt Dienkohlenwasserstoffe mit konjugierten Doppelbindungen [konjugierte Diene; siehe Tabelle]. Diene mit isolierten Doppelbindungen laut Chemie. Im Großen und Ganzen heilig für Dich nicht anders als Olefine. Über Verbindung mit kumulierten Doppelbindungen, siehe Allens. In Dienkohlenwasserstoffen weisen alle vier Kohlenstoffatome des konjugierten Systems eine sp2-Hybridisierung auf und liegen in derselben Ebene. Vier p-Elektronen (eines von jedem Kohlenstoffatom) verbinden sich zu vier p-Molekülorbitalen (zwei bindende – besetzte und zwei antibindende – freie), von denen nur das niedrigste über alle Kohlenstoffatome delokalisiert ist. Eine teilweise Delokalisierung von p-Elektronen verursacht den Konjugationseffekt, der sich in einer Verringerung der Energie des Systems (um 13–17 kJ/mol im Vergleich zu einem System isolierter Doppelbindungen) und einer Angleichung der interatomaren Abstände äußert: Doppelbindungen etwas länger (0,135 nm) und einfache kürzer (0,146 nm) als in Molekülen ohne Konjugation (0,133 bzw. 0,154 nm), erhöhte Polarisierbarkeit, Erhöhung der molekularen Brechung usw. physikalisch. Auswirkungen. Dienkohlenwasserstoffe liegen in zwei Konformationen vor, die sich ineinander umwandeln, wobei die s-trans-Form stabiler ist

13. Alkohole sind Verbindungen, die eine oder mehrere Hydroxylgruppen enthalten. Entsprechend ihrer Anzahl werden Alkohole in einwertige, zweiatomige, dreiatomige usw. unterteilt. Bindungslängen und Bindungswinkel in Methylalkohol.

Für Alkohole gibt es mehrere Möglichkeiten, sie zu benennen. In der modernen IUPAC-Nomenklatur wird für die Bezeichnung Alkohol die Endung „ol“ an den Namen des Kohlenwasserstoffs angehängt. Die längste Kette mit der OH-Funktionsgruppe wird von dem Ende aus nummeriert, dem die Hydroxylgruppe am nächsten liegt, und die Substituenten werden in einem Präfix angegeben.

Quittung. Hydratisierung von Alkenen. Wenn Alkene mit verdünnten wässrigen Säurelösungen reagieren, entsteht als Hauptprodukt Alkohol.

Hydroxymercuration-Demercuration von Alkenen. Diese Reaktion geht nicht mit Umlagerungen einher und führt zur Bildung einzelner Alkohole. Die Reaktionsrichtung entspricht der Markownikow-Regel; die Reaktion verläuft unter milden Bedingungen mit nahezu quantitativen Ausbeuten.

Hydroborierung von Alkenen und anschließende Oxidation Borane mit einer Lösung von Wasserstoffperoxid in einem alkalischen Medium führt letztendlich zum Anti-Markownikow-Produkt der Addition von Wasser an die Doppelbindung.

Reduktion von Aldehyden und Ketonen mit Lithiumaluminiumhydrid oder Natriumborhydrid

LiAlH4 und NaBH4 reduzieren Aldehyde zu primären Alkoholen und Ketone zu sekundären Alkoholen. Natriumborhydrid wird aufgrund seiner größeren Sicherheit bei der Handhabung bevorzugt: Es kann sogar in wässrigen und alkoholischen Lösungen verwendet werden. Lithiumaluminiumhydrid reagiert explosionsartig mit Wasser und Alkohol und zersetzt sich explosionsartig, wenn es im trockenen Zustand über 120° erhitzt wird.

Reduktion von Estern und Carbonsäuren zu primären Alkoholen. Primäre Alkohole entstehen durch Reduktion von Estern und Carbonsäuren mit Lithiumaluminiumhydrid in Ether oder THF. Aus präparativer Sicht ist die Methode der Esterreduktion mit Lithiumaluminiumhydrid besonders praktisch. Es ist zu beachten, dass Natriumborhydrid die Ester- und Carboxylgruppen nicht reduziert. Dies ermöglicht die selektive Reduktion der Carbonylgruppe mit NaBH4 in Gegenwart von Ester- und Carboxylgruppen. Die Ausbeute an Rückgewinnungsprodukten liegt selten unter 80 %. Im Gegensatz zu NaBH4 reduziert Lithiumborhydrid Ester zu primären Alkoholen.

14. Mehrwertige Alkohole. Glycerin- eine chemische Verbindung mit der Formel HOCH2CH(OH)-CH2OH oder C3H5(OH)3. Der einfachste Vertreter dreiwertiger Alkohole. Es ist eine viskose transparente Flüssigkeit. Es entsteht leicht durch Hydrolyse natürlicher (pflanzlicher oder tierischer) Fette und Öle (Triglyceride) und wurde erstmals 1779 von Karl Scheele bei der Verseifung von Fetten gewonnen.

Physikalische Eigenschaften. Glycerin- eine farblose, viskose, hygroskopische Flüssigkeit, die in Wasser unbegrenzt löslich ist. Es schmeckt süß, weshalb es seinen Namen hat (Glycos – süß). Es löst viele Stoffe gut.

Chemische Eigenschaften Glycerin sind typisch für mehrwertige Alkohole. Die Wechselwirkung von Glycerin mit Halogenwasserstoffen oder Phosphorhalogeniden führt zur Bildung von Mono- und Dihalogenhydrinen. Glycerin wird mit Carbon- und Mineralsäuren zu den entsprechenden Estern verestert. So bildet Glycerin mit Salpetersäure Trinitrat – Nitroglycerin (erhalten 1847 von Ascanio Sobrero), das derzeit zur Herstellung von rauchfreiem Schießpulver verwendet wird.

Bei der Dehydrierung entsteht Acrolein:

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

Ethylenglykol, HO-CH2-CH2-OH ist der einfachste Vertreter mehrwertiger Alkohole. Nach der Reinigung entsteht eine klare, farblose Flüssigkeit mit leicht öliger Konsistenz. Es ist geruchlos und hat einen süßlichen Geschmack. Giftig. Die Einnahme von Ethylenglykol oder seinen Lösungen kann zu irreversiblen Veränderungen im Körper und zum Tod führen.

In der Industrie Ethylenglykol durch Hydratation gewonnen Ethylenoxid bei 10 atm und 190–200 °C oder bei 1 atm und 50–100 °C in Gegenwart von 0,1–0,5 % Schwefelsäure (oder Phosphorsäure), wodurch eine Ausbeute von 90 % erreicht wird. Die Nebenprodukte sind Diethylenglykol, Triethylenglykol und eine kleine Menge höherer Polymerhomologe von Ethylenglykol.

15. Aldehyde- Alkohol ohne Wasserstoff; organische Verbindungen, die eine Carbonylgruppe (C=O) mit einem Substituenten enthalten.

Aldehyde und Ketone sind sich sehr ähnlich, der Unterschied besteht darin, dass letztere zwei Substituenten an der Carbonylgruppe haben. Durch die Polarisation der Kohlenstoff-Sauerstoff-Doppelbindung nach dem Prinzip der mesomeren Konjugation können wir die folgenden Resonanzstrukturen aufzeichnen:

Diese Ladungstrennung wird durch physikalische Forschungsmethoden bestätigt und bestimmt maßgeblich die Reaktivität von Aldehyden als ausgeprägte Elektrophile. Im Allgemeinen ähneln die chemischen Eigenschaften von Aldehyden denen von Ketonen, Aldehyde weisen jedoch eine höhere Aktivität auf, was mit einer stärkeren Bindungspolarisierung einhergeht. Darüber hinaus zeichnen sich Aldehyde durch Reaktionen aus, die für Ketone nicht charakteristisch sind, beispielsweise die Hydratation in wässriger Lösung: Bei Methanal ist die Bindung aufgrund der noch stärkeren Polarisation vollständig, bei anderen Aldehyden teilweise:

RC(O)H → RC(OH)2H, wobei R H, ein beliebiger Alkyl- oder Arylrest ist.

Die einfachsten Aldehyde haben einen scharfen, charakteristischen Geruch (Benzaldehyd hat beispielsweise den Geruch von Mandeln).

Unter dem Einfluss von Hydroxylamin werden sie in Oxime umgewandelt: CH3CHO + NH2OH = CH3C(=NOH)H + H2O

Formaldehyd (von lateinisch Formica – Ameise), Ameisensäurealdehyd, CH2O, das erste Mitglied der homologen Reihe aliphatischer Aldehyde; Farbloses Gas mit stechendem Geruch, gut löslich in Wasser und Alkohol, Siedepunkt - 19 °C. In der Industrie wird Phosphor durch Oxidation von Methylalkohol oder Methan mit Luftsauerstoff hergestellt. F. polymerisiert leicht (insbesondere bei Temperaturen bis zu 100 °C) und wird daher hauptsächlich in Form von Formaldehyd und festen niedermolekularen Polymeren – Trioxan (siehe Trioxymethylen) und Paraform (siehe Paraformaldehyd) – gelagert, transportiert und verwendet.

F. ist sehr reaktiv; Viele seiner Reaktionen liegen industriellen Methoden zur Gewinnung einer Reihe wichtiger Produkte zugrunde. So bildet F. bei Wechselwirkung mit Ammoniak Urotropin (siehe Hexamethylentetramin), mit Harnstoff - Harnstoff-Formaldehyd-Harze, mit Melamin - Melamin-Formaldehyd-Harze, mit Phenolen - Phenol-Formaldehyd-Harze (siehe Phenol-Formaldehyd-Harze), mit Phenol - und Naphthalinsulfonsäuren – Gerbstoffe, mit Keten – b-Propiolacton. F. wird auch zur Herstellung von Polyvinylformal (siehe Polyvinylacetale), Isopren, Pentaerythrit, medizinische Substanzen, Farbstoffe, zum Gerben von Leder, als Desinfektionsmittel und Deodorant. Durch Polymerisation von Polyformaldehyd wird Polyformaldehyd gewonnen. F. ist giftig; äußerst zulässige Konzentration in Luft 0,001 mg/l.

Acetaldehyd, Acetaldehyd, CH3CHO, eine organische Verbindung, farblose Flüssigkeit mit stechendem Geruch; Siedepunkt 20,8°C. Schmelzpunkt - 124 °C, Dichte 783 kg/m3", in jeder Hinsicht mischbar mit Wasser, Alkohol, Ether. A. hat alle typischen Eigenschaften von Aldehyden. In Gegenwart von Mineralsäuren polymerisiert es zu flüssigem trimerem Paraldehyd (CH3CHO). )3 und kristalliner tetramerer Metaldehyd (CH3CHO) 4. Beim Erhitzen beider Polymere in Gegenwart von Schwefelsäure wird A freigesetzt.

Einer der wichtigsten seit langem bekannten Wege zu bekommen A. besteht aus der Zugabe von Wasser zu Acetylen in Gegenwart von Quecksilbersalzen bei einer Temperatur von etwa 95 °C

16. Ketone- Dies sind organische Substanzen, in deren Molekülen die Carbonylgruppe mit zwei Kohlenwasserstoffresten verbunden ist.

Die allgemeine Formel der Ketone lautet R1-CO-R2. Unter anderen Carbonylverbindungen unterscheiden sich Ketone durch das Vorhandensein von genau zwei direkt an die Carbonylgruppe gebundenen Kohlenstoffatomen von Carbonsäuren und ihren Derivaten sowie Aldehyden.

Physikalische Eigenschaften. Ketone sind flüchtige Flüssigkeiten oder schmelzbare Feststoffe, die sich gut mit Wasser mischen. Da es nicht möglich ist, intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden, ist ihre Flüchtigkeit etwas höher als die von Alkoholen und Carbonsäuren mit demselben Molekulargewicht.

Synthesemethoden. Oxidation sekundärer Alkohole.

Aus tertiären Peroxoethern durch Krige-Umlagerung.

Cycloketone können durch Ružičkas Cyclisierung hergestellt werden.

Aromatische Ketone können durch die Friedel-Crafts-Reaktion hergestellt werden

Chemische Eigenschaften. Es gibt drei Haupttypen von Ketonreaktionen.

Der erste ist mit einem nukleophilen Angriff auf das Kohlenstoffatom der Carbonylgruppe verbunden. Zum Beispiel die Wechselwirkung von Ketonen mit Cyanidanionen oder metallorganischen Verbindungen. Der gleiche Typ (nukleophile Addition) umfasst die Wechselwirkung einer Carbonylgruppe mit Alkoholen, die zu Acetalen und Halbacetalen führt.

Wechselwirkung mit Alkoholen:

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

mit Grignard-Reagenzien:

C2H5 – C(O) – C2H5 + C2H5MgI → (C2H5)3OMgI → (C2H5)3OH, tertiärer Alkohol. Reaktionen mit Aldehyden und insbesondere mit Methanal verlaufen deutlich aktiver, wobei mit Aldehyden sekundäre Alkohole und mit Methanal primäre Alkohole gebildet werden.

Ketone reagieren auch mit stickstoffhaltigen Basen, beispielsweise mit Ammoniak und primären Aminen, zu Iminen:

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

Die zweite Art von Reaktion ist die Deprotonierung des Beta-Kohlenstoffatoms relativ zur Carbonylgruppe. Das resultierende Carbanion wird durch die Konjugation mit der Carbonylgruppe stabilisiert, die Protonenentfernung erleichtert sich, daher sind Carbonylverbindungen relativ starke CH-Säuren.

Die dritte ist die Koordination von Elektrophilen am freien Elektronenpaar des Sauerstoffatoms, beispielsweise Lewis-Säuren wie AlCl3

Eine separate Reaktionsart umfasst die Reduktion von Ketonen – die Leuckart-Reduktion mit nahezu quantitativen Ausbeuten.

17. Vergleichen Sie die Fragen 15 und 16.

18. Einbasige gesättigte Carbonsäuren(einbasische gesättigte Carbonsäuren) – Carbonsäuren, bei denen ein gesättigter Kohlenwasserstoffrest mit einer Carboxylgruppe -COOH verbunden ist. Sie alle haben die allgemeine Formel СnH2n+1COOH, wobei n = 0, 1, 2, ...

Nomenklatur. Die systematischen Namen einbasiger gesättigter Carbonsäuren werden durch den Namen des entsprechenden Alkans mit dem Zusatz -ova und dem Wort „Säure“ angegeben.

Die Skelettisomerie im Kohlenwasserstoffradikal manifestiert sich, beginnend mit Buttersäure, die zwei Isomere aufweist:

CH3-CH2-CH2-COOH n-Buttersäure; CH3-CH(CH3)-COOH 2-Methylpropansäure.

Beginnend mit Essigsäure tritt Interklassenisomerie auf:

CH3-COOH-Essigsäure; H-COO-CH3-Methylformiat (Methylester der Ameisensäure); HO-CH2-COH-Hydroxyethanal (Hydroxyessigaldehyd); HO-CHO-CH2 Hydroxyethylenoxid.

19. Ester- organische Verbindungen, Derivate von Carbon- oder Mineralsäuren, bei denen die Hydroxylgruppe -OH der Säurefunktion durch einen Alkoholrest ersetzt ist. Sie unterscheiden sich von Ethern, bei denen zwei Kohlenwasserstoffreste durch ein Sauerstoffatom (R1-O-R2) verbunden sind.

Fette oder Triglyceride- natürliche organische Verbindungen, vollständige Ester von Glycerin und einbasigen Fettsäuren; gehören zur Klasse der Lipide. Fette sind neben Kohlenhydraten und Proteinen einer der Hauptbestandteile der Zellen von Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen. Flüssige Fette pflanzlichen Ursprungs werden, genau wie Butter, üblicherweise als Öle bezeichnet.

Kohlensäuren- eine Klasse organischer Verbindungen, deren Moleküle eine oder mehrere funktionelle Carboxylgruppen -COOH enthalten. Die sauren Eigenschaften sind darauf zurückzuführen diese Gruppe kann ein Proton relativ leicht abstrahieren. Mit seltenen Ausnahmen sind Carbonsäuren schwach. Beispielsweise hat Essigsäure CH3COOH eine Säurekonstante von 1,75·10−5. Di- und Tricarbonsäuren sind stärker als Monocarbonsäuren.

Fett ist ein guter Wärmeisolator und lagert sich daher bei vielen Warmblütern im Unterhautfettgewebe ab, wodurch der Wärmeverlust verringert wird. Eine besonders dicke Unterhautfettschicht ist charakteristisch für Wassersäugetiere (Wale, Walrosse etc.). Gleichzeitig werden bei Tieren, die in heißen Klimazonen leben (Kamele, Springmäuse), Fettreserven abgelagert

Strukturelle Funktion

Phospholipide bilden die Grundlage der Doppelschicht der Zellmembranen, Cholesterin – Regulatoren der Membranflüssigkeit. Bei Archaeen enthalten die Membranen Derivate isoprenoider Kohlenwasserstoffe. Wachse bilden eine Kutikula auf der Oberfläche oberirdischer Organe (Blätter und junge Triebe) von Pflanzen. Sie werden auch von vielen Insekten produziert (zum Beispiel bauen Bienen daraus Waben, Schildläuse und Schuppeninsekten bilden Schutzhüllen).

Regulatorisch

Vitamine - Lipide (A, D, E)

Hormonell (Steroide, Eicosanoide, Prostaglandine usw.)

Cofaktoren (Dolichol)

Signalmoleküle (Diglyceride, Jasmonsäure; MP3-Kaskade)

Schützend (stoßdämpfend)

Eine dicke Fettschicht schützt die inneren Organe vieler Tiere vor Schäden bei Stößen (z. B. können tonnenschwere Seelöwen von 4-5 m hohen Klippen auf ein felsiges Ufer springen).

20-21-22. Einbasige ungesättigte Säuren- Derivate ungesättigter Kohlenwasserstoffe, bei denen ein Wasserstoffatom durch eine Carboxylgruppe ersetzt ist.

Nomenklatur, Isomerie. In der Gruppe der ungesättigten Säuren sind die am häufigsten verwendeten empirischen Namen: CH2=CH-COOH – Acrylsäure (Propensäure), CH2=C(CH3)-COOH – Methacrylsäure (2-Methylpropensäure). Isomerie in der Gruppe der ungesättigten einbasigen Säuren ist verbunden mit:

a) Isomerie des Kohlenstoffgerüsts; b) die Position der Doppelbindung; c) cis-trans-Isomerie.

Methoden zur Beschaffung.1. Dehydrohalogenierung von halogenierten Säuren:

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

2. Dehydratisierung von Hydroxysäuren: HO-CH2-CH2-COOH -> CH2=CH-COOH

Physikalische Eigenschaften. Niedrige ungesättigte Säuren sind wasserlösliche Flüssigkeiten mit einem stark stechenden Geruch; höher - feste, wasserunlösliche, geruchlose Substanzen.

Chemische Eigenschaften Ungesättigte Carbonsäuren sind sowohl auf die Eigenschaften der Carboxylgruppe als auch auf die Eigenschaften der Doppelbindung zurückzuführen. Säuren mit einer Doppelbindung in der Nähe der Carboxylgruppe – alpha-, beta-ungesättigte Säuren – haben spezifische Eigenschaften. Bei diesen Säuren verstößt die Zugabe von Halogenwasserstoffen und die Hydratation gegen die Markownikow-Regel: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH

Bei vorsichtiger Oxidation entstehen Dihydroxysäuren: CH2 = CH-COOH + [O] + H20 -> HO-CH2-CH(OH)-COOH

Bei einer starken Oxidation wird die Doppelbindung aufgebrochen und es entsteht ein Gemisch verschiedener Produkte, aus dem sich die Position der Doppelbindung bestimmen lässt. Ölsäure C17H33COOH ist eine der wichtigsten höher ungesättigten Säuren. Es ist eine farblose Flüssigkeit, die bei Kälte aushärtet. Seine Strukturformel: CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH.

23. Dibasische gesättigte Carbonsäuren(zweibasische gesättigte Carbonsäuren) – Carbonsäuren, bei denen ein gesättigter Kohlenwasserstoffrest mit zwei Carboxylgruppen –COOH – verbunden ist. Sie alle haben die allgemeine Formel HOOC(CH2)nCOOH, wobei n = 0, 1, 2, ...

Nomenklatur. Die systematischen Namen dibasischer gesättigter Carbonsäuren werden durch den Namen des entsprechenden Alkans mit dem Zusatz -diic und dem Wort Säure angegeben.

Die Skelettisomerie im Kohlenwasserstoffradikal tritt ausgehend von Butandisäure auf, die zwei Isomere aufweist:

HOOC-CH2-CH2-COOH n-Butandisäure (Ethan-1,2-dicarbonsäure);

CH3-CH(COOH)-COOH Ethan-1,1-dicarbonsäure.

24-25. OXY-SÄUREN (Hydroxycarbonsäuren), haben im Molekül neben der Carboxylgruppe - COOH, beispielsweise eine Hydroxylgruppe - OH. HOCH2COOH (Glykolsäure). In pflanzlichen und tierischen Organismen enthalten (Milchsäure, Zitronensäure, Weinsäure und andere Säuren).

Verbreitung in der Natur

Hydroxysäuren sind sehr verbreitet; Daher werden Weinsäure, Zitronensäure, Äpfelsäure, Milchsäure und andere Säuren als Hydroxysäuren klassifiziert, und ihr Name spiegelt die primäre natürliche Quelle wider, in der die Substanz gefunden wurde.

Synthesemethoden

Die Reformatsky-Reaktion ist eine Methode zur Synthese von β-Hydroxycarbonsäureestern.

„Fruchtsäuren.“ Viele Hydroxysäuren werden in der Kosmetik als Keratolytika eingesetzt. Allerdings haben Vermarkter den Namen ein wenig geändert – um sie in der Kosmetik attraktiver zu machen, werden sie oft „Fruchtsäuren“ genannt.

26-27. Oxysäuren (Alkoholsäuren).), Verbindungen Doppelfunktion, sowohl Alkohole als auch Säuren, die sowohl einen wässrigen Rest als auch eine Carboxylgruppe enthalten. Abhängig von der Position von OH im Verhältnis zu COOH (nebeneinander, an einer, zwei, drei Stellen) werden a-, /?-, y-, b-Hydroxysäuren unterschieden. Um Sauerstoff zu gewinnen, gibt es viele Methoden, die wichtigste davon ist die schonende Oxidation von Glykolen: CH3.CH(OH).CH2.OH + 02 = CH3. .CH(OH).COOH; Verseifung von Oxynitrilen CH3.CH(OH).CN -* CH3.CH(OH).COOH; Austausch von Halogen in Halogensäuren gegen OH: CH2C1.COOH + KOH = CH2(OH).COOH + + KS1, Wirkung von HNO2 auf Aminosäuren: CH2(NH2). COOH + HN02 = CH2(OH) + N2 + + H20. Im tierischen Körper entstehen Hydroxysäuren bei der Desaminierung (siehe) von Aminosäuren, bei der Oxidation von Fettsäuren (siehe Acetonkörper, Stoffwechsel – Protein), bei der Glykolyse (siehe), der Fermentation (siehe) und anderen Chemikalien. Prozesse. Hydroxysäuren sind dicke Flüssigkeiten oder kristallin. Substanzen. In chem. gegenüber O. reagieren sie sowohl wie Alkohole als auch wie Drogen: Sie geben zum Beispiel. sowohl Ether als auch Ester; unter dem Einfluss von Halogenverbindungen des Phosphors werden beide OH durch ein Halogen ersetzt; Halogenwasserstoffsäuren reagieren nur mit Alkohol OH. – Spezielle Reaktionen charakterisieren a-, i)-, y- und b-Hydroxysäuren: a-Hydroxysäuren, die Wasser aus zwei Molekülen verlieren, ergeben zyklische Ester, Lactide: 2CH2(OH). COOH = 2H20 + CH2.O.CO (Glycolid); с.о.сн2 /З-О., Wasser freisetzend, bilden sie ungesättigte Verbindungen: CH2(OH).CH2.COOH-H20 = CH2:CH. .COOH; y- und d-Hydroxysäuren bilden Anhydride – Lactone: CH3.CH(OH).CH2.CH2.COOH= =H2O+CH3.CH.CH2.CH2.CO. O. sind in tierischen und pflanzlichen Organismen weit verbreitet. Vertreter der aliphatischen a-O. sind Glykolsäure, CH2OH.COOH (Hydroxyessigsäure), Milchsäure; aus /?-Hydroxysäuren - Hydracrylsäure, CH2OH.CH2COOH, /9-Hydroxybuttersäure; U-O. sind in freier Form unbekannt, da sie Wasser verlieren und zu Lactonen werden. Unter dibasischem O. wichtig hat einen Apfelgeschmack (Hydroxy-Bernstein); COOH.CHON.CH2.COOH, weit verbreitet in Pflanzen; hat bei schwachen Lösungen eine Linksrotation, bei starken Lösungen eine Rechtsrotation; synthetische sind inaktiv. Zu den zweibasigen vieratomigen Säuren gehören Weinsäuren (Dioxybernsteinsäuren). Von den anderen O. – Zitrone, HO.CO.CH2. .(SON)(COOH).CH2.COOH, kommt in der Pflanzenwelt sehr häufig vor (in Weintrauben, Zitronen) und kommt bei Tieren vor (in Milch); In Form von Eisencitrat wird es in der Medizin eingesetzt. Unter den aromatischen Säuren (Phenolsäuren) sind Salicylsäure, Gallussäure und ihre Derivate in der Medizin von Bedeutung; Phenylester der Salicylsäure (Salol), Sulfosalicylsäure, C6H3.OH.S03H.COOH (Proteinreagenz), Acetylsalicylsäure (Aspirin). In Pflanzen gibt es viele verschiedene O. der aromatischen Reihe, zu deren Derivaten unter anderem Tannine gehören, die von wichtiger technischer Bedeutung sind. Über Biol. die Bedeutung einzelner O. und die Methoden ihrer quantitativen Bestimmung – siehe. Acetonkörper, Bro-Glykolyse, Desaminierung, Blut, Milchsäure, Urin, Muskel, Beta(^)-Hydroxybuttersäure.

28-29. Ersetzt man in einem Ammoniakmolekül sukzessive Wasserstoffatome durch Kohlenwasserstoffreste, erhält man Verbindungen, die zur Klasse der Amine gehören. Dementsprechend sind Amine primär (RNH2), sekundär (R2NH), tertiär (R3N). Die -NH2-Gruppe wird Aminogruppe genannt.

Abhängig davon, welche Reste mit dem Stickstoffatom verbunden sind, gibt es aliphatische, aromatische, alicyclische und heterocyclische Amine.

Die Namen von Aminen werden gebildet, indem das Präfix Amino- an den Namen des entsprechenden Kohlenwasserstoffs (primäre Amine) oder die Endung -Amin an die aufgelisteten Namen von Resten angehängt wird, die mit dem Stickstoffatom verbunden sind (für alle Amine).

Methoden zur Beschaffung:1. Hoffmanns Reaktion. Eine der ersten Methoden zur Herstellung primärer Amine war die Alkylierung von Ammoniak mit Alkylhalogeniden . 2. Zinins Reaktion- eine bequeme Möglichkeit, aromatische Amine durch Reduktion aromatischer Nitroverbindungen zu erhalten. Als Reduktionsmittel werden verwendet: H2 (an einem Katalysator). Manchmal entsteht Wasserstoff direkt zum Zeitpunkt der Reaktion, wofür Metalle (Zink, Eisen) mit verdünnter Säure behandelt werden.

Physikalische Eigenschaften von Aminen. Das Vorhandensein eines freien Elektronenpaars am Stickstoffatom führt zu höheren Siedepunkten als die entsprechenden Alkane. Amine haben einen unangenehmen, stechenden Geruch. Bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck sind die ersten Vertreter einer Reihe primärer Amine Gase, die sich gut in Wasser lösen. Mit zunehmendem Kohlenstoffradikal steigt der Siedepunkt und die Löslichkeit in Wasser nimmt ab.

Chemische Eigenschaften von Aminen. Grundlegende Eigenschaften von Aminen

Amine sind Basen, weil das Stickstoffatom über einen Donor-Akzeptor-Mechanismus (entsprechend der Lewis-Definition von Basizität) ein Elektronenpaar bereitstellen kann, um Bindungen mit elektronenarmen Spezies zu bilden. Daher können Amine wie Ammoniak mit Säuren und Wasser interagieren und dabei ein Proton hinzufügen, um die entsprechenden Ammoniumsalze zu bilden.

Ammoniumsalze sind in Wasser gut löslich, in organischen Lösungsmitteln jedoch schlecht löslich. Wässrige Lösungen von Aminen reagieren alkalisch.

Die grundlegenden Eigenschaften von Aminen hängen von der Art der Substituenten ab. Insbesondere aromatische Amine sind schwächere Basen als aliphatische, weil Das freie Elektronenpaar des Stickstoffs geht eine Konjugation mit dem -System des aromatischen Kerns ein, wodurch die Elektronendichte am Stickstoffatom verringert wird (-M-Effekt). Im Gegenteil ist die Alkylgruppe ein guter Donor der Elektronendichte (+I-Effekt).

Oxidation von Aminen. Die Verbrennung von Aminen geht mit der Bildung von Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser einher: 4CH3NH2+9O2=4СO2+2N2+10Н2О

Aromatische Amine oxidieren spontan an der Luft. So wird Anilin an der Luft durch Oxidation schnell braun.

Addition von Alkylhalogeniden Amine addieren Halogenalkane unter Bildung eines Salzes

Wechselwirkung von Aminen mit Salpetersäure Tolles Preis-Leistungs-Verhältnis hat eine Diazotierungsreaktion von primären aromatischen Aminen unter Einwirkung von salpetriger Säure, die in situ durch die Reaktion von Natriumnitrit mit Salzsäure gewonnen wird.

Primäre aliphatische Amine reagieren mit salpetriger Säure unter Bildung von Alkoholen, und sekundäre aliphatische und aromatische Amine ergeben N-Nitroso-Derivate: R-NH2 + NaNO2+HCl=R-OH+N2+NaCl+H2O; NH+NaNO2+HCl=R2N-N=O+NaCl+H2O

In aromatischen Aminen erleichtert die Aminogruppe die Substitution an den ortho- und para-Positionen des Benzolrings. Daher erfolgt die Anilinhalogenierung schnell und ohne Katalysatoren, und drei Wasserstoffatome des Benzolrings werden gleichzeitig ersetzt und es fällt ein weißer Niederschlag aus 2,4,6-Tribromanilin aus:

Diese Reaktion mit Bromwasser wird als qualitative Reaktion für Anilin genutzt.

Anwendung

Amine werden verwendet Pharmaindustrie und organische Synthese (CH3NH2, (CH3)2NH, (C2H5)2NH usw.); bei der Herstellung von Nylon (NH2-(CH2)6-NH2 - Hexamethylendiamin); als Rohstoff für die Herstellung von Farbstoffen und Kunststoffen (Anilin).

30. Aminosäuren (Aminocarbonsäuren)- organische Verbindungen, deren Molekül gleichzeitig Carboxyl- und Amingruppen enthält. Aminosäuren können als Derivate von Carbonsäuren betrachtet werden, in denen ein oder mehrere Wasserstoffatome durch Amingruppen ersetzt sind.

Allgemeine chemische Eigenschaften. 1. Aminosäuren können sowohl saure Eigenschaften aufgrund der Carboxylgruppe -COOH in ihren Molekülen als auch basische Eigenschaften aufgrund der Aminogruppe -NH2 aufweisen. Aus diesem Grund haben Lösungen von Aminosäuren in Wasser die Eigenschaften von Pufferlösungen.

Ein Zwitterion ist ein Aminosäuremolekül, in dem die Aminogruppe als -NH3+ und die Carboxygruppe als -COO- dargestellt wird. Ein solches Molekül hat ein signifikantes Dipolmoment mit einer Nettoladung von Null. Aus solchen Molekülen werden die Kristalle der meisten Aminosäuren aufgebaut.

Einige Aminosäuren haben mehrere Aminogruppen und Carboxylgruppen. Für diese Aminosäuren ist es schwierig, über ein bestimmtes Zwitterion zu sprechen.

2. Ein wichtiges Merkmal von Aminosäuren ist ihre Fähigkeit zur Polykondensation, die zur Bildung von Polyamiden, einschließlich Peptiden, Proteinen und Nylon-66, führt.

3. Der isoelektrische Punkt einer Aminosäure ist der pH-Wert, bei dem der maximale Anteil der Aminosäuremoleküle keine Ladung aufweist. Bei diesem pH-Wert ist die Aminosäure im elektrischen Feld am wenigsten mobil diese Liegenschaft kann sowohl zur Trennung von Aminosäuren als auch von Proteinen und Peptiden verwendet werden.

4. Aminosäuren können normalerweise alle für Carbonsäuren und Amine charakteristischen Reaktionen eingehen.

Optische Isomerie. Alle in lebenden Organismen vorkommenden α-Aminosäuren mit Ausnahme von Glycin enthalten ein asymmetrisches Kohlenstoffatom (Threonin und Isoleucin enthalten zwei asymmetrische Atome) und haben optische Aktivität. Fast alle natürlich vorkommenden α-Aminosäuren liegen in der L-Form vor und nur L-Aminosäuren sind in Proteinen enthalten, die auf Ribosomen synthetisiert werden.

Dieses Merkmal „lebender“ Aminosäuren ist sehr schwer zu erklären, da bei Reaktionen zwischen optisch inaktiven Substanzen oder Racematen (die auf der alten Erde offenbar durch organische Moleküle repräsentiert wurden) L- und D-Formen in gleichen Mengen gebildet werden. Vielleicht. Die Wahl einer der Formen (L oder D) ist einfach das Ergebnis eines zufälligen Zufalls: die ersten Moleküle, mit denen ich beginnen konnte Matrixsynthese Sie hatten eine bestimmte Form und an sie „passten“ sich die entsprechenden Enzyme an.

31. Aminosäuren sind organische amphotere Verbindungen. Sie enthalten im Molekül zwei funktionelle Gruppen entgegengesetzter Natur: eine Aminogruppe mit basischen Eigenschaften und eine Carboxylgruppe mit sauren Eigenschaften. Aminosäuren reagieren sowohl mit Säuren als auch mit Basen:

H2N-CH2-COOH + HCl→ Cl[H3N-CH2-COOH],

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

Wenn Aminosäuren in Wasser gelöst werden, entfernt die Carboxylgruppe ein Wasserstoffion, das sich an die Aminogruppe binden kann. Dabei entsteht ein inneres Salz, dessen Molekül ein bipolares Ion ist:

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

Wässrige Lösungen von Aminosäuren haben je nach Anzahl der funktionellen Gruppen ein neutrales, alkalisches oder saures Milieu. Somit bildet Glutaminsäure eine saure Lösung (zwei -COOH-Gruppen, eine -NH2-Gruppe), Lysin bildet eine alkalische Lösung (eine -COOH-, zwei -NH2-Gruppen).

Wie primäre Amine reagieren Aminosäuren mit salpetriger Säure, wobei die Aminogruppe in eine Hydroxogruppe und die Aminosäure in eine Hydroxysäure umgewandelt wird: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2+ H2O

Durch Messung des freigesetzten Stickstoffvolumens können Sie die Menge an Aminosäuren bestimmen (Van-Slyke-Methode).

Aminosäuren können in Gegenwart von Chlorwasserstoffgas mit Alkoholen reagieren und sich in einen Ester (genauer gesagt ein Hydrochloridsalz eines Esters) verwandeln: H2N-CH(R)-COOH + R"OH H2N-CH(R)-COOR " + H2O.

Aminosäureester haben keine bipolare Struktur und sind flüchtige Verbindungen. Die wichtigste Eigenschaft von Aminosäuren ist ihre Fähigkeit, zu Peptiden zu kondensieren.

32. Carboxylgruppe vereint zwei funktionelle Gruppen – Carbonyl =CO und Hydroxyl –OH, die sich gegenseitig beeinflussen.

Die sauren Eigenschaften von Carbonsäuren beruhen auf einer Verschiebung der Elektronendichte zum Carbonylsauerstoff und der daraus resultierenden (im Vergleich zu Alkoholen) zusätzlichen Polarisierung der O-H-Bindung.

In einer wässrigen Lösung dissoziieren Carbonsäuren in Ionen: R-COOH = R-COO- + H+

Die Wasserlöslichkeit und der hohe Siedepunkt von Säuren sind auf die Bildung intermolekularer Wasserstoffbrückenbindungen zurückzuführen.

Aminogruppe - einwertige Gruppe -NH2, Ammoniakrest (NH3). Die Aminogruppe kommt in vielen organischen Verbindungen vor – Aminen, Aminosäuren, Aminoalkoholen usw. Verbindungen mit der -NH2-Gruppe sind in der Regel basischer Natur, da am Stickstoffatom ein freies Elektronenpaar vorhanden ist.

Bei elektrophilen Substitutionsreaktionen in aromatischen Verbindungen ist die Aminogruppe ein Orientierungsmittel erster Art, d. h. aktiviert die ortho- und para-Positionen im Benzolring.

33. Polykondensation- der Prozess der Synthese von Polymeren aus polyfunktionellen (meistens bifunktionellen) Verbindungen, der normalerweise mit der Freisetzung niedermolekularer Nebenprodukte (Wasser, Alkohole usw.) während der Wechselwirkung funktioneller Gruppen einhergeht.

Das Molekulargewicht des während des Polykondensationsprozesses gebildeten Polymers hängt vom Verhältnis der Ausgangskomponenten und den Reaktionsbedingungen ab.

Polykondensationsreaktionen können entweder ein Monomer mit zwei unterschiedlichen funktionellen Gruppen umfassen: zum Beispiel die Synthese von Poly-ε-caproamid (Nylon-6, Capron) aus ε-Aminocapronsäure, oder zwei Monomere, die unterschiedliche funktionelle Gruppen tragen, zum Beispiel die Synthese aus Nylon-6 66 durch Polykondensation von Adipinsäure und Hexamethylendiamin; dabei entstehen Polymere mit linearer Struktur (lineare Polykondensation, siehe Abb. 1). Wenn das Monomer (oder die Monomere) mehr als zwei funktionelle Gruppen tragen, entstehen vernetzte Polymere mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur (dreidimensionale Polykondensation). Um solche Polymere zu erhalten, werden der Monomermischung häufig „vernetzende“ polyfunktionelle Komponenten zugesetzt.

Besonders hervorzuheben sind die Reaktionen der Synthese von Polymeren aus zyklischen Monomeren unter Verwendung des Ringöffnungsmechanismus – zusätzlich beispielsweise die Synthese von Nylon-6 aus Caprolactam (zyklisches Amid der ε-Aminocapronsäure); Obwohl es nicht zur Freisetzung eines niedermolekularen Fragments kommt, werden solche Reaktionen häufiger als Polykondensation bezeichnet.

Peptidbindung– eine Art Amidbindung, die bei der Bildung von Proteinen und Peptiden durch die Wechselwirkung der α-Aminogruppe (-NH2) einer Aminosäure mit der α-Carboxylgruppe (-COOH) einer anderen Aminosäure entsteht.

Die C-N-Bindung in der Peptidbindung ist teilweise doppelter Natur, was sich insbesondere in einer Abnahme ihrer Länge auf 1,32 Angström äußert. Daraus ergeben sich folgende Eigenschaften:

4 Bindungsatome (C, N, O und H) und 2 α-Kohlenstoffe liegen in derselben Ebene. Die R-Gruppen der Aminosäuren und die Wasserstoffe an α-Kohlenstoffen liegen außerhalb dieser Ebene.

H und O in der Peptidbindung sowie die α-Kohlenstoffe zweier Aminosäuren sind trans-orientiert (das trans-Isomer ist stabiler). Bei L-Aminosäuren, was in allen natürlichen Proteinen und Peptiden der Fall ist, sind auch die R-Gruppen trans-orientiert.

Eine Drehung um eine C-N-Bindung ist nicht möglich, wohl aber eine Drehung um eine C-C-Bindung.

Peptide (griechisch πεπτος – nahrhaft) – eine Stofffamilie, deren Moleküle aus α-Aminosäureresten aufgebaut sind, die durch Peptidbindungen (Amidbindungen) -C(O)NH- zu einer Kette verbunden sind.

34. Proteine ​​(Proteine, Polypeptide) - hochmolekulare organische Substanzen, die aus Aminosäuren bestehen, die durch Peptidbindungen in einer Kette verbunden sind. In lebenden Organismen wird die Aminosäurezusammensetzung von Proteinen durch den genetischen Code bestimmt; in den meisten Fällen werden bei der Synthese 20 Standardaminosäuren verwendet. Viele ihrer Kombinationen verleihen Proteinmolekülen eine große Vielfalt an Eigenschaften. Darüber hinaus unterliegen Aminosäuren in einem Protein häufig posttranslationalen Modifikationen, die sowohl vor Beginn der Funktion des Proteins als auch während seiner „Arbeit“ in der Zelle auftreten können. In lebenden Organismen bilden häufig mehrere Proteinmoleküle komplexe Komplexe, beispielsweise den Photosynthesekomplex.

Um den komplizierten Aufbau (Architektonik) eines Proteinmakromoleküls zu verstehen, sollten wir mehrere berücksichtigen Ebenen der Organisation. Die primäre und einfachste Struktur ist eine Polypeptidkette, d. h. eine Reihe von Aminosäuren, die durch Peptidbindungen miteinander verbunden sind. In der Primärstruktur sind alle Bindungen zwischen Aminosäuren kovalent und daher stark. Als nächstes mehr hohes Niveau Organisation ist eine Sekundärstruktur, wenn der Proteinfaden spiralförmig verdreht ist. Zwischen den -COOH-Gruppen an einer Windung der Helix und den -NH2-Gruppen an der anderen Windung werden Wasserstoffbrückenbindungen gebildet. Sie entstehen aus Wasserstoff, der am häufigsten zwischen zwei negativen Atomen vorkommt. Wasserstoffbrückenbindungen sind schwächer als kovalente Bindungen, sorgen aber bei einer großen Anzahl von ihnen für die Bildung einer recht starken Struktur. Eine Reihe von Aminosäuren (Polypeptid) koaguliert dann und bildet eine Kugel, eine Fibrille oder ein Kügelchen, das für jedes Protein spezifisch ist. Dadurch entsteht eine komplexe Konfiguration, die Tertiärstruktur genannt wird. Die Bestimmung erfolgt üblicherweise mit der Methode der Röntgenbeugungsanalyse, die es ermöglicht, die Position von Atomen und Atomgruppen in Kristallen und komplexen Verbindungen im Raum zu bestimmen.

Auch die Bindungen, die die Tertiärstruktur des Proteins unterstützen, sind schwach. Sie entstehen insbesondere durch hydrophobe Wechselwirkungen. Dies sind die Anziehungskräfte zwischen unpolaren Molekülen oder zwischen unpolaren Bereichen von Molekülen in einer wässrigen Umgebung. Die hydrophoben Reste einiger Aminosäuren in einer wässrigen Lösung rücken näher zusammen, „kleben zusammen“ und stabilisieren so die Proteinstruktur. Neben hydrophoben Kräften spielen elektrostatische Bindungen zwischen elektronegativen und elektropositiven Radikalen von Aminosäureresten eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Tertiärstruktur eines Proteins. Die Tertiärstruktur wird auch durch eine kleine Anzahl kovalenter Disulfid-S-S-Bindungen aufrechterhalten, die zwischen den Schwefelatomen schwefelhaltiger Aminosäuren auftreten. Ich muss sagen, dass es auch tertiär ist; Die Proteinstruktur ist nicht endlich. Makromoleküle desselben Proteins oder Moleküle anderer Proteine ​​sind häufig an ein Proteinmakromolekül gebunden. Beispielsweise besteht das komplexe Molekül Hämoglobin, ein Protein, das in roten Blutkörperchen vorkommt, aus vier Globin-Makromolekülen: zwei Alpha-Ketten und zwei Beta-Ketten, die jeweils mit eisenhaltigem Häm verbunden sind. Durch ihre Kombination entsteht ein funktionierendes Hämoglobinmolekül. Nur in einer solchen Verpackung entfaltet Hämoglobin seine volle Wirkung, ist also in der Lage, Sauerstoff zu transportieren. Durch die Verbindung mehrerer Proteinmoleküle untereinander entsteht eine Quartärstruktur. Sind die Peptidketten kugelförmig angeordnet, spricht man von globulären Proteinen. Wenn Polypeptidketten in Fadenbündeln angeordnet sind, spricht man von fibrillären Proteinen. Seit Sekundärstruktur Wie wir herausgefunden haben, wird die räumliche Struktur (Konformation) von Proteinmakromolekülen hauptsächlich durch schwache chemische Bindungen aufrechterhalten. Unter dem Einfluss äußerer Faktoren (Temperaturänderungen, Salzzusammensetzung der Umgebung, pH-Wert, unter dem Einfluss von Strahlung und anderen Faktoren) werden die schwachen Bindungen, die das Makromolekül stabilisieren, aufgebrochen und die Struktur des Proteins und damit seine Eigenschaften zerstört , ändern. Dieser Vorgang wird Denaturierung genannt. Das Aufbrechen einiger schwacher Bindungen sowie Änderungen der Konformation und der Eigenschaften des Proteins erfolgen auch unter dem Einfluss physiologischer Faktoren (z. B. unter dem Einfluss von Hormonen). Auf diese Weise werden die Eigenschaften von Proteinen reguliert: Enzyme, Rezeptoren, Transporter. Diese Veränderungen in der Proteinstruktur sind normalerweise leicht reversibel. Das Aufbrechen einer großen Anzahl schwacher Bindungen führt zur Denaturierung des Proteins, die irreversibel sein kann (z. B. die Gerinnung von Eiweiß beim Eierkochen). Manchmal hat die Denaturierung von Proteinen eine biologische Bedeutung. Beispielsweise sondert eine Spinne einen Sekrettropfen ab und klebt ihn an eine Unterlage. Dann sondert er das Sekret weiter ab und zieht leicht am Faden. Diese schwache Spannung reicht aus, damit das Protein denaturiert, von einer löslichen in eine unlösliche Form übergeht und der Faden an Festigkeit gewinnt.

35-36. Monosaccharide(von griech. monos: einfach, sacchar: Zucker), – organische Verbindungen, eine der Hauptgruppen der Kohlenhydrate; die einfachste Form von Zucker; sind meist farblose, wasserlösliche, transparente Feststoffe. Einige Monosaccharide haben einen süßen Geschmack. Monosaccharide, die Bausteine, aus denen Disaccharide (wie Saccharose) und Polysaccharide (wie Cellulose und Stärke) synthetisiert werden, enthalten Hydroxylgruppen und eine Aldehydgruppe (Aldosen) oder eine Ketogruppe (Ketosen). Jedes Kohlenstoffatom, an das eine Hydroxylgruppe gebunden ist (mit Ausnahme der ersten und letzten), ist chiral, wodurch viele isomere Formen entstehen. Beispielsweise sind Galactose und Glucose Aldohexosen, haben aber unterschiedliche chemische und chemische Eigenschaften physikalische Eigenschaften. Monosaccharide enthalten wie alle Kohlenhydrate nur 3 Elemente (C, O, H).

Monosaccharide werden geteilt in Triosen, Tetrosen, Pentosen, Hexosen usw. (3, 4, 5, 6 usw. Kohlenstoffatome in der Kette); Es wurden keine natürlichen Monosaccharide mit einer Kohlenstoffkette mit mehr als 9 Kohlenstoffatomen gefunden. Monosaccharide, die einen 5-gliedrigen Ring enthalten, werden Furanosen genannt, solche, die einen 6-gliedrigen Ring enthalten, werden Pyranosen genannt.

Isomerie. Für Monosaccharide mit n asymmetrischen Kohlenstoffatomen ist die Existenz von 2n Stereoisomeren möglich (siehe Isomerie).

38. Chemische Eigenschaften. Monosaccharide gehen chemische Reaktionen ein, die für Carbonyl- und Hydroxylgruppen charakteristisch sind. Ein charakteristisches Merkmal von Monosacchariden ist die Fähigkeit, in offenen (azyklischen) und zyklischen Formen zu existieren und Derivate jeder Form zu ergeben. Die meisten Monosäcke cyclisieren in wässriger Lösung zu Halbacetalen oder Halbketalen (je nachdem, ob es sich um Aldosen oder Ketosen handelt) zwischen dem Alkohol und der Carbonylgruppe desselben Zuckers. Glucose beispielsweise bildet leicht Halbacetale, indem sie ihre C1- und O5-Verbindungen zu einem 6-gliedrigen Ring namens Pyranosid verbindet. Die gleiche Reaktion kann zwischen C1 und O4 stattfinden, um ein 5-gliedriges Furanosid zu bilden.

Monosaccharide in der Natur. Monosaccharide sind Bestandteil komplexer Kohlenhydrate (Glykoside, Oligosaccharide, Polysaccharide) und gemischter kohlenhydrathaltiger Biopolymere (Glykoproteine, Glykolipide usw.). In diesem Fall sind Monosaccharide durch glykosidische Bindungen untereinander und mit dem Nichtkohlenhydratteil des Moleküls verbunden. Bei der Hydrolyse durch Säuren oder Enzyme können diese Bindungen aufgebrochen werden, um Monosaccharide freizusetzen. In der Natur kommen freie Monosaccharide, mit Ausnahme von D-Glucose und D-Fructose, selten vor. Die Biosynthese von Monosacchariden aus Kohlendioxid und Wasser findet in Pflanzen statt (siehe Photosynthese); Unter Beteiligung aktivierter Derivate von Monosacchariden – Nukleosiddiphosphatzuckern – findet in der Regel die Biosynthese komplexer Kohlenhydrate statt. Der Abbau von Monosacchariden im Körper (z. B. alkoholische Gärung, Glykolyse) geht mit der Freisetzung von Energie einher.

Anwendung. Einige freie Monosaccharide und ihre Derivate (z. B. Glucose, Fructose und deren Diphosphat usw.) werden in verwendet Nahrungsmittelindustrie und Medizin.

37. Glukose (C6H12O6)(„Traubenzucker“, Dextrose) kommt im Saft vieler Früchte und Beeren vor, darunter auch Weintrauben, daher der Name dieser Zuckerart. Es handelt sich um einen Sechs-Hydroxy-Zucker (Hexose).

Physikalische Eigenschaften. Eine weiße kristalline Substanz mit süßem Geschmack, gut löslich in Wasser, unlöslich in Ether, schlecht löslich in Alkohol.

Molekülstruktur

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

Glukose kann in Form von Zyklen (α- und β-Glukose) vorliegen.

α- und β-Glukose

Übergang von Glucose von der Fischer-Projektion zur Haworth-Projektion. Glucose ist das Endprodukt der Hydrolyse der meisten Disaccharide und Polysaccharide.

Biologische Rolle. Glukose ist das Hauptprodukt der Photosynthese und wird im Calvin-Zyklus gebildet.

Im menschlichen und tierischen Körper ist Glukose die wichtigste und universellste Energiequelle für Stoffwechselprozesse. Alle Zellen des tierischen Körpers haben die Fähigkeit, Glukose zu verstoffwechseln. Gleichzeitig verfügen nicht alle Zellen des Körpers, sondern nur einige ihrer Typen über die Fähigkeit, andere Energiequellen zu nutzen – zum Beispiel freie Fettsäuren und Glycerin, Fruktose oder Milchsäure.

Transport von Glukose von der äußeren Umgebung nach innen Tierzelle erfolgt durch aktiven Transmembrantransfer mit Hilfe eines speziellen Proteinmoleküls – eines Hexose-Trägers (Transporters).

Glukose in Zellen kann einer Glykolyse unterzogen werden, um Energie in Form von ATP zu erzeugen. Das erste Enzym in der Glykolysekette ist Hexokinase. Die Aktivität der zellulären Hexokinase steht unter dem regulierenden Einfluss von Hormonen – so erhöht Insulin die Hexokinase-Aktivität stark und folglich die Verwertung von Glukose durch die Zellen, und Glukokortikoide reduzieren die Hexokinase-Aktivität.

Viele andere Energiequellen als Glukose können in der Leber direkt in Glukose umgewandelt werden – zum Beispiel Milchsäure, viele freie Fettsäuren und Glycerin oder freie Aminosäuren, insbesondere die einfachsten wie Alanin. Der Prozess der Produktion von Glukose in der Leber aus anderen Verbindungen wird Gluconeogenese genannt.

Jene Energiequellen, für die es keine direkte biochemische Umwandlung in Glukose gibt, können von Leberzellen zur Produktion von ATP und anschließender Energieversorgung für die Prozesse der Glukoneogenese, der Resynthese von Glukose aus Milchsäure oder der Energieversorgung für den Syntheseprozess von Glykogenpolysaccharid genutzt werden Reserven aus Glukosemonomeren. Durch einfachen Abbau lässt sich aus Glykogen wieder Glukose herstellen.

Aufgrund der außerordentlichen Bedeutung der Aufrechterhaltung eines stabilen Blutzuckerspiegels verfügen Menschen und viele andere Tiere über ein komplexes System zur hormonellen Regulierung der Parameter des Kohlenhydratstoffwechsels. Wenn 1 Gramm Glucose zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert wird, werden 17,6 kJ Energie freigesetzt. Die in einem Glucosemolekül gespeicherte maximale „potenzielle Energie“ in Form von Kohlenstoffatomen der Oxidationsstufe −4 (C−4) kann bei Stoffwechselprozessen auf C+4 (in einem CO2-Molekül) reduziert werden. Die Wiederherstellung des vorherigen Niveaus kann durch Autotrophen erfolgen.

Fruktose oder Fruchtzucker C6H12O6- ein Monosaccharid, das in fast allen süßen Beeren und Früchten in freier Form vorkommt. Viele Menschen ersetzen Zucker lieber nicht durch synthetische Medikamente, sondern durch natürliche Fruktose.

Im Gegensatz zu Glukose, die als universelle Energiequelle dient, wird Fruktose nicht von insulinabhängigen Geweben absorbiert. Es wird nahezu vollständig von den Leberzellen aufgenommen und verstoffwechselt. Praktisch keine anderen Zellen im menschlichen Körper (außer Spermien) können Fruktose verwerten. In Leberzellen wird Fruktose phosphoryliert und dann in Triosen zerlegt, die entweder zur Fettsäuresynthese, die zu Fettleibigkeit führen kann, sowie zu erhöhten Triglyceridspiegeln (was wiederum das Risiko einer Arteriosklerose erhöht) oder zur Bildung von Glykogen verwendet werden Synthese (wird während der Gluconeogenese auch teilweise in Glucose umgewandelt). Allerdings ist die Umwandlung von Fructose in Glucose ein komplexer, mehrstufiger Prozess und die Fähigkeit der Leber, Fructose zu verarbeiten, ist begrenzt. Die Frage, ob Fruktose in die Ernährung von Diabetikern aufgenommen werden sollte, da für deren Aufnahme kein Insulin erforderlich ist, wurde in den letzten Jahren intensiv untersucht.

Obwohl Fruktose den Blutzuckerspiegel bei einem gesunden Menschen nicht (oder nur geringfügig) erhöht, führt Fruktose bei Menschen mit Diabetes häufig zu einem Anstieg des Blutzuckerspiegels. Andererseits kann der Körper von Diabetikern aufgrund eines Mangels an Glukose in den Zellen Fett verbrennen, was zu einer Erschöpfung der Fettreserven führt. In diesem Fall kann Fruktose zur Wiederherstellung verwendet werden, die leicht in Fett umgewandelt werden kann und kein Insulin benötigt. Der Vorteil von Fruktose besteht darin, dass einem Gericht mit relativ geringen Mengen Fruktose ein süßer Geschmack verliehen werden kann, da es bei gleichem Kaloriengehalt wie Zucker (380 kcal/100 g) 1,2-1,8-mal süßer ist. Studien zeigen jedoch, dass Fruktosekonsumenten ihre Kalorienzufuhr nicht reduzieren, sondern stattdessen süßere Lebensmittel zu sich nehmen.

39. Oligosaccharide- Dies sind Oligomere, die aus mehreren (nicht mehr als 20) Monomeren bestehen - Monosaccharide, im Gegensatz zu Polysacchariden, die aus Dutzenden, Hunderten oder Tausenden von Monosacchariden bestehen; - Verbindungen, die aus mehreren Monosaccharidresten (von 2 bis 10) bestehen, die durch eine glykosidische Bindung verbunden sind.

Ein sehr wichtiger und weit verbreiteter Sonderfall von Oligosacchariden sind Disaccharide – Dimere, die aus zwei Molekülen Monosacchariden bestehen.

Sie können auch über Tri-, Tetra- usw. sprechen. Saccharide

40. Disaccharide — gemeinsamen Namen eine Unterklasse von Oligosacchariden, bei der das Molekül aus zwei Monomeren besteht – Monosacchariden. Disaccharide entstehen durch eine Kondensationsreaktion zwischen zwei Monosacchariden, meist Hexosen. Bei der Kondensationsreaktion wird Wasser entfernt. Die aus der Kondensationsreaktion resultierende Bindung zwischen Monosacchariden wird als glykosidische Bindung bezeichnet. Typischerweise wird diese Bindung zwischen dem 1. und 4. Kohlenstoffatom benachbarter Monosaccharideinheiten gebildet (1,4-glykosidische Bindung).

Der Kondensationsprozess kann unzählige Male wiederholt werden, was zur Bildung riesiger Polysaccharidmoleküle führt. Sobald Monosaccharideinheiten kombiniert werden, werden sie als Reste bezeichnet. Die häufigsten Disaccharide sind Laktose und Saccharose.

Mutarotation(von lateinisch muto-change und rotatio – Rotation), Veränderung des optischen Wertes. Rotation von Lösungen optisch aktiver Verbindungen aufgrund ihrer Epimerisierung. Charakteristisch für Monosaccharide, reduzierende Oligosaccharide, Lactone usw. Mutarotation kann durch Säuren und Basen katalysiert werden. Im Fall von Glucose wird die Mutarotation durch die Einstellung des Gleichgewichts erklärt: Im Gleichgewicht sind 38 % der Alpha-Form und 62 % der Beta-Form vorhanden. Dazwischenliegend die Aldehydform ist in vernachlässigbar geringen Konzentrationen enthalten. Die Vorteile der Bildung der b-Form liegen darin begründet, dass sie thermodynamisch stabiler ist.

Charakteristisch für Aldehyde sind die Reaktionen „Silberspiegel“ und „Kupferspiegel“.

1) „Silberspiegel“-Reaktion, Bildung eines Ag-Niederschlags an den Wänden des Reagenzglases

2) „Kupferspiegel“-Reaktion, Ausfällung eines roten Cu2O-Niederschlags

40. Im Gegenzug entstehen Disaccharide, die in manchen Fällen dabei entstehen Hydrolyse von Polysacchariden(Maltose bei der Hydrolyse von Stärke, Cellobiose bei der Hydrolyse von Cellulose) oder im Körper in freier Form vorliegen (Lactose, Saccharose, Trehalose etc.), werden unter der katalytischen Wirkung von o- und p-Glycosidasen zu einzelnen Monosacchariden hydrolysiert . Alle Glykosidasen, mit Ausnahme der Trehalase (OT, Omrehalose-Glukohydrogenasen), unterscheiden sich große Auswahl Spezifität, Beschleunigung der Hydrolyse fast aller Glykoside, die Derivate des einen oder anderen a- oder (3-Monosaccharids sind. Somit beschleunigt a-Glucosidase die Hydrolysereaktion von a-Glucosiden, einschließlich Maltose; p-Glucosidase - p-Glucoside, einschließlich Cellobiose; B-Galactosidase – B-Galactoside und darunter Lactose usw. Beispiele für die Wirkung von a- und P-Glucosidasen wurden bereits früher gegeben

41. Nach dem Scheitern chemische Struktur von Disacchariden Trehalose-Typ (Glykosid-Glykoside) und Maltose-Typ (Glykosid-Glukose) haben deutlich unterschiedliche chemische Eigenschaften: Erstere führen zu keinen für die Aldehyd- oder Ketongruppe charakteristischen Reaktionen, d. h. sie oxidieren nicht, werden nicht reduziert und bilden keine Osazone , eine Polykodensationsreaktion eingehen (nicht verharzen), nicht mutarotieren usw. Für Disaccharide wie Maltose sind alle genannten Reaktionen dagegen sehr charakteristisch. Der Grund für diesen Unterschied ergibt sich ganz klar aus dem, was oben über die beiden Arten der Disaccharidstruktur und die Eigenschaften der in ihrer Zusammensetzung enthaltenen Monosaccharidreste gesagt wurde. Es liegt darin, dass nur in Disacchariden wie Maltose eine Ringtautomerie möglich ist, wodurch eine freie Aldehyd- oder Ketongruppe entsteht, die ihre charakteristischen Eigenschaften zeigt.

Bei Alkoholhydroxylen führen beide Arten von Disacchariden zu den gleichen Reaktionen: Sie bilden Ether und Ester und interagieren mit Metalloxidhydraten.

In der Natur gibt es eine große Anzahl von Disacchariden; Die wichtigsten davon sind die oben genannten Trehalose und Maltose sowie Saccharose, Cellobiose und Laktose.

42. Maltose(vom englischen malt – malt) – Malzzucker, ein natürliches Disaccharid, bestehend aus zwei Glucoseresten; kommt in großen Mengen in gekeimten Körnern (Malz) von Gerste, Roggen und anderen Getreidearten vor; kommt auch in Tomaten, Pollen und Nektar einer Reihe von Pflanzen vor. M. ist gut wasserlöslich und hat einen süßen Geschmack; ist ein reduzierender Zucker, da er eine unsubstituierte Halbacetal-Hydroxylgruppe aufweist. Die Biosynthese von M. aus b-D-Glucopyranosylphosphat und D-Glucose ist nur bei einigen Bakterienarten bekannt. In tierischen und pflanzlichen Organismen entsteht Magnesium durch den enzymatischen Abbau von Stärke und Glykogen (siehe Amylase). Der Abbau von M. in zwei Glucosereste erfolgt durch die Wirkung des Enzyms a-Glucosidase oder Maltase, das in den Verdauungssäften von Tieren und Menschen, in gekeimten Körnern, in Schimmelpilzen und Hefen vorkommt. Das genetisch bedingte Fehlen dieses Enzyms in der menschlichen Darmschleimhaut führt dazu angeborene Unverträglichkeit M. - ernsthafte Krankheit, was den Ausschluss von M., Stärke und Glykogen aus der Nahrung oder die Zugabe des Enzyms Maltase zur Nahrung erfordert.

Beim Kochen von Maltose mit verdünnter Säure und unter Einwirkung eines Enzyms wird Maltase hydrolysiert (es entstehen zwei Glucosemoleküle C6H12O6). Maltose wird vom menschlichen Körper leicht aufgenommen. Molekulargewicht – 342,32 T Schmelzpunkt – 108 (wasserfrei)

43. Laktose(vom lateinischen Lactis – Milch) C12H22O11 – ein Kohlenhydrat aus der Gruppe der Disaccharide, das in Milch und Milchprodukten vorkommt. Das Laktosemolekül besteht aus Resten von Glukose- und Galaktosemolekülen. Laktose wird manchmal auch Milchzucker genannt.

Chemische Eigenschaften. Beim Kochen mit verdünnter Säure wird Laktose hydrolysiert.

Laktose wird aus Milchmolke gewonnen.

Anwendung. Wird zur Herstellung von Kulturmedien verwendet, beispielsweise bei der Herstellung von Penicillin. Wird als Hilfsstoff (Hilfsstoff) in der pharmazeutischen Industrie verwendet.

Aus Laktose wird Lactulose gewonnen – ein wertvolles Medikament zur Behandlung von Darmerkrankungen, wie zum Beispiel Verstopfung.

44. Saccharose C12H22O11, oder Rübenzucker, Rohrzucker, im Alltag einfach Zucker – ein Disaccharid bestehend aus zwei Monosacchariden – α-Glucose und β-Fructose.

Saccharose ist ein in der Natur sehr häufig vorkommendes Disaccharid; es kommt in vielen Früchten, Früchten und Beeren vor. Besonders hoch ist der Saccharosegehalt in den verwendeten Zuckerrüben und Zuckerrohr industrielle Produktion Haushaltszucker.

Saccharose hat eine hohe Löslichkeit. IN chemisch Fruktose ist ziemlich inert, d.h. Beim Umzug von einem Ort zum anderen ist es fast nicht am Stoffwechsel beteiligt. Manchmal wird Saccharose als Reservenährstoff gespeichert.

Saccharose gelangt in den Darm und wird durch Alpha-Glucosidase schnell hydrolysiert Dünndarm in Glukose und Fruktose umgewandelt, die dann ins Blut aufgenommen werden. Alpha-Glucosidase-Inhibitoren wie Acarbose hemmen den Abbau und die Aufnahme von Saccharose sowie anderen durch Alpha-Glucosidase hydrolysierten Kohlenhydraten, insbesondere Stärke. Es wird zur Behandlung von Typ-2-Diabetes eingesetzt. Synonyme: Alpha-D-Glucopyranosyl-Beta-D-Fructofuranosid, Rübenzucker, Rohrzucker.

Chemische und physikalische Eigenschaften. Molekulargewicht 342,3 amu. Bruttoformel (Hill-System): C12H22O11. Der Geschmack ist süßlich. Löslichkeit (Gramm pro 100 Gramm): in Wasser 179 (0°C) und 487 (100°C), in Ethanol 0,9 (20°C). Schwer löslich in Methanol. Unlöslich in Diethylether. Dichte 1,5879 g/cm3 (15°C). Spezifische Rotation für Natrium-D-Linie: 66,53 (Wasser; 35 g/100 g; 20 °C). Wenn sie mit flüssiger Luft gekühlt und mit hellem Licht beleuchtet werden, phosphoreszieren Saccharosekristalle. Zeigt keine reduzierenden Eigenschaften – reagiert nicht mit Tollens-Reagenz und Fehling-Reagenz. Das Vorhandensein von Hydroxylgruppen im Saccharosemolekül lässt sich leicht durch Reaktion mit Metallhydroxiden bestätigen. Wird Kupfer(II)-hydroxid mit einer Saccharoselösung versetzt, entsteht eine leuchtend blaue Kupfersaccharoselösung. Saccharose enthält keine Aldehydgruppe: Beim Erhitzen mit einer Ammoniaklösung von Silber(I)-oxid entsteht kein „Silberspiegel“; beim Erhitzen mit Kupfer(II)-hydroxid entsteht kein rotes Kupfer(I)-oxid . Zu den Isomeren von Saccharose gehören Molekularformel C12H22O11, Maltose und Laktose können unterschieden werden.

Reaktion von Saccharose mit Wasser. Wenn Sie eine Saccharoselösung mit einigen Tropfen Salz- oder Schwefelsäure kochen, die Säure mit Alkali neutralisieren und dann die Lösung erhitzen, entstehen Moleküle mit Aldehydgruppen, die Kupfer(II)-hydroxid zu Kupfer(I)-oxid reduzieren. Diese Reaktion zeigt, dass Saccharose unter der katalytischen Wirkung von Säure hydrolysiert wird, was zur Bildung von Glucose und Fructose führt: C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6

Natürliche und anthropogene Quellen. Enthalten in Zuckerrohr, Zuckerrüben (bis zu 28 % Trockenmasse), Pflanzensäften und Früchten (zum Beispiel Birke, Ahorn, Melone und Karotten). Die Saccharosequelle – aus Rüben oder Zuckerrohr – wird durch das Verhältnis des Gehalts an stabilen Kohlenstoffisotopen 12C und 13C bestimmt. Zuckerrüben verfügen über einen C3-Mechanismus zur Aufnahme von Kohlendioxid (über Phosphoglycerinsäure) und absorbieren bevorzugt das 12C-Isotop; Zuckerrohr verfügt über einen C4-Mechanismus zur Absorption von Kohlendioxid (über Oxalessigsäure) und absorbiert vorzugsweise das 13C-Isotop.

45. Cellobiose- ein Kohlenhydrat aus der Gruppe der Disaccharide, bestehend aus zwei durch eine β-glucosidische Bindung verbundenen Glucoseresten; die Hauptstruktureinheit der Cellulose.

Weiße kristalline Substanz, gut wasserlöslich. Cellobiose ist durch Reaktionen gekennzeichnet, an denen eine Aldehydgruppe (Halbacetalgruppe) und Hydroxylgruppen beteiligt sind. Bei der Säurehydrolyse oder unter Einwirkung des Enzyms β-Glucosidase wird Cellobiose in 2 Glucosemoleküle zerlegt.

Cellobiose wird durch teilweise Hydrolyse von Cellulose gewonnen. Cellobiose kommt in freier Form im Saft einiger Bäume vor.

46. ​​​​Polysaccharide- die allgemeine Bezeichnung für eine Klasse komplexer hochmolekularer Kohlenhydrate, deren Moleküle aus Dutzenden, Hunderten oder Tausenden von Monomeren – Monosacchariden – bestehen.

Polysaccharide sind für das Leben tierischer und pflanzlicher Organismen notwendig. Sie sind eine der Hauptenergiequellen, die im Stoffwechsel des Körpers entstehen. Sie sind an Immunprozessen beteiligt, sorgen für die Zelladhäsion im Gewebe und machen den Großteil der organischen Substanz in der Biosphäre aus.

Die vielfältige biologische Aktivität von Polysacchariden pflanzlichen Ursprungs wurde nachgewiesen: Antibiotikum, antiviral, Antitumor, Gegenmittel [Quelle nicht angegeben 236 Tage]. Polysaccharide pflanzlichen Ursprungs spielen aufgrund ihrer Fähigkeit, Komplexe mit Proteinen und Lipoproteinen im Blutplasma zu bilden, eine wichtige Rolle bei der Reduzierung von Lipämie und vaskulärer Atheromatose.

Zu den Polysacchariden zählen insbesondere:

Dextrin ist ein Polysaccharid, ein Produkt der Stärkehydrolyse;

Stärke ist das wichtigste Polysaccharid, das in pflanzlichen Organismen als Energiereserve gespeichert wird.

Glykogen ist ein Polysaccharid, das als Energiereserve in den Zellen tierischer Organismen abgelagert wird, aber in geringen Mengen in pflanzlichen Geweben vorkommt;

Cellulose ist das wichtigste Strukturpolysaccharid pflanzlicher Zellwände;

Galactomannane – Speicherpolysaccharide einiger Pflanzen der Hülsenfruchtfamilie, wie Guarana und Johannisbrotkernmehl;

Glucomannan ist ein aus Konjakknollen gewonnenes Polysaccharid, das aus abwechselnden Einheiten von Glucose und Mannose besteht, einem löslichen Ballaststoff, der den Appetit reduziert;

Amyloid – wird bei der Herstellung von Pergamentpapier verwendet.

Zellulose ( von lat. cellula – Zelle, dasselbe wie Ballaststoffe) – [C6H7O2(OH)3]n, Polysaccharid; der Hauptbestandteil der Zellmembranen aller höheren Pflanzen.

Cellulose besteht aus Resten von Glucosemolekülen, die bei der sauren Hydrolyse von Cellulose entstehen:

(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6

Cellulose ist ein langer Faden mit 300–2500 Glucoseresten ohne Seitenzweige. Diese Fäden sind durch viele Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden, was der Cellulose eine höhere mechanische Festigkeit verleiht. Säugetiere verfügen (wie die meisten anderen Tiere) nicht über Enzyme, die Zellulose abbauen können. Viele Pflanzenfresser (zum Beispiel Wiederkäuer) haben jedoch Symbiontenbakterien im Verdauungstrakt, die dieses Polysaccharid abbauen und den Wirten bei der Aufnahme helfen.

Zellulose wird industriell durch Kochen in Zellstofffabriken hergestellt, die Teil von Industriekomplexen (Mühlen) sind. Abhängig von der Art der verwendeten Reagenzien gibt es folgende Methoden Aufschluss:

Sulfit. Die Kochlösung enthält schweflige Säure und deren Salz, beispielsweise Natriumhydrosulfit. Mit dieser Methode wird Zellulose aus harzarmen Holzarten gewonnen: Fichte, Tanne.

Alkalisch:

Natronny. Es wird eine Natriumhydroxidlösung verwendet. Mit der Soda-Methode kann Zellulose aus Laubholz und einjährigen Pflanzen gewonnen werden.

Sulfat. Die heute gebräuchlichste Methode. Das verwendete Reagenz ist eine Lösung, die Natriumhydroxid und Natriumsulfid enthält und als Weißlauge bezeichnet wird. Der Name der Methode geht auf Natriumsulfat zurück, aus dem in Zellstofffabriken Sulfid für Weißlauge gewonnen wird. Das Verfahren eignet sich zur Herstellung von Zellulose aus jeglichem Pflanzenmaterial. Sein Nachteil ist die Auswahl große Mengeübelriechende Schwefelverbindungen: Methylmercaptan, Dimethylsulfid usw. als Folge von Nebenwirkungen.

Die nach dem Kochen gewonnene technische Cellulose enthält verschiedene Verunreinigungen: Lignin, Hemicellulosen. Wenn Zellulose für die chemische Verarbeitung bestimmt ist (z. B. zur Herstellung von Kunstfasern), wird sie einer Raffination unterzogen – einer Behandlung mit einer kalten oder heißen Alkalilösung, um Hemizellulosen zu entfernen.

Um restliches Lignin zu entfernen und das Fruchtfleisch weiß zu machen, wird es gebleicht. Die herkömmliche Chlorbleiche umfasst zwei Schritte:

Chlorbehandlung – zur Zerstörung von Lignin-Makromolekülen;

Alkalibehandlung – um die bei der Ligninzerstörung entstehenden Produkte zu extrahieren.

47. Stärke- Polysaccharide von Amylose und Amylopektin, deren Monomer Alpha-Glucose ist. Stärke, die von verschiedenen Pflanzen unter dem Einfluss von Licht synthetisiert wird (Photosynthese), weist verschiedene Zusammensetzungen und Kornstrukturen auf.

Biologische Eigenschaften. Stärke ist als eines der Produkte der Photosynthese in der Natur weit verbreitet. Für Pflanzen stellt es einen Nährstofflieferanten dar und kommt vor allem in Früchten, Samen und Knollen vor. Am stärkereichsten sind die Körner der Getreidepflanzen: Reis (bis zu 86 %), Weizen (bis zu 75 %), Mais (bis zu 72 %) und Kartoffelknollen (bis zu 24 %).

Für den menschlichen Körper dient Stärke neben Saccharose als Hauptlieferant von Kohlenhydraten – einem der wichtigsten Bestandteile der Nahrung. Unter der Wirkung von Enzymen wird Stärke zu Glukose hydrolysiert, die in den Zellen zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert wird und dabei Energie freisetzt, die für das Funktionieren eines lebenden Organismus notwendig ist.

Biosynthese. Ein Teil der Glukose, die in produziert wird grüne Pflanzen wird bei der Photosynthese zu Stärke:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6(Glucose) → (C6H10O5)n + nH2O

IN Gesamtansicht Dies kann als 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n 6nO2 geschrieben werden.

Stärke reichert sich als Reservenährstoff in Knollen, Früchten und Pflanzensamen an. So enthalten Kartoffelknollen bis zu 24 % Stärke, Weizenkörner bis zu 64 %, Reis – 75 %, Mais – 70 %.

Glykogen ist ein Polysaccharid, gebildet durch Glucosereste; das wichtigste Speicherkohlenhydrat bei Menschen und Tieren. Glykogen (manchmal auch tierische Stärke genannt, obwohl der Begriff ungenau ist) ist die primäre Speicherform von Glukose in tierischen Zellen. Wird in Form von Granulat im Zytoplasma vieler Zelltypen (hauptsächlich Leber und Muskeln) abgelagert. Glykogen bildet eine Energiereserve, die bei Bedarf schnell mobilisiert werden kann, um einen plötzlichen Glukosemangel auszugleichen. Die Glykogenspeicherung hat jedoch nicht so viele Kalorien pro Gramm wie die Triglyceridspeicherung (Fett). Nur in Leberzellen (Hepatozyten) gespeichertes Glykogen kann in Glukose umgewandelt werden, um den gesamten Körper mit Energie zu versorgen, und Hepatozyten sind in der Lage, bis zu 8 Prozent ihres Gewichts in Form von Glykogen zu speichern, was die höchste Konzentration aller Zelltypen darstellt. Die Gesamtmasse an Glykogen in der Leber kann bei Erwachsenen 100-120 Gramm erreichen. In den Muskeln wird Glykogen ausschließlich für den lokalen Verbrauch zu Glukose verarbeitet und reichert sich in viel geringeren Konzentrationen an (nicht mehr als 1 %). Totale Masse Muskeln), gleichzeitig kann seine gesamte Muskelreserve die in Hepatozyten angesammelte Reserve übersteigen. Eine kleine Menge Glykogen findet sich in den Nieren und noch weniger in bestimmte Typen Gehirnzellen (Glia) und weiße Blutkörperchen.

48. Chitin (C8H13O5N) (französisches Chitin, von griech. chiton: Chiton – Kleidung, Haut, Schale) – eine natürliche Verbindung aus der Gruppe der stickstoffhaltigen Polysaccharide. Chemischer Name: Poly-N-acetyl-D-glucose-2-amin, ein Polymer aus N-Acetylglucosaminresten, die durch b-(1,4)-glykosidische Bindungen verbunden sind. Es ist der Hauptbestandteil des Exoskeletts (Kutikula) von Arthropoden und einer Reihe anderer Wirbelloser und Teil der Zellwand von Pilzen und Bakterien.

Verbreitung in der Natur. Chitin ist eines der häufigsten Polysaccharide in der Natur; jedes Jahr werden auf der Erde etwa 10 Gigatonnen Chitin in lebenden Organismen gebildet und abgebaut.

Führt Schutz- und Stützfunktionen aus und sorgt für die Zellsteifigkeit – kommt in den Zellwänden von Pilzen vor.

Der Hauptbestandteil des Exoskeletts von Arthropoden.

Chitin wird auch im Körper vieler anderer Tiere gebildet – verschiedener Würmer, Hohltiere usw.

In allen Organismen, die Chitin produzieren und nutzen, kommt es nicht in reiner Form, sondern in Kombination mit anderen Polysacchariden vor und ist sehr häufig mit Proteinen assoziiert. Trotz der Tatsache, dass Chitin eine Substanz mit sehr ähnlicher Struktur ist, physikalische und chemische Eigenschaften Und biologische Rolle Im Gegensatz zu Cellulose konnte Chitin in Organismen, die Cellulose bilden (Pflanzen, einige Bakterien), nicht gefunden werden.

Chemie von Chitin. IN natürliche Form Chitine verschiedener Organismen unterscheiden sich in Zusammensetzung und Eigenschaften etwas voneinander. Das Molekulargewicht von Chitin erreicht 260.000.

Chitin ist wasserunlöslich und beständig gegen verdünnte Säuren, Laugen, Alkohol und andere organische Lösungsmittel. Löslich in konzentrierten Lösungen einiger Salze (Zinkchlorid, Lithiumthiocyanat, Calciumsalze).

Beim Erhitzen mit konzentrierten Lösungen von Mineralsäuren wird es zerstört (hydrolysiert), wodurch Acetylgruppen abgespalten werden.

Praktischer Nutzen. Eines der daraus industriell gewonnenen Chitinderivate ist Chitosan. Die Rohstoffe für seine Herstellung sind Krustentierschalen (Krill, Königskrabbe) sowie Produkte der mikrobiologischen Synthese.

49. Aromatische Kohlenwasserstoffe, organische Verbindungen, die aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen und Benzolkerne enthalten. Die einfachsten und wichtigsten Vertreter von A. u. - Benzol (I) und seine Homologen: Methylbenzol oder Toluol (II), Dimethylbenzol oder Xylol usw. Zu A. u. Dazu zählen auch Benzolderivate mit ungesättigten Seitenketten, beispielsweise Styrol (III). Es gibt viele bekannte A.u. mit mehreren Benzolkernen im Molekül, zum Beispiel Diphenylmethan (IV), Diphenyl C6H5-C6H5, bei dem beide Benzolkerne direkt miteinander verknüpft sind; in Naphthalin (V) teilen sich beide Ringe 2 Kohlenstoffatome; solche Kohlenwasserstoffe werden A.u. genannt. mit kondensierten Kernen.

Benzol C6H6, PhH) ist eine organische chemische Verbindung, eine farblose Flüssigkeit mit angenehm süßlichem Geruch. Aromatischer Kohlenwasserstoff. Benzol ist ein Bestandteil von Benzin, wird in großem Umfang in der Industrie verwendet und ist ein Rohstoff für die Herstellung von Medikamenten, verschiedenen Kunststoffen, synthetischem Kautschuk und Farbstoffen. Obwohl Benzol ein Bestandteil von Rohöl ist, industrieller Maßstab es wird aus seinen anderen Komponenten synthetisiert. Giftig, krebserregend.

Homologe- Verbindungen, die zur gleichen Klasse gehören, sich aber in der Zusammensetzung durch eine ganze Zahl von CH2-Gruppen unterscheiden. Die Gesamtheit aller Homologen bildet eine homologische Reihe.

Physikalische Eigenschaften. Farblose Flüssigkeit mit eigenartig stechendem Geruch. Schmelzpunkt = 5,5 °C, Siedepunkt = 80,1 °C, Dichte = 0,879 g/cm³, Molekulargewicht = 78,11 g/mol. Benzol verbrennt wie alle Kohlenwasserstoffe und erzeugt viel Ruß. Bildet mit Luft explosive Gemische, mischt sich gut mit Ethern, Benzin und anderen organischen Lösungsmitteln; mit Wasser bildet es ein azeotropes Gemisch mit einem Siedepunkt von 69,25 °C. Löslichkeit in Wasser 1,79 g/l (bei 25 °C).

Struktur. Benzol gehört in seiner Zusammensetzung zu ungesättigten Kohlenwasserstoffen (homologe Reihe CnH2n-6), aber im Gegensatz zu Kohlenwasserstoffen der Ethylenreihe weist C2H4 unter rauen Bedingungen die Eigenschaften auf, die gesättigten Kohlenwasserstoffen innewohnen, Benzol ist jedoch anfälliger für Substitutionsreaktionen. Dieses „Verhalten“ von Benzol wird durch seine besondere Struktur erklärt: das Vorhandensein einer konjugierten 6π-Elektronenwolke in der Struktur. Das moderne Verständnis der elektronischen Natur von Bindungen in Benzol basiert auf der Hypothese von Linus Pauling, der vorschlug, das Benzolmolekül als Sechseck mit einem eingeschriebenen Kreis darzustellen und damit das Fehlen fester Doppelbindungen und das Vorhandensein eines einzelnen Elektrons hervorzuheben Wolke, die alle sechs Kohlenstoffatome des Zyklus bedeckt.

50. Aromatische Verbindungen (Arene)- zyklische organische Verbindungen, die ein aromatisches Bindungssystem enthalten. Sie können gesättigte oder ungesättigte Seitenketten haben.

Zu den wichtigsten aromatischen Kohlenwasserstoffen gehören Benzol C6H6 und seine Homologen: Toluol C6H5CH3, Xylol C6H4(CH3)2 usw.; Naphthalin C10H8, Anthracen C14H10 und ihre Derivate. Besondere chemische Eigenschaften- erhöhte Stabilität des aromatischen Kerns und Neigung zu Substitutionsreaktionen. Die Hauptquellen aromatischer Kohlenwasserstoffe sind Steinkohlenteer, Öl und Erdölprodukte. Sehr wichtig verfügen über synthetische Produktionsmethoden. Aromatische Kohlenwasserstoffe sind Ausgangsprodukte für die Herstellung von Ketonen, Aldehyden und aromatischen Säuren sowie vielen anderen Stoffen. Es gibt auch heterocyclische Arene, von denen Pyridin, Pyrrol, Furan und Thiophen, Indol, Purin und Chinolin am häufigsten in reiner Form und in Form von Verbindungen vorkommen.

Borazol („anorganisches Benzol“) ist ebenfalls aromatisch, seine Eigenschaften unterscheiden sich jedoch deutlich von denen organischer Aromaten.

Elektrophile Substitutionsreaktionen“(engl. elektrophile Substitutionsreaktion) – Substitutionsreaktionen, bei denen der Angriff durch ein Elektrophil erfolgt – ein Teilchen, das positiv geladen ist oder einen Elektronenmangel aufweist. Während der Ausbildung neue Verbindung Das austretende Teilchen, der Elektrophage, spaltet sich ohne sein Elektronenpaar ab. Die beliebteste Abgangsgruppe ist das H+-Proton.

51-52. Aromatische elektrophile Substitutionsreaktionen

Für aromatische Systeme gibt es tatsächlich einen Mechanismus der elektrophilen Substitution – SEAr. Der SE1-Mechanismus (ähnlich dem SN1-Mechanismus) ist äußerst selten und SE2 (ähnlich dem SN2-Mechanismus) kommt überhaupt nicht vor.

SEAr-Reaktionsmechanismus oder aromatische elektrophile Substitutionsreaktion (engl. elektrophile aromatische Substitution) ist die häufigste und wichtigste unter den Substitutionsreaktionen aromatischer Verbindungen und besteht aus zwei Stufen. Im ersten Schritt wird das Elektrophil hinzugefügt und im zweiten Schritt wird das Elektrofug abgetrennt.

Während der Reaktion entsteht ein positiv geladenes Zwischenprodukt (in Abbildung 2b). Es wird Ueland-Zwischenprodukt, Aroniumion oder σ-Komplex genannt. Dieser Komplex ist im Allgemeinen sehr reaktiv und lässt sich leicht stabilisieren, wodurch das Kation schnell entfernt wird. Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt in der überwiegenden Mehrheit der SEAr-Reaktionen ist der erste Schritt.

Reaktionsrate = k**

Die angreifenden Spezies sind normalerweise relativ schwache Elektrophile, daher läuft die SEAr-Reaktion in den meisten Fällen unter der Wirkung eines Katalysators – einer Lewis-Säure – ab. Die am häufigsten verwendeten sind AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2.

In diesem Fall ist der Reaktionsmechanismus wie folgt (am Beispiel der Benzolchlorierung, FeCl3-Katalysator):

1. In der ersten Stufe interagiert der Katalysator mit dem angreifenden Partikel und bildet ein aktives elektrophiles Mittel

In der zweiten Stufe wird tatsächlich der SEAr-Mechanismus implementiert

53. Heterocyclische Verbindungen(Heterozyklen) – organische Verbindungen, die Zyklen enthalten, zu denen neben Kohlenstoff auch Atome anderer Elemente gehören. Sie können als carbocyclische Verbindungen mit Heterosubstituenten (Heteroatomen) im Ring betrachtet werden. Am vielfältigsten und am besten untersucht sind aromatische stickstoffhaltige heterozyklische Verbindungen. Grenzfälle heterozyklischer Verbindungen sind Verbindungen, die keine Kohlenstoffatome im Ring enthalten, beispielsweise Pentazol.

Pyrrol- ein aromatischer fünfgliedriger Stickstoffheterozyklus mit schwachen Grundeigenschaften. Enthalten in Knochenöl (das durch Trockendestillation von Knochen gewonnen wird) sowie in Kohlenteer. Pyrrolringe sind Teil von Porphyrinen – pflanzlichem Chlorophyll, Häm von Hämoglobinen und Cytochromen und einer Reihe anderer biologisch wichtiger Verbindungen.

Struktur und Eigenschaften. Pyrrol ist eine farblose Flüssigkeit mit einem Chloroform-ähnlichen Geruch, der an der Luft langsam dunkler wird. Es ist leicht hygroskopisch, leicht wasserlöslich und in den meisten organischen Lösungsmitteln gut löslich. Die Struktur von Pyrrol wurde 1870 von Bayer auf der Grundlage seiner Oxidation vorgeschlagen Chromsäure in Maleimid und seine Entstehung bei der Destillation von Succinimid mit Zinkstaub.

Säure und Metallierung. Pyrrol ist eine schwache NH-Säure (pKa 17,5 in Wasser) und reagiert mit Alkalimetallen und deren Amiden in flüssigem Ammoniak oder inerten Lösungsmitteln, deprotoniert an Position 1 und bildet die entsprechenden Salze. Ähnlich verläuft die Reaktion mit Grignard-Reagenzien, bei der N-Magnesiumsalze entstehen. N-substituierte Pyrrole reagieren mit Butyl und Phenyllithium und metallieren an der α-Position.

54. INDOL (Benzo[b]pyrrol), mol. M. 117,18; farblos Kristalle mit schwachem Naphthalin-Geruch; m.p. 52,5 °C, Kp. 254 °C; d456 1,0718; sublimiert beim Erhitzen. bis 150°C; m 7.03.10-30 Kl.m (Benzol, 25 °C); destilliert mit Wasserdampf, Diethylether und NH3; na ja, sol. in org. Lösungsmittel, heißes Wasser, flüssiges NH3. Das Molekül hat eine flache Konfiguration.

Indol ist eine schwache Base (pKa -2,4). Wenn es protoniert wird, bildet es ein 3H-Indoliumkation (Form I), das bei Wechselwirkung. Mit einem neutralen Molekül ergibt Indol Dimer (II). Als schwache Verbindung (pKa 17) bildet Indol mit Na in flüssigem NH3 N-Natriumindol, mit KOH bei 130°C N-Kaliumindol. Es ist aromatisch. Heilig du. Elektroph. Ersatz geht Kap. arr. an Position 3. Die Nitrierung erfolgt üblicherweise mit Benzoylnitrat, die Sulfonierung mit Pyridinsulfotrioxid, die Bromierung mit Dioxandibromid, die Chlorierung mit SO2Cl2, die Alkylierung mit aktiven Alkylhalogeniden. Die Acetylierung in Essigsäure erfolgt in Gegenwart auch in Position 3. CH3COONa – auf Position 1; 1,3-Diacetylindol entsteht in Essigsäureanhydrid. Indol bindet leicht an die Doppelbindung a,b-ungesättigter Ketone und Nitrile.

Die Aminomethylierung (Mannich-Lösung) erfolgt unter milden Bedingungen in Position 1 und unter harten Bedingungen in Position 3. Eine Substitution in den Benzolring (vorwiegend in den Positionen 4 und 6) erfolgt nur in sauren Umgebungen, wenn Position 3 blockiert ist. H2O2, Persäuren oder im Licht wird Indol zu Indoxyl oxidiert, das dann umgewandelt wird. in Trimer oder Indigo. Eine stärkere Oxidation unter dem Einfluss von O3, MnO2 führt zum Bruch des Pyrrolrings unter Bildung von 2-Formamidobenzaldehyd. Wenn Indol unter milden Bedingungen mit Wasserstoff hydriert wird, wird der Pyrrolring reduziert, und unter härteren Bedingungen wird auch der Benzolring reduziert.

Indol kommt in ätherischen Ölen von Jasmin und Zitrusfrüchten vor und ist Teil von Kam.-ug. Harz. Der Indolring ist ein Fragment wichtiger natürlicher Moleküle. Verbindungen (z. B. Tryptophan, Serotonin, Melatonin, Bufotenin). Typischerweise wird Indol aus der Naphthalinfraktion von Kam.-Ug isoliert. Harz oder durch Dehydrierung von o-Ethylanilin mit letzterem erhalten. Cyclisierung des resultierenden Produkts. Indol und seine Derivate werden auch durch Cyclisierung von Arylhydrazonen von Carbonylverbindungen synthetisiert. (Bezirk Fischer), Interaktion. Arylamine mit a-Halogen- oder a-Hydroxycarbonylverbindungen. (Distrikt Bishler) usw. Der Indolkern ist Teil der Indolalkaloide. Indol selbst ist ein Geruchsfixierer in der Parfümerie; Seine Derivate werden zur Herstellung biologisch aktiver Verbindungen verwendet. (Hormone, Halluzinogene) und Medikamente. Heiraten (z. B. Indopan, Indomethacin).

55. Imidazol- eine organische Verbindung aus der Klasse der Heterocyclen, ein fünfgliedriger Ring mit zwei Stickstoffatomen und drei Kohlenstoffatomen im Ring, isomer zu Pyrazol.

Eigenschaften. In unsubstituiertem Imidazol sind die Positionen 4 und 5 (Kohlenstoffatome) aufgrund der Tautomerie äquivalent. Aromatisch, reagiert mit Diazoniumsalzen (Kombination). Es wird nur in einer sauren Umgebung an Position 4 nitriert und sulfoniert, Halogene treten an Position 2 in einer alkalischen Umgebung und an Position 4 in einer sauren Umgebung ein. Es lässt sich am Imin N leicht alkylieren und acylieren und öffnet bei Wechselwirkung mit Lösungen starker Säuren und Peroxide. Katalysiert die Hydrolyse schwer verseifbarer Ester und Amide von Carbonsäuren.

Auf Basis von Imidazol wird eine Vielzahl unterschiedlicher ionischer Flüssigkeiten hergestellt.

Empfangsmethoden. Von ortho-Phenylendiamin über Benzimidazol und 4,5-Imidazol-Dicarbonsäure.

Die Wechselwirkung von Glyoxal (Oxalaldehyd) mit Ammoniak und Formaldehyd.

Biologische Rolle. Der Imidazolzyklus ist Teil der essentiellen Aminosäure Histidin. Strukturfragment von Histamin, Purinbasen, Dibazol.

56. Pyridin- ein sechsgliedriger aromatischer Heterocyclus mit einem Stickstoffatom, eine farblose Flüssigkeit mit scharfer Säure unangenehmer Geruch; mischbar mit Wasser und organischen Lösungsmitteln. Pyridin ist eine schwache Base, ergibt mit starken Mineralsäuren Salze und bildet leicht Doppelsalze und komplexe Verbindungen.

Quittung. Die Hauptquelle für Pyridin ist Kohlenteer.

Chemische Eigenschaften. Pyridin weist für tertiäre Amine charakteristische Eigenschaften auf: Es bildet N-Oxide, N-Alkylpyridiniumsalze und kann als Sigma-Donorligand fungieren.

Gleichzeitig hat Pyridin offensichtliche aromatische Eigenschaften. Allerdings führt das Vorhandensein eines Stickstoffatoms im Konjugationsring zu einer gravierenden Umverteilung der Elektronendichte, was zu einem starken Rückgang der Aktivität von Pyridin bei elektrophilen aromatischen Substitutionsreaktionen führt. Bei solchen Reaktionen reagieren überwiegend die Metapositionen des Rings.

Pyridin zeichnet sich durch aromatische nukleophile Substitutionsreaktionen aus, die überwiegend an den ortho-para-Positionen des Rings ablaufen. Diese Reaktivität weist auf die elektronenarme Natur des Pyridinrings hin, die in der folgenden Faustregel zusammengefasst werden kann: Die Reaktivität von Pyridin als aromatischer Verbindung entspricht in etwa der Reaktivität von Nitrobenzol.

Anwendung. Es wird bei der Synthese von Farbstoffen, Arzneimitteln und Insektiziden, in der analytischen Chemie, als Lösungsmittel für viele organische und einige anorganische Substanzen sowie zur Denaturierung von Alkohol verwendet.

Sicherheit. Pyridin ist giftig und wirkt sich auf das Nervensystem und die Haut aus.

57. Biologische Rolle. Nikotinsäure ist ein Pyridin-Derivat. Es wird im Magen und Zwölffingerdarm absorbiert und anschließend aminiert, wodurch Nicotinamid entsteht, das im Körper in Verbindung mit Proteinen mehr als 80 Enzyme bildet. Dies ist die wichtigste physiologische Rolle von Vitamin B5. Daher ist Nikotinsäure Teil so wichtiger Redoxenzyme wie der Dehydrogenese, die die Entfernung von Wasserstoff aus oxidierten organischen Substanzen katalysieren. Der so entfernte Wasserstoff wird von diesen Enzymen an Redoxenzyme weitergegeben, zu denen auch Riboflavin gehört. Darüber hinaus werden im Körper von Säugetieren aus Nicotinamid (Niacin) und Nicotinsäure Pyridinnukleotide gebildet, die als Coenzyme NAD und NADP dienen. Ein Mangel an diesen Vorläufern bei Tieren verursacht Pellagra, eine Krankheit, die sich durch Symptome der Haut, des Magen-Darm-Trakts und des Nervensystems (Dermatitis, Durchfall, Demenz) äußert. Als Coenzyme sind NAD und NADP, Niacin-Vorläufer, an vielen durch Dehydrogenasen katalysierten Redoxreaktionen beteiligt. Die biologische Wirkung von Nikotinsäure äußert sich in einer Stimulierung der sekretorischen Funktion des Magens und der Verdauungsdrüsen (bei ihrer Anwesenheit im Magen erhöht sich die Konzentration an freier Salzsäure). Unter dem Einfluss von Vitamin B5 steigt die Glykogenbiosynthese und die Hyperglykämie nimmt ab, die Entgiftungsfunktion der Leber nimmt zu, die Blutgefäße erweitern sich und die Mikrozirkulation im Blut verbessert sich.

Es besteht ein Zusammenhang zwischen Nikotinsäure und schwefelhaltigen Aminosäuren. Eine erhöhte Ausscheidung von Methylnicotinamid im Urin bei Proteinmangel wird durch die Aufnahme schwefelhaltiger Aminosäuren in die Ernährung normalisiert. Gleichzeitig normalisiert sich auch der Gehalt an Phosphopyrinukleotiden in der Leber.

58. Pyrimidin (C4N2H4, Pyrimidin, 1,3- oder m-Diazin, Miazin) ist eine heterozyklische Verbindung mit flachem Molekül, dem einfachsten Vertreter der 1,3-Diazine.

Physikalische Eigenschaften. Pyrimidin besteht aus farblosen Kristallen mit einem charakteristischen Geruch.

Chemische Eigenschaften. Das Molekulargewicht von Pyrimidin beträgt 80,09 g/mol. Pyrimidin weist die Eigenschaften einer schwachen Disäurebase auf, da Stickstoffatome über Donor-Akzeptor-Bindungen Protonen hinzufügen und dadurch eine positive Ladung erhalten können. Die Reaktivität bei elektrophilen Substitutionsreaktionen von Pyrimidin wird aufgrund einer Abnahme der Elektronendichte an den Positionen 2,4,6 verringert, die durch das Vorhandensein von zwei Stickstoffatomen im Ring verursacht wird. Eine Substitution ist nur in Gegenwart elektronenschiebender Substituenten möglich und ist auf die am wenigsten deaktivierte Position 5 gerichtet. Im Gegensatz dazu ist Pyrimidin jedoch gegenüber nukleophilen Reagenzien aktiv, die die Kohlenstoffe 2, 4 und 6 im Ring angreifen.

Quittung. Pyrimidin wird durch Reduktion von halogenierten Pyrimidinderivaten gewonnen. Oder aus 2,4,6-Trichlorpyrimidin, gewonnen durch Behandlung von Barbitursäure mit Phosphorchloroxid.

Pyrimidin-Derivate weit verbreitet in der belebten Natur, wo sie an vielen wichtigen biologischen Prozessen beteiligt sind. Insbesondere Derivate wie Cytosin, Thymin, Uracil sind Bestandteil von Nukleotiden, bei denen es sich um Struktureinheiten handelt Nukleinsäuren Der Pyrimidinkern ist Bestandteil einiger B-Vitamine, insbesondere B1, Coenzyme und Antibiotika.

59. Purin (C5N4H4, Purin)- eine heterozyklische Verbindung, der einfachste Vertreter der Imidazopyrimidine.

Purinderivate spielen eine wichtige Rolle in der Chemie natürlicher Verbindungen (Purinbasen DNA und RNA; Coenzym NAD; Alkaloide, Koffein, Theophyllin und Theobromin; Toxine, Saxitoxin und verwandte Verbindungen; Harnsäure) und daher in Arzneimitteln.

Adenin- stickstoffhaltige Base, Aminoderivat von Purin (6-Aminopurin). Bildet zwei Wasserstoffbrückenbindungen mit Uracil und Thymin (Komplementarität).

Physikalische Eigenschaften. Adenin besteht aus farblosen Kristallen, die bei einer Temperatur von 360–365 °C schmelzen. Es weist ein charakteristisches Absorptionsmaximum (λmax) bei 266 mmk (pH 7) mit einem molaren Extinktionskoeffizienten (εmax) von 13500 auf.

Chemische Formel C5H5N5, Molekulargewicht 135,14 g/mol. Adenin weist grundlegende Eigenschaften auf (pKa1=4,15; pKa2=9,8). Bei der Wechselwirkung mit Salpetersäure verliert Adenin seine Aminogruppe und wird zu Hypoxanthin (6-Hydroxypurin). In wässrigen Lösungen kristallisiert es zu einem kristallinen Hydrat mit drei Wassermolekülen.

Löslichkeit. Es ist in Wasser, insbesondere in heißem Wasser, gut löslich; mit sinkender Wassertemperatur nimmt die Löslichkeit von Adenin darin ab. In Alkohol, Chloroform, Ether sowie in Säuren und Laugen schlecht löslich – unlöslich.

Verbreitung und Bedeutung in der Natur. Adenin ist Teil vieler für lebende Organismen lebenswichtiger Verbindungen, wie zum Beispiel: Adenin, Adenosinphosphotasen, Adenosinphosphorsäuren, Nukleinsäuren, Adeninnukleotide usw. In Form dieser Verbindungen ist Adenin in der lebenden Natur weit verbreitet.

Guanin- Eine stickstoffhaltige Base, ein Aminoderivat von Purin (6-Hydroxy-2-aminopurin), ist ein integraler Bestandteil von Nukleinsäuren. In der DNA bildet es während der Replikation und Transkription drei Wasserstoffbrückenbindungen mit Cytosin (Komplementarität). Zuerst aus Guano isoliert.

Physikalische Eigenschaften. Farbloses, amorphes kristallines Pulver. Schmelzpunkt 365 °C. Eine Lösung von Guanin in HCl fluoresziert. In alkalischen und sauren Umgebungen weist es zwei Absorptionsmaxima (λmax) im ultravioletten Spektrum auf: bei 275 und 248 mmk (pH 2) und 246 und 273 mmk (pH 11).

Chemische Eigenschaften. Chemische Formel - C5H5N5O, Molekulargewicht - 151,15 g/mol. Weist grundlegende Eigenschaften auf, pKa1= 3,3; pKa2= 9,2; pKa3=12,3. Reagiert mit Säuren und Laugen unter Bildung von Salzen.

Löslichkeit. Gut löslich in Säuren und Laugen, schlecht löslich in Ether, Alkohol, Ammoniak und neutralen Lösungen, unlöslich in Wasser .

Qualitative Reaktionen. Zur Bestimmung von Guanin wird es mit Metaphosphorsäure und Pikrinsäure gefällt; mit Diazosulfonsäure in einer Lösung von Na2CO3 ergibt es eine rote Farbe.

Verbreitung in Art und Bedeutung. Bestandteil von Nukleinsäuren.

60. Nukleoside sind Glykosylamine, die eine stickstoffhaltige Base enthalten, die an einen Zucker (Ribose oder Desoxyribose) gebunden ist.

Nukleoside können durch Zellkinasen an der primären Alkoholgruppe des Zuckers phosphoryliert werden, was zur Bildung der entsprechenden Nukleotide führt.

Nukleotide- Phosphorester von Nukleosiden, Nukleosidphosphate. Freie Nukleotide, insbesondere ATP, cAMP, ADP, spielen eine wichtige Rolle bei intrazellulären Energie- und Informationsprozessen und sind außerdem Bestandteile von Nukleinsäuren und vielen Coenzymen.

Nukleotide sind Ester aus Nukleosiden und Phosphorsäuren. Nukleoside wiederum sind N-Glykoside, die ein heterozyklisches Fragment enthalten, das über ein Stickstoffatom an das C-1-Atom eines Zuckerrests gebunden ist.

Die Struktur von Nukleotiden. In der Natur sind die häufigsten Nukleotide β-N-Glykoside von Purinen oder Pyrimidinen und Pentosen – D-Ribose oder D-2-Ribose. Je nach Struktur der Pentose unterscheidet man Ribonukleotide und Desoxyribonukleotide, bei denen es sich um Monomere von Molekülen komplexer biologischer Polymere (Polynukleotide) handelt – RNA bzw. DNA.

Der Phosphatrest in Nukleotiden bildet normalerweise eine Esterbindung mit den 2-Zoll-, 3-Zoll- oder 5-Zoll-Hydroxylgruppen von Ribonukleosiden; im Fall von 2-Zoll-Desoxynukleosiden sind die 3-Zoll- oder 5-Zoll-Hydroxylgruppen verestert.

Verbindungen, die aus zwei Nukleotidmolekülen bestehen, werden Dinukleotide genannt, Verbindungen aus drei werden Trinukleotide genannt und Verbindungen aus drei werden Trinukleotide genannt. kleine Nummer- Oligonukleotide und von vielen - Polynukleotide oder Nukleinsäuren.

Die Namen von Nukleotiden sind Abkürzungen in Form von Standardcodes aus drei oder vier Buchstaben.

Wenn die Abkürzung mit einem Kleinbuchstaben „d“ (englisch d) beginnt, bedeutet sie Desoxyribonukleotid; das Fehlen des Buchstabens „d“ bedeutet Ribonukleotid. Wenn die Abkürzung mit dem Kleinbuchstaben „c“ (englisch c) beginnt, handelt es sich um die zyklische Form des Nukleotids (z. B. cAMP).

Der erste Großbuchstabe der Abkürzung gibt eine bestimmte stickstoffhaltige Base oder Gruppe möglicher Nukleinbasen an, der zweite Buchstabe gibt die Anzahl der Phosphorsäurereste in der Struktur an (M – Mono-, D – Di-, T – Tri-) und Der dritte Großbuchstabe ist immer der Buchstabe F („-phosphate“; englisch P).

Lateinische und russische Codes für Nukleinsäurebasen:

A - A: Adenin; G – G: Guanin; C - C: Cytosin; T - T: Thymin (5-Methyluracil), das nicht in der RNA vorkommt, ersetzt Uracil in der DNA; U - U: Uracil kommt nicht in der DNA vor und ersetzt Thymin in der RNA.

Alle Stoffe, die ein Kohlenstoffatom enthalten, außer Carbonaten, Carbiden, Cyaniden, Thiocyanaten und Kohlensäure, sind organische Verbindungen. Dies bedeutet, dass sie von lebenden Organismen durch enzymatische oder andere Reaktionen aus Kohlenstoffatomen erzeugt werden können. Heutzutage können viele organische Substanzen künstlich synthetisiert werden, was die Entwicklung von Medizin und Pharmakologie sowie die Herstellung hochfester Polymer- und Verbundwerkstoffe ermöglicht.

Klassifizierung organischer Verbindungen

Organische Verbindungen sind die zahlreichste Stoffklasse. Hier gibt es etwa 20 Arten von Substanzen. Sie unterscheiden sich in ihren chemischen Eigenschaften und in ihren physikalischen Eigenschaften. Ihr Schmelzpunkt, Masse, Flüchtigkeit und Löslichkeit sowie Aggregatzustand unter normalen Bedingungen sind auch anders. Unter ihnen:

• Kohlenwasserstoffe (Alkane, Alkine, Alkene, Alkadiene, Cycloalkane, aromatische Kohlenwasserstoffe);
• Aldehyde;
• Ketone;
• Alkohole (zweiwertige, einwertige, mehrwertige);
• Ether;
• Ester;
• Carbonsäuren;
• Amine;
• Aminosäuren;
• Kohlenhydrate;
• Fette;
• Proteine;
• Biopolymere und synthetische Polymere.

Diese Klassifizierung spiegelt die Merkmale der chemischen Struktur und das Vorhandensein spezifischer Atomgruppen wider, die den Unterschied in den Eigenschaften eines bestimmten Stoffes bestimmen. Im Allgemeinen handelt es sich um eine Klassifizierung, die auf der Konfiguration des Kohlenstoffskeletts basiert und dessen Merkmale nicht berücksichtigt chemische Wechselwirkungen, sieht anders aus. Nach seinen Bestimmungen werden organische Verbindungen unterteilt in:

• aliphatische Verbindungen;
• Aromastoffe;
• heterozyklische Substanzen.

Diese Klassen organischer Verbindungen können Isomere in verschiedenen Stoffgruppen aufweisen. Die Eigenschaften von Isomeren sind unterschiedlich, obwohl ihre atomare Zusammensetzung gleich sein kann. Dies ergibt sich aus den Bestimmungen von A. M. Butlerov. Darüber hinaus ist die Theorie der Struktur organischer Verbindungen die leitende Grundlage für alle Forschungen in der organischen Chemie. Es wird auf die gleiche Ebene gestellt wie Mendelejews Periodengesetz.

Das eigentliche Konzept der chemischen Struktur wurde von A. M. Butlerov eingeführt. Es erschien am 19. September 1861 in der Geschichte der Chemie. Zuvor gab es in der Wissenschaft unterschiedliche Meinungen und einige Wissenschaftler leugneten die Existenz von Molekülen und Atomen völlig. Daher gab es in der organischen und anorganischen Chemie keine Ordnung. Darüber hinaus gab es keine Muster, anhand derer man die Eigenschaften bestimmter Substanzen beurteilen konnte. Gleichzeitig gab es Verbindungen, die bei gleicher Zusammensetzung auftraten verschiedene Eigenschaften.

Die Aussagen von A. M. Butlerov haben die Entwicklung der Chemie weitgehend in die richtige Richtung gelenkt und eine sehr solide Grundlage dafür geschaffen. Dadurch war es möglich, die gesammelten Fakten zu systematisieren, nämlich die chemischen oder physikalischen Eigenschaften bestimmter Stoffe, die Muster ihres Eintritts in Reaktionen usw. Dank dieser Theorie wurde sogar die Vorhersage von Wegen zur Herstellung von Verbindungen und des Vorhandenseins einiger allgemeiner Eigenschaften möglich. Und am wichtigsten ist, dass A. M. Butlerov gezeigt hat, dass die Struktur des Moleküls einer Substanz aus der Sicht elektrischer Wechselwirkungen erklärt werden kann.

Logik der Theorie der Struktur organischer Substanzen

Da vor 1861 viele in der Chemie die Existenz eines Atoms oder Moleküls ablehnten, wurde die Theorie organischer Verbindungen zu einem revolutionären Vorschlag für die wissenschaftliche Welt. Und da A. M. Butlerov selbst nur von materialistischen Schlussfolgerungen ausgeht, gelang es ihm, philosophische Vorstellungen über organische Materie zu widerlegen.

Er konnte zeigen, dass die molekulare Struktur experimentell durch chemische Reaktionen erkannt werden kann. Beispielsweise kann die Zusammensetzung eines jeden Kohlenhydrats bestimmt werden, indem man eine bestimmte Menge davon verbrennt und das dabei entstehende Wasser und Kohlendioxid zählt. Die Stickstoffmenge in einem Aminmolekül wird auch während der Verbrennung durch Messung des Gasvolumens und der Freisetzung berechnet chemische Menge molekularer Stickstoff.

Betrachten wir Butlerovs Urteile über die chemische Struktur, abhängig von der Struktur, in umgekehrte Richtung, dann ergibt sich eine neue Schlussfolgerung. Nämlich: Wenn man die chemische Struktur und Zusammensetzung eines Stoffes kennt, kann man seine Eigenschaften empirisch annehmen. Vor allem aber erklärte Butlerov, dass es in der organischen Substanz eine große Anzahl von Substanzen gibt, die unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, aber die gleiche Zusammensetzung haben.

Allgemeine Bestimmungen der Theorie

Aus der Betrachtung und Untersuchung organischer Verbindungen leitete A. M. Butlerov einige der wichtigsten Prinzipien ab. Er kombinierte sie zu einer Theorie, die die Struktur chemischer Substanzen organischen Ursprungs erklärt. Die Theorie lautet wie folgt:

• in Molekülen organischer Substanzen sind Atome in einer streng definierten Reihenfolge miteinander verbunden, die von der Wertigkeit abhängt;
• Die chemische Struktur ist die unmittelbare Reihenfolge, nach der Atome in organischen Molekülen verbunden sind.
• die chemische Struktur bestimmt das Vorhandensein der Eigenschaften einer organischen Verbindung;
• je nach Struktur von Molekülen mit gleicher quantitativer Zusammensetzung können unterschiedliche Eigenschaften des Stoffes auftreten;
• Alle an der Bildung einer chemischen Verbindung beteiligten Atomgruppen beeinflussen sich gegenseitig.

Alle Klassen organischer Verbindungen sind nach den Prinzipien dieser Theorie aufgebaut. Nachdem er den Grundstein gelegt hatte, konnte A. M. Butlerov die Chemie als Wissenschaftsgebiet ausbauen. Er erklärte, dass die Vielfalt dieser Verbindungen dadurch bestimmt werde, dass Kohlenstoff in organischen Substanzen eine Wertigkeit von vier aufweist. Das Vorhandensein vieler aktiver Atomgruppen bestimmt, ob ein Stoff zu einer bestimmten Klasse gehört. Und gerade durch das Vorhandensein bestimmter Atomgruppen (Radikale) entstehen physikalische und chemische Eigenschaften.

Kohlenwasserstoffe und ihre Derivate

Diese organischen Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff sind von allen Stoffen dieser Gruppe die einfachsten in ihrer Zusammensetzung. Sie werden durch eine Unterklasse von Alkanen und Cycloalkanen (gesättigten Kohlenwasserstoffen), Alkenen, Alkadienen und Alkatrienen, Alkinen (ungesättigten Kohlenwasserstoffen) sowie einer Unterklasse aromatischer Substanzen repräsentiert. In Alkanen sind alle Kohlenstoffatome nur miteinander verbunden einzelnes C-C Bindung, wodurch kein einziges H-Atom in die Kohlenwasserstoffzusammensetzung eingebaut werden kann.

In ungesättigten Kohlenwasserstoffen kann an der Stelle der C=C-Doppelbindung Wasserstoff eingebaut werden. Außerdem kann die C-C-Bindung dreifach sein (Alkine). Dadurch können diese Stoffe viele Reaktionen eingehen, bei denen Radikale reduziert oder addiert werden. Zur einfacheren Untersuchung ihrer Reaktionsfähigkeit werden alle anderen Stoffe als Derivate einer der Kohlenwasserstoffklassen betrachtet.

Alkohole

Alkohole sind organische chemische Verbindungen, die komplexer sind als Kohlenwasserstoffe. Sie werden durch enzymatische Reaktionen in lebenden Zellen synthetisiert. Das typischste Beispiel ist die Synthese von Ethanol aus Glucose durch Fermentation.

In der Industrie werden Alkohole aus Halogenderivaten von Kohlenwasserstoffen gewonnen. Durch den Ersatz des Halogenatoms durch eine Hydroxylgruppe entstehen Alkohole. Einwertige Alkohole enthalten nur eine Hydroxylgruppe, mehrwertige Alkohole enthalten zwei oder mehr. Ein Beispiel für einen zweiwertigen Alkohol ist Ethylenglykol. Mehrwertiger Alkohol ist Glycerin. Die allgemeine Formel von Alkoholen lautet R-OH (R ist die Kohlenstoffkette).

Aldehyde und Ketone

Nachdem Alkohole Reaktionen organischer Verbindungen eingehen, die mit der Abstraktion von Wasserstoff aus der Alkoholgruppe (Hydroxylgruppe) verbunden sind, schließt sich die Doppelbindung zwischen Sauerstoff und Kohlenstoff. Wenn diese Reaktion über die Alkoholgruppe am terminalen Kohlenstoffatom verläuft, kommt es zur Bildung eines Aldehyds. Befindet sich das Kohlenstoffatom des Alkohols nicht am Ende der Kohlenstoffkette, ist das Ergebnis der Dehydratisierungsreaktion die Bildung eines Ketons. Die allgemeine Formel der Ketone lautet R-CO-R, der Aldehyde R-COH (R ist der Kohlenwasserstoffrest der Kette).

Ester (einfach und komplex)

Die chemische Struktur organischer Verbindungen dieser Klasse ist kompliziert. Ether gelten als Reaktionsprodukte zwischen zwei Alkoholmolekülen. Wenn ihnen Wasser entzogen wird, entsteht eine Verbindung Probe R-O-R. Reaktionsmechanismus: Abstraktion eines Wasserstoffprotons von einem Alkohol und einer Hydroxylgruppe von einem anderen Alkohol.

Ester sind Reaktionsprodukte zwischen einem Alkohol und einer organischen Carbonsäure. Reaktionsmechanismus: Wasserabspaltung aus der Alkohol- und Kohlenstoffgruppe beider Moleküle. Wasserstoff wird von der Säure (an der Hydroxylgruppe) abgetrennt und die OH-Gruppe selbst wird vom Alkohol abgetrennt. Die resultierende Verbindung wird als R-CO-O-R dargestellt, wobei das Buchen-R die Reste bezeichnet – die verbleibenden Teile der Kohlenstoffkette.

Carbonsäuren und Amine

Carbonsäuren sind spezielle Stoffe, die für die Funktion der Zelle eine wichtige Rolle spielen. Die chemische Struktur organischer Verbindungen ist wie folgt: ein Kohlenwasserstoffrest (R) mit einer daran gebundenen Carboxylgruppe (-COOH). Die Carboxylgruppe kann sich nur am äußersten Kohlenstoffatom befinden, da die Wertigkeit von C in der (-COOH)-Gruppe 4 beträgt.

Amine sind einfachere Verbindungen, die Derivate von Kohlenwasserstoffen sind. Dabei befindet sich an jedem Kohlenstoffatom ein Aminrest (-NH2). Es gibt primäre Amine, bei denen eine Gruppe (-NH2) an einem Kohlenstoff gebunden ist (allgemeine Formel R-NH2). In sekundären Aminen verbindet sich Stickstoff mit zwei Kohlenstoffatomen (Formel R-NH-R). In tertiären Aminen ist Stickstoff an drei Kohlenstoffatome (R3N) gebunden, wobei p ein Rest, eine Kohlenstoffkette, ist.

Aminosäuren

Aminosäuren sind komplexe Verbindungen, die sowohl die Eigenschaften von Aminen als auch von Säuren organischen Ursprungs aufweisen. Abhängig von der Position der Amingruppe im Verhältnis zur Carboxylgruppe gibt es verschiedene Arten davon. Die wichtigsten sind Alpha-Aminosäuren. Dabei befindet sich die Amingruppe am Kohlenstoffatom, an dem die Carboxylgruppe befestigt ist. Dies ermöglicht Ihnen das Erstellen Peptidbindung und Proteine ​​synthetisieren.

Kohlenhydrate und Fette

Kohlenhydrate sind Aldehydalkohole oder Ketoalkohole. Dies sind Verbindungen mit linearer oder zyklischer Struktur sowie Polymere (Stärke, Cellulose und andere). Ihre wichtigste Rolle in der Zelle ist struktureller und energetischer Natur. Fette bzw. Lipide erfüllen die gleichen Funktionen, nur sind sie an anderen beteiligt. biochemische Prozesse. Aus chemischer Sicht ist Fett ein Ester aus organischen Säuren und Glycerin.

Wasserstofftyp:

Solche Formeln ähneln in gewisser Weise modernen. Die Befürworter der Typentheorie betrachteten sie jedoch nicht als Widerspiegelung der tatsächlichen Struktur von Substanzen und schrieben viele verschiedene Formeln für eine Verbindung, abhängig von den chemischen Reaktionen, die sie mit diesen Formeln darzustellen versuchten. Sie hielten die Struktur von Molekülen für grundsätzlich unerkennbar, was sich nachteilig auf die Entwicklung der Wissenschaft auswirkte.

3. Einführung des Begriffs „Isomerie“ durch J. Berzelius im Jahr 1830 für das Phänomen der Existenz von Stoffen gleicher Zusammensetzung mit unterschiedlichen Eigenschaften.

4. Fortschritte in der Synthese organischer Verbindungen, wodurch die Lehre vom Vitalismus, also der „Lebenskraft“, unter deren Einfluss angeblich organische Substanzen im Körper von Lebewesen entstehen, aufgehoben wurde:

1828 synthetisierte F. Wöhler Harnstoff aus einer anorganischen Substanz (Ammoniumcyanat);

Im Jahr 1842 erhielt der russische Chemiker N.N. Zinin Anilin;

1845 synthetisierte der deutsche Chemiker A. Kolbe Essigsäure;

Im Jahr 1854 synthetisierte der französische Chemiker M. Berthelot endlich Fette

Im Jahr 1861 synthetisierte A. M. Butlerov selbst eine zuckerähnliche Substanz.

5. B Mitte des 18. Jahrhunderts V. Die Chemie wird zu einer strengeren Wissenschaft. Als Ergebnis der Arbeiten von E. Frankland und A. Kekule wurde das Konzept der Wertigkeit von Atomen chemischer Elemente etabliert. Kekule entwickelte die Idee der Kohlenstofftetravalenz. Dank Cannizzaros Werken wurden die Konzepte der Atom- und Molekülmassen klarer, ihre Bedeutung und Bestimmungsmethoden wurden geklärt.

Im Jahr 1860 versammelten sich mehr als 140 führende Chemiker aus verschiedenen europäischen Ländern Internationaler Kongress in Karlsruhe. Der Kongress wurde zu einem sehr wichtigen Ereignis in der Geschichte der Chemie: Die Erfolge der Wissenschaft wurden zusammengefasst und die Voraussetzungen für eine neue Etappe in der Entwicklung der organischen Chemie geschaffen – die Entstehung von A. M. Butlerovs Theorie der chemischen Struktur organischer Substanzen (1861). , sowie für die grundlegende Entdeckung von D. I. Mendeleev - Periodisches Gesetz und System der chemischen Elemente (1869).

Im Jahr 1861 hielt A. M. Butlerov auf dem Kongress der Ärzte und Naturwissenschaftler in Speyer einen Bericht „Über den chemischen Aufbau der Körper“. Darin legte er die Grundlagen seiner Theorie der chemischen Struktur organischer Verbindungen dar. Unter der chemischen Struktur verstand der Wissenschaftler die Reihenfolge der Verbindung von Atomen in Molekülen.

Persönliche Qualitäten von A. M. Butlerov

A. M. Butlerov zeichnete sich durch sein enzyklopädisches chemisches Wissen, seine Fähigkeit, Fakten zu analysieren und zu verallgemeinern sowie Vorhersagen zu treffen, aus. Er sagte die Existenz des Butan-Isomers voraus und erhielt es dann sowie das Butylen-Isomer – Isobutylen.

Butlerow Alexander Michailowitsch (1828-1886)

Russischer Chemiker, Akademiker der St. Petersburger Akademie der Wissenschaften (seit 1874). Abschluss an der Universität Kasan (1849). Er arbeitete dort (seit 1857 - Professor, 1860 und 1863 - Rektor). Schöpfer der Theorie der chemischen Struktur organischer Verbindungen, die der modernen Chemie zugrunde liegt. Er begründete die Idee der gegenseitigen Beeinflussung von Atomen in einem Molekül. Die Isomerie vieler organischer Verbindungen vorhergesagt und erklärt. Schrieb „Einführung in vollständiges Studium Organische Chemie“ (1864) – das erste Handbuch der Wissenschaftsgeschichte, das auf der Theorie der chemischen Struktur basiert. Vorsitzender der Chemieabteilung der Russischen Physikalisch-Chemischen Gesellschaft (1878-1882).

A. M. Butlerov gründete die erste Schule organischer Chemiker in Russland, aus der brillante Wissenschaftler hervorgingen: V. V. Markovnikov, D. P. Konovalov, A. E. Favorsky und andere.

Kein Wunder, dass D. I. Mendeleev schrieb: „A. M. Butlerov ist einer der größten russischen Wissenschaftler, er ist sowohl in seiner wissenschaftlichen Ausbildung als auch in der Originalität seiner Werke ein Russe.“

Grundprinzipien der Theorie der Struktur chemischer Verbindungen

Die von A. M. Butlerov in der zweiten Hälfte des letzten Jahrhunderts (1861) aufgestellte Theorie der chemischen Struktur organischer Verbindungen wurde durch die Arbeiten vieler Wissenschaftler, darunter Butlerovs Schüler und er selbst, bestätigt. Es stellte sich heraus, dass auf seiner Grundlage viele Phänomene erklärt werden konnten, die noch nicht interpretiert wurden: Isomerie, Homologie, die Manifestation der Vierwertigkeit von Kohlenstoffatomen in organischen Substanzen. Die Theorie erfüllte auch ihre Vorhersagefunktion: Auf ihrer Grundlage sagten Wissenschaftler die Existenz noch unbekannter Verbindungen voraus, beschrieben ihre Eigenschaften und entdeckten sie.

Also, 1862-1864. A. M. Butlerov untersuchte die Isomerie von Propyl-, Butyl- und Amylalkoholen, bestimmte die Anzahl möglicher Isomere und leitete die Formeln dieser Stoffe ab. Ihre Existenz wurde später experimentell nachgewiesen und einige der Isomere wurden von Butlerov selbst synthetisiert.

Im 20. Jahrhundert. Die Bestimmungen der Theorie der chemischen Struktur chemischer Verbindungen wurden auf der Grundlage neuer Ansichten entwickelt, die sich in der Wissenschaft verbreitet haben: der Theorie der Atomstruktur, der Theorie chemischer Bindungen, Vorstellungen über die Mechanismen chemischer Reaktionen. Derzeit hat diese Theorie universeller Charakter, das heißt, es gilt nicht nur für organische, sondern auch für anorganische Stoffe.

Erster Platz. Atome in Molekülen werden entsprechend ihrer Wertigkeit in einer bestimmten Reihenfolge kombiniert. Kohlenstoff in allen organischen Stoffen und den meisten Anorganische Verbindungen vierwertig.

Offensichtlich lässt sich der letzte Teil der ersten Position der Theorie leicht dadurch erklären, dass sich in Verbindungen die Kohlenstoffatome in einem angeregten Zustand befinden:

a) Vierwertige Kohlenstoffatome können sich miteinander verbinden und unterschiedliche Ketten bilden:

Offen verzweigt
- unverzweigt offen
- geschlossen

b) Die Reihenfolge der Verbindung von Kohlenstoffatomen in Molekülen kann unterschiedlich sein und hängt von der Art der kovalenten chemischen Bindung zwischen Kohlenstoffatomen ab – einfach oder mehrfach (doppelt und dreifach).

Zweiter Platz. Die Eigenschaften von Stoffen hängen nicht nur von ihrer qualitativen und quantitativen Zusammensetzung ab, sondern auch von der Struktur ihrer Moleküle.

Diese Position erklärt das Phänomen der Isomerie. Stoffe mit gleicher Zusammensetzung, aber unterschiedlicher chemischer oder räumlicher Struktur und damit unterschiedlichen Eigenschaften werden als Isomere bezeichnet. Haupttypen der Isomerie:

Strukturisomerie, bei der sich Stoffe in der Reihenfolge der Bindung von Atomen in Molekülen unterscheiden:

1) Isomerie des Kohlenstoffgerüsts

3) Isomerie homologer Reihen (Interklasse)

Räumliche Isomerie, bei der sich die Moleküle von Stoffen nicht in der Reihenfolge der Bindung der Atome, sondern in ihrer Position im Raum unterscheiden: cis-trans-Isomerie (geometrisch).

Diese Isomerie ist charakteristisch für Stoffe, deren Moleküle haben flache Struktur: Alkene, Cycloalkane usw.

Zur räumlichen Isomerie gehört auch die optische (Spiegel-)Isomerie.

Die vier Einfachbindungen um das Kohlenstoffatom sind, wie Sie bereits wissen, tetraedrisch angeordnet. Ist ein Kohlenstoffatom an vier verschiedene Atome oder Gruppen gebunden, so sind unterschiedliche Anordnungen dieser Gruppen im Raum möglich, also zwei räumliche isomere Formen.

Zwei Spiegelbilder der Aminosäure Alanin (2-Aminopropansäure) sind in Abbildung 17 dargestellt.

Stellen Sie sich vor, dass ein Alaninmolekül vor einen Spiegel gestellt wird. Die -NH2-Gruppe befindet sich näher am Spiegel, daher befindet sie sich im Spiegelbild vorne und die -COOH-Gruppe im Hintergrund usw. (siehe Bild rechts). Alanya existiert in zwei räumlichen Formen, die sich bei Überlagerung nicht miteinander verbinden lassen.

Die Universalität der zweiten Position der Theorie der Struktur chemischer Verbindungen bestätigt die Existenz anorganischer Isomere.

So zeigte die erste Synthese organischer Substanzen – die Harnstoffsynthese von Wöhler (1828), dass die anorganische Substanz – Ammoniumcyanat und die organische Substanz – Harnstoff isomer sind:

Wenn man das Sauerstoffatom im Harnstoff durch ein Schwefelatom ersetzt, erhält man Thioharnstoff, der isomer zu Ammoniumthiocyanat ist, einem bekannten Reagens für Fe 3+-Ionen. Offensichtlich führt Thioharnstoff nicht zu dieser qualitativen Reaktion.

Dritter Platz. Die Eigenschaften von Stoffen hängen von der gegenseitigen Beeinflussung von Atomen in Molekülen ab.

Beispielsweise reagiert in Essigsäure nur eines der vier Wasserstoffatome mit einem Alkali. Basierend darauf kann davon ausgegangen werden, dass nur ein Wasserstoffatom an Sauerstoff gebunden ist:

Andererseits können wir aus der Strukturformel der Essigsäure schließen, dass sie ein bewegliches Wasserstoffatom enthält, also einbasisch ist.

Um die Universalität der Position der Strukturtheorie über die Abhängigkeit der Eigenschaften von Stoffen von der gegenseitigen Beeinflussung von Atomen in Molekülen zu überprüfen, die nicht nur in organischen, sondern auch in anorganischen Verbindungen besteht, vergleichen wir die Eigenschaften von Wasserstoffatomen in Wasserstoffverbindungen von Nichtmetallen. Sie haben eine molekulare Struktur und sind unter normalen Bedingungen Gase oder flüchtige Flüssigkeiten. Abhängig von der Position des Nichtmetalls im Periodensystem von D. I. Mendeleev kann man ein Muster in der Änderung der Eigenschaften solcher Verbindungen erkennen:

Methan interagiert nicht mit Wasser. Der Mangel an grundlegenden Eigenschaften von Methan wird durch seine Sättigung erklärt Valenzmöglichkeiten Kohlenstoffatom.

Ammoniak weist grundlegende Eigenschaften auf. Sein Molekül ist aufgrund seiner Anziehungskraft auf das freie Elektronenpaar des Stickstoffatoms in der Lage, ein Wasserstoffion an sich selbst zu binden (Donor-Akzeptor-Mechanismus der Bindungsbildung).

Phosphin PH3 hat schwach ausgeprägte Grundeigenschaften, die mit dem Radius des Phosphoratoms zusammenhängen. Er ist viel größer als der Radius des Stickstoffatoms, daher zieht das Phosphoratom das Wasserstoffatom weniger stark an.

In den Perioden von links nach rechts nehmen die Ladungen der Atomkerne zu, die Radien der Atome nehmen ab, die Abstoßungskraft eines Wasserstoffatoms mit einer teilweise positiven Ladung §+ nimmt zu und damit nehmen die sauren Eigenschaften von Wasserstoffverbindungen von Nichtmetallen zu.

In den Hauptuntergruppen nehmen die Radien der Atome der Elemente von oben nach unten zu, Nichtmetallatome mit 5- schwächer ziehen Wasserstoffatome mit 5+ an, die Stärke von Wasserstoffverbindungen nimmt ab, sie dissoziieren leicht und daher nehmen ihre sauren Eigenschaften zu .

Die unterschiedliche Fähigkeit von Wasserstoffverbindungen von Nichtmetallen, in Lösungen Wasserstoffkationen zu eliminieren oder hinzuzufügen, erklärt sich aus dem ungleichen Einfluss, den das Nichtmetallatom auf die Wasserstoffatome hat.

Der unterschiedliche Einfluss von Atomen in Hydroxidmolekülen, die von Elementen derselben Periode gebildet wurden, erklärt auch die Veränderung ihrer Säure-Base-Eigenschaften.

Die basischen Eigenschaften von Hydroxyloxiden nehmen ab und die sauren nehmen zu, wenn der Oxidationszustand des Zentralatoms zunimmt, also die Energie seiner Bindung an das Sauerstoffatom (8-) und seiner Abstoßung vom Wasserstoffatom (8+). erhöht sich.

Natriumhydroxid NaOH. Da der Radius des Wasserstoffatoms sehr klein ist, wird es vom Sauerstoffatom stärker angezogen und die Bindung zwischen den Wasserstoff- und Sauerstoffatomen ist stärker als zwischen den Natrium- und Sauerstoffatomen. Aluminiumhydroxid Al(0H)3 weist amphotere Eigenschaften auf.

In Perchlorsäure HClO 4 ist das Chloratom mit einer relativ großen positiven Ladung fester an das Sauerstoffatom gebunden und stößt das Wasserstoffatom mit 6+ stärker ab. Die Dissoziation erfolgt je nach Säuretyp.

Hauptrichtungen der Entwicklung der Theorie der Struktur chemischer Verbindungen und ihrer Bedeutung

Zur Zeit von A. M. Butlerov waren empirische (molekulare) und Strukturformeln in der organischen Chemie weit verbreitet. Letztere geben die Reihenfolge der Verbindung der Atome in einem Molekül entsprechend ihrer Wertigkeit wieder, die durch Striche angedeutet ist.

Um die Aufzeichnung zu erleichtern, werden häufig abgekürzte Strukturformeln verwendet, in denen Bindestriche nur die Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen oder Kohlenstoff und Sauerstoff angeben.

Abgekürzte Strukturformeln

Als sich dann das Wissen über die Natur chemischer Bindungen und den Einfluss der elektronischen Struktur von Molekülen organischer Substanzen auf ihre Eigenschaften entwickelte, begannen sie, elektronische Formeln zu verwenden, in denen eine kovalente Bindung herkömmlicherweise durch zwei Punkte bezeichnet wird. Solche Formeln geben oft die Richtung der Verschiebung an Elektronenpaare in einem Molekül.

genau elektronische Struktur Substanzen erklären die mesomeren und induktiven Effekte.

Der Induktionseffekt ist die Verschiebung von Elektronenpaaren von Gammabindungen von einem Atom zum anderen aufgrund ihrer unterschiedlichen Elektronegativität. Bezeichnet mit (->).

Die Induktionswirkung eines Atoms (oder einer Atomgruppe) ist negativ (-/), wenn dieses Atom eine hohe Elektronegativität (Halogene, Sauerstoff, Stickstoff) aufweist, Gammabindungselektronen anzieht und eine teilweise negative Ladung erhält. Ein Atom (oder eine Gruppe von Atomen) hat eine positive induktive Wirkung (+/), wenn es Gammabindungselektronen abstößt. Einige limitierende Radikale (C2H5) besitzen diese Eigenschaft. Erinnern Sie sich an Markownikows Regel darüber, wie Wasserstoff und das Halogen von Halogenwasserstoff an Alkene (Propen) addiert werden, und Sie werden verstehen, dass diese Regel besonderer Natur ist. Vergleichen Sie diese beiden Beispielreaktionsgleichungen:

[[Theorie_der_Struktur_chemischer_Verbindungen_A._M._Butlerov| ]]

In den Molekülen einzelner Stoffe treten gleichzeitig sowohl induktive als auch mesomere Effekte auf. In diesem Fall verstärken sie sich gegenseitig (bei Aldehyden, Carbonsäuren) oder schwächen sich gegenseitig (bei Vinylchlorid).

Das Ergebnis der gegenseitigen Beeinflussung von Atomen in Molekülen ist die Umverteilung der Elektronendichte.

Die Idee der räumlichen Richtung chemischer Bindungen wurde erstmals 1874 von dem französischen Chemiker J. A. Le Bel und dem niederländischen Chemiker J. X. Van't Hoff geäußert. Die Annahmen der Wissenschaftler wurden durch die Quantenchemie vollständig bestätigt. Die Eigenschaften von Stoffen werden maßgeblich durch die räumliche Struktur ihrer Moleküle beeinflusst. Beispielsweise haben wir bereits die Formeln der cis- und trans-Isomere von Buten-2 angegeben, die sich in ihren Eigenschaften unterscheiden (siehe Abb. 16).

Die durchschnittliche Bindungsenergie, die bei der Umwandlung von einer Form in eine andere gebrochen werden muss, beträgt etwa 270 kJ/mol; Bei Raumtemperatur ist keine so große Energiemenge vorhanden. Für den gegenseitigen Übergang von Buten-2-Formen von einer zur anderen ist es notwendig, eine kovalente Bindung aufzubrechen und im Gegenzug eine andere zu bilden. Mit anderen Worten, dieser Prozess ist ein Beispiel für eine chemische Reaktion, und beide diskutierten Formen von Buten-2 sind unterschiedliche chemische Verbindungen.

Sie erinnern sich sicher, dass das wichtigste Problem bei der Kautschuksynthese darin bestand, Kautschuk mit einer stereoregulären Struktur zu erhalten. Es war notwendig, ein Polymer zu schaffen, bei dem die Struktureinheiten in einer strengen Reihenfolge angeordnet sind (Naturkautschuk besteht beispielsweise nur aus cis-Einheiten), da davon eine so wichtige Eigenschaft von Kautschuk wie seine Elastizität abhängt.

Die moderne organische Chemie unterscheidet zwei Haupttypen der Isomerie: strukturelle (Kettenisomerie, Isomerie der Position von Mehrfachbindungen, Isomerie homologer Reihen, Isomerie der Position funktioneller Gruppen) und Stereoisomerie (geometrische oder cis-trans-Isomerie, optische oder Spiegelisomerie). ).

Sie konnten also bestätigen, dass die zweite Position der Theorie der chemischen Struktur, die eindeutig von A. M. Butlerov formuliert wurde, unvollständig war. Aus moderner Sicht bedarf diese Bestimmung einer Ergänzung:
Die Eigenschaften von Stoffen hängen nicht nur von ihrer qualitativen und quantitativen Zusammensetzung ab, sondern auch von:

Chemisch,

Elektronisch,

Raumstruktur.

Die Entwicklung der Theorie der Struktur von Stoffen spielte eine entscheidende Rolle in der Entwicklung der organischen Chemie. Von einer überwiegend deskriptiven Wissenschaft wird sie zu einer kreativen, synthetisierenden Wissenschaft; es wird möglich, die gegenseitige Beeinflussung von Atomen in Molekülen zu beurteilen verschiedene Substanzen(siehe Tabelle 10). Die Strukturtheorie schuf die Voraussetzungen für die Erklärung und Vorhersage verschiedener Arten der Isomerie organischer Moleküle sowie der Richtungen und Mechanismen chemischer Reaktionen.

Basierend auf dieser Theorie schaffen organische Chemiker Stoffe, die natürliche Stoffe nicht nur ersetzen, sondern diese in ihren Eigenschaften deutlich übertreffen. Daher sind synthetische Farbstoffe viel besser und billiger als viele natürliche, beispielsweise Alizarin und Indigo, die in der Antike bekannt waren. Synthesekautschuke mit den unterschiedlichsten Eigenschaften werden in großen Mengen hergestellt. Breite Anwendung Es werden Kunststoffe und Fasern gefunden, deren Produkte in der Technik, im Alltag, in der Medizin und in der Landwirtschaft Verwendung finden.

Die Bedeutung der Theorie der chemischen Struktur von A. M. Butlerov für die organische Chemie kann mit der Bedeutung des Periodengesetzes und des Periodensystems der chemischen Elemente von D. I. Mendeleev für die anorganische Chemie verglichen werden. Nicht umsonst haben beide Theorien in ihrer Entstehungsweise, Entwicklungsrichtung und allgemeinen wissenschaftlichen Bedeutung so viele Gemeinsamkeiten. Allerdings kann man in der Geschichte jeder anderen führenden wissenschaftlichen Theorie (der Theorie von Charles Darwin, der Genetik, der Quantentheorie usw.) solche allgemeinen Stadien finden.

1. Stellen Sie Parallelen zwischen den beiden führenden Theorien der Chemie her – dem Periodengesetz und dem Periodensystem der chemischen Elemente von D. I. Mendeleev und der Theorie der chemischen Struktur organischer Verbindungen von A. M. Butlerov anhand der folgenden Merkmale: gemeinsam in den Räumlichkeiten, gemeinsam in den Richtungen ihrer Entwicklung, die in den prognostischen Rollen üblich sind.

2. Welche Rolle spielte die Theorie der Struktur chemischer Verbindungen bei der Entstehung des Periodengesetzes?

3. Welche Beispiele aus der anorganischen Chemie bestätigen die Universalität der einzelnen Bestimmungen der Theorie der Struktur chemischer Verbindungen?

4. Phosphorige Säure H3PO3 ist eine zweibasige Säure. Schlagen Sie ihre Strukturformel vor und berücksichtigen Sie die gegenseitige Beeinflussung der Atome im Molekül dieser Säure.

5. Schreiben Sie Isomere mit der Zusammensetzung C3H8O. Benennen Sie sie nach systematische Nomenklatur. Bestimmen Sie die Arten der Isomerie.

6. Die folgenden Formeln von Chrom(III)-chlorid-Kristallhydraten sind bekannt: [Cr(H20)6]Cl3; [Cr(H20)5Cl]Cl2 H20; [Cr(H20)4 * C12]Cl 2H2O. Wie würden Sie das beschriebene Phänomen nennen?

Der erste erschien zu Beginn des 19. Jahrhunderts. radikale Theorie(J. Gay-Lussac, F. Wehler, J. Liebig). Radikale sind Atomgruppen, die bei chemischen Reaktionen unverändert von einer Verbindung in eine andere übergehen. Dieses Radikalkonzept ist erhalten geblieben, die meisten anderen Bestimmungen der Radikaltheorie erwiesen sich jedoch als falsch.

Entsprechend Typentheorien(C. Gerard) Alle organischen Substanzen können in Typen unterteilt werden, die bestimmten anorganischen Substanzen entsprechen. Als Vertreter des Wassertyps H-OH galten beispielsweise Alkohole R-OH und Ether R-O-R, bei denen die Wasserstoffatome durch Radikale ersetzt sind. Mit der Typenlehre entstand eine Klassifikation organischer Stoffe, deren Prinzipien teilweise noch heute Anwendung finden.

Die moderne Theorie der Struktur organischer Verbindungen wurde vom herausragenden russischen Wissenschaftler A.M. Butlerow.

Grundprinzipien der Theorie der Struktur organischer Verbindungen von A.M. Butlerow

1. Atome in einem Molekül sind entsprechend ihrer Wertigkeit in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet. Die Wertigkeit des Kohlenstoffatoms in organischen Verbindungen beträgt vier.

2. Die Eigenschaften von Stoffen hängen nicht nur davon ab, welche Atome und in welchen Mengen im Molekül enthalten sind, sondern auch von der Reihenfolge, in der sie miteinander verbunden sind.

3. Atome oder Atomgruppen, aus denen ein Molekül besteht, beeinflussen sich gegenseitig, was die chemische Aktivität und Reaktivität der Moleküle bestimmt.

4. Durch die Untersuchung der Eigenschaften von Stoffen können wir deren chemische Struktur bestimmen.

Die gegenseitige Beeinflussung benachbarter Atome in Molekülen ist die wichtigste Eigenschaft organische Verbindungen. Dieser Einfluss wird entweder über eine Kette einfacher Bindungen oder über eine Kette konjugierter (abwechselnder) Einfach- und Doppelbindungen übertragen.

Klassifizierung organischer Verbindungen basiert auf der Analyse zweier Aspekte der Struktur von Molekülen – der Struktur des Kohlenstoffgerüsts und der Anwesenheit funktioneller Gruppen.

Organische Verbindungen

Kohlenwasserstoffe Heterocyclische Verbindungen

Limit- Beispiellos- Aroma-

effizient praktisch

Aliphatischer Carbocyclus

Ultimatives ungesättigtes Ultimatives ungesättigtes Aroma

(Alkane) (Cycloalkane) (Arenen)

MIT P H 2 P+2 °C P H 2 P MIT P H 2 P -6

Alkene, Polyene und Alkine

MIT P H 2 P Polyine C P H 2 P -2

Reis. 1. Klassifizierung organischer Verbindungen nach der Struktur des Kohlenstoffgerüsts

Klassen von Kohlenwasserstoffderivaten basierend auf dem Vorhandensein funktioneller Gruppen:

Halogenderivate R–Gal: CH 3 CH 2 Cl (Chlorethan), C 6 H 5 Br (Brombenzol);

Alkohole und Phenole R–OH: CH 3 CH 2 OH (Ethanol), C 6 H 5 OH (Phenol);

Thiole R–SH: CH 3 CH 2 SH (Ethanthiol), C 6 H 5 SH (Thiophenol);

Ether R–O–R: CH 3 CH 2 –O–CH 2 CH 3 (Diethylether),

Komplex R–CO–O–R: CH 3 CH 2 COOCH 2 CH 3 (Ethylessigsäure);

Carbonylverbindungen: Aldehyde R–CHO:

Ketone R–СО–R: CH 3 COCH 3 (Propanon), C 6 H 5 COCH 3 (Methylphenylketon);

Carbonsäuren R-COOH: (Essigsäure), (Benzoesäure)

Sulfonsäuren R–SO 3 H: CH 3 SO 3 H (Methansulfonsäure), C 6 H 5 SO 3 H (Benzolsulfonsäure)

Amine R–NH 2: CH 3 CH 2 NH 2 (Ethylamin), CH 3 NHCH 3 (Dimethylamin), C 6 H 5 NH 2 (Anilin);

Nitroverbindungen R–NO 2 CH 3 CH 2 NO 2 (Nitroethan), C 6 H 5 NO 2 (Nitrobenzol);

Organometallische (elementorganische) Verbindungen: CH 3 CH 2 Na (Ethylnatrium).

Man nennt eine Reihe von Verbindungen mit ähnlicher Struktur und ähnlichen chemischen Eigenschaften, bei denen sich einzelne Mitglieder der Reihe nur in der Anzahl der -CH 2 -Gruppen voneinander unterscheiden Homologe serie, und die -CH 2 -Gruppe ist ein homologischer Unterschied . Bei Mitgliedern einer homologen Reihe verläuft die überwiegende Mehrheit der Reaktionen auf die gleiche Weise (mit Ausnahme nur der ersten Mitglieder der Reihe). Wenn man also die chemischen Reaktionen nur eines Mitglieds der Reihe kennt, kann man mit hoher Wahrscheinlichkeit sagen, dass die gleiche Art der Umwandlung auch bei den übrigen Mitgliedern der homologen Reihe auftritt.

Für jede homologe Reihe kann eine allgemeine Formel abgeleitet werden, die die Beziehung zwischen den Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen der Mitglieder dieser Reihe widerspiegelt; so was die Formel heißt allgemeine Formel der homologen Reihe. Ja, S P H 2 P+2 – Formel der Alkane, C P H 2 P+1 OH – aliphatische einwertige Alkohole.

Nomenklatur organischer Verbindungen: triviale, rationale und systematische Nomenklatur. Die Trivialnomenklatur ist eine Sammlung historisch etablierter Namen. Aus dem Namen ist also sofort klar, wo Äpfel-, Bernstein- oder Zitronensäure isoliert wurde, wie Brenztraubensäure gewonnen wurde (Pyrolyse von Traubensäure), Kenner der griechischen Sprache werden leicht erraten, dass Essigsäure etwas Saures und Glycerin süß ist . Als neue organische Verbindungen synthetisiert und die Theorie ihrer Struktur entwickelt wurden, wurden andere Nomenklaturen erstellt, die die Struktur der Verbindung (ihre Zugehörigkeit zu einer bestimmten Klasse) widerspiegelten.

Die rationale Nomenklatur konstruiert den Namen einer Verbindung auf der Grundlage der Struktur einer einfacheren Verbindung (des ersten Mitglieds einer homologen Reihe). CH 3 ER– Carbinol, CH 3 CH 2 ER– Methylcarbinol, CH 3 CH(OH) CH 3 – Dimethylcarbinol usw.

IUPAC-Nomenklatur (systematische Nomenklatur). Gemäß der Nomenklatur der IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) basieren die Namen von Kohlenwasserstoffen und ihren funktionellen Derivaten auf dem Namen des entsprechenden Kohlenwasserstoffs unter Hinzufügung von Präfixen und Suffixen, die dieser homologen Reihe eigen sind.

Um eine organische Verbindung mithilfe der systematischen Nomenklatur korrekt (und eindeutig) zu benennen, müssen Sie:

1) Wählen Sie die längste Folge von Kohlenstoffatomen (Stammstruktur) als Hauptkohlenstoffgerüst und geben Sie ihren Namen an, wobei Sie auf den Grad der Ungesättigtheit der Verbindung achten;

2) identifizieren Alle funktionelle Gruppen, die in der Verbindung vorhanden sind;

3) Stellen Sie fest, welche Gruppe an oberster Stelle steht (siehe Tabelle). Der Name dieser Gruppe wird im Namen der Verbindung in Form eines Suffixes wiedergegeben und am Ende des Namens der Verbindung platziert. alle anderen Gruppen werden im Namen in Form von Präfixen angegeben;

4) nummerieren Sie die Kohlenstoffatome der Hauptkette und geben Sie der höchsten Gruppe die niedrigste Zahl;

5) Listen Sie die Präfixe in alphabetischer Reihenfolge auf (in diesem Fall werden multiplizierende Präfixe Di-, Tri-, Tetra- usw. nicht berücksichtigt);

6) Notieren Sie den vollständigen Namen der Verbindung.

Verbindungsklasse	Funktionsgruppenformel		Suffix oder Endung
Carbonsäuren		Carboxy-	Oic Säure
Sulfonsäuren			Sulfonsäure
Aldehyde
		Hydroxy-
		Mercapto-
	С≡≡С
Halogenderivate	Br, I, F, Cl	Brom-, Jod-, Fluor-, Chlor-	-Bromid, -Iodid, -Fluorid, -Chlorid
Nitroverbindungen

Es ist notwendig, sich daran zu erinnern:

In den Namen von Alkoholen, Aldehyden, Ketonen, Carbonsäuren, Amiden, Nitrilen und Säurehalogeniden folgt das Suffix, das die Klasse definiert, dem Suffix des Ungesättigtheitsgrads: zum Beispiel 2-Butenal;

Verbindungen, die andere funktionelle Gruppen enthalten, werden Kohlenwasserstoffderivate genannt. Die Namen dieser funktionellen Gruppen werden als Präfixe vor den Namen des zugrunde liegenden Kohlenwasserstoffs gesetzt: zum Beispiel 1-Chlorpropan.

Die Namen saurer funktioneller Gruppen, wie Sulfonsäure oder Phosphinsäure, werden nach dem Namen des Kohlenwasserstoffgerüsts platziert: zum Beispiel Benzolsulfonsäure.

Derivate von Aldehyden und Ketonen werden oft nach der zugrunde liegenden Carbonylverbindung benannt.

Ester von Carbonsäuren werden als Derivate der Stammsäuren bezeichnet. Die Endung –oic Acid wird durch –oate ersetzt: Methylpropionat ist beispielsweise der Methylester der Propansäure.

Um anzuzeigen, dass der Substituent an das Stickstoffatom der Grundstruktur gebunden ist, verwenden Sie vor dem Namen des Substituenten den Großbuchstaben N: N-Methylanilin.

Diese. Sie müssen mit dem Namen der Grundstruktur beginnen, für die es unbedingt erforderlich ist, die Namen der ersten 10 Mitglieder der homologen Reihe von Alkanen (Methan, Ethan, Propan, Butan, Pentan, Hexan, Heptan, Oktan, Nonan, Decan). Sie müssen auch die Namen der daraus gebildeten Radikale kennen – in diesem Fall ändert sich die Endung -an in -il.

Betrachten Sie eine Verbindung, die Teil von Arzneimitteln zur Behandlung von Augenkrankheiten ist:

CH 3 – C(CH 3) = CH – CH 2 – CH 2 – C(CH 3) = CH – CHO

Die Grundstruktur ist eine Kette aus 8 Kohlenstoffatomen, darunter eine Aldehydgruppe und beide Doppelbindungen. Acht Kohlenstoffatome sind Oktan. Aber es gibt zwei Doppelbindungen – zwischen dem zweiten und dritten Atom und zwischen dem sechsten und siebten. Eine Doppelbindung - die Endung -an muss durch -en ersetzt werden, es gibt 2 Doppelbindungen, also -dien, also Octadien, und zu Beginn geben wir ihre Position an, indem wir die Atome mit niedrigeren Nummern benennen – 2,6-Octadien. Wir haben uns mit der ursprünglichen Struktur und Unbestimmtheit beschäftigt.

Aber die Verbindung enthält eine Aldehydgruppe, es ist kein Kohlenwasserstoff, sondern ein Aldehyd, also fügen wir das Suffix -al hinzu, ohne Zahl, es ist immer das erste - 2,6-Octadienal.

Weitere 2 Substituenten sind Methylreste am 3. und 7. Atom. Am Ende erhalten wir also: 3,7-Dimethyl-2,6-Octadienal.