وفقا لنظرية بتليروف، يتم تحديد خصائص المواد العضوية. نظرية بنية المركبات العضوية

1. المبادئ الأساسية لنظرية التركيب الكيميائي أ.م. بتليروف

1. ترتبط الذرات الموجودة في الجزيئات ببعضها البعض بتسلسل معين حسب تكافؤها. يُطلق على تسلسل الروابط بين الذرات في الجزيء تركيبه الكيميائي وينعكس بصيغة هيكلية واحدة (صيغة البنية).

2. يمكن تحديد التركيب الكيميائي باستخدام الطرق الكيميائية. (وتستخدم حاليا الأساليب الفيزيائية الحديثة أيضا).

3. تعتمد خصائص المواد على تركيبها الكيميائي.

4. بناءً على خصائص مادة معينة، يمكن للمرء تحديد بنية جزيئها، وبناءً على بنية الجزيء، يمكن التنبؤ بالخصائص.

5. الذرات ومجموعات الذرات الموجودة في الجزيء لها تأثير متبادل على بعضها البعض.

جزيء المركب العضوي عبارة عن مجموعة من الذرات المرتبطة بترتيب معين، عادة بواسطة روابط تساهمية. في هذه الحالة، يمكن أن تختلف الذرات المرتبطة في السالبية الكهربية. تحدد قيم السالبية الكهربية إلى حد كبير خصائص الرابطة المهمة مثل القطبية والقوة (طاقة التكوين). وبدورها فإن قطبية الروابط في الجزيء وقوتها تحدد إلى حد كبير قدرة الجزيء على الدخول في تفاعلات كيميائية معينة.

تعتمد السالبية الكهربية لذرة الكربون على حالة التهجين الخاصة بها. ويرجع ذلك إلى جزء المدار s في المدار الهجين: فهو أقل بالنسبة لـ sp3 وأكثر بالنسبة للذرات الهجينة sp2 و sp.

جميع الذرات التي تشكل الجزيء مترابطة وتتأثر بشكل متبادل. وينتقل هذا التأثير بشكل رئيسي من خلال نظام الروابط التساهمية، وذلك باستخدام ما يسمى بالتأثيرات الإلكترونية.

تسمى التأثيرات الإلكترونية التحولات في كثافة الإلكترون في الجزيء تحت تأثير البدائل.

تحمل الذرات المرتبطة برابطة قطبية شحنات جزئية، يُشار إليها بالحرف اليوناني دلتا (د). الذرة التي "تسحب" كثافة الإلكترون للرابطة s في اتجاهها تكتسب شحنة سالبة d-. عند النظر في زوج من الذرات المرتبطة برابطة تساهمية، فإن الذرة الأكثر سالبية كهربية تسمى متقبل الإلكترون. وبالتالي فإن شريكها في الرابطة s سيكون لديه عجز في كثافة الإلكترون بنفس الحجم، أي. سيتم تسمية الشحنة الموجبة الجزئية d+ بالجهة المانحة للإلكترون.

يسمى تحول كثافة الإلكترون على طول سلسلة من الروابط s بالتأثير الاستقرائي ويشار إليه بـ I.

2. الايزومرية- وجود مركبات (عضوية بشكل رئيسي) متطابقة في التركيب العنصري والوزن الجزيئي ولكنها مختلفة في الخواص الفيزيائية والكيميائية. وتسمى هذه المركبات الايزومرات.

الايزومرية الهيكلية- نتيجة الاختلافات في التركيب الكيميائي. يشمل هذا النوع:

إيزومرية الهيكل الكربوني، بسبب اختلاف ترتيب ذرات الكربون. أبسط مثال هو البيوتان CH3-CH2-CH2-CH3 والأيزوبيوتان (CH3)3CH. أمثلة أخرى: الأنثراسين والفينانثرين (الصيغتان الأولى والثانية، على التوالي)، وسيكلوبوتان وميثيل سيكلوبروبان (الثالثة والرابعة).

إيزومرية التكافؤ هي نوع خاص من الأيزومرية الهيكلية التي يمكن فيها تحويل الأيزومرات إلى بعضها البعض فقط من خلال إعادة توزيع الروابط. على سبيل المثال، أيزومرات التكافؤ للبنزين (V) هي ثنائي سيكلوهيكسا-2،5-دين (VI، "بنزين ديوار")، والبريسمان (VII، "بنزين لادنبورج")، والبنزفالين (VIII).

إيزومرية المجموعة الوظيفية - تختلف في طبيعة المجموعة الوظيفية؛ على سبيل المثال، الإيثانول (CH3-CH2-OH) وثنائي ميثيل الأثير (CH3-O-CH3).

موقف الايزومرية- نوع من الأيزومرية الهيكلية، يتميز باختلاف مواضع المجموعات الوظيفية المتطابقة أو الروابط المزدوجة مع نفس الهيكل الكربوني. مثال: حمض 2-كلوروبوتانويك وحمض 4-كلوروبوتانويك.

المتصاوغات الضوئية (أيزومرات بصرية، أيزومرات مرآة) هي أزواج من الأضداد الضوئية - مواد تتميز بعلامات متضادة ومتساوية في الحجم لدورات مستوى استقطاب الضوء مع هوية جميع الخواص الفيزيائية والكيميائية الأخرى (باستثناء التفاعلات مع غيرها من الخصائص النشطة بصريًا) المواد والخصائص الفيزيائية في البيئة اللولبية). السبب الضروري والكافي لظهور الأضداد الضوئية هو أن الجزيء ينتمي إلى إحدى مجموعات التناظر النقطية التالية: Cn، Dn، T، O أو I (chirality). نتحدث في أغلب الأحيان عن ذرة كربون غير متماثلة، أي ذرة متصلة بأربعة بدائل مختلفة.

3. sp³- التهجين -يحدث عندما يتم خلط مدارات s وثلاث مدارات p. تظهر أربع مدارات متطابقة، تقع بالنسبة لبعضها البعض بزوايا رباعية السطوح تبلغ 109° 28' (109.47°)، بطول 0.154 نانومتر.

بالنسبة لذرة الكربون وعناصر الدورة الثانية الأخرى تتم هذه العملية وفق المخطط التالي:

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

الألكانات(هيدروكربونات مشبعة، برافينات، مركبات أليفاتية) - هيدروكربونات لا حلقية ذات بنية خطية أو متفرعة، تحتوي على روابط بسيطة فقط وتشكل سلسلة متماثلة لها الصيغة العامة CnH2n+2 .التركيب الكيميائي للألكاين(ترتيب ارتباط الذرات في الجزيئات) لأبسط الألكانات - الميثان والإيثان والبروبان - يظهر من خلال صيغها الهيكلية الواردة في القسم 2. ومن هذه الصيغ يتضح أن هناك نوعين من الروابط الكيميائية في الألكانات:

س-س و س-ن. الرابطة CC هي رابطة تساهمية غير قطبية. الرابطة C-H تساهمية، ضعيفة القطبية، لأنها الكربون والهيدروجين متقاربان في السالبية الكهربية

مدار p لا يشارك في التهجين، ويقع بشكل عمودي على المستوى σ السندات، يستخدم لتكوين روابط π مع الذرات الأخرى. تتميز هندسة الكربون هذه بخصائص الجرافيت والفينول وما إلى ذلك.

زاوية السندات- الزاوية التي تشكلها اتجاهات الروابط الكيميائية الصادرة من الذرة الواحدة. معرفة زوايا الرابطة ضرورية لتحديد هندسة الجزيئات. تعتمد زوايا الرابطة على الخصائص الفردية للذرات المرتبطة وعلى تهجين المدارات الذرية للذرة المركزية. بالنسبة للجزيئات البسيطة، يمكن حساب زاوية الرابطة، مثل المعلمات الهندسية الأخرى للجزيء، باستخدام طرق كيمياء الكم. يتم تحديدها تجريبيا من قيم لحظات القصور الذاتي للجزيئات التي تم الحصول عليها عن طريق تحليل أطيافها الدورانية (انظر التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء، الأطياف الجزيئية، التحليل الطيفي بالموجات الدقيقة). يتم تحديد زاوية الرابطة للجزيئات المعقدة عن طريق طرق التحليل الهيكلي للحيود.

4. تهجين sp2 (مستو ثلاثي)يمتزج مدار واحد s واثنين من مدارات p لتكوين ثلاثة مدارات هجينة مكافئة sp2 تقع في نفس المستوى بزاوية 120 درجة (مظللة باللون الأزرق). يمكنهم تشكيل ثلاث روابط σ. يظل المدار p الثالث غير مهجن وموجه بشكل عمودي على مستوى موقع المدارات الهجينة. ويشارك هذا p-AO في تكوين رابطة π . بالنسبة لعناصر الفترة الثانية، تتم عملية تهجين sp2 وفقًا للمخطط التالي:

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

حالة التكافؤ الثانية لذرة الكربون.هناك مواد عضوية لا ترتبط فيها ذرة الكربون بأربع ذرات، بل بثلاث ذرات مجاورة، مع بقائها رباعية التكافؤ

5. س التهجين (الخطي)مزيج مداري واحد s وواحد p لتكوين مدارين متساويين sp يقعان بزاوية 180 درجة، أي. على محور واحد. وتشارك المدارات sp الهجينة في تكوين رابطتين σ. المداران p غير مهجنين ويقعان في طائرات متعامدة بشكل متبادل. - تشكل المدارات رابطتين π في المركبات.

بالنسبة لعناصر الفترة الثانية، يحدث التهجين sp وفقًا للمخطط التالي:

2s + 2px = 2 (2sp)

2py- و2pz-AO لا يتغيران.

الأسيتيلين- الهيدروكربونات غير المشبعة C2H2. لديه رابطة ثلاثية بين ذرات الكربون، وينتمي إلى فئة الألكينات

يتم تهجين ذرات الكربون في الأسيتيلين. وهي متصلة برابط واحد أو اثنين كحد أقصى. والتي تقع كثافتها في منطقتين متعامدتين بشكل متبادل لتشكل شكلًا أسطوانيًا. سحابة كثافة الإلكترون خارجها توجد ذرات H.

ميثيل أسيتيلين(البروبين، الأليلين) CH3C=CH. حسب الكيمياء Holy M. هو ممثل نموذجي لهيدروكربونات الأسيتيلين. يدخل بسهولة إلى Electroph.، nucleoph. والجمع الجذري في الرابطة الثلاثية، على سبيل المثال. عند التفاعل مع الميثانول يشكل إيثر إيزوبروبينيل الميثيل.

6. أنواع الاتصالات -الرابطة المعدنية، الرابطة التساهمية، الرابطة الأيونية، الرابطة الهيدروجينية

الرابطة الأيونية- رابطة كيميائية قوية تتكون بين الذرات مع اختلاف كبير في السالبية الكهربية، حيث ينتقل زوج الإلكترون المشترك بالكامل إلى الذرة ذات السالبية الكهربية الأعلى. ومن الأمثلة على ذلك مركب CsF، حيث تبلغ "درجة الأيونية" 97٪.

حالة متطرفة من استقطاب الرابطة التساهمية القطبية. تتشكل بين المعدن النموذجي وغير المعدني. في هذه الحالة، يتم نقل الإلكترونات من المعدن بالكامل إلى اللافلز. تتشكل الأيونات.

إذا تم تكوين رابطة كيميائية بين ذرات لها اختلاف كبير جدًا في السالبية الكهربية (EO> 1.7 وفقًا لبولينج)، فسيتم نقل زوج الإلكترون المشترك بالكامل إلى الذرة ذات EO الأعلى. والنتيجة هي تكوين مركب من الأيونات المشحونة بشكل معاكس.

الرابطة التساهمية(الرابطة الذرية، الرابطة المثلية القطبية) - رابطة كيميائية تتكون من تداخل (مشاركة) زوج من السحب الإلكترونية التكافؤية. تسمى السحب الإلكترونية (الإلكترونات) التي توفر الاتصال بزوج الإلكترون المشترك.

تتكون الرابطة التساهمية البسيطة من إلكترونين تكافؤ غير متزاوجين، واحد من كل ذرة:

نتيجة للتنشئة الاجتماعية، تشكل الإلكترونات مستوى طاقة ممتلئ. يتم تشكيل الرابطة إذا كان إجمالي طاقتها عند هذا المستوى أقل مما كانت عليه في الحالة الأولية (ولن يكون الفرق في الطاقة أكثر من طاقة الرابطة).

ملء المدارات الذرية (عند الحواف) والجزيئية (في الوسط) في جزيء H2 بالإلكترونات. يتوافق المحور الرأسي مع مستوى الطاقة، ويتم الإشارة إلى الإلكترونات بواسطة أسهم تعكس دورانها.

وفقًا لنظرية المدارات الجزيئية، فإن تداخل مدارين ذريين يؤدي، في أبسط الحالات، إلى تكوين مدارين جزيئيين (MO): مدار ترابط MO ومدار مضاد (antibonding) MO. توجد الإلكترونات المشتركة على رابطة الطاقة المنخفضة MO.

7. الألكانات- هيدروكربونات لا حلقية ذات بنية خطية أو متفرعة، تحتوي على روابط بسيطة فقط وتشكل سلسلة متماثلة لها الصيغة العامة CnH2n+2.

الألكانات عبارة عن هيدروكربونات مشبعة وتحتوي على أكبر عدد ممكن من ذرات الهيدروجين. كل ذرة كربون في جزيئات الألكان تكون في حالة تهجين sp³ - جميع المدارات الأربعة الهجينة لذرة C متساوية في الشكل والطاقة، ويتم توجيه 4 سحب إلكترونية إلى رؤوس رباعي الأسطح بزوايا 109°28". روابط أحادية بين ذرات C، دوران حر حول رابطة الكربون، نوع رابطة الكربون هو رابطة σ، الروابط منخفضة القطبية وضعيفة الاستقطاب، طول رابطة الكربون 0.154 نانومتر.

ترجع ايزومرية الهيدروكربونات المشبعة إلى أبسط نوع من الايزومرية الهيكلية - ايزومرية الهيكل العظمي الكربوني. متماثلالفرق - -CH2-. الألكانات التي تحتوي على أكثر من ثلاث ذرات كربون لها أيزومرات. ويزداد عدد هذه الأيزومرات بمعدل هائل مع زيادة عدد ذرات الكربون. بالنسبة للألكانات التي يكون عددها n = 1...12، فإن عدد الأيزومرات هو 1، 1، 1، 2، 3، 5، 9، 18، 35، 75، 159، 355.

التسميات -عاقِل. يتم اختيار إحدى ذرات سلسلة الكربون، وتعتبر مستبدلة بالميثان، ويطلق عليها اسم alkyl1alkyl2alkyl3alkyl4methane

إيصال. تخفيض الألكانات المهلجنة. تقليل الكحوليات. الحد من مركبات الكربونيل. هدرجة الهيدروكربونات غير المشبعة. توليف كولبي. تغويز الوقود الصلب. رد فعل ويرتز. توليف فيشر تروبش.

8. الألكاناتلديهم نشاط كيميائي منخفض. ويفسر ذلك حقيقة أن روابط C-H وCC الفردية قوية نسبيًا ويصعب كسرها.

تفاعلات الاستبدال الجذرية.

هلوجين الألكاناتالعائدات من خلال آلية جذرية. لبدء التفاعل، يجب تشعيع خليط الألكان والهالوجين بالأشعة فوق البنفسجية أو تسخينه. لا تتوقف كلورة الميثان عند مرحلة الحصول على كلوريد الميثيل (إذا تم أخذ كميات متساوية من الكلور والميثان)، ولكنها تؤدي إلى تكوين جميع المنتجات البديلة الممكنة، من كلوريد الميثيل إلى رابع كلوريد الكربون.

النتروجين (تفاعل كونوفالوف)

تتفاعل الألكانات مع محلول 10% من حمض النيتريك أو أكسيد النيتروجين N2O4 في الطور الغازي لتكوين مشتقات النيترو:

RH + HNO3 = RNO2 + H2O

تشير جميع البيانات المتاحة إلى آلية الجذور الحرة. نتيجة للتفاعل، يتم تشكيل مخاليط المنتجات.

تفاعلات الأكسدة. الإحتراق

الخاصية الكيميائية الرئيسية للهيدروكربونات المشبعة، والتي تحدد استخدامها كوقود، هي تفاعل الاحتراق. مثال:CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

وفي حالة نقص الأكسجين يتم إنتاج أول أكسيد الكربون أو الفحم بدلا من ثاني أكسيد الكربون (حسب تركيز الأكسجين).

بشكل عام، يمكن كتابة معادلة تفاعل الاحتراق لأي هيدروكربون، CxHy، على النحو التالي: CxHy + (x + 0.5y)O2 → xCO2 + 0.5yH2O

الأكسدة الحفزية

يمكن أن تتشكل الكحوليات والألدهيدات والأحماض الكربوكسيلية.

التحولات الحرارية للألكانات. تقسيم

تحدث تفاعلات التحلل فقط تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة. تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى تمزق روابط الكربون وتكوين الجذور الحرة.

أمثلة: CH4 → C + 2H2 (t > 1000 درجة مئوية)؛ C2H6 → 2C + 3H2

تكسير

عند تسخينها فوق 500 درجة مئوية، تخضع الألكانات للتحلل الحراري لتكوين خليط معقد من المنتجات، يعتمد تركيبها ونسبتها على درجة الحرارة وزمن التفاعل.

نزع الهيدروجين

تشكيل الألكين وتطور الهيدروجين

ظروف التدفق: 400 - 600 درجة مئوية، المحفزات - Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3;C2H6 → C2H4 + H2

الأيزومرية -تحت تأثير المحفز (على سبيل المثال، AlCl3)، تحدث أيزومرة الألكان، على سبيل المثال:

يتم تحويل البيوتان (C4H10) المتفاعل مع كلوريد الألومنيوم (AlCl3) من n-بيوتان إلى 2-ميثيل بروبان.

تحويل الميثان

CH4 + H2O → CO + H2 - محفز النيكل ("CO + H2" "الغاز الاصطناعي")

لا تتفاعل الألكانات مع برمنجنات البوتاسيوم (KMnO4) وماء البروم (Br2).

9. الألكينات(بخلاف ذلك الأوليفينات أو هيدروكربونات الإيثيلين) عبارة عن هيدروكربونات لا حلقية غير مشبعة تحتوي على رابطة مزدوجة واحدة بين ذرات الكربون، وتشكل سلسلة متماثلة لها الصيغة العامة CnH2n. تكون ذرات الكربون في الرابطة المزدوجة في حالة تهجين sp² ولها زاوية رابطة قدرها 120 درجة. أبسط الألكين هو الإيثين (C2H4). وفقًا لتسميات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC)، يتم تشكيل أسماء الألكينات من أسماء الألكانات المقابلة لها عن طريق استبدال اللاحقة "-ane" بـ "-ene"؛ تتم الإشارة إلى موضع الرابطة المزدوجة برقم عربي.

الألكينات التي تحتوي على أكثر من ثلاث ذرات كربون لها أيزومرات. تتميز الألكينات بالايزومرية للهيكل الكربوني، ومواضع الروابط المزدوجة، والطبقات البينية والمكانية. الإيثين (الإيثيلين) C2H4، البروبين C3H6، البيوتين C4H8، البنتين C5H10، الهكسين C6H12،

طرق الحصول على الألكينات -الطريقة الصناعية الرئيسية لإنتاج الألكينات هي التكسير التحفيزي وارتفاع درجة الحرارة لهيدروكربونات النفط والغاز الطبيعي. لإنتاج ألكينات أقل، يتم أيضًا استخدام تفاعل الجفاف للكحولات المقابلة.

في الممارسة المخبرية، عادة ما يتم استخدام طريقة تجفيف الكحوليات في وجود أحماض معدنية قوية، وإزالة الهالوجين وإزالة الهالوجين من مشتقات الهالوجين المقابلة؛ توليفات هوفمان وتشوجاييف وفيتيج وكوب.

10. الخواص الكيميائية للألكيناتالألكينات نشطة كيميائيا. يتم تحديد خواصها الكيميائية إلى حد كبير من خلال وجود رابطة مزدوجة. التفاعلات الأكثر شيوعًا للألكينات هي الإضافة الكهربية وتفاعلات الإضافة الجذرية. تتطلب تفاعلات الإضافة المحبة للنواة عادة وجود محب للنواة قوي وهي ليست نموذجية بالنسبة للألكينات.

تتميز الألكينات أيضًا بتفاعلات الإضافة الحلقية والإبدال.

تخضع الألكينات بسهولة لتفاعلات الأكسدة، ويتم هدرجتها بواسطة عوامل اختزال قوية أو هيدروجين تحت تأثير محفزات الألكانات، كما أنها قادرة على استبدال جذري أليلي.

تفاعلات الإضافة الكهربية.في هذه التفاعلات، يكون الجسيم المهاجم محبًا للإلكترونات

هالوجين الألكينات، الذي يحدث في غياب محفزات التفاعل الجذري، هو تفاعل إضافة إلكتروفيلي نموذجي. يتم تنفيذه في بيئة المذيبات الخاملة غير القطبية (على سبيل المثال: CCl4):

يكون تفاعل الهلجنة مجسمًا، حيث تحدث الإضافة على جوانب متقابلة بالنسبة لمستوى جزيء الألكين

الهلجنة الهيدروجينية.تتم الإضافة الكهربية لهاليدات الهيدروجين إلى الألكينات وفقًا لقاعدة ماركوفنيكوف:

الهيدروبور.وتحدث الإضافة على خطوات متعددة مع تكوين مركب دوري منشط متوسط، وتحدث إضافة البورون خلافا لقاعدة ماركوفنيكوف - إلى ذرة الكربون الأكثر هدرجة

الترطيب.تتم إضافة الماء إلى الألكينات في وجود حمض الكبريتيك

الألكلة.إن إضافة الألكانات إلى الألكينات في وجود محفز حمضي (HF أو H2SO4) عند درجات حرارة منخفضة يؤدي إلى تكوين هيدروكربون ذو وزن جزيئي أعلى وغالبا ما يستخدم في الصناعة

11. الألكينات(وإلا هيدروكربونات الأسيتيلين) هي هيدروكربونات تحتوي على رابطة ثلاثية بين ذرات الكربون، مع الصيغة العامة CnH2n-2. تكون ذرات الكربون الموجودة في الرابطة الثلاثية في حالة تهجين sp.

تتميز الألكينات بتفاعلات الإضافة. على عكس الألكينات، التي تخضع لتفاعلات إضافة محبة للإلكترونات، يمكن أن تخضع الألكينات أيضًا لتفاعلات إضافة محبة للنواة. ويرجع ذلك إلى الطابع الهام للرابطة، ونتيجة لذلك، زيادة السالبية الكهربية لذرة الكربون. بالإضافة إلى ذلك، فإن الحركة العالية لذرة الهيدروجين عند الرابطة الثلاثية تحدد الخواص الحمضية للألكينات في تفاعلات الاستبدال.

الصناعية الرئيسية طريقة الحصول علىالأسيتيلين هو تكسير كهربائي أو حراري للميثان، والتحلل الحراري للغاز الطبيعي وطريقة الكربيد

12. ديين الهيدروكربونات(دين) وهي هيدروكربونات غير مشبعة لها رابطتين مزدوجتين. اليفاتيتش. دعا دينيس СnН2n_2 القلديات، الحلقية СnН2n_4 - cycloalkadienes. يناقش المقال هيدروكربونات الديين ذات الروابط المزدوجة المترافقة [داينات مترافقة؛ انظر الجدول]. ديين مع روابط مزدوجة معزولة وفقا للكيمياء. مقدس لك في المقام الأول لا يختلف عن الأوليفينات. حول الاتصال مع الروابط المزدوجة المتراكمة، انظر ألينز. في الهيدروكربونات ديين، جميع ذرات الكربون الأربع في النظام المترافق لها تهجين sp2 وتقع في نفس المستوى. تتحد أربعة إلكترونات p (واحد من كل ذرة كربون) لتشكل أربعة مدارات جزيئية p (اثنين من الترابط - مشغولين واثنان مضادان - خاليان)، حيث يتم إلغاء تمركز أقلها فقط على جميع ذرات الكربون. يؤدي إلغاء التمركز الجزئي للإلكترونات p إلى تأثير الاقتران، والذي يتجلى في انخفاض طاقة النظام (بمقدار 13-17 كيلو جول/مول مقارنة بنظام الروابط المزدوجة المعزولة)، ومعادلة المسافات بين الذرات: الروابط المزدوجة أطول قليلاً ( 0.135 نانومتر)، والروابط المفردة أقصر (0.146 نانومتر) مما هي عليه في الجزيئات بدون اقتران (0.133 و 0.154 نانومتر، على التوالي)، وزيادة الاستقطاب، وتمجيد الانكسار الجزيئي، وما إلى ذلك فيزيائيًا. تأثيرات. توجد هيدروكربونات ديين في شكلين يتحولان إلى بعضهما البعض، حيث يكون شكل s-trans أكثر استقرارًا

13. الكحولياتهي مركبات تحتوي على مجموعة هيدروكسيل واحدة أو أكثر. وفقًا لعددها ، تنقسم الكحولات إلى أحادية الهيدرات ، وثنائية الذرة ، وثلاثية الذرة ، وما إلى ذلك. أطوال الروابط وزوايا الروابط في كحول الميثيل.

بالنسبة للكحوليات، هناك عدة طرق لتسميتها. في تسميات IUPAC الحديثة، تتم إضافة النهاية "ol" إلى اسم الهيدروكربون لاسم الكحول. يتم ترقيم أطول سلسلة تحتوي على المجموعة الوظيفية OH من النهاية التي تكون مجموعة الهيدروكسيل أقرب إليها، ويتم تحديد البدائل ببادئة.

إيصال. تمييه الألكينات.عندما تتفاعل الألكينات مع المحاليل المائية المخففة للأحماض، فإن المنتج الرئيسي هو الكحول.

هيدروكسي الزئبق - إزالة الزئبق من الألكينات. لا يصاحب هذا التفاعل إعادة ترتيب ويؤدي إلى تكوين كحولات فردية. يتوافق اتجاه التفاعل مع قاعدة ماركوفنيكوف؛ ويتم التفاعل في ظل ظروف معتدلة مع عوائد قريبة من الكمية.

هيدروبورية الألكينات والأكسدة اللاحقةيؤدي محلول البورانات مع بيروكسيد الهيدروجين في وسط قلوي في النهاية إلى المنتج المضاد لماركوفنيكوف المتمثل في إضافة الماء إلى الرابطة المزدوجة.

اختزال الألدهيدات والكيتونات باستخدام هيدريد ألومنيوم الليثيوم أو بوروهيدريد الصوديوم

يقوم LiAlH4 وNaBH4 باختزال الألدهيدات إلى كحولات أولية، والكيتونات إلى كحولات ثانوية، ويفضل بوروهيدريد الصوديوم نظرًا لسلامته الأكبر في التعامل: يمكن استخدامه حتى في المحاليل المائية والكحولية. يتفاعل هيدريد ألومنيوم الليثيوم بشكل انفجاري مع الماء والكحول ويتحلل بشكل انفجاري عند تسخينه فوق 120 درجة في الحالة الجافة.

اختزال الاسترات والأحماض الكربوكسيلية إلى كحولات أولية.تتشكل الكحولات الأولية عن طريق اختزال الاسترات والأحماض الكربوكسيلية مع هيدريد ألومنيوم الليثيوم في الأثير أو THF. تعتبر طريقة تقليل الاسترات باستخدام هيدريد ألومنيوم الليثيوم ملائمة بشكل خاص من الناحية التحضيرية. تجدر الإشارة إلى أن بوروهيدريد الصوديوم لا يقلل من مجموعات الإستر والكربوكسيل. وهذا يسمح بالتخفيض الانتقائي لمجموعة الكربونيل مع NaBH4 في وجود مجموعات الإستر والكربوكسيل. نادراً ما تقل عائدات منتجات الاسترداد عن 80٪. بوروهيدريد الليثيوم، على عكس NaBH4، يختزل الاسترات إلى كحولات أولية.

14. كحولات متعددة الهيدرات. الجلسرين- مركب كيميائي له الصيغة HOCH2CH(OH)-CH2OH أو C3H5(OH)3. أبسط ممثل للكحولات ثلاثية الهيدريك. وهو سائل شفاف لزج. يتم تشكيله بسهولة عن طريق التحلل المائي للدهون والزيوت الطبيعية (النباتية أو الحيوانية) (الدهون الثلاثية)، وقد تم الحصول عليه لأول مرة بواسطة كارل شيل في عام 1779 أثناء تصبن الدهون.

الخصائص الفيزيائية. الجلسرين- سائل عديم اللون، لزج، استرطابي، قابل للذوبان في الماء بشكل لا نهائي. طعمها حلو ولهذا سميت (جليكوس – حلو). يذوب العديد من المواد بشكل جيد.

الخواص الكيميائيةيعتبر الجلسرين نموذجيًا للكحوليات متعددة الهيدرات، حيث يؤدي تفاعل الجلسرين مع هاليدات الهيدروجين أو هاليدات الفوسفور إلى تكوين أحادي وثنائي هالوهيدرين، ويتم استرة الجلسرين مع الأحماض الكربوكسيلية والمعدنية لتكوين الاسترات المقابلة. وهكذا، مع حمض النيتريك، يشكل الجلسرين ثلاثي النترات - النتروجليسرين (الذي تم الحصول عليه في عام 1847 من قبل أسكانيو سوبريرو)، والذي يستخدم حاليا في إنتاج البارود الذي لا يدخن.

عندما يجفف فإنه يشكل الأكرولين:

HOCH2CH(OH)-CH2OH H2C=CH-CHO + 2 H2O،

أثلين كلايكول، H O—CH2—CH2—OH هو أبسط ممثل للكحولات متعددة الهيدرات. عند تنقيته، يكون سائلًا شفافًا عديم اللون ذو قوام زيتي قليلًا. إنه عديم الرائحة وله طعم حلو. سامة. يمكن أن يؤدي تناول جلايكول الإيثيلين أو محاليله إلى تغيرات لا رجعة فيها في الجسم والموت.

في الصناعة: جلايكول الإثيلين يتم الحصول عليها عن طريق الترطيبأكسيد الإيثيلين عند 10 ضغط جوي و190-200 درجة مئوية أو عند 1 ضغط جوي و50-100 درجة مئوية في وجود 0.1-0.5% حمض الكبريتيك (أو الفوسفوريك)، يصل إلى 90%. المنتجات الثانوية هي ثنائي إيثيلين جليكول، ثلاثي إيثيلين جليكول وكمية صغيرة من متجانسات البوليمر الأعلى من إيثيلين جليكول.

15. الألدهيدات- كحول خالي من الهيدروجين. مركبات عضوية تحتوي على مجموعة الكربونيل (C=O) مع بديل واحد.

الألدهيدات والكيتونات متشابهة جدًا، والفرق هو أن الأخيرة لها بديلان في مجموعة الكربونيل. يسمح لنا استقطاب الرابطة المزدوجة بين الكربون والأكسجين وفقًا لمبدأ الاقتران الميزوميري بكتابة هياكل الرنين التالية:

تم تأكيد فصل الشحنة هذا من خلال طرق البحث الفيزيائي ويحدد إلى حد كبير تفاعل الألدهيدات باعتبارها محبة للكهرباء. بشكل عام، الخواص الكيميائية للألدهيدات تشبه الكيتونات، ومع ذلك، تظهر الألدهيدات نشاطًا أكبر، والذي يرتبط بزيادة استقطاب الروابط. بالإضافة إلى ذلك، تتميز الألدهيدات بتفاعلات ليست من سمات الكيتونات، على سبيل المثال، الماء في محلول مائي: في الميثانال، بسبب الاستقطاب الأكبر، تكون الرابطة كاملة، وفي الألدهيدات الأخرى تكون الرابطة جزئية:

RC(O)H → RC(OH)2H، حيث R هي H، أي جذري ألكيل أو أريل.

أبسط الألدهيدات لها رائحة مميزة حادة (على سبيل المثال، البنزالديهيد له رائحة اللوز).

تحت تأثير الهيدروكسيلامين تتحول إلى أوكسيمات: CH3CHO + NH2OH = CH3C(=NOH)H + H2O

الفورمالديهايد (من اللاتينية فورميكا - النمل)، ألدهيد الفورميك, CH2O،العضو الأول في سلسلة الألدهيدات الأليفاتية المتماثلة؛ غاز عديم اللون ذو رائحة نفاذة، شديد الذوبان في الماء والكحول، نقطة الغليان - 19 درجة مئوية. في الصناعة، يتم إنتاج الفوسفور عن طريق أكسدة كحول الميثيل أو الميثان مع الأكسجين الجوي. F. يتبلمر بسهولة (خاصة عند درجات حرارة تصل إلى 100 درجة مئوية)، لذلك يتم تخزينه ونقله واستخدامه بشكل رئيسي في شكل الفورمالديهايد والبوليمرات الصلبة منخفضة الجزيئية - تريوكسان (انظر تريوكسي ميثيلين) وبارافورم (انظر بارافورمالدهيد).

F. متفاعل للغاية؛ العديد من ردود أفعاله تكمن وراء الأساليب الصناعية للحصول على عدد من المنتجات المهمة. وهكذا، عند التفاعل مع الأمونيا، يشكل F. اليوروتروبين (انظر هيكساميثيلين تيترامين)، مع اليوريا - راتنجات اليوريا فورمالدهايد، مع الميلامين - راتنجات الميلامين فورمالدهايد، مع الفينولات - راتنجات الفينول فورمالدهايد (انظر راتنجات الفينول فورمالدهايد)، مع الفينول - وأحماض النفثالين السلفونيك - عوامل الدباغة، مع الكيتين - ب-بروبيولاكتون. يستخدم F. أيضًا لإنتاج البولي فينيل فورمال (انظر أسيتال البولي فينيل)، والأيزوبرين، وخماسي إريثريتول، والمواد الطبية، والأصباغ، لدباغة الجلود، وكعامل مطهر ومزيل للروائح الكريهة. عن طريق بلمرة البوليفورمالدهيد، يتم الحصول على البوليفورمالدهيد. واو سامة. الحد الأقصى المسموح به للتركيز في الهواء هو 0.001 ملغم / لتر.

الأسيتالديهيد، الأسيتالديهيد، CH3CHO، مركب عضوي، سائل عديم اللون ذو رائحة نفاذة؛ نقطة الغليان 20.8 درجة مئوية. نقطة الانصهار - 124 درجة مئوية، الكثافة 783 كجم / م 3 "، قابلة للامتزاج من جميع النواحي مع الماء والكحول والأثير. أ. لديه جميع الخصائص النموذجية للألدهيدات. في وجود الأحماض المعدنية، فإنه يتبلمر إلى بارالدهيد ثلاثي الأطوار سائل (CH3CHO) )3 وميتالدهيد رباعي القسيمات البلوري (CH3CHO) 4. عندما يتم تسخين كلا البوليمرين في وجود حمض الكبريتيك، يتم إطلاق A.

واحدة من أهم المعروفة منذ فترة طويلة طرق الحصول علىأ. يتكون من إضافة الماء إلى الأسيتيلين في وجود أملاح الزئبق عند درجة حرارة حوالي 95 درجة مئوية

16. الكيتونات- هذه مواد عضوية في جزيئاتها ترتبط مجموعة الكربونيل بجذرين هيدروكربونيين.

الصيغة العامة للكيتونات هي R1-CO-R2. من بين مركبات الكربونيل الأخرى، فإن وجود ذرتين كربون محددتين في الكيتونات مرتبطتين مباشرة بمجموعة الكربونيل يميزها عن الأحماض الكربوكسيلية ومشتقاتها، وكذلك الألدهيدات.

الخصائص الفيزيائية.الكيتونات هي سوائل متطايرة أو مواد صلبة قابلة للانصهار تمتزج جيدًا مع الماء. تؤدي استحالة تكوين روابط هيدروجينية بين الجزيئات إلى أن تكون تطايرها أكبر قليلاً من تطاير الكحولات والأحماض الكربوكسيلية التي لها نفس الوزن الجزيئي.

طرق التوليف. أكسدة الكحولات الثانوية.

من البيروكسويثرات الثلاثية عن طريق إعادة ترتيب كريج.

يمكن تحضير السيكلوكيتونات عن طريق دورة Ružička.

يمكن تحضير الكيتونات العطرية عن طريق تفاعل فريدل كرافتس

الخواص الكيميائية.هناك ثلاثة أنواع رئيسية من تفاعلات الكيتون.

الأول يرتبط بهجوم محب للنواة على ذرة الكربون في مجموعة الكربونيل. على سبيل المثال، تفاعل الكيتونات مع أنيون السيانيد أو المركبات العضوية المعدنية. نفس النوع (الإضافة المحبة للنواة) يشمل تفاعل مجموعة الكربونيل مع الكحولات، مما يؤدي إلى الأسيتال والنصف أسيتال.

التفاعل مع الكحوليات:

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

مع كواشف غرينيارد:

C2H5—C(O)—C2H5 + C2H5MgI → (C2H5)3OMgI → (C2H5)3OH، الكحول الثلاثي. تكون التفاعلات مع الألدهيدات، وخاصة مع الميثانال، أكثر نشاطًا بشكل ملحوظ، حيث تتشكل كحولات ثانوية مع الألدهيدات، وكحولات أولية مع الميثانال.

تتفاعل الكيتونات أيضًا مع القواعد النيتروجينية، على سبيل المثال، مع الأمونيا والأمينات الأولية لتكوين الإيمينات:

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

النوع الثاني من التفاعل هو نزع بروتونات ذرة الكربون بيتا نسبة إلى مجموعة الكربونيل. يستقر الكربانيون الناتج بسبب الاقتران مع مجموعة الكربونيل، مما يزيد من سهولة إزالة البروتون، وبالتالي فإن مركبات الكربونيل هي أحماض CH قوية نسبيًا.

والثالث هو تنسيق الكائنات الكهربية عند الزوج الوحيد لذرة الأكسجين، على سبيل المثال، أحماض لويس مثل AlCl3

هناك نوع منفصل من التفاعل يتضمن تقليل الكيتونات - تقليل Leuckart مع عوائد قريبة من الكمية.

17. قارن بين السؤالين 15 و 16.

18. الأحماض الكربوكسيلية المشبعة أحادية القاعدة(الأحماض الكربوكسيلية المشبعة أحادية القاعدة) - الأحماض الكربوكسيلية التي يرتبط فيها جذري الهيدروكربون المشبع بمجموعة كربوكسيل واحدة -COOH. جميعها لها الصيغة العامة СnH2n+1COOH، حيث n = 0، 1، 2، ...

التسميات.يتم إعطاء الأسماء النظامية للأحماض الكربوكسيلية المشبعة أحادية القاعدة من خلال اسم الألكان المقابل مع إضافة اللاحقة -ova وكلمة حمض.

تتجلى الأيزومرية الهيكلية في جذري الهيدروكربون، بدءًا من حمض البيوتانويك، الذي يحتوي على اثنين من الأيزومرات:

CH3-CH2-CH2-COOH ن-حمض البوتانويك؛ CH3-CH(CH3)-COOH 2-حمض ميثيل بروبانويك.

تظهر الأيزومرية بين الطبقات بدءًا من حمض الأسيتيك:

حمض الأسيتيك CH3-COOH؛ فورمات الميثيل H-COO-CH3 (ميثيل استر حمض الفورميك)؛ HO-CH2-COH هيدروكسي إيثانال (ألدهيد هيدروكسي أسيتيك)؛ HO-CHO-CH2 أكسيد هيدروكسي إيثيلين.

19. استرات- المركبات العضوية، مشتقات الأحماض الكربوكسيلية أو المعدنية، حيث يتم استبدال مجموعة الهيدروكسيل -OH ذات الوظيفة الحمضية ببقايا الكحول. وهي تختلف عن الإيثرات، حيث يرتبط جذرين هيدروكربونيين بواسطة ذرة أكسجين (R1-O-R2).

الدهون، أو الدهون الثلاثية- المركبات العضوية الطبيعية، واسترات الجلسرين الكاملة والأحماض الدهنية الأحادية القاعدة؛ تنتمي إلى فئة الدهون. إلى جانب الكربوهيدرات والبروتينات، تعد الدهون أحد المكونات الرئيسية لخلايا الحيوانات والنباتات والكائنات الحية الدقيقة. عادة ما تسمى الدهون السائلة ذات الأصل النباتي بالزيوت، تمامًا مثل الزبدة.

أحماض الكربونيك- فئة من المركبات العضوية التي تحتوي جزيئاتها على واحدة أو أكثر من مجموعات الكربوكسيل الوظيفية -COOH. يتم تفسير الخصائص الحمضية بحقيقة أن هذه المجموعة يمكنها استخلاص البروتون بسهولة نسبية. مع استثناءات نادرة، الأحماض الكربوكسيلية ضعيفة. على سبيل المثال، حمض الأسيتيك CH3COOH له ثابت حموضة قدره 1.75·10−5. الأحماض ثنائية وثلاثية الكربوكسيل أقوى من الأحماض الأحادية الكربوكسيل.

تعتبر الدهون عازلًا جيدًا للحرارة، لذلك يتم ترسبها في العديد من الحيوانات ذوات الدم الحار في الأنسجة الدهنية تحت الجلد، مما يقلل من فقدان الحرارة. تعتبر طبقة الدهون تحت الجلد السميكة بشكل خاص من سمات الثدييات المائية (الحيتان، الفظ، إلخ). في الوقت نفسه، في الحيوانات التي تعيش في المناخات الحارة (الجمال، الجربوع)، يتم تأجيل احتياطيات الدهون

الوظيفة الهيكلية

تشكل الدهون الفوسفاتية أساس الطبقة الثنائية لأغشية الخلايا، والكوليسترول - منظمات سيولة الغشاء. في العتائق، تحتوي الأغشية على مشتقات هيدروكربونات الأيزوبرنويد. تشكل الشموع بشرة على سطح الأعضاء الموجودة فوق سطح الأرض (الأوراق والبراعم الصغيرة) للنباتات. كما أنها تنتجها العديد من الحشرات (على سبيل المثال، يقوم النحل ببناء أقراص العسل منها، وتشكل الحشرات القشرية والحشرات القشرية أغطية واقية).

تنظيمية

الفيتامينات - الدهون (أ، د، ه)

الهرمونية (المنشطات، الإيكوسانويدات، البروستاجلاندين، إلخ.)

العوامل المساعدة (دوليكول)

جزيئات الإشارة (ثنائي الجليسريد، وحمض الياسمين، وسلسلة MP3)

واقية (امتصاص الصدمات)

تحمي الطبقة السميكة من الدهون الأعضاء الداخلية للعديد من الحيوانات من التلف أثناء الاصطدامات (على سبيل المثال، يمكن لأسود البحر التي يصل وزنها إلى طن القفز على الشاطئ الصخري من المنحدرات التي يبلغ ارتفاعها 4-5 أمتار).

20-21-22. الأحماض الأحادية غير المشبعة- مشتقات الهيدروكربونات غير المشبعة التي يتم فيها استبدال ذرة هيدروجين واحدة بمجموعة كربوكسيل.

التسميات ، الايزومرية.في مجموعة الأحماض غير المشبعة، الأسماء التجريبية الأكثر استخدامًا هي: CH2=CH-COOH - حمض الأكريليك (البروبينويك)، CH2=C(CH3)-COOH - حمض الميثاكريليك (2-ميثيل بروبينويك). ترتبط الأيزومرية في مجموعة الأحماض الأحادية غير المشبعة بما يلي:

أ) ايزومرية الهيكل العظمي الكربوني؛ ب) موضع الرابطة المزدوجة؛ ج) الأيزومرية رابطة الدول المستقلة العابرة.

طرق الحصول على.1. إزالة الهلجنة من الأحماض المهلجنة:

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

2. تجفيف أحماض الهيدروكسي: HO-CH2-CH2-COOH -> CH2=CH-COOH

الخصائص الفيزيائية. الأحماض غير المشبعة السفلية هي سوائل قابلة للذوبان في الماء ولها رائحة نفاذة قوية؛ أعلى - مواد صلبة غير قابلة للذوبان في الماء وعديمة الرائحة.

الخواص الكيميائيةترجع الأحماض الكربوكسيلية غير المشبعة إلى كل من خصائص مجموعة الكربوكسيل وخصائص الرابطة المزدوجة. الأحماض ذات الرابطة المزدوجة الموجودة بالقرب من مجموعة الكربوكسيل - أحماض ألفا وبيتا غير المشبعة - لها خصائص محددة. في هذه الأحماض، تتعارض إضافة هاليدات الهيدروجين والماء مع قاعدة ماركوفنيكوف: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH

مع الأكسدة الدقيقة، يتم تشكيل أحماض ثنائي الهيدروكسي: CH2 = CH-COOH + [O] + H20 -> HO-CH2-CH(OH)-COOH

أثناء الأكسدة القوية، يتم كسر الرابطة المزدوجة ويتكون خليط من المنتجات المختلفة، والتي يمكن من خلالها تحديد موضع الرابطة المزدوجة. يعد حمض الأوليك C17H33COOH أحد أهم الأحماض غير المشبعة العالية. وهو سائل عديم اللون يتصلب عندما يكون باردا. صيغتها البنائية: CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH.

23. الأحماض الكربوكسيلية المشبعة ثنائي القاعدة(الأحماض الكربوكسيلية المشبعة ثنائية القاعدة) - الأحماض الكربوكسيلية التي يرتبط فيها جذري الهيدروكربون المشبع بمجموعتين كربوكسيل -COOH. جميعها لها الصيغة العامة HOOC(CH2)nCOOH، حيث n = 0، 1، 2، ...

التسميات. يتم إعطاء الأسماء النظامية للأحماض الكربوكسيلية المشبعة ثنائية القاعدة من خلال اسم الألكان المقابل مع إضافة اللاحقة -dioic وكلمة حمض.

تظهر الأيزومرية الهيكلية في الجذر الهيدروكربوني بدءًا من حمض البيوتانديويك، الذي يحتوي على اثنين من الأيزومرات:

حمض HOOC-CH2-CH2-COOH n- بيوتانيديويك (حمض الإيثان -1،2 ثنائي الكربوكسيل)؛

CH3-CH(COOH)-COOH إيثان-1،1-حمض ثنائي الكربوكسيل.

24-25. أحماض أوكسي (أحماض الهيدروكسي كربوكسيليك)، يوجد في الجزيء، جنبًا إلى جنب مع مجموعة الكربوكسيل - COOH، مجموعة الهيدروكسيل - OH، على سبيل المثال. HOCH2COOH (حمض الجليكوليك). الواردة في الكائنات النباتية والحيوانية (اللاكتيك، الستريك، الطرطريك وغيرها من الأحماض).

التوزيع في الطبيعة

أحماض الهيدروكسي منتشرة على نطاق واسع. وهكذا تصنف أحماض الطرطريك والستريك والماليك واللاكتيك وغيرها على أنها أحماض هيدروكسي، ويعكس اسمها المصدر الطبيعي الأساسي الذي وجدت فيه المادة.

طرق التوليف

تفاعل Reformatsky هو طريقة لتخليق استرات حمض β-hydroxycarboxylic.

"أحماض الفاكهة". يتم استخدام العديد من أحماض الهيدروكسي في مستحضرات التجميل مثل القرنية. ومع ذلك، قام المسوقون بتغيير الاسم قليلا - لجعلها أكثر جاذبية في مستحضرات التجميل، غالبا ما يطلق عليهم "أحماض الفاكهة".

26-27. أحماض أوكسي (أحماض الكحول )، مركبات ثنائية الوظيفة، كحولات وأحماض، تحتوي على بقايا مائية ومجموعة كربوكسيل. اعتمادًا على موضع OH بالنسبة إلى COOH (بجانب بعضها البعض، في مكان واحد، اثنين، ثلاثة أماكن)، يتم تمييز أحماض a-، /؟-، y-، b-hydroxy. وللحصول على الأكسجين هناك طرق عديدة أهمها الأكسدة الدقيقة للجليكولات: CH3.CH(OH).CH2.OH + 02 = CH3. .CH(OH).COOH; تصبن الأوكسينيتريل CH3.CH(OH).CN -* CH3.CH(OH).COOH؛ تبادل الهالوجين في أحماض الهاليد لـ OH: CH2C1.COOH + KOH = CH2(OH).COOH + + KS1، تأثير HN02 على الأحماض الأمينية: CH2(NH2). COOH + HN02 = CH2(OH) + N2 + + H20. في جسم الحيوان، تتشكل أحماض الهيدروكسي أثناء تمييع (انظر) الأحماض الأمينية، أثناء أكسدة الأحماض الدهنية (انظر أجسام الأسيتون، التمثيل الغذائي - البروتين)، أثناء تحلل السكر (انظر)، والتخمير (انظر)، والمواد الكيميائية الأخرى. العمليات. أحماض الهيدروكسي هي سوائل سميكة أو بلورية. مواد. في الكيمياء. فيما يتعلق بـ O. فهي تتفاعل مثل الكحوليات والمخدرات: فهي تعطي، على سبيل المثال. كل من الإيثرات والاسترات. تحت تأثير مركبات الهالوجين من الفوسفور، يتم استبدال كل من OH بواسطة الهالوجين؛ تتفاعل أحماض الهيدروهاليك فقط مع الكحول OH. - تفاعلات خاصة تميز أحماض a- وi)- وy- وb-hydroxy: أحماض a-hydroxy، التي تفقد الماء من جزيئين، تعطي استرات حلقية، ولاكتيدات: 2CH2(OH).COOH = 2H20 + CH2.O.CO (جليكوليد)؛ с.о.сн2 /З-О.، تطلق الماء، وتشكل مركبات غير مشبعة: CH2(OH).CH2.COOH-H20 = CH2:CH. .كوه؛ تشكل أحماض y و d-hydroxy أنهيدريدات - لاكتونات: CH3.CH(OH).CH2.CH2.COOH= =H2O+CH3.CH.CH2.CH2.CO. O. منتشرة على نطاق واسع في الكائنات الحيوانية والنباتية. ممثلو الأليفاتية a-O. هي حمض الجليكوليك، CH2OH.COOH (حمض هيدروكسي أسيتيك)، وحامض اللبنيك. من /؟-أحماض الهيدروكسي - الهيدروكريليك، CH2OH.CH2COOH، /9-حمض الهيدروكسي بيوتريك؛ U-O. وهي غير معروفة في شكلها الحر، لأنها تفقد الماء وتتحول إلى لاكتونات. من بين O ثنائي القاعدة، حمض الماليك (هيدروكسيامبر) مهم؛ COOH.CHON.CH2.COOH، موزعة على نطاق واسع في النباتات؛ ترك الدوران في المحاليل الضعيفة، والدوران الأيمن في المحاليل القوية؛ تلك الاصطناعية غير نشطة. تشمل الأحماض رباعية الذرات ثنائي القاعدة أحماض الطرطريك (أحماض الديوكسيسوسينيك). من الآخر O. — ليمون، HO.CO.CH2. .(SON)(COOH).CH2.COOH، شائع جدًا في عالم النبات (في العنب والليمون) ويوجد في الحيوانات (في الحليب)؛ على شكل سترات الحديد يتم استخدامه في الطب. ومن بين الأحماض العطرية (الأحماض الفينولية) حمض الساليسيليك، وحمض الغاليك، ومشتقاتهما ذات أهمية في الطب؛ استر فينيل حمض الساليسيليك (سالول)، حمض السلفوساليسيليك، C6H3. OH.S03H.COOH (كاشف البروتين)، حمض أسيتيل الساليسيليك (الأسبرين). يوجد في النباتات العديد من O. من السلسلة العطرية، والتي تشمل مشتقاتها، من بين أشياء أخرى، العفص، والتي لها أهمية فنية مهمة. حول بيول. أهمية الفرد O. وطرق تحديدها الكمي – انظر. أجسام الأسيتون، برو-جليكوليز، تمييع، الدم، حمض اللاكتيك، البول، العضلات، بيتا(^)-حمض الهيدروكسي بيوتيريك.

28-29. في جزيء الأمونيا، يتم استبدال ذرات الهيدروجين على التوالي بجذور الهيدروكربون، وتحصل على مركبات تنتمي إلى فئة الأمينات. وبناء على ذلك، فإن الأمينات هي أولية (RNH2)، وثانوية (R2NH)، وثلاثية (R3N). مجموعة -NH2 تسمى المجموعة الأمينية.

هناك أمينات أليفاتية وعطرية وأليسيكلية وحلقية غير متجانسة اعتمادًا على الجذور المرتبطة بذرة النيتروجين.

يتم إنشاء أسماء الأمينات عن طريق إضافة البادئة amino- إلى اسم الهيدروكربون المقابل (الأمينات الأولية) أو النهاية -amine إلى الأسماء المدرجة للجذور المرتبطة بذرة النيتروجين (لأي أمينات).

طرق الحصول على: 1. رد فعل هوفمان.إحدى الطرق الأولى لإنتاج الأمينات الأولية كانت ألكلة الأمونيا مع هاليدات الألكيل . 2. رد فعل زينين- طريقة ملائمة للحصول على الأمينات العطرية عن طريق تقليل مركبات النيترو العطرية. يتم استخدام ما يلي كعوامل اختزال: H2 (في محفز). في بعض الأحيان يتم توليد الهيدروجين مباشرة في وقت التفاعل، حيث يتم معالجة المعادن (الزنك والحديد) بحمض مخفف.

الخصائص الفيزيائية للأمينات.يؤدي وجود زوج إلكترون وحيد على ذرة النيتروجين إلى درجات غليان أعلى من تلك الموجودة في الألكانات المقابلة. الأمينات لها رائحة كريهة ونفاذة. في درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي، فإن الممثلين الأوائل لعدد من الأمينات الأولية هم الغازات التي تذوب جيدًا في الماء. ومع زيادة جذري الكربون، تزداد درجة الغليان، وتقل قابلية الذوبان في الماء.

الخواص الكيميائية للأمينات. الخصائص الأساسية للأمينات

الأمينات هي قواعد لأن ذرة النيتروجين يمكن أن توفر زوجًا من الإلكترونات لتكوين روابط مع الأنواع المتعطشة للإلكترونات من خلال آلية المانح والمتقبل (تلبية تعريف لويس للأساسية). لذلك، فإن الأمينات، مثل الأمونيا، قادرة على التفاعل مع الأحماض والماء، وإضافة بروتون لتكوين أملاح الأمونيوم المقابلة.

أملاح الأمونيوم شديدة الذوبان في الماء، ولكنها ضعيفة الذوبان في المذيبات العضوية. المحاليل المائية للأمينات لها تفاعل قلوي.

تعتمد الخصائص الأساسية للأمينات على طبيعة البدائل. على وجه الخصوص، الأمينات العطرية هي قواعد أضعف من تلك الأليفاتية، لأنها يدخل زوج الإلكترون الحر من النيتروجين في الاقتران مع نظام  للنواة العطرية، مما يقلل من كثافة الإلكترون على ذرة النيتروجين (تأثير -M). على العكس من ذلك، تعتبر مجموعة الألكيل مانحة جيدة لكثافة الإلكترون (+I-effect).

أكسدة الأمينات. يصاحب احتراق الأمينات تكوين ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والماء: 4CH3NH2+9O2=4СO2+2N2+10Н2О

تتأكسد الأمينات العطرية تلقائيًا في الهواء. وبالتالي، يتحول الأنيلين بسرعة إلى اللون البني في الهواء بسبب الأكسدة.

إضافة هاليدات الألكيل تضيف الأمينات الهالوكانات لتكوين الملح

تفاعل الأمينات مع حمض النيتروز إن تفاعل تحويل الأمينات العطرية الأولية تحت تأثير حمض النيتروز، والذي يتم الحصول عليه في الموقع عن طريق تفاعل نتريت الصوديوم مع حمض الهيدروكلوريك، له أهمية كبيرة.

تتفاعل الأمينات الأليفاتية الأولية مع حمض النيتروز لتكوين كحولات، والأمينات الأليفاتية والعطرية الثانوية تعطي مشتقات N-nitroso: R-NH2 + NaNO2+HCl=R-OH+N2+NaCl+H2O؛ NH+NaNO2+HCl=R2N-N=O+NaCl+H2O

في الأمينات العطرية، تسهل المجموعة الأمينية الاستبدال في المواضع أورثو وبارا لحلقة البنزين. لذلك، تحدث هالوجينة الأنيلين بسرعة وفي غياب المحفزات، وتستبدل ثلاث ذرات هيدروجين من حلقة البنزين مرة واحدة، ويترسب راسب أبيض مكون من 2،4،6-ثلاثي بروموأنيلين:

يستخدم هذا التفاعل مع ماء البروم كتفاعل نوعي للأنيلين.

طلب

تُستخدم الأمينات في صناعة الأدوية والتخليق العضوي (CH3NH2، (CH3)2NH، (C2H5)2NH، وما إلى ذلك)؛ في إنتاج النايلون (NH2-(CH2)6-NH2 - سداسي ميثيلين ثنائي الأمين)؛ كمادة خام لإنتاج الأصباغ والمواد البلاستيكية (الأنيلين).

30. الأحماض الأمينية (الأحماض الأمينية الكربوكسيلية)- المركبات العضوية التي يحتوي جزيئها في نفس الوقت على مجموعات الكربوكسيل والأمين. يمكن اعتبار الأحماض الأمينية مشتقات من الأحماض الكربوكسيلية حيث يتم استبدال ذرة هيدروجين واحدة أو أكثر بمجموعات أمين.

الخصائص الكيميائية العامة. 1. يمكن للأحماض الأمينية أن تظهر خواصًا حمضية بسبب وجود مجموعة الكربوكسيل -COOH في جزيئاتها، وخواص أساسية بسبب المجموعة الأمينية -NH2. ونتيجة لذلك، فإن محاليل الأحماض الأمينية في الماء لها خصائص المحاليل المنظمة.

zwitterion هو جزيء حمض أميني يتم تمثيل المجموعة الأمينية فيه بـ -NH3+ ومجموعة الكربوكسي بـ -COO-. يتمتع مثل هذا الجزيء بعزم ثنائي القطب كبير مع شحنة صافية صفر. من هذه الجزيئات يتم بناء بلورات معظم الأحماض الأمينية.

تحتوي بعض الأحماض الأمينية على مجموعات أمينية متعددة ومجموعات كربوكسيل. بالنسبة لهذه الأحماض الأمينية فمن الصعب الحديث عن أي زويتيريون محدد.

2. من السمات المهمة للأحماض الأمينية قدرتها على التكاثف المتعدد، مما يؤدي إلى تكوين البولياميدات، بما في ذلك الببتيدات والبروتينات والنايلون -66.

3. النقطة الكهربية للحمض الأميني هي قيمة الرقم الهيدروجيني التي يكون عندها الحد الأقصى لنسبة جزيئات الأحماض الأمينية صفرًا. عند هذا الرقم الهيدروجيني، يكون الحمض الأميني هو الأقل قدرة على الحركة في المجال الكهربائي، ويمكن استخدام هذه الخاصية لفصل الأحماض الأمينية، وكذلك البروتينات والببتيدات.

4. يمكن للأحماض الأمينية عادة أن تخضع لجميع التفاعلات المميزة للأحماض الكربوكسيلية والأمينات.

الايزومرية البصرية. جميع الأحماض الأمينية ألفا الموجودة في الكائنات الحية، باستثناء الجلايسين، تحتوي على ذرة كربون غير متماثلة (يحتوي الثريونين والإيسولوسين على ذرتين غير متماثلتين) ولها نشاط بصري. جميع الأحماض الأمينية ألفا الموجودة بشكل طبيعي تقريبًا هي على شكل حرف L، والأحماض الأمينية L فقط هي التي يتم تضمينها في البروتينات المصنعة على الريبوسومات.

من الصعب للغاية شرح هذه الميزة للأحماض الأمينية "الحية"، لأنه في التفاعلات بين المواد غير النشطة بصريًا أو زملاء السباق (والتي، على ما يبدو، كانت ممثلة بجزيئات عضوية على الأرض القديمة)، تتشكل أشكال L وD بكميات متساوية. ربما. إن اختيار أحد الشكلين (L أو D) هو ببساطة نتيجة لمصادفة عشوائية: فالجزيئات الأولى التي يمكن أن يبدأ بها تركيب القالب كان لها شكل معين، وقد "تكيفت" الإنزيمات المقابلة معها.

31. الأحماض الأمينية هي مركبات عضوية مذبذبة. أنها تحتوي على مجموعتين وظيفيتين ذات طبيعة متضادة في الجزيء: مجموعة أمينية ذات خصائص أساسية ومجموعة كربوكسيل ذات خصائص حمضية. تتفاعل الأحماض الأمينية مع كل من الأحماض والقواعد:

H2N-CH2-COOH + حمض الهيدروكلوريك → Cl[H3N-CH2-COOH]،

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

عندما تذوب الأحماض الأمينية في الماء، تقوم مجموعة الكربوكسيل بإزالة أيون الهيدروجين، الذي يمكن أن يرتبط بالمجموعة الأمينية. في هذه الحالة يتكون ملح داخلي يكون جزيئه أيون ثنائي القطب:

H2N-CH2—COOH +H3N-CH2—COO-.

المحاليل المائية للأحماض الأمينية لها بيئة محايدة أو قلوية أو حمضية حسب عدد المجموعات الوظيفية. وبالتالي، يشكل حمض الجلوتاميك محلولًا حمضيًا (مجموعتان -COOH، واحدة -NH2)، ويشكل اللايسين محلولًا قلويًا (مجموعة -COOH، مجموعتان -NH2).

مثل الأمينات الأولية، تتفاعل الأحماض الأمينية مع حمض النيتروز، حيث تتحول المجموعة الأمينية إلى مجموعة هيدروكسيو والحمض الأميني إلى حمض هيدروكسي: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2+ ماء

يتيح لك قياس حجم النيتروجين المنطلق تحديد كمية الحمض الأميني (طريقة Van-Slyke).

يمكن أن تتفاعل الأحماض الأمينية مع الكحوليات في وجود غاز كلوريد الهيدروجين، وتتحول إلى إستر (بشكل أكثر دقة، ملح هيدروكلوريد الإستر): H2N-CH(R)-COOH + R"OH H2N-CH(R)-COOR " + ماء .

استرات الأحماض الأمينية ليس لها بنية ثنائية القطب وهي مركبات متطايرة. الخاصية الأكثر أهمية للأحماض الأمينية هي قدرتها على التكاثف لتكوين الببتيدات.

32. مجموعة الكربوكسيليجمع بين مجموعتين وظيفيتين - الكربونيل =CO والهيدروكسيل -OH، يؤثر كل منهما على الآخر.

تعود الخواص الحمضية للأحماض الكربوكسيلية إلى التحول في كثافة الإلكترون إلى أكسجين الكربونيل وما ينتج عن ذلك من استقطاب إضافي (مقارنة بالكحولات) لرابطة OH.

في المحلول المائي، تتفكك الأحماض الكربوكسيلية إلى أيونات: R-COOH = R-COO- + H+

ترجع قابلية الذوبان في الماء وارتفاع درجات غليان الأحماض إلى تكوين روابط هيدروجينية بين الجزيئات.

المجموعة الأمينية - المجموعة الأحادية التكافؤ -NH2، بقايا الأمونيا (NH3).توجد المجموعة الأمينية في العديد من المركبات العضوية - الأمينات، والأحماض الأمينية، والكحولات الأمينية، وما إلى ذلك. والمركبات التي تحتوي على مجموعة -NH2، كقاعدة عامة، أساسية بطبيعتها، وذلك بسبب وجود زوج إلكترون وحيد على ذرة النيتروجين.

في تفاعلات الاستبدال الإلكتروفيلية في المركبات العطرية، تكون المجموعة الأمينية عامل توجيه من النوع الأول، أي. ينشط المواضع التقويمية والشبهية في حلقة البنزين.

33. التكثيف- عملية تصنيع البوليمرات من مركبات متعددة الوظائف (غالبًا ثنائية الوظيفة)، وعادةً ما تكون مصحوبة بإطلاق منتجات ثانوية منخفضة الوزن الجزيئي (الماء والكحولات وما إلى ذلك) أثناء تفاعل المجموعات الوظيفية.

يعتمد الوزن الجزيئي للبوليمر المتكون أثناء عملية التكثيف المتعدد على نسبة مكونات البداية وظروف التفاعل.

يمكن أن تشتمل تفاعلات التكثيف المتعدد إما على مونومر واحد بمجموعتين وظيفيتين مختلفتين: على سبيل المثال، تخليق بولي-ε-كابرواميد (نايلون-6، كابرون) من حمض أمينوكابرويك ε، أو مونومرين يحملان مجموعات وظيفية مختلفة، على سبيل المثال، التوليف من النايلون -6 66 عن طريق التكثيف المتعدد لحمض الأديبيك وسداسي ميثيلين ثنائي الأمين؛ في هذه الحالة، يتم تشكيل البوليمرات ذات البنية الخطية (التكثيف الخطي، انظر الشكل 1). إذا كان المونومر (أو المونومرات) يحمل أكثر من مجموعتين وظيفيتين، يتم تشكيل البوليمرات المتقاطعة ذات بنية شبكة ثلاثية الأبعاد (التكثيف المتعدد ثلاثي الأبعاد). من أجل الحصول على مثل هذه البوليمرات، غالبًا ما تتم إضافة مكونات متعددة الوظائف "متشابكة" إلى خليط المونومرات.

تجدر الإشارة بشكل خاص إلى تفاعلات تخليق البوليمرات من المونومرات الحلقية باستخدام آلية فتح الحلقة - إضافة، على سبيل المثال، تخليق النايلون -6 من الكابرولاكتام (أميد دوري لحمض أمينوكابرويك ε)؛ على الرغم من عدم حدوث إطلاق لجزء منخفض الجزيئي، إلا أن مثل هذه التفاعلات يشار إليها غالبًا باسم التكثيف المتعدد.

السندات الببتيد- نوع من الرابطة الأميدية التي تحدث أثناء تكوين البروتينات والببتيدات نتيجة تفاعل مجموعة α-amino (-NH2) لأحد الأحماض الأمينية مع مجموعة α-carboxyl (-COOH) لحمض أميني آخر.

إن رابطة C-N في رابطة الببتيد مزدوجة جزئيًا بطبيعتها، والتي تتجلى، على وجه الخصوص، في انخفاض طولها إلى 1.32 أنجستروم. وينتج عن ذلك الخصائص التالية:

توجد 4 ذرات رابطة (C وN وO وH) و2 ذرة كربون ألفا في نفس المستوى. توجد مجموعات R من الأحماض الأمينية والهيدروجين في كربونات α خارج هذا المستوى.

إن H وO في الرابطة الببتيدية، وكذلك كربونات ألفا لاثنين من الأحماض الأمينية، تكون موجهة نحو التحول (الأيزومر العابر أكثر استقرارًا). في حالة الأحماض الأمينية L، كما هو الحال في جميع البروتينات والببتيدات الطبيعية، تكون مجموعات R أيضًا ذات اتجاه عابر.

الدوران حول رابطة C-N غير ممكن، ولكن الدوران حول رابطة CC-C ممكن.

الببتيدات (اليونانية πεπτος - مغذية) - عائلة من المواد التي تتكون جزيئاتها من بقايا الأحماض الأمينية ألفا المرتبطة بسلسلة بواسطة روابط الببتيد (الأميد) -C(O)NH-.

34. البروتينات (البروتينات، الببتيدات) - مواد عضوية عالية الجزيئية تتكون من أحماض أمينية متصلة في سلسلة بواسطة روابط الببتيد. في الكائنات الحية، يتم تحديد تكوين الأحماض الأمينية للبروتينات بواسطة الشفرة الوراثية، وفي معظم الحالات، يتم استخدام 20 حمضًا أمينيًا قياسيًا أثناء عملية التوليف. العديد من مجموعاتها تعطي مجموعة واسعة من خصائص جزيئات البروتين. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تخضع الأحماض الأمينية الموجودة في البروتين لتعديلات ما بعد الترجمة، والتي يمكن أن تحدث قبل أن يبدأ البروتين في أداء وظيفته وأثناء "عمله" في الخلية. في كثير من الأحيان في الكائنات الحية، تشكل العديد من جزيئات البروتين مجمعات معقدة، على سبيل المثال، مجمع التمثيل الضوئي.

من أجل فهم التصميم المعقد (الهندسة المعمارية) لجزيء البروتين الكبير، يجب أن نأخذ في الاعتبار عدة مستويات التنظيم. البنية الأولية والأبسط هي سلسلة بولي ببتيد، أي سلسلة من الأحماض الأمينية المرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط الببتيد. في البنية الأولية، تكون جميع الروابط بين الأحماض الأمينية تساهمية وبالتالي قوية. المستوى التالي الأعلى من التنظيم هو الهيكل الثانوي، عندما يتم لف خيط البروتين على شكل حلزوني. تتشكل الروابط الهيدروجينية بين مجموعات -COOH الموجودة على أحد منعطفات الحلزون ومجموعات -NH2 على المنعطف الآخر. وهي تنشأ من الهيدروجين، الذي يوجد غالبًا بين ذرتين سالبتين. الروابط الهيدروجينية أضعف من الروابط التساهمية، ولكن مع وجود عدد كبير منها فإنها تضمن تكوين بنية قوية إلى حد ما. ثم تتخثر سلسلة من الأحماض الأمينية (بولي ببتيد) لتشكل كرة أو ليفية أو كروية خاصة بكل بروتين. يؤدي هذا إلى إنشاء تكوين معقد يسمى الهيكل الثالث. يتم تحديده عادةً باستخدام طريقة تحليل حيود الأشعة السينية، مما يجعل من الممكن تحديد موضع الذرات ومجموعات الذرات في البلورات والمركبات المعقدة في الفضاء.

الروابط التي تدعم البنية الثلاثية للبروتين ضعيفة أيضًا. وهي تنشأ، على وجه الخصوص، بسبب التفاعلات الكارهة للماء. هذه هي قوى الجذب بين الجزيئات غير القطبية أو بين المناطق غير القطبية للجزيئات في بيئة مائية. تقترب البقايا الكارهة للماء لبعض الأحماض الأمينية في محلول مائي من بعضها البعض، وتلتصق ببعضها البعض، وبالتالي تثبت بنية البروتين. بالإضافة إلى القوى الكارهة للماء، تلعب الروابط الكهروستاتيكية بين الجذور الكهربية والموجبة الكهربية لبقايا الأحماض الأمينية دورًا مهمًا في الحفاظ على البنية الثلاثية للبروتين. يتم الحفاظ على البنية الثلاثية أيضًا من خلال عدد صغير من روابط ثاني كبريتيد التساهمية -SS التي تحدث بين ذرات الكبريت في الأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت. ويجب أن أقول إنها أيضًا من الدرجة الثالثة؛ بنية البروتين ليست محدودة. غالبًا ما ترتبط الجزيئات الكبيرة من نفس البروتين أو جزيئات البروتينات الأخرى بجزيء كبير من البروتين. على سبيل المثال، يتكون جزيء الهيموجلوبين المعقد، وهو بروتين موجود في خلايا الدم الحمراء، من أربعة جزيئات كبيرة من الجلوبين: سلسلتا ألفا وسلسلتان بيتا، كل واحدة منها متصلة بالهيم المحتوي على الحديد. نتيجة لمزيجها، يتم تشكيل جزيء الهيموجلوبين الفعال. فقط في مثل هذه الحزمة يعمل الهيموجلوبين بشكل كامل، أي هل هو قادر على حمل الأكسجين. بسبب اتصال العديد من جزيئات البروتين مع بعضها البعض، يتم تشكيل بنية رباعية. إذا تم ترتيب سلاسل الببتيد على شكل كرة، فإن هذه البروتينات تسمى كروية. إذا تم ترتيب سلاسل البوليببتيد في حزم من الخيوط، فإنها تسمى البروتينات الليفية. بدءًا من البنية الثانوية، يتم الحفاظ على البنية المكانية (التشكل) لجزيئات البروتين الكبيرة، كما اكتشفنا، بشكل أساسي من خلال الروابط الكيميائية الضعيفة. تحت تأثير العوامل الخارجية (التغيرات في درجة الحرارة، وتكوين الملح في البيئة، ودرجة الحموضة، تحت تأثير الإشعاع وعوامل أخرى)، يتم كسر الروابط الضعيفة التي تثبت الجزيء الكبير، وبنية البروتين، وبالتالي خصائصه. ، يتغير. هذه العملية تسمى تمسخ الطبيعة. كسر بعض الروابط الضعيفة، والتغيرات في التشكل وخصائص البروتين تحدث أيضا تحت تأثير العوامل الفسيولوجية (على سبيل المثال، تحت تأثير الهرمونات). وبهذه الطريقة يتم تنظيم خصائص البروتينات: الإنزيمات والمستقبلات والناقلات. عادة ما تكون هذه التغييرات في بنية البروتين قابلة للعكس بسهولة. يؤدي كسر عدد كبير من الروابط الضعيفة إلى تمسخ البروتين، وهو ما قد يكون لا رجعة فيه (على سبيل المثال، تخثر بياض البيض عند سلق البيض). في بعض الأحيان يكون تمسخ البروتين له معنى بيولوجي. على سبيل المثال، يفرز العنكبوت قطرة من الإفراز ويلصقها ببعض الدعم. بعد ذلك، مع الاستمرار في إفراز الإفراز، يسحب الخيط قليلاً، وهذا التوتر الضعيف يكفي حتى يتم تغيير طبيعة البروتين، وينتقل من شكل قابل للذوبان إلى شكل غير قابل للذوبان، ويكتسب الخيط القوة.

35-36. السكريات الأحادية(من مونوس اليوناني: مفرد، سكر: سكر)، - مركبات عضوية، إحدى المجموعات الرئيسية للكربوهيدرات؛ أبسط أشكال السكر؛ عادة ما تكون مواد صلبة عديمة اللون وقابلة للذوبان في الماء وشفافة. بعض السكريات الأحادية لها طعم حلو. السكريات الأحادية، وهي اللبنات الأساسية التي يتم منها تصنيع السكريات الثنائية (مثل السكروز) والسكريات المتعددة (مثل السليلوز والنشا)، تحتوي على مجموعات الهيدروكسيل ومجموعة ألدهيد (ألدوز) أو مجموعة كيتو (كيتوز). كل ذرة كربون ترتبط بها مجموعة الهيدروكسيل (ما عدا الأولى والأخيرة) تكون حلزونية، مما يؤدي إلى ظهور العديد من الأشكال الأيزوميرية. على سبيل المثال، الجالاكتوز والجلوكوز هما ألدوهيكسوز، لكن لهما خواص كيميائية وفيزيائية مختلفة. السكريات الأحادية، مثل جميع الكربوهيدرات، تحتوي على 3 عناصر فقط (C، O، H).

يتم تقسيم السكريات الأحاديةإلى ثلاثيات، ورباعيات، وخماسيات، وسداسيات، وما إلى ذلك (3، 4، 5، 6، إلخ. ذرات الكربون في السلسلة)؛ ولم يتم العثور على سكريات أحادية طبيعية تحتوي على سلسلة كربون تحتوي على أكثر من 9 ذرات كربون. تسمى السكريات الأحادية التي تحتوي على حلقة مكونة من 5 أعضاء بالفورانوز، وتلك التي تحتوي على حلقة مكونة من 6 أعضاء تسمى البيرانوز.

الايزومرية.بالنسبة للسكريات الأحادية التي تحتوي على ذرات كربون غير متماثلة n، فمن الممكن وجود أيزومرات مجسمة 2n (انظر الأيزومرية).

38. الخواص الكيميائية.تدخل السكريات الأحادية في التفاعلات الكيميائية المميزة لمجموعتي الكربونيل والهيدروكسيل. السمة المميزة للسكريات الأحادية هي القدرة على الوجود في أشكال مفتوحة (غير حلقية) ودورية وإعطاء مشتقات من كل شكل. تتحلل معظم الأحاديات في محلول مائي لتكوين نصف أسيتال أو نصف كيتال (اعتمادًا على ما إذا كانت ألدوز أو كيتوز) بين الكحول ومجموعة الكربونيل من نفس السكر. الجلوكوز، على سبيل المثال، يشكل بسهولة نصف الأسيتال من خلال ربط C1 وO5 لتشكيل حلقة مكونة من 6 أعضاء تسمى بيرانوسيد. يمكن أن يحدث نفس التفاعل بين C1 وO4 لتكوين فورانوسيد ذو 5 أعضاء.

السكريات الأحادية في الطبيعة.السكريات الأحادية هي جزء من الكربوهيدرات المعقدة (الجليكوسيدات والسكريات قليلة التعدد والسكريات) والبوليمرات الحيوية المختلطة المحتوية على الكربوهيدرات (البروتينات السكرية والشحميات السكرية وما إلى ذلك). في هذه الحالة، ترتبط السكريات الأحادية ببعضها البعض وبالجزء غير الكربوهيدراتي من الجزيء بواسطة روابط جليكوسيدية. عند التحلل المائي بواسطة الأحماض أو الإنزيمات، يمكن كسر هذه الروابط لتحرير السكريات الأحادية. في الطبيعة، تعتبر السكريات الأحادية الحرة نادرة، باستثناء D- الجلوكوز و D- الفركتوز. يحدث التخليق الحيوي للسكريات الأحادية من ثاني أكسيد الكربون والماء في النباتات (انظر التمثيل الضوئي)؛ بمشاركة المشتقات المنشطة للسكريات الأحادية - سكريات ثنائي فوسفات النيوكليوسيد - يحدث عادة التخليق الحيوي للكربوهيدرات المعقدة. يصاحب انهيار السكريات الأحادية في الجسم (على سبيل المثال، التخمر الكحولي، تحلل السكر) إطلاق الطاقة.

طلب.تُستخدم بعض السكريات الأحادية الحرة ومشتقاتها (مثل الجلوكوز والفركتوز وثنائي فوسفاته، وما إلى ذلك) في صناعة الأغذية والطب.

37. الجلوكوز (C6H12O6)("سكر العنب"، دكستروز) يوجد في عصير العديد من الفواكه والتوت، بما في ذلك العنب، ومن هنا جاء اسم هذا النوع من السكر. وهو سكر سداسي الهيدروكسي (الهكسوز).

الخصائص الفيزيائية. مادة بلورية بيضاء ذات طعم حلو، شديدة الذوبان في الماء، غير قابلة للذوبان في الأثير، ضعيفة الذوبان في الكحول.

هيكل الجزيء

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

يمكن أن يوجد الجلوكوز في شكل دورات (α و β الجلوكوز).

ألفا وبيتا الجلوكوز

انتقال الجلوكوز من إسقاط فيشر إلى إسقاط هاوورث الجلوكوز هو المنتج النهائي للتحلل المائي لمعظم السكريات الثنائية والسكريات.

الدور البيولوجي.الجلوكوز هو المنتج الرئيسي لعملية التمثيل الضوئي ويتكون في دورة كالفين.

في جسم الإنسان والحيوان، يعتبر الجلوكوز المصدر الرئيسي والأكثر عالمية للطاقة لعمليات التمثيل الغذائي. جميع خلايا الجسم الحيواني لديها القدرة على استقلاب الجلوكوز. في الوقت نفسه، ليس كل خلايا الجسم، ولكن فقط بعض أنواعها، لديها القدرة على استخدام مصادر الطاقة الأخرى - على سبيل المثال، الأحماض الدهنية الحرة والجلسرين أو الفركتوز أو حمض اللاكتيك.

يتم نقل الجلوكوز من البيئة الخارجية إلى الخلية الحيوانية عن طريق النقل النشط عبر الغشاء بمساعدة جزيء بروتين خاص - ناقل سداسي.

يمكن أن يخضع الجلوكوز في الخلايا لتحلل السكر لإنتاج الطاقة على شكل ATP. الإنزيم الأول في سلسلة تحلل السكر هو الهيكسوكيناز. يقع نشاط الهيكسوكيناز في الخلية تحت التأثير التنظيمي للهرمونات - وبالتالي، يزيد الأنسولين بشكل حاد من نشاط الهيكسوكيناز، وبالتالي استخدام الخلايا للجلوكوز، كما تقلل الجلايكورتيكويدات من نشاط الهيكسوكيناز.

العديد من مصادر الطاقة غير الجلوكوز يمكن تحويلها مباشرة إلى جلوكوز في الكبد - على سبيل المثال، حمض اللاكتيك، والعديد من الأحماض الدهنية الحرة والجلسرين، أو الأحماض الأمينية الحرة، وخاصة أبسطها مثل ألانين. تسمى عملية إنتاج الجلوكوز في الكبد من مركبات أخرى بتكوين السكر.

يمكن لخلايا الكبد استخدام مصادر الطاقة التي لا يوجد فيها تحويل كيميائي حيوي مباشر إلى جلوكوز لإنتاج ATP وإمدادات الطاقة اللاحقة لعمليات تكوين الجلوكوز، أو إعادة تخليق الجلوكوز من حمض اللاكتيك، أو إمداد الطاقة لعملية تخليق عديد السكاريد الجليكوجين. احتياطيات من مونومرات الجلوكوز. يتم إنتاج الجلوكوز مرة أخرى بسهولة من الجليكوجين عن طريق التحلل البسيط.

نظرًا للأهمية الاستثنائية للحفاظ على مستوى ثابت من الجلوكوز في الدم، يمتلك البشر والعديد من الحيوانات الأخرى نظامًا معقدًا للتنظيم الهرموني لمعلمات استقلاب الكربوهيدرات. عند أكسدة جرام واحد من الجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون والماء، يتم إطلاق 17.6 كيلوجول من الطاقة. يمكن تقليل "الطاقة الكامنة" القصوى المخزنة في جزيء الجلوكوز في شكل حالة الأكسدة −4 ذرات الكربون (C−4) أثناء عمليات التمثيل الغذائي إلى C+4 (في جزيء ثاني أكسيد الكربون). يمكن إجراء استعادته إلى المستوى السابق عن طريق ذاتية التغذية.

الفركتوز، أو سكر الفاكهة C6H12O6- سكر أحادي موجود بشكل حر في جميع أنواع التوت والفواكه الحلوة تقريبًا. يفضل الكثير من الناس استبدال السكر ليس بالأدوية الاصطناعية، بل بالفركتوز الطبيعي.

على عكس الجلوكوز، الذي يعمل كمصدر عالمي للطاقة، لا يتم امتصاص الفركتوز بواسطة الأنسجة التي تعتمد على الأنسولين. يتم امتصاصه واستقلابه بالكامل تقريبًا بواسطة خلايا الكبد. عمليا لا توجد خلايا أخرى في جسم الإنسان (باستثناء الحيوانات المنوية) يمكنها استخدام الفركتوز. في خلايا الكبد، يتم فسفرة الفركتوز ومن ثم تقسيمه إلى ثلاثيات، والتي تستخدم إما لتخليق الأحماض الدهنية، والتي يمكن أن تؤدي إلى السمنة، وكذلك زيادة مستويات الدهون الثلاثية (والتي بدورها تزيد من خطر تصلب الشرايين)، أو تستخدم للجليكوجين. التوليف (يتم تحويله أيضًا جزئيًا إلى الجلوكوز أثناء تكوين السكر). ومع ذلك، فإن تحويل الفركتوز إلى جلوكوز هو عملية معقدة ومتعددة الخطوات، وقدرة الكبد على معالجة الفركتوز محدودة. تمت دراسة مسألة ما إذا كان ينبغي إدراج الفركتوز في النظام الغذائي لمرضى السكر، حيث أن امتصاصه لا يتطلب الأنسولين، بشكل مكثف في السنوات الأخيرة.

على الرغم من أن الفركتوز لا يزيد (أو بشكل طفيف فقط) مستويات الجلوكوز في الدم لدى الشخص السليم، إلا أن الفركتوز غالبًا ما يؤدي إلى زيادة مستويات الجلوكوز في الدم لدى الأشخاص المصابين بداء السكري. من ناحية أخرى، وبسبب نقص الجلوكوز في الخلايا، يمكن أن تحرق أجسام مرضى السكر الدهون، مما يؤدي إلى استنزاف احتياطيات الدهون. وفي هذه الحالة، يمكن استخدام الفركتوز، الذي يتحول بسهولة إلى دهون ولا يحتاج إلى الأنسولين، لاستعادتها. تتمثل ميزة الفركتوز في أنه يمكن إضفاء طعم حلو على طبق يحتوي على كميات صغيرة نسبيًا من الفركتوز، لأنه مع نفس محتوى السعرات الحرارية مثل السكر (380 سعرة حرارية / 100 جم)، فهو أحلى بنسبة 1.2-1.8 مرة. ومع ذلك، تشير الدراسات إلى أن مستهلكي الفركتوز لا يقللون من السعرات الحرارية التي يتناولونها، وبدلا من ذلك، يأكلون الأطعمة الأكثر حلاوة.

39. السكريات قليلة التعدد- هذه هي أوليجومرات تتكون من عدة مونومرات (لا تزيد عن 20) - السكريات الأحادية، على عكس السكريات، التي تتكون من عشرات أو مئات أو آلاف السكريات الأحادية؛ - مركبات مبنية من عدة بقايا سكريات أحادية (من 2 إلى 10) مرتبطة برابطة جليكوسيدية.

هناك حالة خاصة مهمة جدًا وواسعة الانتشار من السكريات قليلة السكاريد وهي السكريات الثنائية - وهي ثنائيات تتكون من جزيئين من السكريات الأحادية.

يمكنك أيضًا التحدث عن ثلاثي ورباعي وما إلى ذلك. السكريات

40. السكريات الثنائية- الاسم العام لفئة فرعية من السكريات قليلة التعدد حيث يتكون الجزيء من مونومرين - السكريات الأحادية. تتكون السكريات الثنائية من تفاعل التكثيف بين اثنين من السكريات الأحادية، عادة ما تكون سداسيات. يتضمن تفاعل التكثيف إزالة الماء. تسمى الرابطة بين السكريات الأحادية الناتجة عن تفاعل التكثيف بالرابطة الجليكوسيدية، وعادةً ما يتم تشكيل هذه الرابطة بين ذرات الكربون الأولى والرابعة لوحدات السكريات الأحادية المجاورة (الرابطة 1،4-جليكوسيدية).

يمكن تكرار عملية التكثيف مرات لا تحصى، مما يؤدي إلى تكوين جزيئات ضخمة من السكاريد. بمجرد دمج وحدات السكريات الأحادية، فإنها تسمى المخلفات. السكريات الثنائية الأكثر شيوعًا هي اللاكتوز والسكروز.

الدوران المتعدد(من اللاتينية muto-change وrotatio - التدوير)، التغير في القيمة البصرية. دوران محاليل المركبات النشطة بصريًا بسبب تجسيمها. من سمات السكريات الأحادية، تقليل السكريات قليلة التعدد، واللاكتونات، وما إلى ذلك. ويمكن تحفيز الدوران المتبادل بواسطة الأحماض والقواعد. في حالة الجلوكوز، يتم تفسير الدوران المتناوب من خلال إنشاء التوازن: في حالة التوازن، يوجد 38% من شكل ألفا و62% من شكل بيتا. متوسط ويرد شكل الألدهيد في تركيزات صغيرة لا تذكر. المزايا، يتم تفسير تكوين الشكل b بحقيقة أنه أكثر استقرارًا من الناحية الديناميكية الحرارية.

تعتبر تفاعلات "المرآة الفضية" و"المرآة النحاسية" من سمات الألدهيدات

1) تفاعل "المرآة الفضية"، تكوين راسب Ag على جدران أنبوب الاختبار

2) تفاعل "المرآة النحاسية"، ترسيب راسب Cu2O الأحمر

40. بدورها السكريات الثنائية التي تنشأ في بعض الحالات أثناء التحلل المائي للسكريات(المالتوز أثناء التحلل المائي للنشا، والسيلوبيوز أثناء التحلل المائي للسليلوز) أو الموجود في الجسم بشكل حر (اللاكتوز، والسكروز، والطرهالوز، وما إلى ذلك)، يتم تحلله تحت التأثير التحفيزي لـ o- وp-glycosidases إلى السكريات الأحادية الفردية . تتميز جميع الجليكوسيدات، باستثناء تريهاليز (أومريهالوز-جلوكوهيدروكسي غازات)، بنطاق واسع من الخصوصية، مما يؤدي إلى تسريع التحلل المائي لأي جليكوسيدات تقريبًا تكون مشتقة من واحد أو آخر من السكريات الأحادية 3 أو (3-أحادي السكاريد). - يسرع الجلوكوزيداز تفاعل التحلل المائي لـ a- جلوكوزيدات، بما في ذلك المالتوز، p-glucosidase - p-glucosides، بما في ذلك سيلوبيوز، B-galactosidase - B-galactosides ومن بينها اللاكتوز، إلخ. ومن أمثلة عمل a و P-glucosidases أعطيت في وقت سابق

41. حسب الفشل التركيب الكيميائي للسكريات الثنائيةنوع تريهالوز (جليكوسيد - جليكوسيدات) ونوع مالتوز (جليكوسيد - جلوكوز) لهما خصائص كيميائية مختلفة بشكل كبير: الأول لا يعطي أي تفاعلات مميزة لمجموعة الألدهيد أو الكيتون، أي أنها لا تتأكسد ولا تختزل ولا تشكل أوزازونات. ، أدخل في تفاعل التكثيف المتعدد (لا راتنج)، لا تتطاير، وما إلى ذلك. بالنسبة للسكريات الثنائية مثل المالتوز، فإن جميع التفاعلات المذكورة، على العكس من ذلك، مميزة للغاية. وسبب هذا الاختلاف واضح تماما مما قيل أعلاه عن نوعي التركيب الثنائي وخصائص بقايا السكريات الأحادية التي يدخل في تركيبها. يكمن في حقيقة أنه فقط في السكريات الثنائية مثل المالتوز تكون التسمم الحلقي ممكنًا، ونتيجة لذلك يتم تشكيل مجموعة ألدهيد أو كيتون حرة، والتي تظهر خصائصها المميزة.

بالنسبة لهيدروكسيلات الكحول، يعطي كلا النوعين من السكريات التفاعلات نفسها: فهي تشكل إثيرات وإسترات، وتتفاعل مع هيدرات أكسيد المعدن.

هناك عدد كبير من السكريات الثنائية في الطبيعة؛ وأهمها الترهالوز والمالتوز المذكورين أعلاه، وكذلك السكروز والسيلوبيوز واللاكتوز.

42. المالتوز(من الشعير الإنجليزي - الشعير) - سكر الشعير، ثنائي السكاريد الطبيعي الذي يتكون من بقايا الجلوكوز؛ توجد بكميات كبيرة في الحبوب المنبتة (الشعير) من الشعير والجاودار والحبوب الأخرى؛ توجد أيضًا في الطماطم وحبوب اللقاح ورحيق عدد من النباتات. م. قابل للذوبان في الماء بسهولة وله طعم حلو. هو سكر مختزل لأنه يحتوي على مجموعة هيدروكسيل الهيمياسيتال غير المستبدلة. لا يُعرف التركيب الحيوي لـ M. من b-D-glucopyranosylphosphate وD-glucose إلا في بعض أنواع البكتيريا. في الكائنات الحيوانية والنباتية، يتكون المغنيسيوم من التحلل الأنزيمي للنشا والجليكوجين (انظر الأميليز). يحدث تقسيم M. إلى بقايا الجلوكوز نتيجة لعمل إنزيم الجلوكوزيداز، أو المالتيز، الموجود في العصائر الهضمية للحيوانات والبشر، في الحبوب المنبتة، في القوالب والخميرة. يؤدي الغياب الوراثي لهذا الإنزيم في الغشاء المخاطي المعوي البشري إلى عدم تحمل المفطورة الخلقية، وهو مرض خطير يتطلب استبعاد المفطورة والنشا والجليكوجين من النظام الغذائي أو إضافة إنزيم المالتاز إلى الطعام.

عندما يتم غلي المالتوز مع حمض مخفف وتحت تأثير الإنزيم، يتحلل المالتيز (يتم تشكيل جزيئين من الجلوكوز C6H12O6). يمتص جسم الإنسان المالتوز بسهولة. الوزن الجزيئي - 342.32 طن نقطة الانصهار - 108 (لا مائي)

43. اللاكتوز(من اللاتينية لاكتيس - الحليب) C12H22O11 - كربوهيدرات من مجموعة السكاريد الموجودة في الحليب ومنتجات الألبان. يتكون جزيء اللاكتوز من بقايا جزيئات الجلوكوز والجلاكتوز. يُطلق على اللاكتوز أحيانًا اسم سكر الحليب.

الخواص الكيميائية.عند غليه مع حمض مخفف، يتحلل اللاكتوز مائيًا.

يتم الحصول على اللاكتوز من مصل اللبن.

طلب.يستخدم لتحضير الوسائط الثقافية، على سبيل المثال في إنتاج البنسلين. يستخدم كسواغ (سواغ) في صناعة الأدوية.

من اللاكتوز يتم الحصول على اللاكتولوز - وهو دواء قيم لعلاج الاضطرابات المعوية، مثل الإمساك.

44. السكروز C12H22O11، أو سكر البنجر، سكر القصب، في الحياة اليومية مجرد سكر - ثنائي السكاريد يتكون من اثنين من السكريات الأحادية - ألفا الجلوكوز وبيتا الفركتوز.

السكروز هو ثنائي السكاريد الشائع جدًا في الطبيعة، ويوجد في العديد من الفواكه والفواكه والتوت. محتوى السكروز مرتفع بشكل خاص في بنجر السكر وقصب السكر، اللذين يستخدمان في الإنتاج الصناعي لسكر المائدة.

السكروز لديه قابلية ذوبان عالية. كيميائيا، الفركتوز خامل تماما، أي. عند الانتقال من مكان إلى آخر، يكاد لا يشارك في عملية التمثيل الغذائي. في بعض الأحيان يتم تخزين السكروز كمواد مغذية احتياطية.

يتم تحلل السكروز، الذي يدخل الأمعاء، بسرعة بواسطة ألفا جلوكوزيداز في الأمعاء الدقيقة إلى جلوكوز وفركتوز، ثم يتم امتصاصهما بعد ذلك في الدم. مثبطات ألفا جلوكوزيداز، مثل أكاربوز، تمنع تحلل وامتصاص السكروز، وكذلك الكربوهيدرات الأخرى التي يتم تحللها بواسطة ألفا جلوكوزيداز، وخاصة النشا. يستخدم في علاج مرض السكري من النوع الثاني. المرادفات: ألفا-د-جلوكوبيرانوسيل-بيتا-د-فركتوفيورانوسيد، سكر البنجر، سكر القصب.

الخصائص الكيميائية والفيزيائية.الوزن الجزيئي 342.3 اتحاد المغرب العربي. الصيغة الإجمالية (نظام هيل): C12H22O11. الطعم حلو. الذوبان (جرام لكل 100 جرام): في الماء 179 (0 درجة مئوية) و 487 (100 درجة مئوية)، في الإيثانول 0.9 (20 درجة مئوية). قابل للذوبان قليلا في الميثانول. غير قابلة للذوبان في ثنائي إيثيل الأثير. الكثافة 1.5879 جم/سم3 (15 درجة مئوية). الدوران النوعي للصوديوم D-line: 66.53 (ماء؛ 35 جم/100 جم؛ 20 درجة مئوية). عند تبريدها بالهواء السائل وإضاءتها بالضوء الساطع، تتفسفر بلورات السكروز. لا يُظهر خصائص مختزلة - لا يتفاعل مع كاشف تولنز وكاشف فيهلينج. يتم تأكيد وجود مجموعات الهيدروكسيل في جزيء السكروز بسهولة عن طريق التفاعل مع هيدروكسيدات المعادن. إذا تمت إضافة محلول السكروز إلى هيدروكسيد النحاس (II)، يتكون محلول أزرق لامع من سكروز النحاس. لا توجد مجموعة ألدهيد في السكروز: عند تسخينه بمحلول الأمونيا من أكسيد الفضة (I)، فإنه لا يعطي "مرآة فضية"؛ عند تسخينه مع هيدروكسيد النحاس (II)، لا يشكل أكسيد النحاس الأحمر (I) . من بين أيزومرات السكروز ذات الصيغة الجزيئية C12H22O11، يمكن تمييز المالتوز واللاكتوز.

تفاعل السكروز مع الماءإذا قمت بغلي محلول السكروز مع بضع قطرات من حمض الهيدروكلوريك أو حمض الكبريتيك وقمت بتحييد الحمض بالقلويات، ثم قمت بتسخين المحلول، تظهر جزيئات تحتوي على مجموعات ألدهيد، مما يختزل هيدروكسيد النحاس (II) إلى أكسيد النحاس (I). يوضح هذا التفاعل أن السكروز يخضع للتحلل المائي تحت التأثير التحفيزي للحمض، مما يؤدي إلى تكوين الجلوكوز والفركتوز: C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6

المصادر الطبيعية والبشرية.يوجد في قصب السكر وبنجر السكر (ما يصل إلى 28٪ مادة جافة) وعصائر النباتات والفواكه (مثل خشب البتولا والقيقب والبطيخ والجزر). يتم تحديد مصدر السكروز - من البنجر أو القصب - من خلال نسبة محتوى نظائر الكربون المستقرة 12C و13C. يمتلك بنجر السكر آلية C3 لاستيعاب ثاني أكسيد الكربون (عن طريق حمض الفسفوغليسريك) ويمتص بشكل تفضيلي نظير 12C؛ يمتلك قصب السكر آلية C4 لامتصاص ثاني أكسيد الكربون (عن طريق حمض الأكسالوسيتيك) ويمتص بشكل تفضيلي نظير 13C.

45. سيلوبيوز- كربوهيدرات من مجموعة السكريات الثنائية، وتتكون من بقايا الجلوكوز المرتبطة برابطة β-glucosidic، الوحدة الهيكلية الرئيسية للسليلوز.

مادة بلورية بيضاء، شديدة الذوبان في الماء. يتميز السيلوبيوز بتفاعلات تتضمن مجموعة ألدهيد (هيمياسيتال) ومجموعات هيدروكسيل. أثناء التحلل المائي الحمضي أو تحت تأثير إنزيم β-glucosidase، يتحلل السيلوبيوز ليشكل جزيئين من الجلوكوز.

يتم الحصول على السيلوبيوز عن طريق التحلل المائي الجزئي للسليلوز. تم العثور على السيلوبيوز في شكل حر في عصارة بعض الأشجار.

46. ​​السكريات- الاسم العام لفئة من الكربوهيدرات المعقدة عالية الجزيئية، والتي تتكون جزيئاتها من عشرات أو مئات أو آلاف المونومرات - السكريات الأحادية.

السكريات ضرورية لحياة الكائنات الحيوانية والنباتية. وهي أحد المصادر الرئيسية للطاقة المتولدة نتيجة لعملية التمثيل الغذائي في الجسم. وهي تشارك في العمليات المناعية، وتوفر التصاق الخلايا في الأنسجة، وتشكل الجزء الأكبر من المادة العضوية في المحيط الحيوي.

تم إثبات النشاط البيولوجي المتنوع للسكريات ذات الأصل النباتي: مضاد حيوي، مضاد للفيروسات، مضاد للأورام، ترياق [المصدر غير محدد 236 يومًا]. تلعب السكريات ذات الأصل النباتي دورًا مهمًا في تقليل شحوم الدم وتصلب الشرايين الوعائية نظرًا لقدرتها على تكوين مجمعات مع البروتينات والبروتينات الدهنية في بلازما الدم.

وتشمل السكريات على وجه الخصوص:

الدكسترين هو عديد السكاريد، وهو منتج للتحلل المائي للنشا.

النشا هو السكاريد الرئيسي المترسب كاحتياطي للطاقة في الكائنات النباتية.

الجليكوجين هو عديد السكاريد المترسب كاحتياطي للطاقة في خلايا الكائنات الحية الحيوانية، ولكنه يوجد بكميات صغيرة في الأنسجة النباتية؛

السليلوز هو السكاريد الهيكلي الرئيسي لجدران الخلايا النباتية.

galactomannans - السكريات المخزنة لبعض النباتات من عائلة البقوليات، مثل غرنا وعلكة الجراد؛

الجلوكومانان هو عبارة عن عديد السكاريد يتم الحصول عليه من درنات الكونجاك، ويتكون من وحدات متناوبة من الجلوكوز والمانوز، وهي ألياف غذائية قابلة للذوبان تقلل الشهية؛

الأميلويد - يستخدم في إنتاج ورق البرشمان.

السليلوز (من اللات. الخلية - الخلية، مثل الألياف) - [C6H7O2(OH)3]n، السكاريد؛ المكون الرئيسي لأغشية الخلايا لجميع النباتات العليا.

يتكون السليلوز من بقايا جزيئات الجلوكوز التي تتشكل أثناء التحلل المائي الحمضي للسليلوز:

(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6

السليلوز عبارة عن خيط طويل يحتوي على 300-2500 بقايا جلوكوز، بدون فروع جانبية. وترتبط هذه الخيوط بالعديد من الروابط الهيدروجينية، مما يعطي السليلوز قوة ميكانيكية أكبر. لا تحتوي الثدييات (مثل معظم الحيوانات الأخرى) على إنزيمات يمكنها تفكيك السليلوز. ومع ذلك، فإن العديد من الحيوانات العاشبة (على سبيل المثال، الحيوانات المجترة) لديها بكتيريا متكافلة في الجهاز الهضمي والتي تتحلل وتساعد المضيف على امتصاص هذا السكاريد.

يتم إنتاج السليلوز بالطريقة الصناعية عن طريق الطهي في مصانع اللب التي تعد جزءًا من المجمعات الصناعية (المطاحن). بناءً على نوع الكواشف المستخدمة، يتم تمييز الطرق التالية لطهي اللب:

كبريتيت. يحتوي محلول الطهي على حمض الكبريتيك وأملاحه، على سبيل المثال هيدروسلفيت الصوديوم. تُستخدم هذه الطريقة للحصول على السليلوز من أنواع الأخشاب منخفضة الراتينج: شجرة التنوب والتنوب.

القلوية:

ناتروني. يتم استخدام محلول هيدروكسيد الصوديوم. يمكن استخدام طريقة الصودا للحصول على السليلوز من الأخشاب المتساقطة والنباتات السنوية.

كبريتات. الطريقة الأكثر شيوعا اليوم. الكاشف المستخدم هو محلول يحتوي على هيدروكسيد الصوديوم وكبريتيد الصوديوم، ويسمى السائل الأبيض. حصلت هذه الطريقة على اسمها من كبريتات الصوديوم، والتي يتم الحصول منها على كبريتيد السائل الأبيض في مصانع اللب. هذه الطريقة مناسبة لإنتاج السليلوز من أي نوع من المواد النباتية. عيبه هو إطلاق كمية كبيرة من مركبات الكبريت ذات الرائحة الكريهة: ميثيل مركبتان، ثنائي ميثيل كبريتيد، وما إلى ذلك نتيجة لردود الفعل السلبية.

يحتوي السليلوز التقني الذي يتم الحصول عليه بعد الطهي على شوائب مختلفة: اللجنين والهيميسيلولوز. إذا كان السليلوز مخصصًا للمعالجة الكيميائية (على سبيل المثال، لإنتاج ألياف صناعية)، فإنه يخضع للتكرير - المعالجة بمحلول قلوي بارد أو ساخن لإزالة الهيمسيلولوز.

لإزالة اللجنين المتبقي وجعل اللب أبيض اللون، يتم تبييضه. يتضمن التبييض التقليدي بالكلور خطوتين:

معالجة الكلور - لتدمير جزيئات اللجنين الكبيرة.

المعالجة القلوية - لاستخراج منتجات تدمير اللجنين الناتجة.

47. النشا- السكريات أميلوز وأميلوبكتين، ومونومر منها هو الجلوكوز ألفا. النشا، الذي يتم تصنيعه بواسطة نباتات مختلفة تحت تأثير الضوء (التمثيل الضوئي)، له عدة تركيبات وهياكل حبيبية مختلفة.

الخصائص البيولوجية.النشا، كونه أحد منتجات عملية التمثيل الضوئي، منتشر على نطاق واسع في الطبيعة. بالنسبة للنباتات، فهو مصدر للعناصر الغذائية ويوجد بشكل رئيسي في الفواكه والبذور والدرنات. تعتبر حبوب نباتات الحبوب هي الأغنى بالنشا: الأرز (حتى 86%)، والقمح (حتى 75%)، والذرة (حتى 72%)، ودرنات البطاطس (حتى 24%).

بالنسبة لجسم الإنسان، يعد النشا مع السكروز بمثابة المورد الرئيسي للكربوهيدرات - أحد أهم مكونات الغذاء. تحت تأثير الإنزيمات، يتم تحلل النشا إلى الجلوكوز، الذي يتأكسد في الخلايا إلى ثاني أكسيد الكربون والماء، مما يطلق الطاقة اللازمة لعمل الكائن الحي.

التخليق الحيوي.يتحول بعض الجلوكوز الناتج في النباتات الخضراء أثناء عملية التمثيل الضوئي إلى نشا:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6(الجلوكوز) → (C6H10O5)n + nH2O

بشكل عام، يمكن كتابة هذا بالشكل 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n 6nO2.

يتراكم النشا في الدرنات والفواكه وبذور النباتات كغذاء احتياطي. وبالتالي، تحتوي درنات البطاطس على ما يصل إلى 24٪ من النشا، وحبوب القمح - حتى 64٪، والأرز - 75٪، والذرة - 70٪.

الجليكوجين هو عديد السكاريد، التي شكلتها بقايا الجلوكوز. الكربوهيدرات التخزين الرئيسي في البشر والحيوانات. الجليكوجين (ويسمى أيضًا أحيانًا النشا الحيواني، على الرغم من عدم دقة هذا المصطلح) هو الشكل الرئيسي لتخزين الجلوكوز في الخلايا الحيوانية. يترسب على شكل حبيبات في السيتوبلازم في العديد من أنواع الخلايا (الكبد والعضلات بشكل رئيسي). يشكل الجليكوجين احتياطيًا من الطاقة يمكن تعبئته بسرعة إذا لزم الأمر للتعويض عن النقص المفاجئ في الجلوكوز. ومع ذلك، فإن تخزين الجليكوجين ليس كثيفًا في السعرات الحرارية لكل جرام مثل تخزين الدهون الثلاثية. فقط الجليكوجين المخزن في خلايا الكبد (خلايا الكبد) يمكن تحويله إلى جلوكوز لتغذية الجسم بأكمله، وتستطيع خلايا الكبد تخزين ما يصل إلى 8 بالمائة من وزنها على شكل جليكوجين، وهو أعلى تركيز لأي نوع من الخلايا. يمكن أن تصل الكتلة الإجمالية للجليكوجين في الكبد إلى 100-120 جرامًا عند البالغين. في العضلات، يتم تحويل الجليكوجين إلى الجلوكوز حصريًا للاستهلاك المحلي ويتراكم بتركيزات أقل بكثير (لا تزيد عن 1٪ من إجمالي كتلة العضلات)، بينما في نفس الوقت يمكن أن يتجاوز إجمالي احتياطي العضلات الاحتياطي المتراكم في خلايا الكبد. توجد كميات صغيرة من الجليكوجين في الكلى، كما توجد كميات أصغر في أنواع معينة من خلايا الدماغ (الخلايا الدبقية) وخلايا الدم البيضاء.

48. شيتين (C8H13O5N) (الكيتين الفرنسي، من الكيتون اليوناني: الكيتون - الملابس، الجلد، القشرة) - مركب طبيعي من مجموعة السكريات المحتوية على النيتروجين. الاسم الكيميائي: poly-N-acetyl-D-glucose-2-amine، وهو بوليمر من بقايا N-acetylglucosamine المرتبطة بروابط b-(1,4)-glycosidic. المكون الرئيسي للهيكل الخارجي (بشرة) للمفصليات وعدد من اللافقاريات الأخرى، وهو جزء من جدار الخلية للفطريات والبكتيريا.

التوزيع في الطبيعة.يعد الكيتين أحد أكثر السكريات شيوعًا في الطبيعة، ففي كل عام على الأرض، يتشكل ويتحلل حوالي 10 جيجا طن من الكيتين في الكائنات الحية.

يؤدي وظائف الحماية والدعم، مما يضمن صلابة الخلايا - الموجودة في جدران خلايا الفطريات.

المكون الرئيسي للهيكل الخارجي للمفصليات.

يتشكل الكيتين أيضًا في أجسام العديد من الحيوانات الأخرى - الديدان المختلفة والتجويفات المعوية وما إلى ذلك.

في جميع الكائنات الحية التي تنتج وتستخدم الكيتين، لا يوجد في شكل نقي، ولكن بالاشتراك مع السكريات الأخرى، وغالبا ما يرتبط بالبروتينات. على الرغم من أن الكيتين مادة مشابهة جدًا للسليلوز في التركيب والخصائص الفيزيائية والكيميائية والدور البيولوجي، إلا أنه لا يمكن العثور على الكيتين في الكائنات الحية التي تشكل السليلوز (النباتات وبعض البكتيريا).

كيمياء الكيتين.في شكله الطبيعي، يختلف الكيتين من الكائنات الحية المختلفة إلى حد ما في التركيب والخصائص. يصل الوزن الجزيئي للكيتين إلى 260.000.

الكيتين غير قابل للذوبان في الماء ومقاوم للأحماض المخففة والقلويات والكحول والمذيبات العضوية الأخرى. يذوب في المحاليل المركزة لبعض الأملاح (كلوريد الزنك، ثيوسيانات الليثيوم، أملاح الكالسيوم).

عند تسخينه بمحاليل مركزة من الأحماض المعدنية، يتم تدميره (تحلله مائيًا)، مما يؤدي إلى التخلص من مجموعات الأسيتيل.

الاستخدام العملي.ومن مشتقات الكيتين التي يتم الحصول عليها منه صناعيا هو الشيتوزان. المواد الخام لإنتاجها هي قذائف القشريات (الكريل، كراب الملك)، وكذلك منتجات التوليف الميكروبيولوجي.

49. الهيدروكربونات العطريةمركبات عضوية تتكون من الكربون والهيدروجين وتحتوي على نواة البنزين. أبسط وأهم ممثلي A. u. - البنزين (I) ومماثلاته: ميثيل بنزين، أو تولوين (II)، أو ثنائي ميثيل بنزين، أو زيلين، إلخ. تشمل أيضًا مشتقات البنزين ذات السلاسل الجانبية غير المشبعة، على سبيل المثال الستيرين (III). هناك العديد من A.u المعروفة. مع وجود عدة نوى بنزين في الجزيء، على سبيل المثال ثنائي فينيل ميثان (IV)، ثنائي فينيل C6H5-C6H5، حيث ترتبط نواة البنزين ببعضها البعض بشكل مباشر؛ في النفثالين (V) تشترك كلتا الحلقتين في ذرتي كربون؛ تسمى هذه الهيدروكربونات A.u. مع النوى المكثفة.

البنزين C6H6، الرقم الهيدروجيني) مركب كيميائي عضوي، سائل عديم اللون ذو رائحة حلوة لطيفة. الهيدروكربونات العطرية. البنزين هو أحد مكونات البنزين، ويستخدم على نطاق واسع في الصناعة، وهو مادة خام لإنتاج الأدوية والمواد البلاستيكية المختلفة والمطاط الصناعي والأصباغ. على الرغم من أن البنزين هو أحد مكونات النفط الخام، إلا أنه يتم تصنيعه على نطاق صناعي من مكونات أخرى. سامة ومسرطنة.

المتماثلون- مركبات تنتمي إلى نفس الصنف، ولكنها تختلف عن بعضها البعض في التركيب بعدد صحيح من مجموعات CH2. يشكل مجمل جميع المتماثلات سلسلة متماثلة.

الخصائص الفيزيائية.سائل عديم اللون ذو رائحة نفاذة غريبة. نقطة الانصهار = 5.5 درجة مئوية، نقطة الغليان = 80.1 درجة مئوية، الكثافة = 0.879 جم/سم مكعب، الوزن الجزيئي = 78.11 جم/مول. مثل جميع الهيدروكربونات، يحترق البنزين وينتج الكثير من السخام. يشكل مخاليط متفجرة مع الهواء، ويمتزج جيداً مع الإيثرات والبنزين والمذيبات العضوية الأخرى، ويشكل مع الماء خليطاً أزيوتروبياً درجة غليانه 69.25 درجة مئوية. الذوبان في الماء 1.79 جم/لتر (عند 25 درجة مئوية).

بناء.ينتمي البنزين في تركيبه إلى الهيدروكربونات غير المشبعة (سلسلة متجانسة CnH2n-6)، ولكن على عكس الهيدروكربونات من سلسلة الإيثيلين، يُظهر C2H4 الخصائص الكامنة في الهيدروكربونات المشبعة في ظل الظروف القاسية، لكن البنزين أكثر عرضة لتفاعلات الاستبدال. يتم تفسير هذا "السلوك" للبنزين من خلال بنيته الخاصة: وجود سحابة 6π إلكترون مترافقة في البنية. يعتمد الفهم الحديث للطبيعة الإلكترونية للروابط في البنزين على فرضية لينوس بولينج، الذي اقترح تصوير جزيء البنزين على شكل مسدس مع دائرة منقوشة، وبالتالي التأكيد على عدم وجود روابط مزدوجة ثابتة ووجود إلكترون واحد سحابة تغطي جميع ذرات الكربون الست للدورة.

50. المركبات العطرية (ارينيس)- المركبات العضوية الحلقية التي تحتوي على نظام روابط عطرية. قد يكون لديهم سلاسل جانبية مشبعة أو غير مشبعة.

وتشمل الهيدروكربونات العطرية الأكثر أهمية البنزين C6H6 ومماثلاته: التولوين C6H5CH3، الزيلين C6H4(CH3)2، وما إلى ذلك؛ النفثالين C10H8 والأنثراسين C14H10 ومشتقاتهما. خصائص كيميائية مميزة- زيادة ثبات النواة العطرية والميل إلى تفاعلات الاستبدال. المصادر الرئيسية للهيدروكربونات العطرية هي قطران الفحم والنفط والمنتجات البترولية. تعتبر طرق الإنتاج الاصطناعية ذات أهمية كبيرة. الهيدروكربونات العطرية هي المنتجات الأولية لإنتاج الكيتونات والألدهيدات والأحماض العطرية، بالإضافة إلى العديد من المواد الأخرى. هناك أيضًا أرينات حلقية غير متجانسة، من بينها الأكثر شيوعًا في شكل نقي وفي شكل مركبات هي البيريدين، البيرول، الفوران والثيوفين، الإندول، البيورين، الكينولين.

البورازول ("البنزين غير العضوي") هو أيضًا عطري، لكن خصائصه تختلف بشكل ملحوظ عن خصائص الأرينات العضوية.

تفاعلات الاستبدال الكهربية"(المهندس. تفاعل كهربائي بديل) - تفاعلات الاستبدال التي يتم فيها الهجوم بواسطة محب كهربائي - جسيم مشحون بشكل إيجابي أو به نقص في الإلكترونات. عندما تتشكل رابطة جديدة، ينقسم الجسيم الخارج، البلعمة الكهربائية، بدون زوج الإلكترونات الخاص به. المجموعة المغادرة الأكثر شيوعًا هي بروتون H+.

51-52. تفاعلات الاستبدال الإلكتروفيلية العطرية

بالنسبة للأنظمة العطرية، هناك آلية واحدة للاستبدال الإلكتروفيلي - SEAr. آلية SE1 (شبيهة بآلية SN1) نادرة للغاية، ولم يتم العثور على SE2 (شبيهة بآلية SN2) على الإطلاق.

آلية رد فعل SEArأو تفاعل الاستبدال الإلكتروفيلي العطري (eng. الاستبدال الإلكتروفيلي العطري) هو الأكثر شيوعًا والأكثر أهمية بين تفاعلات الاستبدال للمركبات العطرية ويتكون من مرحلتين. في المرحلة الأولى، تتم إضافة المحب للكهرباء، وفي المرحلة الثانية، يتم فصل الطارد الكهربائي.

أثناء التفاعل، يتم تشكيل وسيط موجب الشحنة (في الشكل 2ب). يطلق عليه اسم Ueland الوسيط أو أيون الأرونيوم أو مركب σ. هذا المجمع بشكل عام تفاعلي للغاية ويمكن تثبيته بسهولة، مما يؤدي إلى التخلص من الكاتيون بسرعة. خطوة تحديد المعدل في الغالبية العظمى من تفاعلات SEAr هي الخطوة الأولى.

معدل التفاعل = ك**

عادة ما تكون الأنواع المهاجمة محبة للكهرباء ضعيفة نسبيًا، لذلك في معظم الحالات يستمر تفاعل SEAr تحت تأثير المحفز - حمض لويس. الأكثر استخدامًا هي AlCl3، FeCl3، FeBr3، ZnCl2.

في هذه الحالة تكون آلية التفاعل كما يلي (باستخدام مثال كلورة البنزين، المحفز FeCl3):

1. في المرحلة الأولى، يتفاعل المحفز مع الجسيم المهاجم لتكوين عامل إلكتروفيلي نشط

في المرحلة الثانية، في الواقع، يتم تنفيذ آلية SEAR

53. المركبات الحلقية غير المتجانسة(الدورات غير المتجانسة) هي مركبات عضوية تحتوي على دورات، والتي تتضمن أيضًا، إلى جانب الكربون، ذرات عناصر أخرى. يمكن اعتبارها مركبات حلقية كربوهيدراتية تحتوي على بدائل غير متجانسة (ذرات غير متجانسة) في الحلقة. الأكثر تنوعًا والتي تمت دراستها جيدًا هي المركبات الحلقية غير المتجانسة التي تحتوي على النيتروجين. الحالات الحدية للمركبات الحلقية غير المتجانسة هي المركبات التي لا تحتوي على ذرات الكربون في الحلقة، مثل البنتازول.

بيرول- دورة نيتروجينية عطرية خماسية، لها خواص أساسية ضعيفة. يوجد في زيت العظام (الذي يتم الحصول عليه عن طريق التقطير الجاف للعظام)، وكذلك في قطران الفحم. حلقات البيرول هي جزء من البورفيرينات - نبات الكلوروفيل، والهيم من الهيموجلوبين والسيتوكروم وعدد من المركبات الأخرى ذات الأهمية البيولوجية.

الهيكل والخصائص.البيرول هو سائل عديم اللون ذو رائحة مشابهة للكلوروفورم، والذي يتحول إلى اللون الداكن ببطء عند تعرضه للهواء. وهو استرطابي قليلاً، وقابل للذوبان قليلاً في الماء وقابل للذوبان بشدة في معظم المذيبات العضوية. تم اقتراح بنية البيرول في عام 1870 من قبل باير، بناءً على أكسدته بحمض الكروميك إلى ماليميد وتكوينه أثناء تقطير السكسينيميد مع غبار الزنك.

الحموضة والتعدين.البيرول هو حمض NH ضعيف (pKa 17.5 في الماء) ويتفاعل مع الفلزات القلوية وأميداتها في الأمونيا السائلة أو المذيبات الخاملة، وينفصل البروتون في الموضع 1 ويشكل الأملاح المقابلة. يتم التفاعل مع كواشف غرينيارد بشكل مشابه، حيث تتشكل أملاح المغنيسيوم N. تتفاعل البيرولات المستبدلة بـ N مع البوتيل والفينيليثيوم، وتشكل معدنًا عند الموضع α.

54. إندول (بنزو [ب] بيرول) ، مول. م.117.18؛ عديم اللون بلورات ذات رائحة نفثالين باهتة؛ النائب. 52.5 درجة مئوية، برميل. 254 درجة مئوية؛ d456 1.0718; يتسامى عند تسخينه. حتى 150 درجة مئوية؛ م 7.03.10-30 كلم (بنزين، 25 درجة مئوية)؛ التقطير ببخار الماء وثنائي إيثيل الأثير وNH3؛ حسنا سول. في المنظمة. المذيبات، الماء الساخن، NH3 السائل. الجزيء لديه تكوين مسطح.

الإندول قاعدة ضعيفة (pKa -2.4). عندما يتم بروتونته، فإنه يشكل كاتيون 3H-إندوليوم (الشكل I)، والذي عند التفاعل. مع جزيء محايد، الإندول يعطي ديمر (II). كمركب ضعيف (pKa 17)، يشكل الإندول مع Na في NH3 السائل إندول الصوديوم N، مع KOH عند 130 درجة مئوية - إندول البوتاسيوم N. إنها عطرية. المقدسة لك. إلكتروف. استبدال يذهب الفصل. وصول. إلى الموضع 3. يتم إجراء النترتة عادةً باستخدام نترات البنزويل، والكبريتة باستخدام سلفوتري أكسيد البيريدين، والبرومة باستخدام ثنائي بروميد الديوكسان، والكلورة باستخدام SO2Cl2، والألكلة باستخدام هاليدات الألكيل النشطة. تحدث الأستيل في حمض الأسيتيك أيضًا في الموضع 3، في الوجود. CH3COONa - إلى الموضع 1؛ يتكون 1،3-ثنائي الأسيتيليندول في أنهيدريد الخل. يلتصق الإندول بسهولة بالرابطة المزدوجة للكيتونات والنيتريل غير المشبعة.

يحدث التحلل الأميني (محلول مانيتش) في الموضع 1 في ظل ظروف معتدلة، وفي الموضع 3 في الظروف الصعبة. ويحدث الاستبدال في حلقة البنزين (في الغالب في الموضعين 4 و 6) فقط في البيئات الحمضية عندما يكون الموضع 3 مسدودًا. يتأكسد H2O2، أو البيراسيدس أو الإندول في الضوء إلى إندوكسيل، والذي يتم تحويله بعد ذلك. في تريمر أو النيلي. الأكسدة الأكثر شدة تحت تأثير O3، MnO2 تؤدي إلى تمزق حلقة البيرول وتكوين 2-فورماميدوبنزالدهيد. عندما يتم هدرجة الإندول مع الهيدروجين تحت ظروف معتدلة، يتم تقليل حلقة البيرول، وتحت ظروف أكثر قسوة، يتم تقليل حلقة البنزين أيضًا.

يوجد الإندول في الزيوت العطرية من الياسمين والحمضيات، وهو جزء من Kam.-ug. مادة صمغية. حلقة الإندول هي جزء من جزيئات طبيعية مهمة. المركبات (مثل التربتوفان والسيروتونين والميلاتونين والبوفوتينين). عادة، يتم عزل الإندول من جزء النفثالين من Kam.-Ug. الراتنج أو يتم الحصول عليه عن طريق إزالة الهيدروجين من o- إيثيلانيلين مع الأخير. تدوير المنتج الناتج. يتم تصنيع الإندول ومشتقاته أيضًا عن طريق تدوير أريل هيدرازونات مركبات الكربونيل. (منطقة فيشر)، التفاعل. أريلامينات مع مركبات هالة أو هيدروكسي كربونيل. (منطقة بيشلر)، إلخ. قلب الإندول هو جزء من قلويدات الإندول. الإندول نفسه هو مثبت للرائحة في صناعة العطور. وتستخدم مشتقاته في إنتاج المركبات النشطة بيولوجيا. (الهرمونات، المهلوسات) والأدوية. الأربعاء (على سبيل المثال، إندوبان، الإندوميتاسين).

55. إيميدازول- مركب عضوي من فئة الحلقة غير المتجانسة، وهو عبارة عن حلقة خماسية تحتوي على ذرتين نيتروجين وثلاث ذرات كربون في الحلقة، متصاوغ إلى بيرازول.

ملكيات.في الإيميدازول غير المستبدل، يكون الموضعان 4 و5 (ذرات الكربون) متكافئين بسبب التوتومرية. عطري، يتفاعل مع أملاح الديازونيوم (مركبة). يتم نتراته وسلفنته فقط في بيئة حمضية عند الموضع 4، وتدخل الهالوجينات في الموضع 2 في بيئة قلوية، وفي الموضع 4 في بيئة حمضية، ويتم ألكلته بسهولة عند الإيمين N، ويفتح الدورة عند التفاعل مع محاليل الأحماض القوية والبيروكسيدات. يحفز التحلل المائي للإسترات وأميدات الأحماض الكربوكسيلية التي يصعب تصبنها.

يتم إنتاج عدد كبير من السوائل الأيونية المختلفة بناءً على الإيميدازول.

طرق الاستلام.من أورثو فينيلينيديامين عن طريق البنزيميدازول وحمض 4،5 إيميدازول ثنائي الكربوكسيل.

تفاعل الجليوكسال (أوكسالالدهيد) مع الأمونيا والفورمالدهيد.

الدور البيولوجي.دورة الإيميدازول هي جزء من الحمض الأميني الأساسي هيستيدين. جزء هيكلي من الهستامين وقواعد البيورين والديبازول.

56. بيريدين- حلقة عطرية غير متجانسة مكونة من ستة أعضاء تحتوي على ذرة نيتروجين واحدة، وهو سائل عديم اللون ذو رائحة كريهة قوية؛ قابل للامتزاج مع الماء والمذيبات العضوية. والبيريدين عبارة عن قاعدة ضعيفة، ويعطي أملاحاً مع أحماض معدنية قوية، ويشكل بسهولة أملاحاً مزدوجة ومركبات معقدة.

إيصال.المصدر الرئيسي للبيريدين هو قطران الفحم.

الخواص الكيميائية.يُظهر البيريدين خصائص مميزة للأمينات الثلاثية: فهو يشكل أكاسيد N، وأملاح N-ألكيل بيريدينيوم، ويمكن أن يكون بمثابة رابطة مانحة لسيجما.

وفي الوقت نفسه، البيريدين له خصائص عطرية واضحة. ومع ذلك، فإن وجود ذرة النيتروجين في حلقة الاقتران يؤدي إلى إعادة توزيع خطيرة لكثافة الإلكترون، مما يؤدي إلى انخفاض قوي في نشاط البيريدين في تفاعلات الاستبدال العطرية الكهربية. في مثل هذه التفاعلات، تتفاعل المواضع الفوقية للحلقة في الغالب.

يتميز البيريدين بتفاعلات الاستبدال العطرية المحبة للنواة والتي تحدث في الغالب في المواضع المستقيمة للحلقة. تشير هذه التفاعلية إلى طبيعة النقص الإلكتروني لحلقة البيريدين، والتي يمكن تلخيصها في القاعدة العامة التالية: تفاعل البيريدين كمركب عطري يتوافق تقريبًا مع تفاعل النيتروبنزين.

طلب.يتم استخدامه في تركيب الأصباغ والمواد الطبية والمبيدات الحشرية، وفي الكيمياء التحليلية، كمذيب للعديد من المواد العضوية وبعض المواد غير العضوية، ولتغيير طبيعة الكحول.

أمان.البيريدين سام ويؤثر على الجهاز العصبي والجلد.

57. الدور البيولوجي.حمض النيكوتينيك هو أحد مشتقات البيريدين. يتم امتصاصه في المعدة والاثني عشر، ثم يخضع لعملية الأمين، مما ينتج عنه النيكوتينوميد، الذي يشكل في الجسم، بالاشتراك مع البروتينات، أكثر من 80 إنزيمًا. هذا هو الدور الفسيولوجي الرئيسي لفيتامين B5. وبالتالي، يعد حمض النيكوتينيك جزءًا من إنزيمات الأكسدة والاختزال المهمة مثل إزالة الهيدروجين، والتي تحفز إزالة الهيدروجين من المواد العضوية التي تتأكسد. يتم تمرير الهيدروجين الذي تمت إزالته بواسطة هذه الإنزيمات إلى إنزيمات الأكسدة والاختزال، والتي تشمل الريبوفلافين. بالإضافة إلى ذلك، في جسم الثدييات، تتشكل نيوكليوتيدات البيريدين من النيكوتيناميد (النياسين) وحمض النيكوتينيك، والتي تعمل بمثابة الإنزيمات المساعدة NAD وNADP. يؤدي نقص هذه السلائف في الحيوانات إلى الإصابة بمرض البلاجرا، وهو مرض يتجلى في أعراض الجلد والجهاز الهضمي والجهاز العصبي (التهاب الجلد والإسهال والخرف). كما الإنزيمات المساعدة، NAD وNADP، سلائف النياسين، تشارك في العديد من تفاعلات الأكسدة والاختزال المحفزة بواسطة نازعة الهيدروجين. يتجلى التأثير البيولوجي لحمض النيكوتينيك في شكل تحفيز الوظيفة الإفرازية للمعدة والغدد الهضمية (في وجوده في المعدة يزيد تركيز حمض الهيدروكلوريك الحر). تحت تأثير فيتامين ب 5، يزداد التخليق الحيوي للجليكوجين وينخفض ​​ارتفاع السكر في الدم، وتزداد وظيفة إزالة السموم في الكبد، وتتوسع الأوعية الدموية، ويتحسن دوران الأوعية الدقيقة في الدم.

هناك علاقة بين حمض النيكوتينيك والأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت. يتم تطبيع زيادة إفراز ميثيل نيكوتيناميد في البول في حالة نقص البروتين عن طريق إدراج الأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت في النظام الغذائي. في الوقت نفسه، يتم أيضًا تطبيع محتوى الفسفوبيرينوكليوتيدات في الكبد.

58. بيريميدين (C4N2H4، بيريميدين، 1،3- أو م-ديازين، ميازين) هو مركب حلقي غير متجانس مع جزيء مسطح، أبسط ممثل لـ 1،3-ديازين.

الخصائص الفيزيائية.البيريميدين عبارة عن بلورات عديمة اللون ذات رائحة مميزة.

الخواص الكيميائية.الوزن الجزيئي للبيريميدين هو 80.09 جم / مول. يُظهر البيريميدين خصائص القاعدة ثنائية الحمض الضعيفة، حيث يمكن لذرات النيتروجين إضافة بروتونات من خلال روابط المانح والمستقبل، وبالتالي الحصول على شحنة موجبة. يتم تقليل التفاعل في تفاعلات الاستبدال الكهربي للبيريميدين بسبب انخفاض كثافة الإلكترون في المواضع 2،4،6 بسبب وجود ذرتين نيتروجين في الحلقة. يصبح الاستبدال ممكنًا فقط في وجود بدائل مانحة للإلكترون ويتم توجيهه إلى الموضع الأقل تعطيلًا 5. ومع ذلك، في المقابل، يكون البيريميدين نشطًا تجاه الكواشف المحبة للنواة التي تهاجم ذرات الكربون 2 و4 و6 في الحلقة.

إيصال.يتم الحصول على البيريميدين عن طريق اختزال مشتقات البيريميدين المهلجنة. أو من 2،4،6-ثلاثي كلوروبيريميدين، ويتم الحصول عليه بمعاملة حمض الباربيتوريك مع كلوروكسيد الفوسفور.

مشتقات البيريميدينتنتشر على نطاق واسع في الطبيعة الحية، حيث تشارك في العديد من العمليات البيولوجية الهامة. على وجه الخصوص، المشتقات مثل السيتوزين والثايمين واليوراسيل هي جزء من النيوكليوتيدات، وهي الوحدات الهيكلية للأحماض النووية؛ نواة البيريميدين هي جزء من بعض فيتامينات ب، على وجه الخصوص ب1، والإنزيمات المساعدة والمضادات الحيوية.

59. البيورين (C5N4H4، البيورين)- مركب حلقي غير متجانس، أبسط ممثل للإيميدازوبيريميدين.

تلعب مشتقات البيورين دورًا مهمًا في كيمياء المركبات الطبيعية (قواعد البيورين DNA وRNA؛ والإنزيم المساعد NAD؛ والقلويات والكافيين والثيوفيلين والثيوبرومين؛ والسموم والساكسيتوكسين والمركبات ذات الصلة؛ وحمض البوليك)، وبالتالي في المستحضرات الصيدلانية.

الأدينين- قاعدة نيتروجينية، مشتق أميني من البيورين (6-أمينوبورين). يشكل رابطتين هيدروجينيتين مع اليوراسيل والثايمين (التكامل).

الخصائص الفيزيائية.الأدينين عبارة عن بلورات عديمة اللون تذوب عند درجة حرارة 360-365 مئوية. وله أقصى امتصاص مميز (αmax) عند 266 ملم (pH 7) مع معامل انطفاء مولي (εmax) يبلغ 13500.

الصيغة الكيميائية C5H5N5الوزن الجزيئي 135.14 جم/مول. يُظهر الأدينين الخصائص الأساسية (pKa1=4.15؛ pKa2=9.8). عند تفاعله مع حمض النيتريك، يفقد الأدينين مجموعته الأمينية، ويتحول إلى هيبوكسانثين (6-هيدروكسيبورين). وفي المحاليل المائية يتبلور إلى هيدرات بلورية تحتوي على ثلاثة جزيئات ماء.

الذوبان.وهو شديد الذوبان في الماء، وخاصة الماء الساخن، ومع انخفاض درجة حرارة الماء، تنخفض قابلية ذوبان الأدينين فيه. ضعيف الذوبان في الكحول والكلوروفورم والأثير وكذلك في الأحماض والقلويات - غير قابل للذوبان.

انتشارها وأهميتها في الطبيعة.الأدينين هو جزء من العديد من المركبات الحيوية للكائنات الحية، مثل: الأدينين، وفوسفات الأدينوزين، والأحماض الفوسفورية الأدينوسين، والأحماض النووية، ونيوكليوتيدات الأدينين وغيرها. وعلى شكل هذه المركبات، يتوزع الأدينين على نطاق واسع في الطبيعة الحية.

جوانين- قاعدة نيتروجينية، مشتق أميني من البيورين (6-هيدروكسي-2-أمينوبورين)، وهي جزء لا يتجزأ من الأحماض النووية. في الحمض النووي، أثناء النسخ والنسخ، فإنه يشكل ثلاث روابط هيدروجينية مع السيتوزين (التكامل). تم عزله لأول مرة من ذرق الطائر.

الخصائص الفيزيائية.مسحوق بلوري عديم اللون وغير متبلور. نقطة الانصهار 365 درجة مئوية. محلول الجوانين في حمض الهيدروكلوريك المتألق. في البيئات القلوية والحمضية، يكون له الحد الأقصى للامتصاص (μmax) في الطيف فوق البنفسجي: عند 275 و248 ملم (pH 2) و246 و273 ملم (pH 11).

الخواص الكيميائية.الصيغة الكيميائية - C5H5N5O، الوزن الجزيئي - 151.15 جم/مول. يعرض الخصائص الأساسية، pKa1= 3.3؛ pKa2= 9.2; pKa3=12.3. يتفاعل مع الأحماض والقلويات لتكوين الأملاح.

الذوبان.قابل للذوبان بشكل جيد في الأحماض والقلويات، ضعيف الذوبان في الأثير والكحول والأمونيا والمحاليل المحايدة، غير قابل للذوبان في الماء .

ردود الفعل النوعية.لتحديد الجوانين، يتم ترسيبه مع أحماض الميتافوسفوريك والبريك، ومع حمض الديازوسلفونيك في محلول Na2CO3 يعطي لونًا أحمر.

التوزيع في الطبيعة والأهمية.جزء من الأحماض النووية.

60. النيوكليوسيداتهي جليكوسيلامينات تحتوي على قاعدة نيتروجينية مرتبطة بالسكر (الريبوز أو الديوكسيريبوز).

يمكن فسفرة النيوكليوسيدات بواسطة كينازات الخلية الموجودة في مجموعة الكحول الأولية للسكر، مما يؤدي إلى تكوين النيوكليوتيدات المقابلة.

النيوكليوتيدات- استرات الفوسفور من النيوكليوسيدات والفوسفات النيوكليوسيد. تلعب النيوكليوتيدات الحرة، وخاصة ATP، وcAMP، وADP، دورًا مهمًا في عمليات الطاقة والمعلومات داخل الخلايا، وهي أيضًا مكونات للأحماض النووية والعديد من الإنزيمات المساعدة.

النيوكليوتيدات هي استرات النيوكليوسيدات وأحماض الفوسفوريك. النيوكليوسيدات، بدورها، عبارة عن جليكوسيدات N تحتوي على جزء حلقي غير متجانس مرتبط عبر ذرة نيتروجين بذرة C-1 من بقايا السكر.

هيكل النيوكليوتيدات.في الطبيعة، النيوكليوتيدات الأكثر شيوعًا هي β-N-جليكوسيدات البيورينات أو البيريميدين والبنتوسيز - D-ribose أو D-2-ribose. اعتمادًا على بنية البنتوز، يتم التمييز بين الريبونوكليوتيدات وديوكسيريبونوكليوتيدات، وهي مونومرات جزيئات البوليمرات البيولوجية المعقدة (بولينوكليوتيدات) - RNA أو DNA، على التوالي.

عادة ما تشكل بقايا الفوسفات في النيوكليوتيدات رابطة إستر مع مجموعات الهيدروكسيل 2 أو 3 أو 5 بوصة من الريبونوكليوسيدات؛ في حالة ديوكسينوكليوسيدات 2 بوصة، يتم أسترة مجموعات الهيدروكسيل 3 بوصة أو 5 بوصة.

تسمى المركبات التي تتكون من جزيئين من النوكليوتيدات بالدينوكليوتيدات، وثلاثة - ثلاثي النوكليوتيدات، وعدد صغير - أليغنوكليوتيدات، والعديد - متعدد النوكليوتيدات، أو الأحماض النووية.

أسماء النيوكليوتيدات هي اختصارات في شكل رموز قياسية مكونة من ثلاثة أو أربعة أحرف.

إذا كان الاختصار يبدأ بحرف صغير "d" (الإنجليزية d)، فهذا يعني ديوكسيريبونوكليوتيد؛ غياب الحرف "d" يعني الريبونوكليوتيد. إذا بدأ الاختصار بالحرف الصغير "c" (الإنجليزية c)، فنحن نتحدث عن الشكل الدوري للنيوكليوتيدات (على سبيل المثال، cAMP).

يشير الحرف الأول الكبير من الاختصار إلى قاعدة نيتروجينية معينة أو مجموعة من القواعد النووية المحتملة، ويشير الحرف الثاني إلى عدد بقايا حمض الفوسفوريك في البنية (M - mono-، D - di-، T - tri-)، و الحرف الثالث الكبير هو دائمًا الحرف F ("-phosphate"؛ الإنجليزية P).

الرموز اللاتينية والروسية للقواعد النووية:

أ - أ : الأدينين . ز - ز: الجوانين؛ ج - ج: السيتوزين. T - T: الثيمين (5-ميثيلوراسيل)، غير الموجود في الحمض النووي الريبي (RNA)، يحل محل اليوراسيل في الحمض النووي؛ U - U: اليوراسيل، غير الموجود في الحمض النووي، يحل محل الثايمين في الحمض النووي الريبي.

كان أكبر حدث في تطور الكيمياء العضوية هو ابتكار العالم الروسي العظيم عام 1961 أكون. بتليروفنظريات التركيب الكيميائي للمركبات العضوية.

قبل صباحا. واعتبر بتلروف أنه من المستحيل معرفة بنية الجزيء، أي ترتيب الروابط الكيميائية بين الذرات. حتى أن العديد من العلماء أنكروا حقيقة الذرات والجزيئات.

أكون. ونفى بتليروف هذا الرأي. لقد جاء من المكان الصحيح ماديوأفكار فلسفية عن حقيقة وجود الذرات والجزيئات، وعن إمكانية معرفة الرابطة الكيميائية للذرات في الجزيء. وأظهر أنه يمكن إنشاء بنية الجزيء تجريبيا من خلال دراسة التحولات الكيميائية للمادة. وعلى العكس من ذلك، فبمعرفة بنية الجزيء، يمكن للمرء استنتاج الخواص الكيميائية للمركب.

تشرح نظرية التركيب الكيميائي تنوع المركبات العضوية. ويرجع ذلك إلى قدرة الكربون رباعي التكافؤ على تكوين سلاسل وحلقات كربونية واتحادها مع ذرات العناصر الأخرى ووجود الأيزومرية في التركيب الكيميائي للمركبات العضوية. وضعت هذه النظرية الأسس العلمية للكيمياء العضوية وشرحت أهم قوانينها. المبادئ الأساسية لنظريته أ.م. وقد أوضحها بتليروف في تقريره "حول نظرية التركيب الكيميائي".

المبادئ الرئيسية لنظرية البنية هي كما يلي:

1) في الجزيئات، ترتبط الذرات ببعضها البعض بتسلسل معين وفقًا لتكافؤها. الترتيب الذي يسمى به رابطة الذرات التركيب الكيميائي؛

2) لا تعتمد خصائص المادة فقط على الذرات والكمية الموجودة في جزيئها، ولكن أيضًا على ترتيب ارتباطها ببعضها البعض، أي على التركيب الكيميائي للجزيء؛

3) الذرات أو مجموعات الذرات التي تشكل الجزيء تؤثر بشكل متبادل على بعضها البعض.

في نظرية التركيب الكيميائي، يتم إيلاء الكثير من الاهتمام للتأثير المتبادل للذرات ومجموعات الذرات في الجزيء.

تسمى الصيغ الكيميائية التي تصور الترتيب الذي يتم به دمج الذرات في الجزيئات الصيغ الهيكليةأو صيغ الهيكل.

أهمية نظرية التركيب الكيميائي لـ A.M. بتلروفا:

1) هو الجزء الأكثر أهمية في الأساس النظري للكيمياء العضوية؛

2) من حيث الأهمية يمكن مقارنتها بالجدول الدوري للعناصر بواسطة D.I. مندليف.

3) جعل من الممكن تنظيم كمية هائلة من المواد العملية؛

4) جعل من الممكن التنبؤ مسبقا بوجود مواد جديدة، وكذلك الإشارة إلى طرق الحصول عليها.

تعتبر نظرية التركيب الكيميائي بمثابة الأساس التوجيهي لجميع الأبحاث في الكيمياء العضوية.

12 الفينولات،مشتقات الهيدروكسي المركبات العطريةتحتوي على واحدة أو أكثر من مجموعات الهيدروكسيل (–OH) المرتبطة بذرات الكربون في النواة العطرية. بناءً على عدد مجموعات OH، يتم التمييز بين المركبات أحادية الذرة، على سبيل المثال، أوكسي بنزين C 6 H 5 OH، ويسمى عادةً ببساطة الفينول، هيدروكسي تولوين CH 3 C 6 H 4 OH - ما يسمى كريسولأوكسينفثالين - النفثول، ثنائي الذرة، على سبيل المثال ديوكسي بنزين C 6 H 4 (OH) 2 ( الهيدروكينون, بيروكاتيشين, ريسورسينول)، متعدد الذرات، على سبيل المثال بيروجالول, الفلوروجلوسينول. واو - بلورات عديمة اللون ذات رائحة مميزة، وأقل سوائل في كثير من الأحيان؛ قابل للذوبان بدرجة عالية في المذيبات العضوية (الكحول، الأثير، الأينسول). يمتلك الفوسفور خصائص حمضية، ويشكل منتجات تشبه الملح - الفينولات: ArOH + NaOH (ArONa + H 2 O (Ar هو جذر عطري). تؤدي ألكلة وأسيلة الفينولات إلى استرات الفسفور - ArOR البسيط و ArOCOR المعقد (R هو مركب عضوي جذرية). ويمكن الحصول على الاسترات عن طريق التفاعل المباشر للفوسفور مع الأحماض الكربوكسيلية وأنهيدريداتها وكلوريدات الأحماض. وعندما يتم تسخين الفينولات مع ثاني أكسيد الكربون، تتشكل الأحماض الفينولية، على سبيل المثال حمض الصفصاف. على عكس الكحوليات، يتم استبدال مجموعة الهيدروكسيل من F. بالهالوجين بصعوبة كبيرة. يتم إجراء الاستبدال الإلكتروفيلي في نواة الفسفور (الهلجنة، النترات، السلفنة، الألكلة، وما إلى ذلك) بسهولة أكبر بكثير من الهيدروكربونات العطرية غير المستبدلة؛ يتم إرسال مجموعات الاستبدال إلى أورثو- و زوج-الموقع في مجموعة OH (انظر. قواعد التوجيه). تؤدي الهدرجة الحفزية لـ F. إلى كحولات حلقية، على سبيل المثال يتم اختزال C 6 H 5 OH إلى سيكلوهكسانول. يتميز F. أيضًا بتفاعلات التكثيف، على سبيل المثال، مع الألدهيدات والكيتونات، والتي تستخدم في الصناعة لإنتاج راتنجات الفينول والريسورسينول فورمالدهايد، وثنائي فينيلول بروبان، ومنتجات مهمة أخرى.

يتم الحصول على الفوسفات، على سبيل المثال، عن طريق التحلل المائي لمشتقات الهالوجين المقابلة، والذوبان القلوي لأحماض الأريل سلفونيك ArSO 2 OH، وعزله من قطران الفحم، وقطران الفحم البني، وما إلى ذلك. تعتبر الفيزياء مادة خام مهمة في إنتاج البوليمرات والمواد اللاصقة المختلفة. والدهانات والورنيشات والأصباغ والأدوية (الفينول فثالين، حمض الساليسيليك، السالول)، المواد الخافضة للتوتر السطحي والعطور. تستخدم بعض أنواع F. كمطهرات ومضادات للأكسدة (مثل البوليمرات وزيوت التشحيم). لتحديد النوعي لكلوريد الحديديك، يتم استخدام محاليل كلوريد الحديديك، والتي تشكل منتجات ملونة مع حمض الحديديك. F. سامة (انظر مياه الصرف.).

13 الألكانات

الخصائص العامة

الهيدروكربونات هي أبسط المركبات العضوية وتتكون من عنصرين: الكربون والهيدروجين. الهيدروكربونات المشبعة، أو الألكانات (الاسم العالمي)، هي مركبات يتم التعبير عن تركيبها بالصيغة العامة C n H 2n+2، حيث n هو عدد ذرات الكربون. في جزيئات الهيدروكربونات المشبعة، ترتبط ذرات الكربون ببعضها البعض بواسطة رابطة بسيطة (مفردة)، وجميع التكافؤات الأخرى مشبعة بذرات الهيدروجين. وتسمى الألكانات أيضًا بالهيدروكربونات المشبعة أو البارافينات (مصطلح "البارافينات" يعني "ألفة منخفضة").

العضو الأول في سلسلة الألكانات المتماثلة هو الميثان CH4. النهاية -an نموذجية لأسماء الهيدروكربونات المشبعة. ويتبع ذلك الإيثان C2H6، والبروبان C3H8، والبيوتان C4H10. بدءًا من الهيدروكربون الخامس، يتكون الاسم من الرقم اليوناني، الذي يشير إلى عدد ذرات الكربون في الجزيء، والنهاية -an. هذا هو البنتان C 5 H 12 الهكسان C 6 H 14، الهيبتان C 7 H 16، الأوكتان C 8 H 18، النونان C 9 H 20، الديكان C 10 H 22، إلخ.

في السلسلة المتماثلة، لوحظ تغير تدريجي في الخواص الفيزيائية للهيدروكربونات: زيادة نقاط الغليان والانصهار، وزيادة الكثافة. في الظروف العادية (درجة الحرارة ~ 22 درجة مئوية)، تكون العناصر الأربعة الأولى في السلسلة (الميثان والإيثان والبروبان والبيوتان) غازات، ومن C 5 H 12 إلى C 16 H 34 تكون سوائل، ومن C 17 H 36 تكون سوائل. المواد الصلبة.

الألكانات، بدءاً من العضو الرابع في السلسلة (البيوتان)، لها أيزومرات.

جميع الألكانات مشبعة بالهيدروجين إلى الحد الأقصى (الحد الأقصى). ذرات الكربون الخاصة بها تكون في حالة تهجين sp3، مما يعني أن لديهم روابط بسيطة (مفردة).

التسميات

لقد تم بالفعل تقديم أسماء الأعضاء العشرة الأوائل في سلسلة الهيدروكربونات المشبعة. للتأكيد على أن الألكان يحتوي على سلسلة كربون مستقيمة، غالبًا ما تتم إضافة كلمة عادية (n-) إلى الاسم، على سبيل المثال:

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3

ن-بيوتان ن-هيبتان

(بيوتان عادي) (هيبتان عادي)

عند إزالة ذرة هيدروجين من جزيء ألكان، تتشكل جسيمات أحادية التكافؤ تسمى الجذور الهيدروكربونية (مختصرة بـ R). يتم اشتقاق أسماء الجذور الأحادية التكافؤ من أسماء الهيدروكربونات المقابلة لها مع نهاية -an بـ -yl. فيما يلي أمثلة ذات صلة:

تتشكل الجذور ليس فقط عن طريق المركبات العضوية، ولكن أيضًا عن طريق المركبات غير العضوية. لذلك، إذا قمت بطرح مجموعة الهيدروكسيل OH من حمض النيتريك، فستحصل على جذر أحادي التكافؤ - NO 2، يسمى مجموعة نيترو، وما إلى ذلك.

عند إزالة ذرتين هيدروجين من جزيء هيدروكربون، يتم الحصول على جذور ثنائية التكافؤ. أسماؤها مشتقة أيضًا من أسماء الهيدروكربونات المشبعة المقابلة مع استبدال النهاية -ane بـ -ylidene (إذا تم فصل ذرات الهيدروجين عن ذرة كربون واحدة) أو -ilene (إذا تمت إزالة ذرات الهيدروجين من ذرتي كربون متجاورتين). . الجذر CH 2 = يسمى الميثيلين.

تُستخدم أسماء الجذور في تسميات العديد من مشتقات الهيدروكربون. على سبيل المثال: CH 3 I - يوديد الميثيل، C 4 H 9 Cl - كلوريد البوتيل، CH 2 Cl 2 - كلوريد الميثيلين، C 2 H 4 Br 2 - بروميد الإيثيلين (إذا كانت ذرات البروم مرتبطة بذرات كربون مختلفة) أو بروميد الإيثيليدين (إذا كانت ذرات البروم مرتبطة بذرة كربون واحدة).

لتسمية الأيزومرات، يتم استخدام تسميتين على نطاق واسع: القديمة - العقلانية والحديثة - البديلة، والتي تسمى أيضًا نظامية أو دولية (مقترحة من قبل الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية IUPAC).

وفقا للتسمية العقلانية، تعتبر الهيدروكربونات مشتقات من الميثان، حيث يتم استبدال ذرة هيدروجين واحدة أو أكثر بالجذور. إذا تكررت نفس الجذور عدة مرات في الصيغة، فسيتم الإشارة إليها بالأرقام اليونانية: di - two، three - three، tetra - four، penta - five، hexa - six، إلخ. على سبيل المثال:

التسميات العقلانية مناسبة للاتصالات غير المعقدة للغاية.

وفقًا للتسمية البديلة، يعتمد الاسم على سلسلة كربون واحدة، وتعتبر جميع الأجزاء الأخرى من الجزيء بمثابة بدائل. وفي هذه الحالة يتم اختيار أطول سلسلة من ذرات الكربون ويتم ترقيم ذرات السلسلة من النهاية الأقرب إليها جذر الهيدروكربون. ثم يسمون: 1) عدد ذرة الكربون التي يرتبط بها الجذر (بدءاً من أبسط جذري)؛ 2) هيدروكربون ذو سلسلة طويلة. إذا كانت الصيغة تحتوي على العديد من الجذور المتطابقة، فقبل أن تشير أسمائهم إلى الرقم بالكلمات (di-، tri-، tetra-، وما إلى ذلك)، ويتم فصل أرقام الجذور بفواصل. إليك كيفية تسمية أيزومرات الهكسان وفقًا لهذه التسمية:

إليك مثال أكثر تعقيدًا:

يتم استخدام كل من التسميات البديلة والعقلانية ليس فقط للهيدروكربونات، ولكن أيضًا لفئات أخرى من المركبات العضوية. بالنسبة لبعض المركبات العضوية، يتم استخدام الأسماء المثبتة تاريخيا (التجريبية) أو ما يسمى بالأسماء التافهة (حمض الفورميك، الأثير الكبريتي، اليوريا، وغيرها).

عند كتابة صيغ الأيزومرات، من السهل ملاحظة أن ذرات الكربون تحتل مواقع مختلفة فيها. تسمى ذرة الكربون المرتبطة بذرة كربون واحدة فقط في السلسلة أولية، واثنتين تسمى ثانوية، وثلاثة ثالثية، وأربعة رباعية. لذلك، على سبيل المثال، في المثال الأخير، ذرات الكربون 1 و7 هي ذرات أولية، و4 و6 ثانوية، و2 و3 ثالثية، و5 رباعية. تعتمد خصائص ذرات الهيدروجين والذرات الأخرى والمجموعات الوظيفية على ما إذا كانت مرتبطة بذرة كربون أولية أو ثانوية أو ثالثية. وينبغي دائما أن يؤخذ هذا في الاعتبار.

إيصال. ملكيات.

الخصائص الفيزيائية. في الظروف العادية، تكون الأعضاء الأربعة الأولى في سلسلة الألكانات المتماثلة (C1 - C4) غازات. الألكانات العادية من البنتان إلى السباعيكان (C5 - C17) هي سوائل، ابتداء من C18 فما فوق تكون مواد صلبة. مع زيادة عدد ذرات الكربون في السلسلة، أي. مع زيادة الوزن الجزيئي النسبي، تزداد نقاط الغليان والانصهار للألكانات. مع وجود نفس العدد من ذرات الكربون في الجزيء، تكون للألكانات المتفرعة نقاط غليان أقل من الألكانات العادية.

الألكانات غير قابلة للذوبان في الماء عمليًا، نظرًا لأن جزيئاتها منخفضة القطبية ولا تتفاعل مع جزيئات الماء، فهي تذوب جيدًا في المذيبات العضوية غير القطبية مثل البنزين ورابع كلوريد الكربون وما إلى ذلك. ومن السهل خلط الألكانات السائلة مع بعضها البعض.

المصادر الطبيعية الرئيسية للألكانات هي النفط والغاز الطبيعي. تحتوي أجزاء الزيت المختلفة على ألكانات من C5H12 إلى C30H62. يتكون الغاز الطبيعي من غاز الميثان بنسبة (95%) مع خليط من الإيثان والبروبان.

ومن بين الطرق الاصطناعية لإنتاج الألكانات يمكن تمييز ما يلي:

1. يتم الحصول عليه من الهيدروكربونات غير المشبعة. يحدث تفاعل الألكينات أو الألكاينات مع الهيدروجين ("الهدرجة") في وجود محفزات معدنية (Ni, Pd) عند
التدفئة:

CH 3 -C≡CH + 2H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3.

2. التحضير من الموصلات المهلجنة. عندما يتم تسخين الألكانات أحادية الهلجنة مع معدن الصوديوم، يتم الحصول على ألكانات تحتوي على ضعف عدد ذرات الكربون (تفاعل ورتز):

C 2 H 5 Br + 2Na + Br-C 2 H 5 → C 2 H 5 -C 2 H 5 + 2NaBr.

لا يتم هذا التفاعل مع ألكانين مهلجنة مختلفتين لأنه ينتج عنه خليط من ثلاثة ألكانات مختلفة

3. تحضير من أملاح الأحماض الكربوكسيلية. عند دمج الأملاح اللامائية للأحماض الكربوكسيلية مع القلويات، يتم الحصول على ألكانات تحتوي على ذرة كربون أقل بمقدار ذرة كربون واحدة مقارنة بسلسلة الكربون للأحماض الكربوكسيلية الأصلية:

4.الحصول على غاز الميثان. في القوس الكهربائي المحترق في جو هيدروجيني، تتشكل كمية كبيرة من الميثان:

ج + 2 ح 2 → CH 4.

يحدث نفس التفاعل عندما يتم تسخين الكربون في جو هيدروجيني إلى 400-500 درجة مئوية عند ضغط مرتفع في وجود محفز.

في الظروف المختبرية، يتم الحصول على الميثان غالبًا من كربيد الألومنيوم:

آل 4 ج 3 + 12 ح 2 يا = ZSN 4 + 4 آل (أوه) 3.

الخواص الكيميائية. في الظروف العادية، تكون الألكانات خاملة كيميائيًا. إنها مقاومة لعمل العديد من الكواشف: فهي لا تتفاعل مع أحماض الكبريتيك والنيتريك المركزة، مع القلويات المركزة والمنصهرة، ولا تتأكسد بواسطة عوامل مؤكسدة قوية - برمنجنات البوتاسيوم KMnO 4، إلخ.

يتم تفسير الاستقرار الكيميائي للألكانات من خلال القوة العالية لروابط CC وCH، بالإضافة إلى عدم قطبيتها. الروابط غير القطبية CC وCH في الألكانات ليست عرضة للانقسام الأيوني، ولكنها قادرة على الانقسام المتماثل تحت تأثير الجذور الحرة النشطة. ولذلك تتميز الألكانات بتفاعلات جذرية، ينتج عنها مركبات يتم فيها استبدال ذرات الهيدروجين بذرات أو مجموعات ذرات أخرى. ونتيجة لذلك، تدخل الألكانات في تفاعلات تتم وفقًا لآلية الاستبدال الجذري، والتي يُشار إليها بالرمز S R (من الإنجليزية، جذري الاستبدال). ووفقا لهذه الآلية، يتم استبدال ذرات الهيدروجين بسهولة في المستوى الثالث، ثم في ذرات الكربون الثانوية والأولية.

1. الهلجنة. عندما تتفاعل الألكانات مع الهالوجينات (الكلور والبروم) تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية أو درجات الحرارة المرتفعة، يتكون خليط من المنتجات من الألكانات المستبدلة بأحادية الهالوجين إلى الألكانات المتعددة الهالوجين. يظهر المخطط العام لهذا التفاعل باستخدام الميثان كمثال:

ب) نمو السلسلة. يقوم جذر الكلور بإزالة ذرة الهيدروجين من جزيء الألكان:

الكلور + CH 4 → حمض الهيدروكلوريك + CH 3

في هذه الحالة، يتم تشكيل جذري الألكيل، الذي يزيل ذرة الكلور من جزيء الكلور:

CH 3 + Cl 2 →CH 3 Cl + Cl

تتكرر هذه التفاعلات حتى تنقطع السلسلة في أحد التفاعلات:

Cl + Cl → Cl 2، CH 3 + CH 3 → C 2 H 6، CH 3 + Cl → CH 3 Cl

معادلة التفاعل الشاملة:

في التفاعلات الجذرية (الهلجنة، النترات)، يتم خلط ذرات الهيدروجين في ذرات الكربون الثالث أولاً، ثم في ذرات الكربون الثانوية والأولية. ويفسر ذلك حقيقة أن الرابطة بين ذرة الكربون الثلاثية والهيدروجين تنكسر بسهولة بشكل متجانس (طاقة الرابطة 376 كيلوجول/مول)، ثم الرابطة الثانوية (390 كيلوجول/مول)، وبعدها فقط الرابطة الأولية (415 كيلوجول / مول).

3. الأيزومرية. يمكن للألكانات العادية، في ظل ظروف معينة، أن تتحول إلى ألكانات متفرعة السلسلة:

4. التكسير هو الانقسام الانحلالي لسندات CC، والذي يحدث عند تسخينه وتحت تأثير المحفزات.
عند تكسير الألكانات العليا تتكون الألكينات والألكانات السفلية، وعند تكسير الميثان والإيثان يتكون الأسيتيلين:

ج 8 ح 18 → ج 4 ح 10 + ج 4 ح 8،

2CH 4 → ج 2 ح 2 + زنك 2،

ج 2 ح 6 → ج 2 ح 2 + 2 ح 2.

هذه التفاعلات لها أهمية صناعية كبيرة. وبهذه الطريقة، يتم تحويل أجزاء الزيت عالي الغليان (زيت الوقود) إلى بنزين وكيروسين ومنتجات قيمة أخرى.

5. الأكسدة. عن طريق الأكسدة الخفيفة للميثان مع الأكسجين الجوي في وجود محفزات مختلفة، يمكن الحصول على كحول الميثيل والفورمالدهيد وحمض الفورميك:

تعد الأكسدة الحفزية الخفيفة للبيوتان مع الأكسجين الجوي إحدى الطرق الصناعية لإنتاج حمض الأسيتيك:

ر°
2C 4 H 10 + 5O 2 → 4CH 3 COOH + 2H 2 O.
قطة

في الهواء، تحترق الألكانات إلى CO 2 وH 2 O:

C n H 2n+2 + (3n+1)/2O 2 = nCO 2 + (n+1)H 2 O.

الألكينات

الألكينات (أو الأوليفينات أو هيدروكربونات الإيثيلين) هي هيدروكربونات غير مشبعة حلقية تحتوي على رابطة مزدوجة واحدة بين ذرات الكربون، وتشكل سلسلة متماثلة لها الصيغة العامة CnH2n. تكون ذرات الكربون الموجودة في الرابطة المزدوجة في حالة تهجين sp².

أبسط الألكين هو الإيثين (C2H4). وفقًا لتسميات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC)، يتم تشكيل أسماء الألكينات من أسماء الألكانات المقابلة لها عن طريق استبدال اللاحقة "-ane" بـ "-ene"؛ تتم الإشارة إلى موضع الرابطة المزدوجة برقم عربي.

سلسلة متجانسة

الألكينات التي تحتوي على أكثر من ثلاث ذرات كربون لها أيزومرات. تتميز الألكينات بتصاوغ الهيكل الكربوني، ومواضع الروابط المزدوجة، والطبقات البينية والهندسية.

الخصائص الفيزيائية

تزداد نقاط الانصهار والغليان مع الوزن الجزيئي وطول العمود الفقري للكربون.
في الظروف العادية، تكون الألكينات من C2H4 إلى C4H8 غازات؛ من C5H10 إلى C17H34 - السوائل، بعد C18H36 - المواد الصلبة. الألكينات غير قابلة للذوبان في الماء، ولكنها شديدة الذوبان في المذيبات العضوية.

الخواص الكيميائية

الألكينات نشطة كيميائيا. يتم تحديد خواصها الكيميائية من خلال وجود رابطة مزدوجة.
التحلل بالأوزون: يتأكسد الألكين إلى ألدهيدات (في حالة كربونات المجاورة أحادية الاستبدال)، أو كيتونات (في حالة كربونات مجاورة غير مستبدلة) أو خليط من الألدهيد والكيتون (في حالة ألكين ثلاثي الاستبدال عند الرابطة المزدوجة) :

R1–CH=CH–R2 + O3 → R1–C(H)=O + R2C(H)=O + H2O
R1–C(R2)=C(R3)–R4+ O3 → R1–C(R2)=O + R3–C(R4)=O + H2O
R1–C(R2)=CH–R3+ O3 → R1–C(R2)=O + R3–C(H)=O + H2O

التحلل بالأوزون في ظل ظروف قاسية - يتأكسد الألكين إلى حمض:

R"–CH=CH–R" + O3 → R"–COOH + R"–COOH + H2O

اتصال اتصال مزدوج:
CH2=CH2 +Br2 → CH2Br-CH2Br

الأكسدة مع البيراسيدس:
CH2=CH2 + CH3COOOH →
أو
CH2=CH2 + HCOOH → HOCH2CH2OH

يعتمد سلوك الجزيئات في المركبات على عدة عوامل. تدرس نظرية بنية المركبات العضوية سلوك الجزيئات في المركبات وطبيعة الذرات والتكافؤ والنظام وطبيعة الروابط الكيميائية. تصوغ هذه المقالة بإيجاز الأحكام الرئيسية لهذه النظرية.

هيكل المركبات العضوية

يتم تفسير تنوع المركبات العضوية من خلال خصائص تركيبها الكيميائي. يتم ترتيب الذرات الموجودة في الجزيء بترتيب معين وفقًا لتكافؤها. هذا التسلسل هو التركيب الكيميائي.

المواد التي لها نفس التركيب النوعي والكمي (الصيغة الجزيئية)، ولكن هياكل مختلفة، تسمى الأيزومرات، ويسمى وجودها ذاته الأيزومرية. أثبت الكيميائي الروسي الشهير إيه إم بتلروف أنه يمكن الحصول على مواد جديدة باستخدام التفاعلات الخاضعة للرقابة.

أرز. 1. تعريف الايزومرية.

من المهم أيضًا مفهوم أن الذرات ومجموعات الذرات الموجودة في الجزيء تؤثر بشكل متبادل على بعضها البعض.

نظرية هياكل المواد العضوية

تم صياغة نظرية بنية المركبات العضوية من قبل الكيميائي الروسي أ.م.بتليروف في عام 1861. وكان الاستنتاج الرئيسي لهذا العمل العلمي هو القول بأن كل مادة تتوافق مع صيغة واحدة فقط. يوضح هذا العمل سلوك الذرات داخل الجزيئات.

أرز. 2. أ.م.بتليروف.

يمكن صياغة الأحكام والنتائج الرئيسية لنظرية بتليروف للبنية على النحو التالي:

• في الجزيئات، لا يتم ترتيب الذرات بشكل عشوائي، ولكن لها بنية محددة.

يسمى التمثيل التخطيطي لبنية الجزيء بالصيغة الهيكلية

أرز. 3. الصيغة الهيكلية للجزيء.

وعلى أساس الموقف من أن تكافؤ ذرة الكربون يساوي أربعة، وقدرتها على تكوين سلاسل ودورات، يتم بناء الصيغ البنائية للمواد العضوية.

• تعتمد الخواص الكيميائية للمادة على تركيب الذرات والجزيئات وترتيبها.
• الهياكل المختلفة التي لها نفس التركيب والوزن الجزيئي للمادة تسبب ظاهرة الأيزومرية. يمكن أن يكون للعناصر الكيميائية المختلفة تمامًا نفس التركيب والوزن الجزيئي، كل هذا يتوقف على موقع أصغر الجزيئات والروابط بينها.
• من خلال خصائص المادة يمكنك تحديد بنية الجزيء، ومن خلال بنيتها يمكنك التنبؤ بالخصائص
• نظرًا لأنه خلال التفاعلات الفردية، لا تتغير جميع الجزيئات، ولكن بعض أجزاء الجزيئات فقط، فمن خلال دراسة منتجات التحولات الكيميائية للمركب، يمكن تحديد هيكلها.
• يختلف تفاعل الذرات في الجزيء اعتمادًا على الذرات المرتبطة بها في الجزيء. تؤثر الذرات المرتبطة ببعضها البعض بقوة أكبر من الذرات غير المرتبطة.

ماذا تعلمنا؟

أهمية نظرية بتليروف حول التركيب الكيميائي للمركبات العضوية كبيرة. لا تشرح نظريته فقط بنية جزيئات جميع المواد العضوية المعروفة وخصائصها، ولكنها تتيح أيضًا التنبؤ نظريًا بوجود مواد غير معروفة وجديدة، وكذلك إيجاد طريقة للحصول عليها وتصنيعها.

في شكلها الأكثر عمومية ومنهجية، تمت صياغة نظرية التركيب الكيميائي (المختصرة TCS) لأول مرة من قبل الكيميائي الروسي أ. م. بتليروف في عام 1861 ثم قام بتطويرها واستكمالها هو وطلابه وأتباعه (في المقام الأول ف. في. ماركوفنيكوف، أ. م. زايتسيف) وغيرهم)، بالإضافة إلى العديد من الكيميائيين الأجانب (Y. G. Van't Hoff، J. A. Le Bel، إلخ).

دعونا نفكر في الأحكام الرئيسية لـ TCS الكلاسيكية ونعلق عليها من منظور الكيمياء الهيكلية الحديثة.

1. كل ذرة في الجزيء قادرة على تكوين عدد معين من الروابط الكيميائية مع الذرات الأخرى.

بالفعل في النصف الأول من القرن التاسع عشر. وفي الكيمياء تشكلت أفكار حول قدرة الذرات على الارتباط مع بعضها البعض في علاقات معينة. وفقا لبتليروف، فإن كل ذرة “فطرية لديها قدر معين من القوة التي تنتج الظواهر الكيميائية (الألفة). وفي التركيبة الكيميائية، يتم استهلاك جزء من هذه القوة أو كلها. وهكذا، تم التأكيد على سمتين للتفاعل الكيميائي بين الذرات: أ) الانفصال - كان من المفترض أن تتكون كل الألفة المتأصلة في الذرة من أجزاء منفصلة، ​​أو، وفقًا لبتليروف، "وحدات فردية للقوة الكيميائية"، وهو ما تم التعبير عنه بوضوح من خلال رمزية ضربات التكافؤ (على سبيل المثال، H-O- H، H-C≡N، وما إلى ذلك)، حيث تتميز كل ضربة برابطة كيميائية واحدة؛ ب) التشبع - عدد الروابط الكيميائية التي تشكلها الذرة محدود، بسبب وجود، على سبيل المثال، أنظمة جزيئية محايدة ذات استقرار متفاوت مثل CH، CH2، CH3، CH4، ولكن لا توجد جزيئات CH5، CH6، إلخ.

المقياس الكمي لقدرة الذرة على تكوين روابط كيميائية هو التكافؤ. التكوين في خمسينيات القرن التاسع عشر كانت مفاهيم التكافؤ والترابط الكيميائي بمثابة الشرط الأساسي الأكثر أهمية لإنشاء TCS. ومع ذلك، حتى بداية القرن العشرين. بقي المعنى الفيزيائي لسكتة التكافؤ، وبالتالي طبيعة الرابطة الكيميائية والتكافؤ، غير واضح، مما أدى في بعض الأحيان إلى مفارقات. وهكذا، أثناء دراسته لخصائص الهيدروكربونات غير المشبعة، قبل بتلروف عام 1870 فكرة الكيميائي الألماني إ. إرلينماير حول وجود روابط متعددة فيها. وفي الوقت نفسه، ظل من غير الواضح لماذا تبين أن الرابطة المتعددة أقل قوة (عرضة لتفاعلات الإضافة) من الرابطة الفردية (غير المشاركة في هذه التفاعلات). وكان هناك دليل آخر على أن بعض أو كل الروابط الكيميائية في الجزيء لم تكن متساوية.

مع إنشاء كيمياء الكم، أصبح من الواضح أن كل خط تكافؤ يرتبط، كقاعدة عامة، برابطة ثنائية المركز وإلكترونين وأن الروابط الكيميائية يمكن أن تختلف في الطاقة والطول والقطبية والاستقطاب والاتجاه المكاني والتعددية. وما إلى ذلك (انظر الرابطة الكيميائية).

يستلزم مفهوم الرابطة الكيميائية تقسيم ذرات الجزيء إلى ذرات مرتبطة كيميائيًا وغير مرتبطة كيميائيًا (انظر الشكل)، والذي يتبعه الموضع الثاني لـ TCS.

H/O\H الذرات المرتبطة كيميائيا

الذرات غير المرتبطة كيميائيا

2. ترتبط الذرات الموجودة في الجزيء ببعضها البعض بترتيب معين حسب تكافؤها. لقد كان "نظام التفاعل الكيميائي"، أو بعبارة أخرى، "طريقة الترابط الكيميائي المتبادل" للذرات في الجزيء، هو ما أطلق عليه بتليروف البنية الكيميائية. ونتيجة لذلك، فإن التركيب الكيميائي، الذي يتم التعبير عنه بوضوح من خلال صيغة هيكلية (تسمى أحيانًا رسومية، وفي السنوات الأخيرة - طوبولوجية)، يُظهر أزواج الذرات المرتبطة كيميائيًا ببعضها البعض والتي ليست كذلك، أي أن التركيب الكيميائي يميز طوبولوجيا الجزيء (انظر الجزيء). في الوقت نفسه، أكد بتليروف على وجه التحديد أن كل مركب له بنية كيميائية واحدة فقط، وبالتالي، له صيغة هيكلية (رسومية) واحدة فقط.

الموقف المدروس لـ TCS صالح بشكل عام اليوم. ومع ذلك، أولاً، لا يمكن دائمًا نقل البنية الجزيئية من خلال صيغة هيكلية كلاسيكية واحدة (انظر البنزين)، وثانيًا، في الجزيئات غير الصلبة، يمكن أن يتغير ترتيب روابط الذرات تلقائيًا بسرعة كبيرة (انظر الجزيء)، وثالثًا، تمتلك الكيمياء الحديثة اكتشف مجموعة واسعة من الجزيئات ذات هياكل "غير عادية" (على سبيل المثال، في بعض الكاربورانات، ترتبط ذرة الكربون بخمس ذرات مجاورة).

3. يتم تحديد الخواص الفيزيائية والكيميائية للمركب من خلال تركيبه النوعي والكمي، وكذلك تركيبه الكيميائي، وكذلك طبيعة الروابط بين الذرات.

هذا الحكم أساسي في TCS. لقد كان تأكيده في الكيمياء هو الذي شكل الميزة العلمية الرئيسية لبتليروف. ويترتب على هذا الموقف عدد من النتائج المهمة: تفسير الأيزومرية بالاختلاف في التركيب الكيميائي للأيزومرات، وفكرة التأثير المتبادل للذرات في الجزيء، وأيضا معنى وأهمية الصيغ الهيكلية تم الكشف عن الجزيئات.

في عام 1874، تم إثراء TCS بالمفاهيم الكيميائية المجسمة (انظر الكيمياء المجسمة)، والتي كان من الممكن في إطارها شرح ظواهر الأيزومرية البصرية والهندسية والمطابقة (انظر الأيزومرية).

في الكيمياء الحديثة، يُفهم مصطلح "البنية الجزيئية" بثلاث طرق: أ) كبنية كيميائية (أي طوبولوجيا الجزيء)؛ ب) كبنية مكانية، تميز موقع وحركة النوى في الفضاء؛ ج) كبنية مكانية. ) كبنية إلكترونية (انظر الجزيء، الرابطة الكيميائية).

وبالتالي، يمكن تقديم الموقف الرئيسي لـ TCS، من وجهة نظر حديثة، على النحو التالي: يتم تحديد الخواص الفيزيائية والكيميائية للمركبات من خلال تركيبها العنصري الكمي والنوعي، وكذلك التركيب الكيميائي (الطوبولوجي)، والمكاني (النووي). ) والبنية الإلكترونية لجزيئاتها.

4. يمكن دراسة التركيب الكيميائي بالطرق الكيميائية أي التحليل والتركيب.

لتطوير هذا الموقف، صاغ بتليروف عددًا من القواعد "للتعرف على التركيب الكيميائي" وطبقها على نطاق واسع في عمله التجريبي.

حاليًا، تتم دراسة بنية الجزيئات بالطرق الكيميائية والفيزيائية (انظر التحليل الطيفي).

5. الذرات الموجودة في الجزيء، المرتبطة كيميائيا وغير المرتبطة، لها تأثير معين على بعضها البعض، والذي يتجلى في تفاعل الذرات الفردية وروابط الجزيء، وكذلك في خصائصه الأخرى.

تعتمد TCS، مثل أي نظرية علمية، على مفاهيم نموذجية معينة لها مجال معين من التطبيق وتعكس جوانب معينة فقط من الواقع. لذا، عند الحديث عن TCS، لا ينبغي لنا أن ننسى أن الجزيء في الواقع هو نظام متكامل واحد من النوى والإلكترونات، وتحديد الذرات الفردية والمجموعات الوظيفية والروابط الكيميائية وأزواج الإلكترون المنفردة وما إلى ذلك يعد تقريبيًا. ولكن بمجرد أن تبين أن هذا التقريب فعال في حل المشاكل الكيميائية المختلفة، أصبح منتشرا على نطاق واسع. في الوقت نفسه، فإن التشريح النظري والعقلي وهيكلة جسم (جزيء) جزء لا يتجزأ من الطبيعة يجبرنا على إدخال أفكار إضافية في النظرية، مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أن الأجزاء الجزيئية المختارة (الذرات والروابط وما إلى ذلك) موجودة في الطبيعة. هي في الواقع متصلة وتتفاعل مع بعضها البعض. ولهذا الغرض تم إنشاء مفهوم التأثير المتبادل للذرات (MIA).

يتم تحديد خصائص وحالة كل ذرة أو مجموعة وظيفية من الجزيء ليس فقط من خلال طبيعتها، ولكن أيضًا من خلال بيئتها. على سبيل المثال، إدخال مجموعة OH في الجزيء يمكن أن يؤدي إلى نتائج مختلفة:

لذلك، عند دراسة طبيعة وشدة تأثير البدائل المختلفة على خواص الجزيء، يتم اتباع ما يلي: النظر في سلسلة التفاعل، أي عدد من المركبات المتشابهة التي تختلف عن بعضها البعض إما في وجود بديل أو في ترتيب الروابط المتعددة، على سبيل المثال: CH2=CH-CH=CH-CH3، H2C=CH-CH2-CH=CH2 وغيرها، أو حسب بعض التفاصيل الهيكلية الأخرى. وفي الوقت نفسه، يدرسون قدرة مواد هذه السلسلة على المشاركة في تفاعلات مماثلة، على سبيل المثال، يدرسون بروم الفينول والبنزين. تعزى الاختلافات الملحوظة إلى تأثير البدائل المختلفة على بقية الجزيء.

أما بالنسبة للمركبات العضوية، فإن إحدى سماتها المميزة هي قدرة البديل على نقل تأثيره إلى سلاسل الذرات المرتبطة تساهميًا (انظر الرابطة الكيميائية). وبطبيعة الحال، تتأثر البدائل أيضًا ببقية الجزيء. يؤدي نقل تأثير البديل على الروابط a و l إلى تغيير في هذه الروابط. إذا تم نقل تأثير البدائل بمشاركة الروابط A، فيقال أن البديل يظهر تأثيرًا استقرائيًا أو I. إذا كانت هناك روابط π في السلسلة، فهي أيضًا مستقطبة (تأثير π). بالإضافة إلى ذلك، إذا كانت السلسلة تحتوي على نظام من الروابط المتعددة المترافقة (-C=C-C=C-) أو بديل بزوج إلكترون وحيد عند رابطة متعددة (CH3-O-CH=CH2) أو في حلقة عطرية، إذن يحدث نقل التأثير على طول نظام روابط π (تأثير الاقتران، أو تأثير C)، حيث يتم إزاحة سحابة الإلكترون جزئيًا إلى منطقة الرابطة σ المجاورة. على سبيل المثال، البدائل مثل -Br، -Cl، -OH، -NH2، التي تحتوي على أزواج إلكترونات وحيدة، هي مانحة للإلكترونات π. لذلك يقال أن لها تأثير +C. وفي الوقت نفسه، يقومون بنقل كثافة الإلكترون نحو أنفسهم عبر روابط σ، أي أن لديهم تأثير -I. بالنسبة لـ -Br، -Cl، يسود التأثير I؛ بالنسبة لـ -OH و-NH2-، على العكس من ذلك، يسود التأثير +C. لذلك، على سبيل المثال، في الفينول تكون كثافة الإلكترون π على حلقة البنزين أكبر منها في البنزين، مما يسهل حدوث تفاعلات الاستبدال الإلكتروفيلية في الفينول (مقارنة بالبنزين).

تُستخدم نظرية التركيب الكيميائي أيضًا على نطاق واسع في الكيمياء غير العضوية، خاصة بعد إنشاء نظرية التنسيق بواسطة أ. فيرنر في عام 1893 (انظر مركبات التنسيق).

لقد تطلبت حل السؤال الرئيسي: ما إذا كانت عبارة عن تراكم فوضوي محتجز بواسطة قوى الجذب، أو ما إذا كانت تمثل جسيمات ذات بنية معينة، والتي يمكن تحديدها من خلال دراسة الخصائص. رفض جيرارد، الذي تم قبوله بتحفظ أو آخر من قبل غالبية الكيميائيين في ذلك الوقت، دراسة الخواص الكيميائية لحل مسألة . وفي الوقت نفسه، بحلول هذا الوقت، تراكمت بالفعل الحقائق والتعميمات التي يمكن أن تكون بمثابة الأساس لحل هذه القضية. على سبيل المثال، أعطت تعميمًا مهمًا للغاية، والذي يتمثل في حقيقة أنه عندما تنتقل بعض المجموعات دون تغيير من المجموعات الأصلية إلى تلك التي تشكلت عند هذه. ومن جانبها ساهمت بشكل كبير في دراسة الأجزاء الأكثر تقلباً وأسباب هذا التباين.

كان اكتشاف العناصر ذا أهمية غير عادية.

بعد اكتشاف فرانكلاند، أصبح من الواضح أنه لا يمكن ربطهما إلا في العلاقات التي تحددها. على وجه الخصوص، وجد أنه رباعي التكافؤ (كيكولي، كولبي).

في عام 1858، نشر كوبر بثلاث لغات (الإنجليزية والفرنسية والألمانية) مقالًا بعنوان “حول النظرية الكيميائية الجديدة”، حيث يتجاهل ويعبر عن وجهة النظر التي بموجبها يمكن تفسير جميع الميزات إذا تم أخذ خاصيتين فقط في الاعتبار: "التقارب الانتقائي" (الاتصال) و "درجة التقارب" ().

كتب كوبر: “من وجهة نظري، هاتان الخاصيتان كافيتان لتفسير كل ما يتميز به: هذا ما سأثبته أدناه… في، تتكون من ثلاثة، وأربعة، وخمسة، وما إلى ذلك وعدد مكافئ، وما إلى ذلك، يمكن استبدال الأخير بعناصر أخرى أثناء تشكيل عقدة مترابطة. وهذا يعني أن أحدهما متصل بالآخر. هذه الخاصية تعطي، إذا جاز التعبير، مظهرًا غريبًا وتجعل من الممكن فهم الحقيقة غير المفهومة حتى الآن المتمثلة في طبقات المركبات العضوية.

وبعد أن توصل كوبر إلى فكرة مهمة حول سلسلة الكربون، عبر أيضًا عن آرائه في صيغ، والتي وفقًا لخطته، يجب أن تعطي صورة لبنية المركبات. وكمثال على صيغه التي كانت أولى الصيغ الدستورية يمكن أن نذكر ما يلي:

من هذه الأمثلة، من الواضح أن كوبر كان قادرا على نقل دستور هذه المركبات بشكل مدهش، بالإضافة إلى بعض أكثر تعقيدا، والتي لم تتم دراستها قليلا في ذلك الوقت (النبيذ و).

ومع ذلك، فإن كل هذه الصيغ كانت خالية من المبررات التجريبية. لم يثر كوبر السؤال على الإطلاق حول إمكانية التحقق التجريبي منها. كانت صيغه، كما هو واضح، مبنية على تفسير رسمي للمفاهيم والارتباطات، وحتى جزئيًا على الحدس. وبطبيعة الحال، مع هذا النهج، من المستحيل تجنب الأخطاء. لذلك، على سبيل المثال، لم تعد صيغ الجلسرين التي قدمها كوبر صحيحة:

وبالتالي، فإن آراء كوبر، التي طورها في عمله الموهوب والمثير للاهتمام، ليس لها طابع النظرية الصارمة.

جرت محاولة أخرى لتصوير الصيغ الدستورية في عام 1861 على يد لوشميدت. عند بناء صيغه، أخذ لوشميدت في الاعتبار أصغر جزيئات المواد التي تخضع لتأثير قوى الجذب والتنافر. عند الاقتراب من هذه القوى، تكون متوازنة، وتكون القوى المختلفة قريبة من بعضها البعض في وضع توازن معين. حدد Loschmidt بشكل تقليدي مجالات عمل القوى الذرية (على سبيل المثال، و- بسيط، الأكسجين - مزدوج، النيتروجين - ثلاثي).

كانت صيغ لوشميدت بالشكل التالي:

دون أن نحاول تكوين أية فكرة عن طريقة ترابط ذرات الكربون الستة الخامس، كان لوشميدت يرمز إلى الرمز

على عكس كوبر، كان لوشميدت، عند اختيار الصيغ، يسترشد أحيانًا بالخصائص الكيميائية، بالإضافة إلى ("الحبوب" على حد تعبيره). ومع ذلك، بشكل عام، كانت طريقة لوسشميت في استخلاص الصيغ مجردة وغالبًا لا أساس لها من الصحة. لذلك، دون الاعتماد على البيانات الكيميائية، حاول لوسشميت استخلاص صيغ مثل، إلخ.

وبطبيعة الحال، تبين أن هذه الصيغ خاطئة.

على الرغم من حقيقة أن العديد من الصيغ التي اقترحها Loschmidt كانت ناجحة، إلا أن عمله ظل دون أن يلاحظه أحد تقريبا من قبل الكيميائيين في ذلك الوقت ولم يكن له أي تأثير كبير على تطوير النظرية.

عارض A. M. Butlerov الحكم المتعلق باستحالة الوسائل الكيميائية؛ وأظهر أن هناك تسلسل معين (التركيب الكيميائي). كما أثبت بتليروف أنه يمكن إثبات ذلك من خلال دراسة الخواص الكيميائية، وعلى العكس من ذلك، من خلال معرفة البنية، يمكن التنبؤ بالعديد من خصائص المركب. لم يثبت بتليروف هذا الموقف بمواد واقعية موجودة بالفعل فحسب، بل تنبأ أيضًا على أساسه بإمكانية وجود أشياء جديدة اكتشفها لاحقًا هو والكيميائيون الآخرون.

الفكرة الرئيسية لنظرية A. M. Butlerov صاغها في عام 1861 في مقال "حول التركيب الكيميائي للمواد". وكتب: «بناءً على فكرة أن كل مادة كيميائية تكون جزءًا من الجسم تشارك في تكوين هذه الأخيرة وتعمل هنا بقدر معين من القوة الكيميائية (الألفة) التابعة لها، فإنني أسمي التركيب الكيميائي توزيع المادة الكيميائية. عمل هذه القوة، ونتيجة لذلك تتحد المواد الكيميائية، التي تؤثر بشكل مباشر أو غير مباشر على بعضها البعض، لتشكل جسيمًا كيميائيًا.

أساس نظرية بتليروف هو فكرة ترتيب التفاعل الكيميائي فيها. لا يتضمن هذا الترتيب للتفاعل الكيميائي أفكارًا حول الآلية والترتيب الفيزيائي. تتيح لك هذه الميزة المهمة الاعتماد عليها دائمًا عند إنشاء نموذج مادي.

بعد أن أنشأ مفهوم التركيب الكيميائي، يقدم A. M. Butlerov تعريفًا جديدًا للطبيعة: "يتم تحديد الطبيعة الكيميائية للجسيم المعقد من خلال طبيعة مكوناته الأولية وكميتها وبنيتها الكيميائية."

وهكذا، كان A. M. Butlerov أول من أثبت أن لكل منها بنية كيميائية محددة، وأن البنية تحدد الخصائص، وأنه من خلال دراسة التحولات الكيميائية، يمكن تحديد بنيتها.

إن آراء إيه إم بتليروف حول أهمية المواد الكيميائية تنبع من المبادئ الأساسية لنظريته. يعتقد بتليروف أن هذه الصيغ لا ينبغي أن تكون "نموذجية"، "رجعية"، بل دستورية. وبهذا المعنى، من الممكن للجميع صيغة عقلانية واحدة فقط، والتي يمكن الحكم على الخواص الكيميائية بها.

أما بالنسبة لطريقة الكتابة، فقد اعتبر بتلروف بحق أن هذه المسألة ذات أهمية ثانوية: “تذكر أن الأمر ليس مسألة شكل، بل في الجوهر، مفهوم، فكرة، ومراعاة أنه من الضروري منطقياً التعبير الجسيمات الحالية ذات الصيغ التي تشير إلى علاقات كيميائية معينة موجودة فيها - ليس من الصعب التوصل إلى قناعة بأن أي طريقة للكتابة يمكن أن تكون جيدة، طالما أنها تعبر بشكل ملائم عن هذه العلاقات. من الطبيعي تمامًا استخدام طرق مختلفة، مفضلاً الطريقة الأكثر تعبيرًا لحالة معينة. على سبيل المثال، يمكن تصوير C 2 H 6 بشكل غير مبالٍ تقريبًا:

ومع ذلك، إذا لم يتم تعريف الفهم بشكل كافٍ، فإن طريقة الكتابة المختلفة يمكن أن تؤدي إلى الارتباك.

هذه الحقيقة الرائعة لم تبقى معزولة لفترة طويلة. وسرعان ما تم اكتشاف العديد من العناصر الأخرى، التي لها نفس التركيب ولكن بخصائص مختلفة. منذ عام 1830، بدأ تسمية الظاهرة المكتشفة (من اليونانية - المكونة من أجزاء متطابقة)، وبنفس التركيب - الذرات، والتي تتكون من حقيقة أن اثنين أو أكثر ليسا مثل شيء ميت، بلا حراك؛ نحن نقبل، على العكس من ذلك، أنها تتمتع بحركة مستمرة موجودة في أصغر جزيئاتها، والتي تخضع علاقاتها المتبادلة الخاصة لتغيرات مستمرة، وتتلخص في نتيجة متوسطة ثابتة. يمكن أن نحصل هنا على تغييرات مستمرة في الجزيئات الكيميائية التي تشكل الكتلة في وقت قصير ضمنت الاعتراف العالمي بها. ومع ذلك، في الوقت نفسه، كان هناك ميل لإسكات مزايا A. M. Butlerov وتقديم Kekule و Cooper فقط كمبدعين لنظرية الهيكل.

بالفعل بعد عدة سنوات من إنشاء نظرية البنية، كان على أ. م. بتليروف أن يتحدث علنًا دفاعًا عن أولويته، نظرًا لأن بعض الكيميائيين الأجانب، الذين لم يتعرفوا أو حتى يفهموا نظريته في البداية، حاولوا لاحقًا أن ينسبوا شرف إنشاء الأحكام الرئيسية لهذه النظرية لأنفسهم.

تم التأكيد بوضوح على الدور الحاسم الذي لعبه A. M. Butlerov في الخلق في عام 1868 من قبل العالم الروسي العظيم D. I. Mendeleev، الذي أوصى A. M. Butlerov بجامعة سانت بطرسبرغ. كتب مندليف أن بتليروف "... يسعى مرة أخرى، من خلال دراسة التحولات الكيميائية، إلى اختراق أعماق الروابط والعناصر المتباينة في كل واحد، ويمنح كل منها قدرة فطرية على الدخول في عدد معين من المركبات، وينسب الفرق في الخصائص إلى طرق مختلفة لربط العناصر. لم يتبع أحد هذه الأفكار باستمرار كما فعل، على الرغم من أنها كانت مرئية من قبل... ولتنفيذ نفس طريقة النظر في جميع الطبقات، نشر بتليروف في عام 1864 كتابًا: "مقدمة للدراسة الكاملة للكيمياء العضوية"، أخيرًا في عام ترجم إلى اللغة الألمانية، شكَّل بتليروف، من خلال قراءاته وانبهاره بالأفكار، حول نفسه في قازان مدرسة للكيميائيين تعمل في اتجاهه. تمكنت أسماء ماركوفنيكوف ومياسنيكوف وبوبوف واثنين من زايتسيف ومورجونوف وبعض الآخرين من أن تصبح مشهورة بالعديد من الاكتشافات التي تمت بشكل أساسي بسبب استقلال حركة بتليروز. يمكنني أن أشهد شخصيًا أن علماء مثل فورتز وكولبي يعتبرون بتليروف واحدًا من أكثر المحركات تأثيرًا في الاتجاه النظري للكيمياء في عصرنا.

يعتقد A. M. Butlerov بحق أنه سيتطور مع تراكم المواد الواقعية الجديدة. لقد كتب: «... لا يسعني إلا أن ألاحظ أن الاستنتاجات التي يؤدي إليها مبدأ التركيب الكيميائي تكون في آلاف الحالات متسقة مع الحقائق. كما هو الحال في أي نظرية، وهنا، بالطبع، هناك عيوب وعيوب، هناك حقائق لا تتوافق بدقة مع مفهوم التركيب الكيميائي. وبطبيعة الحال، ينبغي للمرء أن يرغب بشكل خاص في انتشار مثل هذه الحقائق؛ الحقائق التي لا تفسرها النظريات الحالية هي الأكثر قيمة للعلم؛ وينبغي أن يتوقع في المقام الأول أن يتطور تطورها في المستقبل القريب").