Proprio come nella chimica inorganica la base teorica fondamentale è la legge periodica e il sistema periodico degli elementi chimici di D. I. Mendeleev, così nella chimica organica la principale base scientifica è la teoria della struttura dei composti organici di Butlerov-Kekule-Cooper.

Come ogni altra teoria scientifica, la teoria della struttura dei composti organici fu il risultato di una generalizzazione del materiale fattuale più ricco accumulato dalla chimica organica, che prese forma come scienza all'inizio del XIX secolo. Sono stati scoperti sempre più nuovi composti del carbonio, il cui numero è aumentato come una valanga (Tabella 1).

Tabella 1
Numero di composti organici conosciuti in diversi anni

Per spiegare questa varietà di composti organici, gli scienziati dell'inizio del XIX secolo. non poteva. Ancora più domande sono state sollevate dal fenomeno dell'isomerismo.

Ad esempio, l'alcol etilico e l'etere dimetilico sono isomeri: queste sostanze hanno la stessa composizione C 2 H 6 O, ma una struttura diversa, cioè un diverso ordine di connessione degli atomi nelle molecole, e quindi proprietà diverse.

F. Wöhler, già noto a te, in una delle sue lettere a J. J. Berzelius, descriveva la chimica organica come segue: “La chimica organica ora può far impazzire chiunque. Mi sembra una fitta foresta, piena di cose meravigliose, un boschetto sconfinato da cui non puoi uscire, dove non osi penetrare ... "

Lo sviluppo della chimica fu fortemente influenzato dal lavoro dello scienziato inglese E. Frankland, che, basandosi sulle idee dell'atomismo, introdusse il concetto di valenza (1853).

Nella molecola di idrogeno H 2 si forma un legame chimico covalente H-H, cioè l'idrogeno è monovalente. La valenza di un elemento chimico può essere espressa dal numero di atomi di idrogeno che un atomo di un elemento chimico si attacca o sostituisce. Ad esempio, lo zolfo nell'idrogeno solforato e l'ossigeno nell'acqua sono bivalenti: H 2 S o H-S-H, H 2 O o H-O-H e l'azoto nell'ammoniaca è trivalente:

In chimica organica, il concetto di "valenza" è analogo al concetto di "stato di ossidazione", con cui si è abituati a lavorare nel corso di chimica inorganica alle scuole elementari. Tuttavia, non sono la stessa cosa. Ad esempio, in una molecola di azoto N 2, lo stato di ossidazione dell'azoto è zero e la valenza è tre:

Nel perossido di idrogeno H 2 O 2, lo stato di ossidazione dell'ossigeno è -1 e la valenza è due:

Nello ione ammonio NH + 4, lo stato di ossidazione dell'azoto è -3 e la valenza è quattro:

Solitamente, in relazione ai composti ionici (cloruro di sodio NaCl e molte altre sostanze inorganiche con legame ionico), non si usa il termine "valenza" degli atomi, ma si considera il loro stato di ossidazione. Pertanto, in chimica inorganica, dove la maggior parte delle sostanze ha una struttura non molecolare, è preferibile utilizzare il concetto di "stato di ossidazione", e in chimica organica, dove la maggior parte dei composti ha una struttura molecolare, di norma utilizzare il concetto di "valenza".

La teoria della struttura chimica è il risultato di una generalizzazione delle idee di eminenti scienziati organici di tre paesi europei: il tedesco F. Kekule, l'inglese A. Cooper e il russo A. Butlerov.

Nel 1857 F. Kekule classificò il carbonio come elemento tetravalente e nel 1858, contemporaneamente ad A. Cooper, notò che gli atomi di carbonio possono combinarsi tra loro in varie catene: lineari, ramificate e chiuse (cicliche).

I lavori di F. Kekule e A. Cooper sono serviti come base per lo sviluppo di una teoria scientifica che spiega il fenomeno dell'isomerismo, la relazione tra la composizione, la struttura e le proprietà delle molecole dei composti organici. Tale teoria è stata creata dallo scienziato russo A. M. Butlerov. Fu la sua mente curiosa ad "osare penetrare" nella "densa foresta" della chimica organica e iniziare la trasformazione di questo "boschetto sconfinato" in un parco regolare pieno di luce solare con un sistema di sentieri e vicoli. Le idee principali di questa teoria furono espresse per la prima volta da A. M. Butlerov nel 1861 al congresso di naturalisti e medici tedeschi a Speyer.

Formulare brevemente le principali disposizioni e conseguenze della teoria Butlerov-Kekule-Cooper della struttura dei composti organici come segue.

1. Gli atomi nelle molecole delle sostanze sono collegati in una certa sequenza secondo la loro valenza. Il carbonio nei composti organici è sempre tetravalente e i suoi atomi sono in grado di combinarsi tra loro formando varie catene (lineari, ramificate e cicliche).

I composti organici possono essere disposti in serie di sostanze simili per composizione, struttura e proprietà - serie omologhe.

Butlerov Aleksandr Mikhailovich (1828-1886), chimico russo, professore all'Università di Kazan (1857-1868), dal 1869 al 1885 - professore all'Università di San Pietroburgo. Accademico dell'Accademia delle scienze di San Pietroburgo (dal 1874). Creatore della teoria della struttura chimica dei composti organici (1861). Predetto e studiato l'isomerismo di molti composti organici. Sintetizza molte sostanze.

Ad esempio, il metano CH 4 è l'antenato della serie omologa degli idrocarburi saturi (alcani). Il suo omologo più vicino è l'etano C 2 H 6, o CH 3 -CH 3. I prossimi due membri della serie omologa del metano sono propano C 3 H 8, o CH 3 -CH 2 -CH 3, e butano C 4 H 10, o CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3, ecc.

È facile vedere che per le serie omologhe si può ricavare una formula generale per la serie. Quindi, per gli alcani, questa formula generale è C n H 2n + 2.

2. Le proprietà delle sostanze dipendono non solo dalla loro composizione qualitativa e quantitativa, ma anche dalla struttura delle loro molecole.

Questa posizione della teoria della struttura dei composti organici spiega il fenomeno dell'isomerismo. Ovviamente per il butano C 4 H 10, oltre alla molecola a struttura lineare CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3, è possibile anche una struttura ramificata:

Questa è una sostanza completamente nuova con le sue proprietà individuali, diverse da quelle del butano lineare.

Il butano, nella molecola di cui gli atomi sono disposti sotto forma di una catena lineare, è chiamato butano normale (n-butano), e il butano, la cui catena di atomi di carbonio è ramificata, è chiamato isobutano.

Esistono due tipi principali di isomeria: strutturale e spaziale.

Secondo la classificazione accettata, si distinguono tre tipi di isomeria strutturale.

Isomeria dello scheletro di carbonio. I composti differiscono nell'ordine dei legami carbonio-carbonio, ad esempio n-butano e isobutano considerati. È questo tipo di isomeria caratteristica degli alcani.

Isomeria della posizione di un legame multiplo (C=C, C=C) o di un gruppo funzionale (cioè un gruppo di atomi che determina se un composto appartiene a una particolare classe di composti organici), ad esempio:

Isomeria interclasse. Gli isomeri di questo tipo di isomeria appartengono a diverse classi di composti organici, ad esempio l'alcol etilico (la classe degli alcoli monoidrici saturi) e l'etere dimetilico (la classe degli eteri) discussi sopra.

Esistono due tipi di isomeria spaziale: geometrica e ottica.

L'isomerismo geometrico è caratteristico, prima di tutto, per i composti con un doppio legame carbonio-carbonio, poiché la molecola ha una struttura planare nel sito di tale legame (Fig. 6).

Riso. 6.
Modello della molecola di etilene

Ad esempio, per il butene-2, se gli stessi gruppi di atomi agli atomi di carbonio in un doppio legame si trovano su un lato del piano di legame C=C, allora la molecola è un cisisomero, se sui lati opposti è un transisomero.

L'isomeria ottica è posseduta, ad esempio, da sostanze le cui molecole hanno un atomo di carbonio asimmetrico, o chirale, legato a quattro atomi di carbonio. vari deputati. Gli isomeri ottici sono immagini speculari l'uno dell'altro, come due palmi, e non sono compatibili. (Ora, ovviamente, il secondo nome di questo tipo di isomeria ti è diventato chiaro: chiros greco - mano - un campione di una figura asimmetrica.) Ad esempio, sotto forma di due isomeri ottici, c'è 2-idrossipropanoico (lattico ) acido contenente un atomo di carbonio asimmetrico.

Le coppie isomeriche sorgono nelle molecole chirali, in cui le molecole dell'isomero sono correlate tra loro nella loro organizzazione spaziale allo stesso modo in cui un oggetto e la sua immagine speculare sono correlate tra loro. Una coppia di tali isomeri ha sempre le stesse proprietà chimiche e fisiche, ad eccezione dell'attività ottica: se un isomero ruota il piano della luce polarizzata in senso orario, l'altro necessariamente in senso antiorario. Il primo isomero è chiamato destrogiro e il secondo è chiamato levogiro.

L'importanza dell'isomerismo ottico nell'organizzazione della vita sul nostro pianeta è molto grande, poiché gli isomeri ottici possono differire in modo significativo sia nella loro attività biologica che nella compatibilità con altri composti naturali.

3. Gli atomi nelle molecole delle sostanze si influenzano a vicenda. Considererai l'influenza reciproca degli atomi nelle molecole dei composti organici nell'ulteriore studio del corso.

La moderna teoria della struttura dei composti organici si basa non solo sulla chimica, ma anche sulla struttura elettronica e spaziale delle sostanze, che è considerata in dettaglio a livello di profilo dello studio della chimica.

Diversi tipi di formule chimiche sono ampiamente utilizzati in chimica organica.

La formula molecolare riflette la composizione qualitativa del composto, ovvero mostra il numero di atomi di ciascuno degli elementi chimici che formano la molecola della sostanza. Ad esempio, la formula molecolare del propano è C 3 H 8 .

La formula strutturale riflette l'ordine di connessione degli atomi in una molecola secondo la valenza. La formula strutturale del propano è:

Spesso non è necessario rappresentare in dettaglio i legami chimici tra atomi di carbonio e idrogeno, pertanto, nella maggior parte dei casi, vengono utilizzate formule strutturali abbreviate. Per il propano, tale formula è scritta come segue: CH 3 -CH 2 -CH 3.

La struttura delle molecole di composti organici viene riflessa utilizzando vari modelli. I più noti sono i modelli volumetrici (in scala) e ball-and-stick (Fig. 7).

Riso. 7.
Modelli della molecola di etano:
1 - palla e bastone; 2 - scala

Nuove parole e concetti

1. Isomeria, isomeri.
2. Valenza.
3. Struttura chimica.
4. Teoria della struttura dei composti organici.
5. Serie omologica e differenza omologica.
6. Formule molecolari e strutturali.
7. Modelli di molecole: volumetrici (a scala) e sferiche.

Domande e compiti

1. Cos'è la valenza? In che cosa differisce dallo stato di ossidazione? Fornire esempi di sostanze in cui i valori dello stato di ossidazione e della valenza degli atomi sono numericamente uguali e diversi,
2. Determina la valenza e lo stato di ossidazione degli atomi in sostanze le cui formule sono Cl 2, CO 2, C 2 H 6, C 2 H 4.
3. Che cos'è l'isomerismo; isomeri?
4. Cos'è l'omologia; omologhi?
5. Come, usando la conoscenza dell'isomerismo e dell'omologia, spiegare la diversità dei composti del carbonio?
6. Cosa si intende per struttura chimica delle molecole di composti organici? Formulare la posizione della teoria della struttura, che spiega la differenza nelle proprietà degli isomeri Formulare la posizione della teoria della struttura, che spiega la diversità dei composti organici.
7. Quale contributo ha dato ciascuno degli scienziati - i fondatori della teoria della struttura chimica - a questa teoria? Perché il contributo del chimico russo ha giocato un ruolo di primo piano nella formazione di questa teoria?
8. È possibile che ci siano tre isomeri della composizione C 5 H 12. Annotare le loro formule strutturali complete e abbreviate,
9. Secondo il modello della molecola della sostanza presentato alla fine del paragrafo (vedi Fig. 7), compongono le sue formule strutturali molecolari e abbreviate.
10. Calcola la frazione di massa del carbonio nelle molecole dei primi quattro membri della serie omologa di alcani.

Entro la prima metà del XIX secolo, un'enorme quantità di materiale fattuale era stata accumulata in chimica organica, il cui ulteriore studio era ostacolato dall'assenza di qualsiasi base di sistematizzazione. A partire dagli anni '20 iniziarono ad apparire teorie successive, che affermavano di essere una descrizione generalizzata della struttura dei composti organici. Uno di questi era la teoria dei tipi, sviluppata negli anni '90 dallo scienziato francese C. Gerard. Secondo questa teoria, tutti i composti organici erano considerati come derivati ​​delle più semplici sostanze inorganiche, prese come tipi. Gerardo

Poco prima della comparsa della teoria della struttura di A. M. Butlerov, il chimico tedesco F.A. Kekule (1857) sviluppò la teoria della valenza in relazione ai composti organici, stabilendo fatti come la tetravalenza dell'atomo di carbonio e la sua capacità di formare catene di carbonio combinandosi con atomi di carbonio.A. M. Butlerova FA Kekule

Gli sviluppi teorici del periodo pre-Butler hanno dato un certo contributo alla conoscenza della struttura dei composti organici. Ma nessuna delle prime teorie era universale. E solo A.M. Butlerov è riuscito a creare una teoria della struttura così logicamente completa, che fino ad oggi funge da base scientifica della chimica organica. Teoria della struttura di A.M. Butlerov si basa su un approccio materialistico a una molecola reale e procede dalla possibilità di conoscerne sperimentalmente la struttura. SONO. Butlerov, nello stabilire la struttura delle sostanze, attribuiva un'importanza fondamentale alle reazioni chimiche. Teoria della struttura di A.M. Butlerova non solo spiegava fatti già noti, ma il suo significato scientifico consisteva nel predire l'esistenza di nuovi composti organici. Butlerov AM Butlerova AM Butlerov AM Butlerov

Gli isomeri sono sostanze che hanno la stessa formula molecolare ma diversa struttura chimica e quindi hanno proprietà diverse. La vera spiegazione dell'isomerismo fu ricevuta solo nella seconda metà del XIX secolo sulla base della teoria della struttura chimica di A.M. Butlerov (isomerismo strutturale) e la dottrina stereochimica di Ya. G. van't Hoff (isomerismo spaziale). G. van't Hoff

Nome formula Numero di isomeri CH 4 metano1 C4H6C4H6 etano1 C3H8C3H8 propano1 C 4 H 10 butano 2 C 5 H 12 pentano 3 C 6 H 14 esano 5 C 7 H 16 eptano 9 C 8 H 18 ottano 18 C 9 H 20 nonano 35 C 10 H 22 decano75 C 11 H 24 undecano 19 C 12 H 26 dodecano355 C 13 H 28 tridecano802 C 14 H 30 tetradecano1 858 C 15 H 32 pentadecano4 347 C 20 H 42 eicosano C 25 H 52 pentacosano C 30 H 62 triacontano C 40 H 82 tetracontano

Gli isomeri strutturali sono quelli che corrispondono a diverse formule strutturali dei composti organici (con un diverso ordine di connessione degli atomi). Gli isomeri spaziali hanno gli stessi sostituenti su ciascun atomo di carbonio e differiscono solo per la loro disposizione reciproca nello spazio.

Isomeri spaziali (stereoisomeri). Gli stereoisomeri possono essere suddivisi in due tipi: isomeri geometrici e isomeri ottici. L'isomerismo geometrico è caratteristico dei composti contenenti un doppio legame o anello. In tali molecole, è spesso possibile disegnare un piano condizionale in modo tale che i sostituenti su diversi atomi di carbonio possano trovarsi sullo stesso lato (cis-) o su lati opposti (trans-) di questo piano. Se un cambiamento nell'orientamento di questi sostituenti rispetto al piano è possibile solo a causa della rottura di uno dei legami chimici, allora si parla della presenza di isomeri geometrici. Gli isomeri geometrici differiscono nelle loro proprietà fisiche e chimiche.

È stato scoperto un nuovo metodo per ottenere isomeri ottici di molecole organiche Quando Alice si è trovata nella sua stanza, ma “a specchio”, è rimasta sorpresa: la stanza sembra essere simile, ma ancora completamente diversa. Anche gli isomeri specchio delle molecole chimiche differiscono allo stesso modo: sembrano simili, ma si comportano in modo diverso. L'area più importante della chimica organica è la separazione e la sintesi di queste varianti speculari. (Illustrazione di John Tenniel per Alice Through the Looking-Glass di Lewis Carroll)

Gli scienziati americani hanno imparato come ottenere isomeri ottici di composti a base di aldeidi, portando finalmente a termine un'importante reazione su cui i chimici stanno lavorando da molti anni. Nell'esperimento, hanno combinato due catalizzatori che funzionano secondo principi diversi. Come risultato dell'azione combinata di questi catalizzatori, si formano due molecole organiche attive, che vengono combinate nella sostanza desiderata. Utilizzando questa reazione come esempio, viene mostrata la possibilità di sintetizzare un'intera classe di composti organici biologicamente importanti.

Sono ora note almeno 130 reazioni di sintesi organica, in cui si ottengono isomeri chirali più o meno puri. Se il catalizzatore stesso ha proprietà chirali, allora un prodotto otticamente attivo sarà ottenuto da un substrato otticamente inattivo. Questa regola è stata derivata all'inizio del 20° secolo e rimane fondamentale fino ad oggi. Il principio di azione selettiva di un catalizzatore rispetto agli isomeri ottici è simile a quello di una stretta di mano: è “conveniente” che un catalizzatore si leghi ad uno solo degli isomeri chirali, e quindi solo una delle reazioni è preferibilmente catalizzata. A proposito, il termine "chirale" deriva dal greco chéir mano.

Teoria della struttura dei composti organici: omologia e isomeria (strutturale e spaziale). Influenza reciproca degli atomi nelle molecole

Teoria della struttura chimica dei composti organici A. M. Butlerova

Proprio come per la chimica inorganica la base dello sviluppo è la legge periodica e il sistema periodico degli elementi chimici di D. I. Mendeleev, per la chimica organica divenne fondamentale la teoria della struttura dei composti organici di A. M. Butlerov.

Il principale postulato della teoria di Butlerov è la disposizione su struttura chimica della materia, che è inteso come l'ordine, la sequenza di connessione reciproca di atomi in molecole, cioè legame chimico.

La struttura chimica è intesa come l'ordine di connessione di atomi di elementi chimici in una molecola secondo la loro valenza.

Questo ordine può essere visualizzato utilizzando formule strutturali in cui le valenze degli atomi sono indicate da trattini: un trattino corrisponde all'unità di valenza di un atomo di un elemento chimico. Ad esempio, per la sostanza organica metano, che ha la formula molecolare $CH_4$, la formula strutturale si presenta così:

Le principali disposizioni della teoria di A. M. Butlerov

1. Gli atomi nelle molecole delle sostanze organiche sono collegati tra loro secondo la loro valenza. Il carbonio nei composti organici è sempre tetravalente e i suoi atomi sono in grado di combinarsi tra loro, formando varie catene.
2. Le proprietà delle sostanze sono determinate non solo dalla loro composizione qualitativa e quantitativa, ma anche dall'ordine di connessione degli atomi in una molecola, cioè dalla struttura chimica della sostanza.
3. Le proprietà dei composti organici dipendono non solo dalla composizione della sostanza e dall'ordine di connessione degli atomi nella sua molecola, ma anche dall'influenza reciproca di atomi e gruppi di atomi.

La teoria della struttura dei composti organici è una dottrina dinamica e in via di sviluppo. Con lo sviluppo delle conoscenze sulla natura del legame chimico, sull'influenza della struttura elettronica delle molecole di sostanze organiche, hanno iniziato a utilizzare, oltre a empirico e strutturale, elettronico formule. In tali formule indicare la direzione di spostamento delle coppie di elettroni nella molecola.

La chimica quantistica e la chimica della struttura dei composti organici hanno confermato la teoria della direzione spaziale dei legami chimici ( cis- e transisomeria), ha studiato le caratteristiche energetiche delle transizioni reciproche negli isomeri, ha permesso di giudicare l'influenza reciproca degli atomi nelle molecole di varie sostanze, ha creato i prerequisiti per prevedere i tipi di isomeria e la direzione e il meccanismo delle reazioni chimiche.

Le sostanze organiche hanno una serie di caratteristiche:

1. Tutte le sostanze organiche contengono carbonio e idrogeno, quindi una volta bruciate formano anidride carbonica e acqua.
2. Le sostanze organiche sono complesse e possono avere un enorme peso molecolare (proteine, grassi, carboidrati).
3. Le sostanze organiche possono essere disposte in file di omologhi simili per composizione, struttura e proprietà.
4. Per le sostanze organiche, la caratteristica è isomeria.

Isomeria e omologia delle sostanze organiche

Le proprietà delle sostanze organiche dipendono non solo dalla loro composizione, ma anche dall'ordine di connessione degli atomi in una molecola.

isomeria- questo è il fenomeno dell'esistenza di diverse sostanze - isomeri con la stessa composizione qualitativa e quantitativa, cioè con la stessa formula molecolare.

Esistono due tipi di isomeria: strutturale e spaziale (stereoisomerismo). Gli isomeri strutturali differiscono l'uno dall'altro nell'ordine di legame degli atomi in una molecola; stereoisomeri: la disposizione degli atomi nello spazio con lo stesso ordine di legami tra di loro.

Si distinguono i seguenti tipi di isomeria strutturale: isomeria dello scheletro del carbonio, isomeria di posizione, isomeria di varie classi di composti organici (isomerismo interclasse).

Isomeria strutturale

Isomeria dello scheletro di carbonio a causa del diverso ordine di legame tra gli atomi di carbonio che formano lo scheletro della molecola. Come già mostrato, alla formula molecolare $C_4H_(10)$ corrispondono due idrocarburi: n-butano e isobutano. Sono possibili tre isomeri per l'idrocarburo $С_5Н_(12)$: pentano, isopentano e neopentano:

$CH_3-CH_2-(CH_2)↙(pentano)-CH_2-CH_3$

Con un aumento del numero di atomi di carbonio in una molecola, il numero di isomeri aumenta rapidamente. Per l'idrocarburo $С_(10)Н_(22)$ ci sono già $75$, e per l'idrocarburo $С_(20)Н_(44)$ - $366 319$.

isomeria di posizione a causa della diversa posizione del legame multiplo, sostituente, gruppo funzionale con lo stesso scheletro di carbonio della molecola:

$CH_2=(CH-CH_2)↙(butene-1)-CH_3$ $CH_3-(CH=CH)↙(butene-2)-CH_3$

$(CH_3-CH_2-CH_2-OH)↙(alcool n-propilico(1-propanolo))$

Isomeria di varie classi di composti organici (isomerismo interclasse) a causa della diversa posizione e combinazione degli atomi nelle molecole di sostanze che hanno la stessa formula molecolare, ma appartengono a classi diverse. Pertanto, la formula molecolare $С_6Н_(12)$ corrisponde all'idrocarburo insaturo esene-1 e all'idrocarburo ciclico cicloesano:

Gli isomeri sono un idrocarburo correlato agli alchini - butino-1 e un idrocarburo con due doppi legami nella catena butadiene-1,3:

$CH≡C-(CH_2)↙(butino-1)-CH_2$ $CH_2=(CH-CH)↙(butadiene-1,3)=CH_2$

L'etere dietilico e l'alcol butilico hanno la stessa formula molecolare $C_4H_(10)O$:

$(CH_3CH_2OCH_2CH_3)↙(\text"etere dietilico")$ $(CH_3CH_2CH_2CH_2OH)↙(\text"alcol n-butilico (butanolo-1)")$

Gli isomeri strutturali sono acido aminoacetico e nitroetano, corrispondenti alla formula molecolare $C_2H_5NO_2$:

Gli isomeri di questo tipo contengono diversi gruppi funzionali e appartengono a diverse classi di sostanze. Pertanto, differiscono nelle proprietà fisiche e chimiche molto più degli isomeri dello scheletro del carbonio o degli isomeri di posizione.

Isomeria spaziale

Isomeria spaziale divisa in due tipologie: geometrica e ottica. L'isomerismo geometrico è caratteristico dei composti contenenti doppi legami e composti ciclici. Poiché la libera rotazione degli atomi attorno a un doppio legame o in un ciclo è impossibile, i sostituenti possono essere posizionati su un lato del piano del doppio legame o del ciclo ( cis-posizione), o su lati opposti ( trance-posizione). Notazione cis- e trance- di solito riferito a una coppia di sostituenti identici:

Gli isomeri geometrici differiscono nelle proprietà fisiche e chimiche.

Isomeria ottica si verifica quando una molecola è incompatibile con la sua immagine allo specchio. Ciò è possibile quando l'atomo di carbonio nella molecola ha quattro diversi sostituenti. Questo atomo è chiamato asimmetrico. Un esempio di tale molecola è l'acido $α$-amminopropionico ($α$-alanina) $CH_3CH(NH_2)COOH$.

La molecola $α$-alanina non può coincidere con la sua immagine speculare sotto nessun movimento. Tali isomeri spaziali sono chiamati specchio, antipodi ottici, o enantiomeri. Tutte le proprietà fisiche e quasi tutte chimiche di tali isomeri sono identiche.

Lo studio dell'isomerismo ottico è necessario quando si considerano molte reazioni che si verificano nel corpo. La maggior parte di queste reazioni sono sotto l'azione di enzimi - catalizzatori biologici. Le molecole di queste sostanze devono avvicinarsi alle molecole dei composti su cui agiscono come una chiave di una serratura; pertanto, la struttura spaziale, la posizione relativa delle regioni molecolari e altri fattori spaziali sono di grande importanza per il corso di queste reazioni. Tali reazioni sono chiamate stereoselettivo.

La maggior parte dei composti naturali sono singoli enantiomeri e la loro azione biologica differisce nettamente dalle proprietà dei loro antipodi ottici ottenuti in laboratorio. Una tale differenza nell'attività biologica è di grande importanza, poiché è alla base della proprietà più importante di tutti gli organismi viventi: il metabolismo.

Serie omologhe Vengono chiamate alcune sostanze, disposte in ordine crescente rispetto alle loro masse molecolari relative, simili per struttura e proprietà chimiche, dove ogni termine differisce dal precedente per la differenza omologica $CH_2$. Ad esempio: $CH_4$ - metano, $C_2H_6$ - etano, $C_3H_8$ - propano, $C_4H_(10)$ - butano, ecc.

Tipi di legami in molecole di sostanze organiche. Ibridazione di orbitali atomici del carbonio. Radicale. gruppo funzionale.

Tipi di legami in molecole di sostanze organiche.

Nei composti organici il carbonio è sempre tetravalente. Nello stato eccitato, una coppia di elettroni $2s^3$ si rompe nel suo atomo e uno di essi passa all'orbitale p:

Un tale atomo ha quattro elettroni spaiati e può prendere parte alla formazione di quattro legami covalenti.

Sulla base della formula elettronica di cui sopra per il livello di valenza di un atomo di carbonio, ci si aspetterebbe che contenga un $s$-elettrone (orbitale simmetrico sferico) e tre $p$-elettroni aventi orbitali reciprocamente perpendicolari ($2p_x, 2p_y, 2p_z $- orbitale). In realtà, tutti e quattro gli elettroni di valenza di un atomo di carbonio sono del tutto equivalenti e gli angoli tra i loro orbitali sono $109°28"$. Inoltre, i calcoli mostrano che ciascuno dei quattro legami chimici del carbonio nella molecola di metano ($CH_4$) è $s-$ di $25%$ e $p di $75%$ $-link, cioè succede miscelazione$s-$ e $p-$ stati di elettroni. Questo fenomeno si chiama ibridazione, e orbitali misti ibrido.

Un atomo di carbonio nello stato di valenza $sp^3$ ha quattro orbitali, ognuno dei quali contiene un elettrone. Secondo la teoria dei legami covalenti, ha la capacità di formare quattro legami covalenti con atomi di qualsiasi elemento monovalente ($CH_4, CHCl_3, CCl_4$) o con altri atomi di carbonio. Tali collegamenti sono chiamati $σ$-link. Se un atomo di carbonio ha un legame $C-C$, allora viene chiamato primario($Н_3С-CH_3$), se due - secondario($Н_3С-CH_2-CH_3$), se tre - terziario (), e se quattro - Quaternario ().

Una delle caratteristiche degli atomi di carbonio è la loro capacità di formare legami chimici generalizzando solo $p$-elettroni. Tali obbligazioni sono chiamate obbligazioni $π$. I legami $π$ nelle molecole di composti organici si formano solo in presenza di legami $σ$ tra atomi. Pertanto, in una molecola di etilene $H_2C=CH_2$ gli atomi di carbonio sono legati da $σ-$ e un legame $π$, in una molecola di acetilene $HC=CH$ da un legame $σ-$ e due $π$ . Vengono chiamati i legami chimici formati con la partecipazione di $π$-obbligazioni multipli(nella molecola di etilene - Doppio, nella molecola di acetilene - triplicare), e composti con legami multipli - insaturo.

Fenomeno$sp^3$-, $sp^2$- e$sp$ - ibridazione dell'atomo di carbonio.

Durante la formazione dei legami $π$, lo stato ibrido degli orbitali atomici dell'atomo di carbonio cambia. Poiché la formazione di legami $π$ avviene a causa di elettroni p, quindi nelle molecole con un doppio legame, gli elettroni avranno ibridazione $sp^2$ (c'era $sp^3$, ma un elettrone p va a $ π$- orbitale) e con una tripla - $sp$-ibridazione (due elettroni p spostati in $π$-orbitale). La natura dell'ibridazione cambia la direzione dei legami $σ$. Se durante l'ibridazione $sp^3$ formano strutture spazialmente ramificate ($a$), allora durante l'ibridazione $sp^2$ tutti gli atomi giacciono sullo stesso piano e gli angoli tra i legami $σ$ sono uguali a $120°$( b) , e sotto $sp$-ibridazione la molecola è lineare (c):

In questo caso, gli assi degli orbitali $π$ sono perpendicolari all'asse del legame $σ$.

Entrambi i legami $σ$- e $π$ sono covalenti, il che significa che devono essere caratterizzati da lunghezza, energia, orientamento spaziale e polarità.

Caratteristiche dei legami singoli e multipli tra atomi di C.

Radicale. gruppo funzionale.

Una delle caratteristiche dei composti organici è che nelle reazioni chimiche le loro molecole si scambiano non singoli atomi, ma gruppi di atomi. Se questo gruppo di atomi è costituito solo da atomi di carbonio e idrogeno, allora viene chiamato radicale idrocarburico, ma se ha atomi di altri elementi, viene chiamato gruppo funzionale. Quindi, ad esempio, metile ($CH_3$-) ed etile ($C_2H_5$-) sono radicali idrocarburici e il gruppo idrossile (-$OH$), gruppo aldeidico ( ), gruppo nitro (-$NO_2$), ecc. sono rispettivamente gruppi funzionali di alcoli, aldeidi e composti contenenti azoto.

Di norma, il gruppo funzionale determina le proprietà chimiche di un composto organico e quindi è alla base della loro classificazione.

Per cucinare, coloranti, vestiti, medicine, le persone hanno imparato da tempo a usare varie sostanze. Nel tempo si è accumulata una quantità sufficiente di informazioni sulle proprietà di determinate sostanze, che ha permesso di migliorare i metodi di produzione, lavorazione, ecc. E si è scoperto che molti minerali (sostanze inorganiche) possono essere ottenuti direttamente.

Ma alcune delle sostanze utilizzate dall'uomo non sono state da lui sintetizzate, perché ottenute da organismi viventi o piante. Queste sostanze sono chiamate organiche. Le sostanze organiche non possono essere sintetizzate in laboratorio. All'inizio del XIX secolo si sviluppò attivamente una dottrina come il vitalismo (vita - vita), secondo la quale le sostanze organiche sorgono solo a causa della "forza vitale" ed è impossibile crearle "artificialmente".

Ma con il passare del tempo e lo sviluppo della scienza, sono apparsi nuovi fatti sulle sostanze organiche che erano in contrasto con la teoria esistente dei vitalisti.

Nel 1824, lo scienziato tedesco F. Wöhler sintetizzato acido ossalico per la prima volta nella storia della scienza chimica – materia organica da sostanze inorganiche (cianuro e acqua):

(CN) 2 + 4H 2 O → COOH - COOH + 2NH 3

Nel 1828, Wöller riscaldò il cianato di sodio con ammonio solforico e urea sintetizzata - prodotto dell'attività vitale degli organismi animali:

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

Queste scoperte hanno svolto un ruolo importante nello sviluppo della scienza in generale e della chimica in particolare. Gli scienziati-chimici iniziarono gradualmente ad allontanarsi dalla dottrina vitalistica e il principio della divisione delle sostanze in organiche e inorganiche si rivelò insostenibile.

Attualmente sostanze ancora diviso in organico e inorganico ma il criterio di separazione è già leggermente diverso.

Le sostanze sono chiamate organiche contenenti carbonio nella loro composizione, sono anche chiamati composti di carbonio. Esistono circa 3 milioni di tali composti, mentre i restanti composti sono circa 300 mila.

Le sostanze che non contengono carbonio sono dette inorganiche E. Ma ci sono delle eccezioni alla classificazione generale: ci sono un certo numero di composti che contengono carbonio, ma appartengono a sostanze inorganiche (monossido e anidride carbonica, disolfuro di carbonio, acido carbonico e suoi sali). Tutti loro sono simili per composizione e proprietà ai composti inorganici.

Nel corso dello studio delle sostanze organiche sono emerse nuove difficoltà: sulla base delle teorie sulle sostanze inorganiche, è impossibile rivelare gli schemi della struttura dei composti organici, per spiegare la valenza del carbonio. Il carbonio in diversi composti aveva valenze diverse.

Nel 1861, lo scienziato russo A.M. Butlerov è stato il primo ad ottenere una sostanza zuccherina per sintesi.

Quando si studiano gli idrocarburi, SONO. Butlerov si sono resi conto che rappresentano una classe molto speciale di sostanze chimiche. Analizzando la loro struttura e proprietà, lo scienziato ha identificato diversi modelli. Hanno costituito la base del teorie della struttura chimica.

1. La molecola di qualsiasi sostanza organica non è disordinata, gli atomi nelle molecole sono collegati tra loro in una certa sequenza secondo le loro valenze. Il carbonio nei composti organici è sempre tetravalente.

2. La sequenza di legami interatomici in una molecola è chiamata struttura chimica e viene riflessa da una formula strutturale (formula della struttura).

3. La struttura chimica può essere stabilita con metodi chimici. (Attualmente vengono utilizzati anche metodi fisici moderni).

4. Le proprietà delle sostanze dipendono non solo dalla composizione delle molecole della sostanza, ma dalla loro struttura chimica (la sequenza di connessione degli atomi degli elementi).

5. Dalle proprietà di una data sostanza, puoi determinare la struttura della sua molecola e dalla struttura della molecola – anticipare le proprietà.

6. Atomi e gruppi di atomi in una molecola interagiscono tra loro.

Questa teoria divenne il fondamento scientifico della chimica organica e ne accelerò lo sviluppo. Sulla base delle disposizioni della teoria, A.M. Butlerov ha descritto e spiegato il fenomeno isomeria, predisse l'esistenza di vari isomeri e ne ottenne alcuni per la prima volta.

Considera la struttura chimica dell'etano – C2H6. Denotando la valenza degli elementi con dei trattini, rappresenteremo la molecola di etano nell'ordine della connessione degli atomi, ovvero scriveremo una formula strutturale. Secondo la teoria di A.M. Butlerov, sarà simile a questo:

Gli atomi di idrogeno e carbonio sono legati in una particella, la valenza dell'idrogeno è uguale a uno e il carbonio – quattro. Due atomi di carbonio sono legati da un legame di carbonio – carbonio (c – DA). La capacità del carbonio di formare C – Il legame C è compreso dalle proprietà chimiche del carbonio. Sullo strato di elettroni esterno, l'atomo di carbonio ha quattro elettroni, la capacità di donare elettroni è la stessa di aggiungere quelli mancanti. Pertanto, il carbonio forma molto spesso composti con un legame covalente, cioè a causa della formazione di coppie di elettroni con altri atomi, compresi gli atomi di carbonio tra loro.

Questo è uno dei motivi della diversità dei composti organici.

I composti che hanno la stessa composizione ma strutture diverse sono chiamati isomeri. Il fenomeno dell'isomeria – uno dei motivi della diversità dei composti organici

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1.Disposizioni di base della teoria della struttura chimica di A.M. Butlerov

1. Gli atomi nelle molecole sono collegati tra loro in una certa sequenza secondo le loro valenze. La sequenza di legami interatomici in una molecola è chiamata struttura chimica e viene riflessa da una formula strutturale (formula della struttura).

2. La struttura chimica può essere stabilita con metodi chimici. (Attualmente vengono utilizzati anche metodi fisici moderni).

3. Le proprietà delle sostanze dipendono dalla loro struttura chimica.

4. Dalle proprietà di una data sostanza, puoi determinare la struttura della sua molecola e dalla struttura della molecola, puoi prevederne le proprietà.

5. Atomi e gruppi di atomi in una molecola si influenzano reciprocamente.

Una molecola di composto organico è un insieme di atomi legati in un certo ordine, solitamente da legami covalenti. In questo caso, gli atomi legati possono differire nel valore dell'elettronegatività. I valori di elettronegatività determinano in gran parte caratteristiche di legame così importanti come la polarità e la forza (energia di formazione). A sua volta, la polarità e la forza dei legami in una molecola, determinano in larga misura la capacità della molecola di entrare in determinate reazioni chimiche.

L'elettronegatività di un atomo di carbonio dipende dallo stato della sua ibridazione. Ciò è dovuto alla frazione dell'orbitale s nell'orbitale ibrido: è più piccolo per sp3 e più grande per sp2 e sp atomi ibridi.

Tutti gli atomi che compongono una molecola sono interconnessi e subiscono un'influenza reciproca. Questa influenza si trasmette principalmente attraverso un sistema di legami covalenti, con l'ausilio dei cosiddetti effetti elettronici.

Gli effetti elettronici sono lo spostamento della densità elettronica in una molecola sotto l'influenza di sostituenti.

Gli atomi legati da un legame polare portano cariche parziali, denotate dalla lettera greca "delta" (d). Un atomo che "tira" la densità elettronica del legame s nella sua direzione acquisisce una carica negativa d-. Quando si considera una coppia di atomi legati da un legame covalente, l'atomo più elettronegativo è chiamato accettore di elettroni. Il suo partner di legame s avrà di conseguenza un deficit di densità elettronica di uguale entità, cioè carica positiva parziale d+, sarà chiamato donatore di elettroni.

Lo spostamento della densità elettronica lungo la catena dei legami s è chiamato effetto induttivo ed è indicato con I.

2. Isomeria- l'esistenza di composti (soprattutto organici), identici per composizione elementare e peso molecolare, ma differenti per proprietà fisiche e chimiche. Tali composti sono chiamati isomeri.

Isomeria strutturale- il risultato di differenze nella struttura chimica. Questo tipo include:

Isomeria dello scheletro di carbonio, dovuto al diverso ordine di legame degli atomi di carbonio. L'esempio più semplice è il butano CH3-CH2-CH2-CH3 e l'isobutano (CH3)3CH. Altri esempi: antracene e fenantrene (formule I e II, rispettivamente), ciclobutano e metilciclopropano (III e IV).

L'isomerismo di valenza è un tipo speciale di isomeria strutturale, in cui gli isomeri possono essere convertiti l'uno nell'altro solo ridistribuendo i legami. Ad esempio, gli isomeri di valenza del benzene (V) sono bicicloesa-2,5-diene (VI, "benzene di Dewar"), prisma (VII, "benzene di Ladenburg"), benzvalene (VIII).

Isomeria del gruppo funzionale - Differisce nella natura del gruppo funzionale; per esempio, etanolo (CH3-CH2-OH) e dimetil etere (CH3-O-CH3).

isomeria di posizione- Un tipo di isomeria strutturale, caratterizzata da una differenza di posizione degli stessi gruppi funzionali o da doppi legami con lo stesso scheletro di carbonio. Esempio: acido 2-clorobutanoico e acido 4-clorobutanoico.

Gli enantiomeri (isomeri ottici, isomeri speculari) sono coppie di antipodi ottici - sostanze caratterizzate da rotazioni di segno opposto e uguali in grandezza del piano di polarizzazione della luce con l'identità di tutte le altre proprietà fisiche e chimiche (ad eccezione delle reazioni con altre sostanze otticamente attive e proprietà fisiche nell'ambiente chirale). Una ragione necessaria e sufficiente per la comparsa degli antipodi ottici è che la molecola appartiene a uno dei seguenti gruppi di simmetria puntuale: Cn, Dn, T, O o I (chiralità). Molto spesso stiamo parlando di un atomo di carbonio asimmetrico, cioè un atomo associato a quattro diversi sostituenti.

3. ibridazione sp³ - Si verifica quando si mescolano un orbitale s e tre orbitali p. Sorgono quattro orbitali identici, situati l'uno rispetto all'altro ad angoli tetraedrici di 109° 28' (109,47°), lunghezza 0,154 nm.

Per l'atomo di carbonio e altri elementi del 2° periodo, questo processo avviene secondo lo schema:

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

alcani(idrocarburi saturi, paraffine, composti alifatici) - idrocarburi aciclici di struttura lineare o ramificata, contenenti solo legami semplici e formanti una serie omologa con la formula generale CnH2n + 2 .Struttura chimica dell'alchino(l'ordine di connessione degli atomi nelle molecole) degli alcani più semplici - metano, etano e propano - mostrano le loro formule strutturali fornite nella sezione 2. Da queste formule si può vedere che ci sono due tipi di legami chimici negli alcani:

S-S e S-N. Il legame CC è covalente non polare. Il legame CH è covalente debolmente polare, perché carbonio e idrogeno sono vicini per elettronegatività

p-orbitale che non partecipa all'ibridazione, situato perpendicolare al piano legami σ, è usato per formare un legame π con altri atomi. Questa geometria del carbonio è tipica per grafite, fenolo, ecc.

Angolo di valenza- l'angolo formato dalle direzioni dei legami chimici che emanano da un atomo. La conoscenza degli angoli di legame è necessaria per determinare la geometria delle molecole. Gli angoli di valenza dipendono sia dalle caratteristiche individuali degli atomi attaccati che dall'ibridazione degli orbitali atomici dell'atomo centrale. Per le molecole semplici, l'angolo di legame, così come altri parametri geometrici della molecola, possono essere calcolati mediante metodi di chimica quantistica. Sperimentalmente vengono determinati dai valori dei momenti di inerzia delle molecole ottenuti analizzando i loro spettri rotazionali (vedi Spettroscopia Infrarossi, Spettri Molecolari, Spettroscopia Microonde). L'angolo di legame di molecole complesse è determinato dai metodi di analisi strutturale di diffrazione.

4. ibridazione sp2 (piano-trigonale) Un mix di orbitali s e due p e si formano tre orbitali ibridi sp2 equivalenti, situati sullo stesso piano con un angolo di 120° (evidenziati in blu). Possono formare tre legami σ. Il terzo orbitale p rimane non ibridato ed è orientato perpendicolarmente al piano degli orbitali ibridi. Questo p-AO è coinvolto nella formazione di un legame π . Per gli elementi del 2° periodo, il processo di ibridazione sp2 avviene secondo lo schema:

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

Il secondo stato di valenza dell'atomo di carbonio. Ci sono sostanze organiche in cui l'atomo di carbonio è legato non a quattro, ma a tre atomi vicini, pur rimanendo tetravalente

5. ibridazione sp (lineare) Un mix orbitale s e uno p, che formano due orbitali sp equivalenti situati ad un angolo di 180, cioè su un asse. Gli orbitali sp ibridi sono coinvolti nella formazione di due legami σ. Due orbitali p non sono ibridati e si trovano su piani reciprocamente perpendicolari. -Gli orbitali formano due legami π nei composti.

Per gli elementi del 2° periodo, l'ibridazione sp avviene secondo lo schema:

2s + 2px= 2 (2sp)

2py- e 2pz-AO non cambiano.

Acetilene- idrocarburo insaturo C2H2. Ha un triplo legame tra atomi di carbonio, appartiene alla classe degli alchini

Gli atomi di carbonio nell'acetilene sono sp-ibridati. Sono collegati da uno e due legami, max. le densità to-rykh si trovano in due aree reciprocamente perpendicolari, formando un cilindrico. nuvola di densità elettronica; al di fuori ci sono atomi di H.

METILACETILENE(propino, allilene) CH3C=CH. Secondo la chimica Saint-you M. è un tipico rappresentante degli idrocarburi acetilenici. Entra facilmente nel distretto di electrophys., nucleof. e addizione radicale al triplo legame, per esempio. con interazione con metanolo forma metil isopropenil etere.

6. Tipi di comunicazione - Legame metallico, legame covalente, legame ionico, legame idrogeno

Legame ionico- un forte legame chimico formato tra atomi con una grande differenza di elettronegatività, in cui la coppia di elettroni comune passa completamente a un atomo con una maggiore elettronegatività. Un esempio è il composto CsF, in cui il "grado di ionicità" è del 97%.

caso estremo di polarizzazione di un legame polare covalente. Formato tra metallo tipico e non metallo. In questo caso, gli elettroni del metallo passano completamente al non metallo. Si formano ioni.

Se si forma un legame chimico tra atomi che hanno una differenza di elettronegatività molto grande (EO > 1,7 secondo Pauling), la coppia di elettroni condivisa viene completamente trasferita all'atomo con un EO più grande. Il risultato di ciò è la formazione di un composto di ioni di carica opposta.

legame covalente(legame atomico, legame omeopolare) - un legame chimico formato dalla sovrapposizione (socializzazione) di una coppia di nuvole di elettroni di valenza. Le nuvole di elettroni (elettroni) che forniscono la comunicazione sono chiamate una coppia di elettroni comune.

Un semplice legame covalente è formato da due elettroni di valenza spaiati, uno per ogni atomo:

Come risultato della socializzazione, gli elettroni formano un livello di energia pieno. Si forma un legame se la loro energia totale a questo livello è inferiore a quella dello stato iniziale (e la differenza di energia non sarà altro che l'energia del legame).

Riempimento elettronico di orbitali atomici (ai bordi) e molecolari (al centro) nella molecola H2. L'asse verticale corrisponde al livello di energia, gli elettroni sono indicati da frecce che riflettono i loro giri.

Secondo la teoria degli orbitali molecolari, la sovrapposizione di due orbitali atomici porta nel caso più semplice alla formazione di due orbitali molecolari (MO): un MO di legame e un MO di antilegame (allentamento). Gli elettroni condivisi si trovano su un MO di legame a energia inferiore.

7. alcani- idrocarburi aciclici di struttura lineare o ramificata, contenenti solo legami semplici e formanti una serie omologa con la formula generale CnH2n + 2.

Gli alcani sono idrocarburi saturi e contengono il numero massimo possibile di atomi di idrogeno. Ogni atomo di carbonio nelle molecole di alcano è in uno stato di ibridazione sp³ - tutti e 4 gli orbitali ibridi dell'atomo C sono uguali per forma ed energia, 4 nubi di elettroni sono dirette ai vertici del tetraedro ad angoli di 109 ° 28 ". A causa a legami singoli tra atomi di C, rotazione libera attorno al legame di carbonio. Il tipo di legame di carbonio è σ-legami, i legami sono di bassa polarità e scarsamente polarizzabili. La lunghezza del legame di carbonio è 0,154 nm.

L'isomerismo degli idrocarburi saturi è dovuto al tipo più semplice di isomeria strutturale: l'isomerismo dello scheletro di carbonio. omologo la differenza è -CH2-. Gli alcani con più di tre atomi di carbonio hanno isomeri. Il numero di questi isomeri aumenta a un ritmo tremendo all'aumentare del numero di atomi di carbonio. Per alcani con n = 1…12 il numero di isomeri è 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.

Nomenclatura - Razionale. Viene selezionato uno degli atomi della catena di carbonio, è considerato metano sostituito e relativo ad esso viene costruito il nome alkyl1alkyl2alkyl3alkyl4methane

Ricevuta. Recupero di derivati ​​alogeni di alcani. Recupero di alcoli. Recupero di composti carbonilici. Idrogenazione di idrocarburi insaturi. La sintesi di Kolbe. Gassificazione di combustibili solidi. Reazione di Wurtz. Sintesi Fischer-Tropsch.

8. alcani hanno una bassa attività chimica. Questo perché i singoli legami CH e CC sono relativamente forti e difficili da rompere.

Reazioni di sostituzione radicale.

Alogenazione degli alcani procede con un meccanismo radicale. Per avviare la reazione, una miscela di alcano e alogeno deve essere irradiata con luce UV o riscaldata. La clorazione del metano non si ferma alla fase di ottenimento del cloruro di metile (se vengono assunte quantità equimolari di cloro e metano), ma porta alla formazione di tutti i possibili prodotti di sostituzione, dal cloruro di metile al tetracloruro di carbonio.

Nitrazione (reazione di Konovalov)

Gli alcani reagiscono con una soluzione al 10% di acido nitrico o ossido nitrico N2O4 in fase gassosa per formare nitroderivati:

UR + HNO3 = RNO2 + H2O

Tutti i dati disponibili indicano un meccanismo dei radicali liberi. Come risultato della reazione, si formano miscele di prodotti.

Reazioni di ossidazione. Combustione

La principale proprietà chimica degli idrocarburi saturi, che ne determinano l'uso come combustibile, è la reazione di combustione. Esempio: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

In caso di mancanza di ossigeno, al posto dell'anidride carbonica, si ottiene monossido di carbonio o carbone (a seconda della concentrazione di ossigeno).

In generale, l'equazione di reazione di combustione per qualsiasi idrocarburo CxHy può essere scritta come segue: CxHy + (x + 0.5y)O2 → xCO2 + 0.5yH2O

ossidazione catalitica

Si possono formare alcoli, aldeidi, acidi carbossilici.

Trasformazioni termiche degli alcani. Decomposizione

Le reazioni di decomposizione si verificano solo sotto l'influenza delle alte temperature. Un aumento della temperatura porta alla rottura del legame carbonioso e alla formazione di radicali liberi.

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

Incrinarsi

Se riscaldati sopra i 500 °C, gli alcani subiscono una decomposizione pirolitica con la formazione di una complessa miscela di prodotti, la cui composizione e il cui rapporto dipendono dalla temperatura e dal tempo di reazione.

Deidrogenazione

Formazione di alcheni ed evoluzione dell'idrogeno

Condizioni di flusso: 400 - 600 °C, catalizzatori - Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3, C2H6 → C2H4 + H2

Isomerizzazione - Sotto l'azione di un catalizzatore (es. AlCl3), avviene l'isomerizzazione dell'alcano, ad esempio:

il butano (C4H10) interagendo con il cloruro di alluminio (AlCl3) si trasforma da n-butano in 2-metilpropano.

Conversione del metano

CH4 + H2O → CO + H2 - Catalizzatore Ni ("CO + H2" "gas di sintesi")

Gli alcani non interagiscono con il permanganato di potassio (KMnO4) e l'acqua di bromo (Br2).

9.Alcheni(altrimenti olefine o idrocarburi etilenici) - idrocarburi insaturi aciclici contenenti un doppio legame tra atomi di carbonio, formanti una serie omologa con la formula generale CnH2n. Gli atomi di carbonio nel doppio legame sono in uno stato di ibridazione sp² e hanno un angolo di legame di 120°. L'alchene più semplice è l'etene (C2H4). Secondo la nomenclatura IUPAC, i nomi degli alcheni sono formati dai nomi degli alcani corrispondenti sostituendo il suffisso "-an" con "-en"; la posizione del doppio legame è indicata da un numero arabo.

Gli alcheni con più di tre atomi di carbonio hanno isomeri. Gli alcheni sono caratterizzati da isomeria dello scheletro di carbonio, posizioni di doppio legame, interclasse e spaziale. etene (etilene) C2H4, propene C3H6, butene C4H8, pentene C5H10, esene C6H12,

Metodi per ottenere alcheni - Il principale metodo industriale per ottenere gli alcheni è il cracking catalitico e ad alta temperatura di idrocarburi di petrolio e gas naturale. Per la produzione di alcheni inferiori viene utilizzata anche la reazione di disidratazione degli alcoli corrispondenti.

Nella pratica di laboratorio si utilizza solitamente il metodo di disidratazione degli alcoli in presenza di acidi minerali forti, deidroalogenazione e dealogenazione dei corrispondenti derivati ​​alogenati; sintesi di Hoffmann, Chugaev, Wittig e Cope.

10. Proprietà chimiche degli alcheni Gli alcheni sono chimicamente attivi. Le loro proprietà chimiche sono in gran parte determinate dalla presenza di un doppio legame. Per gli alcheni, le reazioni di addizione elettrofila e le reazioni di addizione radicalica sono le più caratteristiche. Le reazioni di addizione nucleofila di solito richiedono un nucleofilo forte e non sono tipiche degli alcheni.

Gli alcheni presentano anche reazioni di cicloaddizione e metatesi.

Gli alcheni entrano facilmente in reazioni di ossidazione, sono idrogenati da forti agenti riducenti o idrogeno sotto l'azione di catalizzatori ad alcani e sono anche capaci di sostituzione di radicali allilici.

Reazioni di addizione elettrofila. In queste reazioni, la particella attaccante è l'elettrofilo Articolo principale: Reazioni di addizione elettrofila

Alogenazione degli alcheni, che avviene in assenza di iniziatori di reazioni radicaliche, una tipica reazione di addizione elettrofila. Si effettua in un ambiente di solventi inerti non polari (ad esempio: CCl4):

La reazione di alogenazione è stereospecifica: l'aggiunta avviene da lati opposti rispetto al piano della molecola di alchene

Idroalogenazione. L'aggiunta elettrofila di alogenuri di idrogeno agli alcheni avviene secondo la regola di Markovnikov:

Idroborazione. L'aggiunta avviene in molte fasi con la formazione di un complesso ciclico attivato intermedio e l'aggiunta di boro avviene contro la regola di Markovnikov - all'atomo di carbonio più idrogenato

Idratazione. La reazione di addizione dell'acqua agli alcheni avviene in presenza di acido solforico

Alchilazione. L'aggiunta di alcani ad alcheni in presenza di un catalizzatore acido (HF o H2SO4) a basse temperature porta alla formazione di un idrocarburo con un peso molecolare maggiore ed è spesso utilizzato nell'industria

11. Alchini(altrimenti idrocarburi acetilenici) - idrocarburi contenenti un triplo legame tra atomi di carbonio, con la formula generale CnH2n-2. Gli atomi di carbonio nel triplo legame sono in uno stato di ibridazione sp.

Gli alchini sono caratterizzati da reazioni di addizione. A differenza degli alcheni, che sono caratterizzati da reazioni di addizione elettrofila, gli alchini possono anche entrare in reazioni di addizione nucleofila. Ciò è dovuto al significativo carattere s del legame e, di conseguenza, all'aumentata elettronegatività dell'atomo di carbonio. Inoltre, l'elevata mobilità dell'atomo di idrogeno nel triplo legame determina le proprietà acide degli alchini nelle reazioni di sostituzione.

Il principale industriale modo per ottenere l'acetilene è il cracking elettrico o termico del metano, la pirolisi del gas naturale e il metodo del carburo

12. IDROCARBURI DIENE(dieni), idrocarburi insaturi con due doppi legami. Alifatico dienes СnН2n_2 chiamato. alcadieni, aliciclico CnH2n_4 - cicloalcadieni. L'articolo tratta degli idrocarburi dienici con doppi legami coniugati [dieni coniugati; consultare tabella]. Dieni con doppi legami isolati in chimica. St. tu nel principale. sono indistinguibili dalle olefine. A proposito di conn. con doppi legami cumulati, vedi Allens. Negli idrocarburi dienici, tutti e quattro gli atomi di carbonio del sistema coniugato hanno ibridazione sp2 e giacciono sullo stesso piano. Quattro elettroni p (uno per ogni atomo di carbonio) si combinano per formare quattro orbitali p-molecolari (due di legame - occupati e due di allentamento - liberi), di cui solo il più basso è delocalizzato su tutti gli atomi di carbonio. La parziale delocalizzazione degli elettroni p provoca l'effetto di coniugazione, che si manifesta in una diminuzione dell'energia del sistema (di 13-17 kJ / mol rispetto al sistema dei doppi legami isolati), allineamento delle distanze interatomiche: i doppi legami sono alquanto più lunghi (0,135 nm) e quelli semplici sono più corti (0,146 nm) rispetto alle molecole senza coniugazione (0,133 e 0,154 nm, rispettivamente), un aumento della polarizzabilità, esaltazione della rifrazione molecolare e altri fisici. effetti. Gli idrocarburi dienici esistono sotto forma di due conformazioni che si incrociano, con la forma s-trans più stabile.

13. alcoli sono chiamati composti contenenti uno o più gruppi ossidrile. In base al loro numero, gli alcoli sono divisi in monoidrici, diidrici, triidrici, ecc. Lunghezze di legame e angoli di legame in alcol metilico.

Per gli alcoli, ci sono diversi modi per nominarli. Nella moderna nomenclatura IUPAC per il nome dell'alcol, al nome dell'idrocarburo viene aggiunta la desinenza "ol". La catena più lunga contenente il gruppo funzionale OH è numerata dall'estremità più vicina al gruppo ossidrile e i sostituenti sono indicati nel prefisso.

Ricevuta. Idratazione degli alcheni. Quando gli alcheni reagiscono con soluzioni acquose diluite di acidi, il prodotto principale è l'alcol.

Idrossimercurazione-demercurazione degli alcheni. Questa reazione non è accompagnata da riarrangiamenti e porta alla formazione di alcoli individuali. La direzione della reazione corrisponde alla regola di Markovnikov, la reazione viene condotta in condizioni miti con rese vicine a quelle quantitative.

Idroborazione degli alcheni e successiva ossidazione boranes con una soluzione di perossido di idrogeno in un mezzo alcalino porta, in definitiva, al prodotto anti-Markovnikov dell'aggiunta di acqua al doppio legame.

Riduzione di aldeidi e chetoni con litio alluminio idruro o sodio boroidruro

LiAlH4 e NaBH4 riducono le aldeidi ad alcoli primari e i chetoni a quelli secondari, preferendo il boroidruro di sodio per una maggiore sicurezza di manipolazione: può essere utilizzato anche in soluzioni acquose e alcoliche. L'idruro di litio e alluminio reagisce in modo esplosivo con acqua e alcol e si decompone in modo esplosivo se riscaldato a una temperatura superiore a 120° allo stato secco.

Recupero di esteri e acidi carbossilici ad alcoli primari. Gli alcoli primari sono formati dalla riduzione di esteri e acidi carbossilici con idruro di litio e alluminio in etere o THF. Il metodo di riduzione degli esteri con idruro di litio e alluminio è particolarmente conveniente sotto il profilo preparativo. Va notato che il boroidruro di sodio non riduce i gruppi estere e carbossile. Ciò consente la riduzione selettiva del gruppo carbonile con NaBH4 in presenza di gruppi estere e carbossilico. I rendimenti dei prodotti di recupero sono raramente inferiori all'80%. Il boroidruro di litio, a differenza di NaBH4, riduce gli esteri ad alcoli primari.

14. alcoli poliidrici. Glicerolo- un composto chimico di formula HOCH2CH(OH)-CH2OH o C3H5(OH)3. Il rappresentante più semplice degli alcoli triidrici. È un liquido viscoso trasparente. Facilmente formato dall'idrolisi di grassi e oli naturali (vegetali o animali) (trigliceridi), fu ottenuto per la prima volta da Karl Scheele nel 1779 durante la saponificazione dei grassi.

Proprietà fisiche. Glicerolo- liquido incolore, viscoso, igroscopico, infinitamente solubile in acqua. Di sapore dolce, motivo per cui ha preso il nome (glycos - dolce). Scioglie bene molte sostanze.

Proprietà chimiche il glicerolo è tipico degli alcoli polivalenti.L'interazione del glicerolo con alogenuri di idrogeno o alogenuri di fosforo porta alla formazione di mono e dialogidrine.Il glicerolo è esterificato con acidi carbossilici e minerali per formare gli esteri corrispondenti. Quindi, con l'acido nitrico, la glicerina forma trinitrato - nitroglicerina (ottenuta nel 1847 da Ascanio Sobrero (inglese)), che è attualmente utilizzata nella produzione di polveri senza fumo.

Quando disidratato, forma acroleina:

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

Glicole etilenico, HO-CH2-CH2-OH è il rappresentante più semplice degli alcoli polivalenti. Una volta purificato, è un liquido limpido, incolore, di consistenza leggermente oleosa. È inodore e ha un sapore dolciastro. Tossico. L'ingestione di glicole etilenico o delle sue soluzioni all'interno può portare a cambiamenti irreversibili nel corpo e alla morte.

Nell'industria, glicole etilenico ottenuto per idratazione ossido di etilene a 10 atm e 190–200°C o a 1 atm e 50–100°C in presenza di 0,1–0,5% di acido solforico (o fosforico), raggiungendo una resa del 90%. I sottoprodotti in questo caso sono dietilenglicole, trietilenglicole e una piccola quantità di omologhi polimerici superiori del glicole etilenico.

15. Aldeidi- alcool privo di idrogeno; composti organici contenenti un gruppo carbonile (C=O) con un sostituente.

Aldeidi e chetoni sono molto simili, la differenza sta nel fatto che questi ultimi hanno due sostituenti al gruppo carbonile. La polarizzazione del doppio legame "carbonio-ossigeno" secondo il principio della coniugazione mesomerica permette di annotare le seguenti strutture risonanti:

Tale separazione delle cariche è confermata da metodi fisici di ricerca e determina in gran parte la reattività delle aldeidi come elettrofili pronunciati. In generale, le proprietà chimiche delle aldeidi sono simili ai chetoni, ma le aldeidi sono più attive, il che è associato a una maggiore polarizzazione del legame. Inoltre, le aldeidi sono caratterizzate da reazioni non tipiche dei chetoni, ad esempio l'idratazione in soluzione acquosa: per il metanale, a causa della polarizzazione del legame ancora maggiore, è completa, e per le altre aldeidi è parziale:

RC(O)H → RC(OH)2H, dove R è H, qualsiasi radicale alchilico o arilico.

Le aldeidi più semplici hanno un odore caratteristico acuto (ad esempio, la benzaldeide ha l'odore delle mandorle).

Sotto l'azione dell'idrossilammina, vengono convertite in ossime: CH3CHO + NH2OH = CH3C (=NOH)H + H2O

Formaldeide (dal latino formica - formica), aldeide formica, CH2O, il primo membro della serie omologa delle aldeidi alifatiche; gas incolore dall'odore pungente, altamente solubile in acqua e alcol, bp - 19 °C. Nell'industria, F. è prodotto dall'ossidazione dell'alcol metilico o del metano con l'ossigeno atmosferico. F. polimerizza facilmente (soprattutto a temperature fino a 100 °C), quindi viene immagazzinato, trasportato e utilizzato principalmente sotto forma di formalina e polimeri solidi a basso peso molecolare: triossano (vedi Triossimetilene) e paraform (vedi Paraformaldeide).

F. è molto reattivo; molte delle sue reazioni costituiscono la base di metodi industriali per ottenere una serie di prodotti importanti. Quindi, quando interagisce con l'ammoniaca, F. forma urotropina (vedi esametilentetramina), con urea - resine urea-formaldeide, con melamina - resine melamina-formaldeide, con fenoli - resine fenolo-formaldeide (vedi resine fenolo-aldeide), con fenolo - e acidi naftalensolfonici - concianti, con chetene - b-propiolattone. F. viene utilizzato anche per ottenere polivinilformali (vedi Polivinilacetali), isoprene, pentaeritritolo, farmaci, coloranti, per l'abbronzatura della pelle, come disinfettante e deodorante. La polimerizzazione di F. riceve poliformaldeide. F. è tossico; la concentrazione massima consentita nell'aria è 0,001 mg/l.

Acetaldeide, acetaldeide, CH3CHO, composto organico, liquido incolore con odore pungente; punto di ebollizione 20,8°C. Punto di fusione - 124°C, densità 783 kg/m3", miscibile a tutti gli effetti con acqua, alcool, etere. A. possiede tutte le proprietà tipiche delle aldeidi. In presenza di acidi minerali, polimerizza in paraldeide trimerica liquida (CH3CHO ) 3 e metaldeide tetramerica cristallina (CH3CHO) 4. Quando entrambi i polimeri vengono riscaldati in presenza di acido solforico, viene rilasciato A.

Uno dei principali noti modi per ottenere A. consiste nell'aggiunta di acqua ad acetilene in presenza di sali di mercurio ad una temperatura di circa 95°C

16. chetoni- Si tratta di sostanze organiche nelle molecole di cui il gruppo carbonile è legato a due radicali idrocarburici.

Formula generale dei chetoni: R1-CO-R2. Tra gli altri composti carbonilici, la presenza nei chetoni esattamente di due atomi di carbonio legati direttamente al gruppo carbonilico li distingue dagli acidi carbossilici e dai loro derivati, nonché dalle aldeidi.

Proprietà fisiche. I chetoni sono liquidi volatili o solidi a basso punto di fusione che si mescolano bene con l'acqua. L'impossibilità della formazione di legami idrogeno intermolecolari provoca la loro volatilità leggermente maggiore di quella degli alcoli e degli acidi carbossilici con lo stesso peso molecolare.

Metodi di sintesi. Ossidazione di alcoli secondari.

Da perossoesteri terziari dal riarrangiamento di Krige.

I ciclochetoni possono essere ottenuti mediante ciclizzazione di Ruzicka.

I chetoni aromatici possono essere preparati mediante la reazione di Friedel-Crafts

Proprietà chimiche. Esistono tre tipi principali di reazioni chetoniche.

Il primo è associato ad un attacco nucleofilo all'atomo di carbonio del gruppo carbonile. Ad esempio, l'interazione di chetoni con anione cianuro o composti organometallici. Lo stesso tipo (addizione nucleofila) include l'interazione del gruppo carbonile con gli alcoli, che porta ad acetali ed emiacetali.

Interazione con alcoli:

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

con i reagenti di Grignard:

C2H5-C(O)-C2H5 + C2H5MgI → (C2H5)3OMgI → (C2H5)3OH, alcol terziario. Le reazioni con le aldeidi, e specialmente con il metanale, sono notevolmente più attive, con alcoli secondari formati con aldeidi e alcoli primari con metanale.

Inoltre, i chetoni reagiscono con basi azotate, ad esempio con ammoniaca e ammine primarie, per formare immine:

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

Il secondo tipo di reazione è la deprotonazione dell'atomo di carbonio beta, rispetto al gruppo carbonile. Il carbanione risultante è stabilizzato dalla coniugazione con il gruppo carbonile, la facilità di rimozione del protone aumenta, quindi i composti carbonilici sono acidi CH relativamente forti.

Il terzo è il coordinamento degli elettrofili sulla coppia solitaria dell'atomo di ossigeno, ad esempio acidi di Lewis come AlCl3

Un tipo separato di reazioni può essere attribuito alla riduzione dei chetoni - riduzione secondo Leuckart con rese vicine al quantitativo.

17. Confronta le domande 15 e 16.

18. Acidi carbossilici limitanti monobasici(acidi carbossilici saturi monobasici) - acidi carbossilici in cui un radicale idrocarburico saturo è collegato a un gruppo carbossilico -COOH. Hanno tutti la formula generale СnH2n+1COOH, dove n = 0, 1, 2, ...

Nomenclatura. I nomi sistematici degli acidi carbossilici saturi monobasici sono dati dal nome del corrispondente alcano con l'aggiunta del suffisso -ovaya e della parola acido.

Si manifesta l'isomerismo dello scheletro nel radicale idrocarburico, a cominciare dall'acido butanoico, che ha due isomeri:

CH3-CH2-CH2-COOH acido n-butanoico; Acido CH3-CH(CH3)-COOH 2-metilpropanoico.

L'isomeria interclasse si manifesta, a partire dall'acido acetico:

acido acetico CH3-COOH; H-COO-CH3 metil formiato (estere metilico dell'acido formico); HO-CH2-COH idrossietanale (aldeide idrossiacetica); HO-CHO-CH2 idrossietilene ossido.

19. esteri- composti organici, derivati ​​di acidi carbossilici o minerali, in cui il gruppo ossidrile -OH della funzione acida è sostituito da un residuo alcolico. Differiscono dagli eteri, in cui due radicali idrocarburici sono collegati da un atomo di ossigeno (R1-O-R2).

Grassi o trigliceridi- composti organici naturali, esteri completi del glicerolo e acidi grassi monobasici; appartengono alla classe dei lipidi. Insieme ai carboidrati e alle proteine, i grassi sono uno dei componenti principali delle cellule di animali, piante e microrganismi. I grassi vegetali liquidi sono comunemente chiamati oli, proprio come il burro.

acidi carbossilici- una classe di composti organici le cui molecole contengono uno o più gruppi carbossilici funzionali -COOH. Le proprietà acide sono spiegate dal fatto che questo gruppo può scindere relativamente facilmente un protone. Con rare eccezioni, gli acidi carbossilici sono deboli. Ad esempio, l'acido acetico CH3COOH ha una costante di acidità di 1,75 10−5. Gli acidi di- e tricarbossilici sono più forti degli acidi monocarbossilici.

Il grasso è un buon isolante termico, quindi in molti animali a sangue caldo si deposita nel tessuto adiposo sottocutaneo, riducendo la perdita di calore. Uno strato di grasso sottocutaneo particolarmente spesso è caratteristico dei mammiferi acquatici (balene, trichechi, ecc.). Allo stesso tempo, negli animali che vivono in climi caldi (cammelli, jerboa), si depositano riserve di grasso

funzione strutturale

I fosfolipidi costituiscono la base del doppio strato delle membrane cellulari, il colesterolo - regolatori della fluidità della membrana. Le membrane arcaiche contengono derivati ​​di idrocarburi isoprenoidi. Le cere formano una cuticola sulla superficie degli organi fuori terra (foglie e giovani germogli) delle piante. Sono anche prodotti da molti insetti (ad esempio, le api costruiscono favi da loro e vermi e cocciniglie formano coperture protettive).

Regolamentare

Vitamine - lipidi (A, D, E)

Ormonali (steroidi, eicosanoidi, prostaglandine, ecc.)

Cofattori (dolicolo)

Molecole segnale (digliceridi, acido jasmonico; cascata MP3)

Protettivo (ammortizzante)

Uno spesso strato di grasso protegge gli organi interni di molti animali dai danni durante gli impatti (ad esempio, i leoni marini che pesano fino a una tonnellata possono saltare su una costa rocciosa da rocce alte 4-5 m).

20-21-22. Acidi insaturi monobasici- derivati ​​di idrocarburi insaturi, in cui un atomo di idrogeno è sostituito da un gruppo carbossilico.

Nomenclatura, isomeria. Nel gruppo di acidi insaturi, vengono spesso utilizzati nomi empirici: CH2=CH-COOH - acido acrilico (propenoico), CH2=C(CH3)-COOH - acido metacrilico (2-metilpropenoico). L'isomeria nel gruppo degli acidi monobasici insaturi è associata a:

a) isomeria dello scheletro di carbonio; b) la posizione del doppio legame; c) isomeria cis-trans.

Come ottenere.uno. Deidroalogenazione degli acidi alogenati:

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

2. Disidratazione degli idrossiacidi: HO-CH2-CH2-COOH -> CH2=CH-COOH

Proprietà fisiche. Acidi insaturi inferiori - liquidi solubili in acqua, con un forte odore pungente; superiore - sostanze solide, insolubili in acqua, inodore.

Proprietà chimiche gli acidi carbossilici insaturi sono dovuti sia alle proprietà del gruppo carbossilico che alle proprietà del doppio legame. Gli acidi con un doppio legame situato vicino al gruppo carbossilico - acidi alfa, beta-insaturi - hanno proprietà specifiche. Per questi acidi, l'aggiunta di alogenuri di idrogeno e l'idratazione vanno contro la regola di Markovnikov: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH

Con un'attenta ossidazione si formano diidrossiacidi: CH2 \u003d CH-COOH + [O] + H20 -> HO-CH2-CH (OH) -COOH

Nell'ossidazione vigorosa, il doppio legame viene rotto e si forma una miscela di prodotti diversi, da cui è possibile determinare la posizione del doppio legame. L'acido oleico С17Н33СООН è uno degli acidi insaturi superiori più importanti. È un liquido incolore che si indurisce al freddo. La sua formula strutturale è CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH.

23. Acidi carbossilici limitanti dibasici(acidi carbossilici saturi dibasici) - acidi carbossilici in cui un radicale idrocarburico saturo è collegato a due gruppi carbossilici -COOH. Tutti hanno la formula generale HOOC(CH2)nCOOH, dove n = 0, 1, 2, …

Nomenclatura. I nomi sistematici degli acidi carbossilici saturi bibasici sono dati dal nome del corrispondente alcano con l'aggiunta del suffisso -dioico e della parola acido.

L'isomerismo dello scheletro nel radicale idrocarburico si manifesta, a cominciare dall'acido butandioico, che ha due isomeri:

HOOC-CH2-CH2-COOH acido n-butandioico (acido etano-1,2-dicarbossilico);

CH3-CH(COOH)-COOH acido etan-1,1-dicarbossilico.

24-25. OSSACIDI (acidi idrossicarbossilici), hanno nella molecola, insieme a un gruppo carbossilico - COOH, un gruppo ossidrile - OH, per esempio. HOCH2COOH (acido glicolico). Contenuto in organismi vegetali e animali (lattico, citrico, tartarico e altri acidi).

Distribuzione in natura

Gli idrossiacidi sono molto diffusi; quindi, gli acidi tartarico, citrico, malico, lattico e altri sono idrossiacidi e il loro nome riflette la principale fonte naturale in cui è stata trovata questa sostanza.

Metodi di sintesi

La reazione di Reformatsky è un metodo per la sintesi di esteri di acidi β-idrossicarbossilici.

"Acidi della frutta". Molti idrossiacidi sono stati usati nei cosmetici come cheratolitici. Il nome, tuttavia, è stato leggermente cambiato dai marketer: per una maggiore attrattiva in cosmetologia, sono spesso chiamati "acidi della frutta".

26-27. OSSACIDI (acidi alcolici ), composti a doppia funzione, sia alcoli che acidi contenenti sia un residuo acquoso che un gruppo carbossilico. A seconda della posizione di OH rispetto a COOH (fianco a fianco, attraverso uno, due, tre punti), si distinguono a-, /?-, y-, b-idrossiacidi. Per ricevere O. ci sono molti metodi, il principale da to-rykh cauta ossidazione dei glicoli: CH3.CH(OH).CH2.OH + 02 = CH3. .CH(OH).COOH; saponificazione di ossinitrili CH3.CH(OH).CN —* CH3.CH(OH).COOH; scambio di alogeno in acidi alogenati per OH: CH2C1.COOH + KOH = CH2(OH).COOH + + KC1, azione di HN02 sugli amminoacidi: CH2(NH2). COOH + HN02 = CH2 (OH) + N2 + + H20. In un organismo animale gli idrossiacidi sono formati all'atto di deaminazione (vedi) aminoacidi, all'atto di ossidazione grasso a - t (vedi. Corpi di acetone, Metabolismo — proteinaceous), all'atto di glicolisi (vedi), fermentazione (vedi) e altra sostanza chimica. processi. Gli idrossiacidi sono liquidi densi o cristallini. sostanze. In chimica La relazione di O. reagisce sia come alcoli che come - tu: dai ad es. sia semplici che esteri; sotto l'azione dei composti alogenati del fosforo, entrambi gli OH vengono sostituiti da un alogeno; gli acidi idroalici reagiscono solo con OH alcolico Reazioni speciali caratterizzano a-, /)-, y- e b-idrossiacidi: a-idrossiacidi, perdendo acqua da due molecole, danno esteri ciclici, lattidi: 2CH2 (OH).COOH = 2H20 + CH2.O.CO (glicolide); so.o.sn2 /Z-O., rilasciando acqua, forma acidi insaturi: CH2 (OH).CH2.COOH- H20 \u003d CH2:CH. .COOH; y- e d-idrossi acidi formano anidridi - lattoni: CH3.CH(OH).CH2.CH2.COOH = = H2O + CH3.CH.CH2.CH2.CO. O. sono diffusi negli organismi animali e vegetali. Rappresentanti di alifatico a-O. sono acido glicolico, CH2OH.COOH(ossiacetico), acido lattico; da /?-idrossiacidi - acido idracrilico, CH2OH.CH2COOH, /9-idrossi-butirrico; UO. in forma libera sono sconosciuti, poiché perdendo acqua, passano in lattoni. Tra gli O. dibasici è importante l'acido malico (oxyamber-naya); COOH.CHOH.CH2.COOH, ampiamente distribuito nelle piante; ha rotazione a sinistra nelle soluzioni deboli, rotazione a destra in quelle forti; sintetico a - che è inattivo. Gli acidi tetraatomici dibasici includono gli acidi tartarici (diossisuccinici). Dell'altro O. - limone, HO.SO.CH2. .(COH)(COOH).CH2.COOH, è molto comune nel mondo vegetale (nell'uva, nei limoni) e si trova nel corpo animale (nel latte); sotto forma di citrato di ferro ha usi medicinali. Degli aromatici O. (acidi fenolici), l'acido salicilico, l'acido gallico ei loro derivati ​​sono importanti in medicina; etere fenilico dell'acido salicilico (salolo), acido sulfosalicilico, C6H3. OH.S03H.COOH (reagente proteico), acido acetilsalicilico (aspirina). Nelle piante sono presenti molti diversi O. della serie aromatica, i cui derivati ​​comprendono, tra l'altro, i tannini, che sono di grande importanza tecnica. A proposito di bio. valore di O. separato e sui metodi della loro definizione quantitativa - cfr. Corpi di acetone, bro-glicolisi, deaminazione, sangue, acido lattico, urina, muscoli, acido beta(^)-idrossibutirrico.

28-29. nella molecola di ammoniaca per sostituire successivamente gli atomi di idrogeno con radicali idrocarburici, si otterranno quindi composti che appartengono alla classe delle ammine. Di conseguenza, le ammine sono primarie (RNH2), secondarie (R2NH), terziarie (R3N). Il gruppo -NH2 è chiamato gruppo amminico.

Esistono ammine alifatiche, aromatiche, alicicliche ed eterocicliche a seconda di quali radicali sono attaccati all'atomo di azoto.

La costruzione dei nomi delle ammine viene effettuata aggiungendo il prefisso amino- al nome dell'idrocarburo corrispondente (ammine primarie) o la desinenza -ammina ai nomi elencati dei radicali associati all'atomo di azoto (per eventuali ammine).

Modi per ottenere.1. reazione di Hoffmann. Uno dei primi metodi per ottenere ammine primarie fu l'alchilazione dell'ammoniaca con alogenuri alchilici. . 2. Reazione della zinina— un modo conveniente per ottenere ammine aromatiche nella riduzione dei nitrocomposti aromatici. Come agenti riducenti vengono utilizzati: H2 (su un catalizzatore). A volte l'idrogeno viene generato direttamente al momento della reazione, per cui i metalli (zinco, ferro) vengono trattati con acido diluito.

Proprietà fisiche delle ammine. La presenza di una coppia elettronica non condivisa nell'atomo di azoto provoca punti di ebollizione più elevati rispetto ai corrispondenti alcani. Le ammine hanno un odore pungente sgradevole. A temperatura ambiente e pressione atmosferica, i primi rappresentanti di un certo numero di ammine primarie sono gas che si dissolvono bene nell'acqua. All'aumentare del radicale carbonioso, il punto di ebollizione aumenta e la solubilità in acqua diminuisce.

Proprietà chimiche delle ammine. Proprietà di base delle ammine

Le ammine sono basi, poiché l'atomo di azoto può fornire una coppia di elettroni per formare un legame con specie carenti di elettroni secondo il meccanismo donatore-accettore (corrispondente alla definizione di basicità di Lewis). Pertanto, le ammine, come l'ammoniaca, sono in grado di interagire con acidi e acqua, aggiungendo un protone per formare i corrispondenti sali di ammonio.

I sali di ammonio sono altamente solubili in acqua, ma scarsamente solubili nei solventi organici. Le soluzioni acquose di ammine sono alcaline.

Le proprietà di base delle ammine dipendono dalla natura dei sostituenti. In particolare, le ammine aromatiche sono basi più deboli di quelle alifatiche, perché la coppia di elettroni liberi dell'azoto entra in coniugazione con il sistema  del nucleo aromatico, che riduce la densità elettronica sull'atomo di azoto (effetto -M). Al contrario, il gruppo alchilico è un buon donatore di densità elettronica (+I-effetto).

Ossidazione delle ammine. La combustione delle ammine è accompagnata dalla formazione di anidride carbonica, azoto e acqua: 4CH3NH2 + 9O2 \u003d 4CO2 + 2N2 + 10H2O

Le ammine aromatiche si ossidano spontaneamente nell'aria. Pertanto, l'anilina diventa rapidamente marrone nell'aria a causa dell'ossidazione.

Aggiunta di alogenuri alchilici Le ammine aggiungono aloalcani per formare un sale

Interazione delle ammine con acido nitroso Di grande importanza è la reazione di diazotizzazione delle ammine aromatiche primarie sotto l'azione dell'acido nitroso, ottenuta in situ dalla reazione del nitrito di sodio con acido cloridrico.

Le ammine alifatiche primarie, quando reagiscono con acido nitroso, formano alcoli e le ammine alifatiche e aromatiche secondarie danno derivati ​​N-nitroso: R-NH2 + NaNO2 + HCl \u003d R-OH + N2 + NaCl + H2O; NH+NaNO2+HCl=R2N-N=O+NaCl+H2O

Nelle ammine aromatiche, il gruppo amminico facilita la sostituzione nelle posizioni orto e para dell'anello benzenico. Pertanto, l'alogenazione dell'anilina avviene rapidamente anche in assenza di catalizzatori e tre atomi di idrogeno dell'anello benzenico vengono sostituiti contemporaneamente e precipita un precipitato bianco di 2,4,6-tribromanilina:

Questa reazione con acqua di bromo viene utilizzata come reazione qualitativa per l'anilina.

Applicazione

Le ammine sono utilizzate nell'industria farmaceutica e nella sintesi organica (CH3NH2, (CH3)2NH, (C2H5)2NH, ecc.); nella produzione di nylon (NH2-(CH2)6-NH2 - esametilendiammina); come materia prima per la produzione di coloranti e materie plastiche (anilina).

30. Aminoacidi (acidi aminocarbossilici)- composti organici, la cui molecola contiene contemporaneamente gruppi carbossilici e amminici. Gli amminoacidi possono essere considerati come derivati ​​degli acidi carbossilici in cui uno o più atomi di idrogeno sono sostituiti da gruppi amminici.

Proprietà chimiche generali. 1. Gli amminoacidi possono presentare sia proprietà acide dovute alla presenza di un gruppo carbossilico -COOH nelle loro molecole, sia proprietà basiche dovute al gruppo amminico -NH2. Per questo motivo, le soluzioni di amminoacidi in acqua hanno le proprietà delle soluzioni tampone.

Uno zwitterion è una molecola di amminoacidi in cui il gruppo amminico è rappresentato come -NH3+ e il gruppo carbossilico è rappresentato come -COO-. Tale molecola ha un momento di dipolo significativo a carica netta zero. È da tali molecole che vengono costruiti i cristalli della maggior parte degli amminoacidi.

Alcuni amminoacidi hanno più gruppi amminici e gruppi carbossilici. Per questi amminoacidi è difficile parlare di uno zwitterion specifico.

2. Una caratteristica importante degli amminoacidi è la loro capacità di policondensare, portando alla formazione di poliammidi, inclusi peptidi, proteine ​​e nylon-66.

3. Il punto isoelettrico di un amminoacido è il valore di pH al quale la proporzione massima di molecole di amminoacidi ha carica zero. A questo pH, l'amminoacido è il meno mobile in un campo elettrico e questa proprietà può essere utilizzata per separare gli amminoacidi così come le proteine ​​ei peptidi.

4. Gli amminoacidi di solito possono entrare in tutte le reazioni caratteristiche degli acidi carbossilici e delle ammine.

Isomeria ottica. Tutti gli α-aminoacidi che compongono gli organismi viventi, ad eccezione della glicina, contengono un atomo di carbonio asimmetrico (treonina e isoleucina contengono due atomi asimmetrici) e hanno attività ottica. Quasi tutti gli α-aminoacidi presenti in natura hanno una forma L e solo gli L-aminoacidi sono inclusi nella composizione delle proteine ​​​​sintetizzate sui ribosomi.

Questa caratteristica degli amminoacidi "viventi" è molto difficile da spiegare, poiché nelle reazioni tra sostanze otticamente inattive o racemati (che, a quanto pare, le molecole organiche erano rappresentate sull'antica Terra), si formano le forme L e D in quantità uguali. Forse. la scelta di una delle forme (L o D) è semplicemente il risultato di una combinazione casuale di circostanze: le prime molecole da cui potrebbe iniziare la sintesi della matrice avevano una certa forma, ei corrispondenti enzimi "adattati" ad esse.

31. Gli amminoacidi sono composti anfoteri organici. Contengono nella molecola due gruppi funzionali di natura opposta: un gruppo amminico con proprietà basiche e un gruppo carbossilico con proprietà acide. Gli amminoacidi reagiscono sia con gli acidi che con le basi:

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

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

Quando gli amminoacidi vengono disciolti in acqua, il gruppo carbossilico scinde uno ione idrogeno, che può unirsi al gruppo amminico. In questo caso si forma un sale interno, la cui molecola è uno ione bipolare:

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

Le soluzioni acquose di amminoacidi hanno un ambiente neutro, alcalino o acido, a seconda del numero di gruppi funzionali. Quindi, l'acido glutammico forma una soluzione acida (due gruppi -COOH, uno -NH2), lisina - alcalina (un gruppo -COOH, due -NH2).

Come le ammine primarie, gli amminoacidi reagiscono con l'acido nitroso, con il gruppo amminico trasformandosi in un gruppo idrossido e l'amminoacido in un idrossiacido: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2+ H2O

La misurazione del volume di azoto rilasciato consente di determinare la quantità di aminoacidi (metodo Van Slyke).

Gli amminoacidi possono reagire con gli alcoli in presenza di acido cloridrico gassoso, trasformandosi in un estere (più precisamente nel sale cloridrato dell'estere): H2N-CH(R)-COOH + R"OH H2N-CH(R)- COOR" + H2O.

Gli esteri degli amminoacidi non hanno una struttura bipolare e sono composti volatili. La proprietà più importante degli amminoacidi è la loro capacità di condensare per formare peptidi.

32. Gruppo carbossilico combina due gruppi funzionali - carbonile =CO e idrossile -OH, che si influenzano a vicenda.

Le proprietà acide degli acidi carbossilici sono dovute allo spostamento della densità elettronica all'ossigeno carbonilico e alla conseguente polarizzazione aggiuntiva (rispetto agli alcoli) del legame OH.

In una soluzione acquosa, gli acidi carbossilici si dissociano in ioni: R-COOH = R-COO- + H+

La solubilità in acqua e gli alti punti di ebollizione degli acidi sono dovuti alla formazione di legami idrogeno intermolecolari.

Gruppo amminico - gruppo monovalente -NH2, residuo di ammoniaca (NH3). Il gruppo amminico è contenuto in molti composti organici: ammine, amminoacidi, amminoalcoli, ecc. I composti contenenti il ​​gruppo -NH2, di regola, hanno un carattere di base dovuto alla presenza di una coppia di elettroni non condivisa sull'atomo di azoto.

Nelle reazioni di sostituzione elettrofila nei composti aromatici, il gruppo amminico è l'orientante del primo tipo, cioè attiva le posizioni ortho e para nell'anello benzenico.

33. Policondensazione- il processo di sintesi di polimeri da composti polifunzionali (il più delle volte bifunzionali), solitamente accompagnato dal rilascio di sottoprodotti a basso peso molecolare (acqua, alcoli, ecc.) durante l'interazione di gruppi funzionali.

Il peso molecolare del polimero formatosi nel processo di policondensazione dipende dal rapporto tra i componenti iniziali, le condizioni di reazione.

Nella reazione di policondensazione possono entrare sia un monomero con due diversi gruppi funzionali: ad esempio, la sintesi di poli-ε-caproammide (nylon-6, capron) dall'acido ε-amminocaproico, sia due monomeri portanti diversi gruppi funzionali, ad esempio, la sintesi della policondensazione nylon-66 dell'acido adipico e dell'esametilendiammina; in questo caso si formano polimeri di struttura lineare (policondensazione lineare, vedi Fig. 1). Se il monomero (o i monomeri) portano più di due gruppi funzionali, si formano polimeri reticolati con una struttura a rete tridimensionale (policondensazione tridimensionale). Per ottenere tali polimeri, ad una miscela di monomeri vengono spesso aggiunti componenti polifunzionali "reticolanti".

Di particolare rilievo sono le reazioni di sintesi di polimeri da monomeri ciclici mediante il meccanismo di apertura dell'anello - addizione, ad esempio, della sintesi di nylon-6 dal caprolattame (ammide ciclica dell'acido ε-aminocaproico); nonostante il fatto che non si verifichi l'isolamento di un frammento a basso peso molecolare, tali reazioni sono più spesso denominate policondensazione.

Legame peptidico- un tipo di legame ammidico che si verifica durante la formazione di proteine ​​e peptidi a seguito dell'interazione del gruppo α-amminico (-NH2) di un amminoacido con il gruppo α-carbossilico (-COOH) di un altro amminoacido.

L'ide C-N nel legame peptidico ha in parte un doppio carattere, che si manifesta, in particolare, in una diminuzione della sua lunghezza a 1,32 angstrom. Ciò dà origine alle seguenti proprietà:

4 atomi di legame (C, N, O e H) e 2 atomi di carbonio α sono sullo stesso piano. I gruppi R di amminoacidi e idrogeni ai carboni α sono al di fuori di questo piano.

H e O nel legame peptidico, così come gli α-carboni di due amminoacidi, sono transorientati (l'isomero trans è più stabile). Nel caso degli aminoacidi L, che si trovano in tutte le proteine ​​e peptidi naturali, anche i gruppi R sono transorientati.

La rotazione attorno al legame C-N è impossibile, la rotazione attorno al legame CC è possibile.

peptidi (greco πεπτος - nutriente) - una famiglia di sostanze le cui molecole sono costruite da residui di α-aminoacidi collegati in una catena da legami peptidici (ammide) -C (O) NH -.

34. Proteine ​​(proteine, polipeptidi) - sostanze organiche ad alto peso molecolare, costituite da amminoacidi collegati in una catena da un legame peptidico. Negli organismi viventi, la composizione aminoacidica delle proteine ​​è determinata dal codice genetico; nella maggior parte dei casi vengono utilizzati in sintesi 20 aminoacidi standard. Molte delle loro combinazioni danno un'ampia varietà di proprietà delle molecole proteiche. Inoltre, gli amminoacidi nella composizione di una proteina subiscono spesso modificazioni post-traduzionali, che possono verificarsi sia prima che la proteina inizi a svolgere la sua funzione, sia durante il suo "lavoro" nella cellula. Spesso negli organismi viventi diverse molecole proteiche formano complessi complessi, ad esempio un complesso fotosintetico.

Per comprendere l'intricato impacchettamento (architettura) di una macromolecola proteica, se ne dovrebbero prendere in considerazione diversi livelli organizzativi. La struttura primaria e più semplice è una catena polipeptidica, cioè una stringa di amminoacidi legati da legami peptidici. Nella struttura primaria, tutti i legami tra gli amminoacidi sono covalenti e quindi forti. Il livello successivo e più alto di organizzazione è la struttura secondaria, quando il filo proteico è attorcigliato a forma di spirale. I legami idrogeno si formano tra i gruppi -COOH situati su un giro dell'elica e i gruppi -NH2 sull'altro giro. Sorgono sulla base dell'idrogeno, il più delle volte situato tra due atomi negativi. I legami idrogeno sono più deboli dei legami covalenti, ma con un gran numero di essi forniscono la formazione di una struttura sufficientemente forte. Il filo di amminoacidi (polipeptide) viene ulteriormente avvolto, formando una pallina, o fibrilla o globulo, specifica per ciascuna proteina. Nasce così una configurazione complessa, chiamata struttura terziaria. La sua determinazione viene solitamente effettuata utilizzando il metodo dell'analisi di diffrazione dei raggi X, che consente di stabilire la posizione nello spazio di atomi e gruppi di atomi in cristalli e composti complessi.

Anche i legami che supportano la struttura terziaria della proteina sono deboli. Sorgono, in particolare, a causa di interazioni idrofobiche. Queste sono forze attrattive tra molecole non polari o tra regioni non polari di molecole in un mezzo acquoso. I residui idrofobici di alcuni amminoacidi in una soluzione acquosa si avvicinano, "si attaccano" e quindi stabilizzano la struttura proteica. Oltre alle forze idrofobiche, i legami elettrostatici tra i radicali elettronegativi ed elettropositivi dei residui di amminoacidi svolgono un ruolo significativo nel mantenimento della struttura terziaria di una proteina. La struttura terziaria è anche supportata da un piccolo numero di legami covalenti disolfuro -S-S che sorgono tra gli atomi di zolfo degli amminoacidi contenenti zolfo. Devo dire che il terziario; la struttura della proteina non è definitiva. Le macromolecole della stessa proteina o molecole di altre proteine ​​spesso risultano essere attaccate a una macromolecola proteica. Ad esempio, una complessa molecola di emoglobina, una proteina presente nei globuli rossi, è costituita da quattro macromolecole globiniche: due catene alfa e due catene beta, ciascuna delle quali è collegata a un eme contenente ferro. Come risultato della loro combinazione, si forma una molecola di emoglobina funzionante. Solo in un tale pacchetto l'emoglobina funziona completamente, cioè è in grado di trasportare ossigeno. A causa della combinazione di diverse molecole proteiche tra loro, si forma una struttura quaternaria. Se le catene peptidiche sono impilate sotto forma di una bobina, tali proteine ​​​​sono chiamate globulari. Se le catene polipeptidiche sono impilate in fasci di fili, vengono chiamate proteine ​​fibrillari. A partire dalla struttura secondaria, la disposizione spaziale (conformazione) delle macromolecole proteiche, come abbiamo scoperto, è supportata principalmente da deboli legami chimici. Sotto l'influenza di fattori esterni (cambiamenti di temperatura, composizione salina del mezzo, pH, sotto l'influenza di radiazioni e altri fattori), i legami deboli che stabilizzano la rottura della macromolecola e la struttura della proteina, e quindi le sue proprietà, cambiano. Questo processo è chiamato denaturazione. La rottura di parte dei legami deboli, i cambiamenti nella conformazione e nelle proprietà della proteina si verificano anche sotto l'influenza di fattori fisiologici (ad esempio, sotto l'azione degli ormoni). Pertanto, le proprietà delle proteine ​​sono regolate: enzimi, recettori, trasportatori. Questi cambiamenti nella struttura delle proteine ​​sono generalmente facilmente reversibili. La rottura di un gran numero di legami deboli porta alla denaturazione delle proteine, che può essere irreversibile (ad esempio, la coagulazione dell'albume durante la bollitura delle uova). A volte la denaturazione delle proteine ​​ha anche un senso biologico. Ad esempio, un ragno assegna una goccia di segreto e la attacca a una sorta di supporto. Quindi, continuando a svelare il segreto, tira leggermente il filo, e questa debole tensione è sufficiente perché la proteina si denature, da una forma solubile a una insolubile, e il filo acquisisca forza.

35-36. Monosaccaridi(dal greco monos: l'unico, sacchar: zucchero), - composti organici, uno dei principali gruppi di carboidrati; la forma più semplice di zucchero; sono generalmente solidi incolori, solubili in acqua e trasparenti. Alcuni monosaccaridi hanno un sapore dolce. I monosaccaridi, gli elementi costitutivi da cui vengono sintetizzati i disaccaridi (come il saccarosio) e i polisaccaridi (come la cellulosa e l'amido), contengono gruppi idrossilici e un gruppo aldeidico (aldosi) o cheto (chetosi). Ogni atomo di carbonio a cui è attaccato un gruppo ossidrile (tranne il primo e l'ultimo) è chirale, dando origine a molte forme isomeriche. Ad esempio, galattosio e glucosio sono aldoesosi ma hanno proprietà chimiche e fisiche diverse. I monosaccaridi, come tutti i carboidrati, contengono solo 3 elementi (C, O, H).

I monosaccaridi si suddividono per triosi, tetrosi, pentosi, esosi, ecc. (3, 4, 5, 6, ecc. atomi di carbonio nella catena); non sono stati trovati monosaccaridi naturali con una catena di carbonio contenente più di 9 atomi di carbonio. I monosaccaridi contenenti un ciclo a 5 membri sono chiamati furanosi, a 6 membri - piranosi.

Isomeria. Per i monosaccaridi contenenti n atomi di carbonio asimmetrici, è possibile l'esistenza di 2n stereoisomeri (vedi Isomerismo).

38. Proprietà chimiche. I monosaccaridi entrano nelle reazioni chimiche caratteristiche dei gruppi carbonile e idrossile. Una caratteristica dei monosaccaridi è la capacità di esistere in forme aperte (acicliche) e cicliche e di dare derivati ​​di ciascuna delle forme. La maggior parte delle monosi ciclizza in soluzione acquosa per formare emiacetali o emichetali (a seconda che siano aldosi o chetosi) tra un alcol e un gruppo carbonilico dello stesso zucchero. Il glucosio, ad esempio, forma facilmente emiacetali collegando i suoi C1 e O5 per formare un anello a 6 membri chiamato piranoside. La stessa reazione può avvenire tra C1 e O4 per formare un furanoside a 5 membri.

monosaccaridi in natura. I monosaccaridi fanno parte dei carboidrati complessi (glicosidi, oligosaccaridi, polisaccaridi) e dei biopolimeri misti contenenti carboidrati (glicoproteine, glicolipidi, ecc.). In questo caso, i monosaccaridi sono legati tra loro e alla parte non carboidratica della molecola da legami glicosidici. Dopo l'idrolisi da parte di acidi o enzimi, questi legami possono essere rotti per rilasciare monosaccaridi. In natura, i monosaccaridi liberi, ad eccezione del D-glucosio e del D-fruttosio, sono rari. La biosintesi dei monosaccaridi dall'anidride carbonica e dall'acqua avviene nelle piante (vedi Fotosintesi); con la partecipazione di derivati ​​​​attivati ​​di monosaccaridi - zuccheri nucleosidici difosfati - esiste, di regola, la biosintesi di carboidrati complessi. La scomposizione dei monosaccaridi nel corpo (ad esempio fermentazione alcolica, glicolisi) è accompagnata dal rilascio di energia.

Applicazione. Alcuni monosaccaridi liberi e loro derivati ​​(ad esempio glucosio, fruttosio e suo difosfato, ecc.) sono utilizzati nell'industria alimentare e in medicina.

37. Glucosio (C6H12O6)("zucchero d'uva", destrosio) si trova nel succo di molti frutti e bacche, tra cui l'uva, da cui il nome di questo tipo di zucchero. È uno zucchero a sei atomi (esoso).

Proprietà fisiche. Sostanza cristallina bianca di sapore dolce, altamente solubile in acqua, insolubile in etere, poco solubile in alcool.

La struttura della molecola

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

Il glucosio può esistere in cicli (α e β glucosio).

α e β glucosio

La transizione del glucosio dalla proiezione di Fisher alla proiezione di Haworth Il glucosio è il prodotto finale dell'idrolisi della maggior parte dei disaccaridi e dei polisaccaridi.

ruolo biologico. Il glucosio è il prodotto principale della fotosintesi e si forma nel ciclo di Calvin.

Nell'uomo e negli animali, il glucosio è la principale e più versatile fonte di energia per i processi metabolici. Tutte le cellule del corpo animale hanno la capacità di assorbire il glucosio. Allo stesso tempo, la capacità di utilizzare altre fonti di energia - ad esempio acidi grassi liberi e glicerolo, fruttosio o acido lattico - non è posseduta da tutte le cellule del corpo, ma solo da alcune delle loro tipologie.

Il trasporto del glucosio dall'ambiente esterno alla cellula animale viene effettuato mediante trasferimento transmembrana attivo con l'aiuto di una speciale molecola proteica: il vettore esoso (trasportatore).

Il glucosio nelle cellule può subire la glicolisi per fornire energia sotto forma di ATP. Il primo enzima nella catena della glicolisi è l'esochinasi. L'attività dell'esochinasi cellulare è sotto l'influenza regolatoria degli ormoni - ad esempio, l'insulina aumenta notevolmente l'attività dell'esochinasi e, di conseguenza, l'utilizzo del glucosio da parte delle cellule e i glucocorticoidi riducono l'attività dell'esochinasi.

Molte fonti di energia diverse dal glucosio possono essere convertite direttamente in glucosio nel fegato, come l'acido lattico, molti acidi grassi liberi e il glicerolo, o gli aminoacidi liberi, soprattutto quelli più semplici come l'alanina. Il processo di formazione del glucosio nel fegato da altri composti è chiamato gluconeogenesi.

Quelle fonti di energia per le quali non esiste una conversione biochimica diretta in glucosio possono essere utilizzate dalle cellule del fegato per produrre ATP e successivamente fornire energia per i processi di gluconeogenesi, risintesi del glucosio da acido lattico, o fornitura di energia per il processo di sintesi delle riserve di glicogeno polisaccaride da monomeri di glucosio. Il glucosio è di nuovo facilmente prodotto dal glicogeno per semplice scomposizione.

A causa dell'eccezionale importanza di mantenere un livello stabile di glucosio nel sangue, l'uomo e molti altri animali hanno un complesso sistema di regolazione ormonale dei parametri del metabolismo dei carboidrati. Quando 1 grammo di glucosio viene ossidato in anidride carbonica e acqua, vengono rilasciati 17,6 kJ di energia. La massima "energia potenziale" immagazzinata nella molecola di glucosio sotto forma di stato di ossidazione -4 atomi di carbonio (C-4) può diminuire durante i processi metabolici a C + 4 (nella molecola di CO2). Il suo ripristino al livello precedente può essere effettuato da autotrofi.

Fruttosio o zucchero della frutta C6H12O6- monosaccaride, presente in forma libera in quasi tutti i frutti di bosco e frutti dolci. Molte persone preferiscono sostituire lo zucchero non con droghe sintetiche, ma con fruttosio naturale.

A differenza del glucosio, che funge da fonte universale di energia, il fruttosio non viene assorbito dai tessuti insulino-dipendenti. Viene quasi completamente assorbito e metabolizzato dalle cellule del fegato. Praticamente nessun'altra cellula del corpo umano (tranne gli spermatozoi) può utilizzare il fruttosio. Nelle cellule del fegato, il fruttosio viene fosforilato e quindi scomposto in triosi, che vengono utilizzate per la sintesi degli acidi grassi, che possono portare all'obesità, nonché livelli elevati di trigliceridi (che a loro volta aumentano il rischio di aterosclerosi) o utilizzati per il glicogeno sintesi (anche parzialmente convertito in glucosio durante la gluconeogenesi). Tuttavia, la conversione del fruttosio in glucosio è un processo complesso in più fasi e la capacità del fegato di elaborare il fruttosio è limitata. La questione se includere il fruttosio nella dieta dei diabetici, poiché l'insulina non è necessaria per il suo assorbimento, è stata studiata intensamente negli ultimi anni.

Sebbene il fruttosio non aumenti (o solo leggermente) i livelli di glucosio nel sangue in una persona sana, il fruttosio spesso porta ad un aumento dei livelli di glucosio nei diabetici. D'altra parte, a causa della mancanza di glucosio nelle cellule, i diabetici possono bruciare i grassi nei loro corpi, portando all'esaurimento delle riserve di grasso. In questo caso, il fruttosio, che si converte facilmente in grasso e non richiede insulina, può essere utilizzato per ripristinarli. Il vantaggio del fruttosio è che un gusto dolce può essere conferito a un piatto con quantità relativamente piccole di fruttosio, poiché è 1,2-1,8 volte più dolce con lo stesso contenuto calorico (380 kcal / 100 g) dello zucchero. Tuttavia, gli studi dimostrano che i consumatori di fruttosio non riducono il contenuto calorico dei loro pasti, ma consumano pasti più dolci.

39. Oligosaccaridi- si tratta di oligomeri, costituiti da più (non più di 20) monomeri - monosaccaridi, contrariamente ai polisaccaridi, costituiti da decine, centinaia o migliaia di monosaccaridi; - composti costituiti da più residui monosaccaridi (da 2 a 10) legati da un legame glicosidico.

Un caso speciale molto importante e diffuso di oligosaccaridi sono i disaccaridi - dimeri costituiti da due molecole di monosaccaridi.

Puoi anche parlare di tri, tetra, ecc. saccaridi.

40. Disaccaridi- il nome generale di una sottoclasse di oligosaccaridi, in cui la molecola è costituita da due monomeri: i monosaccaridi. I disaccaridi sono formati da una reazione di condensazione tra due monosaccaridi, solitamente esosi. La reazione di condensazione comporta la rimozione dell'acqua. Il legame tra monosaccaridi risultante da una reazione di condensazione è chiamato legame glicosidico e solitamente si forma tra il 1° e il 4° atomo di carbonio di unità monosaccaridiche adiacenti (legame 1,4-glicosidico).

Il processo di condensazione può essere ripetuto innumerevoli volte, ottenendo enormi molecole di polisaccaridi. Una volta che le unità monosaccaridiche sono combinate, vengono chiamate residui. I disaccaridi più comuni sono il lattosio e il saccarosio.

Mutarotazione(dal lat. muto-change e rotatio - rotazione), modifica delle dimensioni dell'ottica. rotazione di soluzioni di composti otticamente attivi a causa della loro epimerizzazione. È tipico per monosaccaridi, oligosaccaridi riducenti, lattoni, ecc. La mutarotazione può essere catalizzata da acidi e basi. Nel caso del glucosio, la mutarotazione è spiegata dall'instaurazione dell'equilibrio: nello stato di equilibrio, ci sono il 38% della forma alfa e il 62% della forma beta. Intermedio la forma aldeidica è contenuta in una concentrazione trascurabile. Vantaggi, la formazione della b-form è dovuta al fatto che è più stabile termodinamicamente.

Le reazioni "specchio d'argento" e "specchio di rame" sono caratteristiche delle aldeidi

1) La reazione dello "specchio d'argento", la formazione di sedimenti di Ag sulle pareti della provetta

2) Reazione a specchio di rame, precipitazione del precipitato di Cu2O rosso

40. A loro volta, disaccaridi, che si verificano in alcuni casi durante idrolisi dei polisaccaridi(maltosio durante l'idrolisi dell'amido, cellobiosio durante l'idrolisi della cellulosa) o presenti nell'organismo in forma libera (lattosio, saccarosio, trealosio, ecc.), vengono idrolizzati sotto l'azione catalitica delle os- e p-glicosidasi a monosaccaridi. Tutte le glicosidasi, ad eccezione della trealasi (ot, omregalose-glucoidrazina), hanno un'ampia gamma di specificità, accelerando l'idrolisi di quasi tutti i glicosidi che sono derivati ​​​​dell'uno o dell'altro a- o (3-monosaccaride. Pertanto, l'a-glucosidasi accelera la reazione di idrolisi degli a-glucosidi, inclusi maltosio, p-glucosidasi - p-glucosidi, inclusi cellobiosio, B-galattosidasi - B-galattosidi e tra questi il ​​lattosio, ecc. Esempi dell'azione di a e P-glucosidasi sono stati forniti in precedenza

41. Secondo il fallimento struttura chimica dei disaccaridi il tipo trealosio (glicosido-glicosidi) e il tipo maltosio (glicoside-glucosio) hanno proprietà chimiche significativamente differenti: i primi non danno reazioni caratteristiche del gruppo aldeidico o chetonico, cioè non si ossidano, non si riducono, non formano ozono, non entrano in reazione di policoidificazione (non resinificano), non mutano, ecc. Per i disaccaridi come il maltosio, tutte le reazioni di cui sopra sono invece molto caratteristiche. La ragione di questa differenza è abbastanza chiara da quanto detto sopra circa i due tipi di struttura disaccaridica e le proprietà dei residui di monosaccaridi inclusi nella loro composizione. Sta nel fatto che solo nei disaccaridi come il maltosio è possibile il tautomerismo a catena ad anello, con conseguente formazione di un gruppo aldeidico o chetonico libero, che mostra le sue proprietà caratteristiche.

Per gli idrossili dell'alcol, entrambi i tipi di disaccaridi danno le stesse reazioni: formano eteri ed esteri, interagiscono con idrati di ossidi metallici.

Ci sono un gran numero di disaccaridi in natura; Il trealosio e il maltosio sopra menzionati, così come il saccarosio, il cellobiosio e il lattosio, sono tra i più significativi.

42. Maltosio(dall'inglese malt - malt) - zucchero di malto, un disaccaride naturale costituito da due residui di glucosio; si trova in grande quantità nei chicchi germogliati (malto) di orzo, segale e altri cereali; si trova anche nei pomodori, nel polline e nel nettare di numerose piante. M. è facilmente solubile in acqua, ha un sapore dolce; È uno zucchero riducente perché ha un gruppo idrossile emiacetale non sostituito. La biosintesi di M. da b-D-glucopiranosilfosfato e D-glucosio è nota solo in alcuni tipi di batteri. Negli organismi animali e vegetali, M. si forma durante la scomposizione enzimatica dell'amido e del glicogeno (vedi Amilasi). La scomposizione di M. in due residui di glucosio avviene per azione dell'enzima a-glucosidasi, o maltasi, che è contenuto nei succhi digestivi di animali e umani, nei cereali germogliati, nelle muffe e nei lieviti. L'assenza geneticamente determinata di questo enzima nella mucosa intestinale umana porta all'intolleranza congenita a M., una grave malattia che richiede l'esclusione di amido e glicogeno dalla dieta di M. o l'aggiunta dell'enzima maltasi al cibo.

Quando il maltosio viene fatto bollire con acido diluito e sotto l'azione di un enzima, la maltasi viene idrolizzata (si formano due molecole di glucosio C6H12O6). Il maltosio è facilmente assorbito dal corpo umano. Peso molecolare - 342.32 Punto di fusione - 108 (anidro)

43. Lattosio(dal lat. lactis - latte) С12Н22О11 - un carboidrato del gruppo dei disaccaridi, che si trova nel latte e nei latticini. La molecola del lattosio è costituita da residui di molecole di glucosio e galattosio. Il lattosio è talvolta chiamato zucchero del latte.

Proprietà chimiche. Quando viene bollito con acido diluito, il lattosio viene idrolizzato.

Il lattosio si ottiene dal siero di latte.

Applicazione. Utilizzato per la preparazione di mezzi nutritivi, ad esempio, nella produzione di penicillina. Usato come eccipiente (riempitivo) nell'industria farmaceutica.

Dal lattosio si ottiene il lattulosio, un prezioso farmaco per il trattamento dei disturbi intestinali, come la stitichezza.

44. Saccarosio C12H22O11, o zucchero di barbabietola, zucchero di canna, nella vita di tutti i giorni solo zucchero - un disaccaride costituito da due monosaccaridi - α-glucosio e β-fruttosio.

Il saccarosio è un disaccaride molto comune in natura, si trova in molti frutti, frutti e bacche. Il contenuto di saccarosio è particolarmente elevato nella barbabietola da zucchero e nella canna da zucchero, che vengono utilizzate per la produzione industriale di zucchero commestibile.

Il saccarosio ha un'elevata solubilità. Chimicamente, il fruttosio è piuttosto inerte; quando ci si sposta da un luogo all'altro, non è quasi coinvolto nel metabolismo. A volte il saccarosio si deposita come nutriente di riserva.

Il saccarosio, entrando nell'intestino, viene rapidamente idrolizzato dall'alfa-glucosidasi dell'intestino tenue in glucosio e fruttosio, che vengono poi assorbiti nel sangue. Gli inibitori dell'alfa-glucosidasi, come l'acarbosio, inibiscono la scomposizione e l'assorbimento del saccarosio, così come altri carboidrati idrolizzati dall'alfa-glucosidasi, in particolare l'amido. È usato nel trattamento del diabete di tipo 2. Sinonimi: alfa-D-glucopiranosil-beta-D-fruttofuranoside, zucchero di barbabietola, zucchero di canna.

Proprietà chimiche e fisiche. Peso molecolare 342,3 a.m.u. Formula lorda (sistema collinare): C12H22O11. Il sapore è dolciastro. Solubilità (grammi per 100 grammi): in acqua 179 (0°C) e 487 (100°C), in etanolo 0,9 (20°C). Leggermente solubile in metanolo. Insolubile in dietiletere. Densità 1,5879 g/cm3 (15°C). Rotazione specifica per sodio D-line: 66,53 (acqua; 35 g/100 g; 20°C). Quando viene raffreddato con aria liquida, dopo l'illuminazione con luce intensa, i cristalli di saccarosio fosforesciano. Non mostra proprietà riducenti - non reagisce con il reagente di Tollens e il reagente di Fehling. La presenza di gruppi ossidrilici nella molecola di saccarosio è facilmente confermata dalla reazione con idrossidi metallici. Se una soluzione di saccarosio viene aggiunta all'idrossido di rame (II), si forma una soluzione blu brillante di saccarosio di rame. Non c'è gruppo aldeidico nel saccarosio: scaldato con una soluzione di ammoniaca di ossido d'argento (I) non dà uno "specchio d'argento", scaldato con idrossido di rame (II) non forma ossido di rame rosso (I) . Tra gli isomeri del saccarosio aventi la formula molecolare C12H22O11 si possono distinguere maltosio e lattosio.

Reazione del saccarosio con l'acqua. Se fai bollire una soluzione di saccarosio con alcune gocce di acido cloridrico o solforico e neutralizzi l'acido con alcali, quindi riscaldi la soluzione, compaiono molecole con gruppi aldeidici, che riducono l'idrossido di rame (II) in ossido di rame (I). Questa reazione mostra che il saccarosio subisce idrolisi sotto l'azione catalitica dell'acido, con conseguente formazione di glucosio e fruttosio: С12Н22О11 + Н2О → С6Н12O6 + С6Н12O6

Fonti naturali e antropiche. Contenuto nella canna da zucchero, barbabietola da zucchero (fino al 28% di sostanza secca), succhi di piante e frutta (ad esempio betulla, acero, melone e carota). La fonte di saccarosio - da barbabietola o canna - è determinata dal rapporto tra il contenuto di isotopi stabili del carbonio 12C e 13C. La barbabietola da zucchero ha un meccanismo di assorbimento dell'anidride carbonica C3 (tramite acido fosfoglicerico) e assorbe preferenzialmente l'isotopo 12C; La canna da zucchero ha un meccanismo C4 per assorbire l'anidride carbonica (attraverso l'acido ossalacetico) e assorbe preferenzialmente l'isotopo 13C.

45. Cellobiosio- un carboidrato del gruppo dei disaccaridi, costituito da due residui di glucosio collegati (tramite un legame β-glucosidico; la principale unità strutturale della cellulosa.

Sostanza cristallina bianca, altamente solubile in acqua. Il cellobiosio è caratterizzato da reazioni che coinvolgono un gruppo aldeidico (emacetale) e gruppi ossidrile. Durante l'idrolisi acida o sotto l'azione dell'enzima β-glucosidasi, il cellobiosio viene scisso per formare 2 molecole di glucosio.

Il cellobiosio si ottiene per idrolisi parziale della cellulosa. Il cellobiosio si trova in forma libera nella linfa di alcuni alberi.

46. ​​​​Polisaccaridi- il nome generale di una classe di carboidrati complessi ad alto peso molecolare, le cui molecole sono costituite da decine, centinaia o migliaia di monomeri - monosaccaridi.

I polisaccaridi sono essenziali per la vita di animali e piante. Sono una delle principali fonti di energia derivanti dal metabolismo del corpo. Prendono parte ai processi immunitari, forniscono l'adesione delle cellule nei tessuti e sono la maggior parte della materia organica nella biosfera.

È stata stabilita una diversa attività biologica dei polisaccaridi vegetali: antibiotico, antivirale, antitumorale, antidoto [fonte non specificata 236 giorni]. I polisaccaridi vegetali svolgono un ruolo importante nella riduzione della lipemia e dell'ateromatosi vascolare grazie alla capacità di dare complessi con proteine ​​e lipoproteine ​​del plasma sanguigno.

I polisaccaridi includono, in particolare:

la destrina è un polisaccaride, un prodotto dell'idrolisi dell'amido;

l'amido è il principale polisaccaride depositato come riserva energetica negli organismi vegetali;

il glicogeno è un polisaccaride depositato come riserva di energia nelle cellule degli organismi animali, ma si trova anche in piccole quantità nei tessuti vegetali;

la cellulosa è il principale polisaccaride strutturale delle pareti cellulari delle piante;

galattomannani - polisaccaridi di stoccaggio di alcune piante della famiglia delle leguminose, come il guaranà e la farina di semi di carrube;

glucomannano - un polisaccaride ottenuto dai tuberi di konjac, costituito da unità alternate di glucosio e mannosio, una fibra alimentare solubile che riduce l'appetito;

amiloide - utilizzato nella produzione di carta pergamena.

cellulosa ( dal lat. cellula - cellula, come la fibra) - [С6Н7О2 (OH) 3] n, polisaccaride; il componente principale delle membrane cellulari di tutte le piante superiori.

La cellulosa è costituita da residui di molecole di glucosio, che si formano durante l'idrolisi acida della cellulosa:

(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6

La cellulosa è un lungo filo contenente 300-2500 residui di glucosio, senza ramificazioni laterali. Questi fili sono interconnessi da molti legami idrogeno, che conferiscono alla cellulosa una maggiore resistenza meccanica. I mammiferi (come la maggior parte degli altri animali) non hanno enzimi che possono abbattere la cellulosa. Tuttavia, molti erbivori (come i ruminanti) hanno batteri simbionti nel loro tratto digestivo che si decompongono e aiutano i loro ospiti ad assorbire questo polisaccaride.

La polpa si ottiene con il metodo industriale mediante il metodo di cottura presso le cartiere che fanno parte di complessi industriali (mietitrebbie). In base al tipo di reagenti utilizzati si distinguono i seguenti metodi di spappolamento:

Solfito. Il liquido di cottura contiene acido solforoso e il suo sale, come l'idrosolfito di sodio. Questo metodo viene utilizzato per ottenere la cellulosa da specie legnose poco resinose: abete rosso, abete.

Alcalino:

Bibita. Viene utilizzata una soluzione di idrossido di sodio. Il metodo della soda può essere utilizzato per ottenere cellulosa da legni duri e piante annuali.

solfato. Il metodo più comune oggi. Il reagente utilizzato è una soluzione contenente idrossido di sodio e solfuro di sodio ed è chiamato liquore bianco. Il metodo prende il nome dal solfato di sodio, da cui si ottiene il solfuro per liquore bianco nelle cartiere. Il metodo è adatto per ottenere cellulosa da qualsiasi tipo di materiale vegetale. Il suo svantaggio è la selezione un largo numero composti solforati maleodoranti: metilmercaptano, dimetilsolfuro, ecc. a seguito di reazioni collaterali.

La cellulosa tecnica ricevuta dopo cottura contiene varie impurità: lignina, emicellulose. Se la cellulosa è destinata alla lavorazione chimica (ad esempio per ottenere fibre artificiali), viene sottoposta a raffinazione - trattamento con una soluzione alcalina fredda o calda per rimuovere le emicellulose.

Per rimuovere la lignina residua e rendere la polpa più bianca, viene sbiancata. Lo sbiancamento al cloro tradizionale prevede due fasi:

trattamento con cloro - per distruggere le macromolecole di lignina;

trattamento con alcali - per l'estrazione dei prodotti formati dalla distruzione della lignina.

47. Amido- polisaccaridi di amilosio e amilopectina, il cui monomero è l'alfa-glucosio. L'amido, sintetizzato da diverse piante sotto l'azione della luce (fotosintesi), ha diverse composizioni e strutture del grano.

proprietà biologiche. L'amido, essendo uno dei prodotti della fotosintesi, è ampiamente distribuito in natura. Per le piante è una riserva di nutrienti e si trova principalmente nei frutti, nei semi e nei tuberi. Il chicco delle piante di cereali è il più ricco di amido: riso (fino all'86%), grano (fino al 75%), mais (fino al 72%) e tuberi di patata (fino al 24%).

Per il corpo umano, l'amido, insieme al saccarosio, è il principale fornitore di carboidrati, uno dei componenti più importanti del cibo. Sotto l'azione degli enzimi, l'amido viene idrolizzato in glucosio, che viene ossidato nelle cellule in anidride carbonica e acqua con il rilascio di energia necessaria per il funzionamento di un organismo vivente.

Biosintesi. Parte del glucosio formatosi nelle piante verdi durante la fotosintesi viene convertito in amido:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6(glucosio) → (C6H10O5)n + nH2O

In termini generali, questo può essere scritto come 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n 6nO2.

L'amido come alimento di riserva si accumula nei tuberi, nei frutti, nei semi delle piante. Quindi, i tuberi di patata contengono fino al 24% di amido, chicchi di grano - fino al 64%, riso - 75%, mais - 70%.

Il glicogeno è un polisaccaride formato da residui di glucosio; il principale carboidrato di riserva dell'uomo e degli animali. Il glicogeno (a volte chiamato anche amido animale, nonostante l'inesattezza del termine) è la principale forma di immagazzinamento del glucosio nelle cellule animali. Si deposita sotto forma di granuli nel citoplasma in molti tipi cellulari (principalmente fegato e muscoli). Il glicogeno forma una riserva di energia che può essere mobilitata rapidamente se necessario per sopperire a un'improvvisa mancanza di glucosio. L'accumulo di glicogeno, tuttavia, non è così ricco di calorie per grammo come l'accumulo di trigliceridi (grassi). Solo il glicogeno immagazzinato nelle cellule del fegato (epatociti) può essere convertito in glucosio per nutrire l'intero corpo, mentre gli epatociti sono in grado di immagazzinare fino all'8% del loro peso sotto forma di glicogeno, che è la concentrazione più alta di qualsiasi tipo di cellula. La massa totale di glicogeno nel fegato può raggiungere i 100-120 grammi negli adulti. Nei muscoli, il glicogeno viene trasformato in glucosio esclusivamente per il consumo locale e si accumula in concentrazioni molto inferiori (non più dell'1% della massa muscolare totale), mentre la sua riserva muscolare totale può superare la riserva accumulata negli epatociti. Una piccola quantità di glicogeno si trova nei reni e ancor meno in alcuni tipi di cellule cerebrali (cellule gliali) e globuli bianchi.

48. Chitina (C8H13O5N) (chitina francese, dal greco chitone: chitone - vestiti, pelle, guscio) - un composto naturale del gruppo dei polisaccaridi contenenti azoto. Nome chimico: poli-N-acetil-D-glucosio-2-ammina, un polimero di residui di N-acetilglucosamina legati da legami b-(1,4)-glicosidici. Il componente principale dell'esoscheletro (cuticola) degli artropodi e di numerosi altri invertebrati fa parte della parete cellulare di funghi e batteri.

distribuzione in natura. La chitina è uno dei polisaccaridi più comuni in natura: ogni anno circa 10 gigatonnellate di chitina si formano e si decompongono negli organismi viventi sulla Terra.

Svolge funzioni protettive e di supporto, fornendo rigidità cellulare: è contenuto nelle pareti cellulari dei funghi.

Il componente principale dell'esoscheletro degli artropodi.

Inoltre, la chitina si forma negli organismi di molti altri animali: una varietà di vermi, celenterati, ecc.

In tutti gli organismi che producono e utilizzano la chitina, non è nella sua forma pura, ma in un complesso con altri polisaccaridi, ed è molto spesso associata alle proteine. Nonostante il fatto che la chitina sia una sostanza molto simile per struttura, proprietà fisico-chimiche e ruolo biologico alla cellulosa, la chitina non è stata trovata negli organismi che formano la cellulosa (piante, alcuni batteri).

Chimica della chitina. Nella loro forma naturale, le chitine di organismi diversi differiscono in qualche modo l'una dall'altra per composizione e proprietà. Il peso molecolare della chitina raggiunge 260.000.

La chitina è insolubile in acqua, resistente agli acidi diluiti, agli alcali, all'alcool e ad altri solventi organici. Solubile in soluzioni concentrate di alcuni sali (cloruro di zinco, tiocianato di litio, sali di calcio).

Se riscaldato con soluzioni concentrate di acidi minerali, viene distrutto (idrolizzato), scindendo i gruppi acetilici.

Uso pratico. Uno dei derivati ​​della chitina che se ne ricava industrialmente è il chitosano. Le materie prime per la sua produzione sono gusci di crostacei (krill, granchio reale), nonché prodotti di sintesi microbiologica.

49. Idrocarburi aromatici, composti organici costituiti da carbonio e idrogeno e contenenti nuclei di benzene. I rappresentanti più semplici e importanti di A. at. - benzene (I) e suoi omologhi: metilbenzene, o toluene (II), dimetilbenzene, o xilene, ecc. includono anche derivati ​​del benzene con catene laterali insature, come lo stirene (III). Si sa molto di A. at. con diversi nuclei benzenici nella molecola, ad esempio difenilmetano (IV), difenile C6H5-C6H5, in cui entrambi i nuclei benzenici sono direttamente collegati tra loro; nel naftalene (V), entrambi gli anelli condividono 2 atomi di carbonio; tali idrocarburi sono chiamati A. at. con nuclei condensati.

Benzene C6H6, PhH) è un composto chimico organico, un liquido incolore con un gradevole odore dolciastro. idrocarburo aromatico. Il benzene è un componente della benzina, è ampiamente utilizzato nell'industria ed è una materia prima per la produzione di medicinali, varie materie plastiche, gomma sintetica e coloranti. Sebbene il benzene si trovi nel petrolio greggio, è sintetizzato commercialmente da altri componenti. Tossico, cancerogeno.

omologhi- Composti appartenenti alla stessa classe, ma diversi tra loro nella composizione per un numero intero di gruppi CH2. L'insieme di tutti gli omologhi forma una serie omologa.

Proprietà fisiche. Liquido incolore con un peculiare odore pungente. Punto di fusione = 5,5 °C, Punto di ebollizione = 80,1 °C, Densità = 0,879 g/cm³, Peso molecolare = 78,11 g/mol. Come tutti gli idrocarburi, il benzene brucia e forma molta fuliggine. Forma miscele esplosive con l'aria, si mescola bene con eteri, benzina e altri solventi organici e forma una miscela azeotropica con acqua con un punto di ebollizione di 69,25 °C. Solubilità in acqua 1,79 g/l (a 25 °C).

Struttura. Per composizione, il benzene appartiene agli idrocarburi insaturi (serie omologa CnH2n-6), ma, a differenza degli idrocarburi della serie etilene, C2H4 mostra proprietà inerenti agli idrocarburi saturi in condizioni difficili, ma il benzene è più incline a reazioni di sostituzione. Questo "comportamento" del benzene è spiegato dalla sua struttura speciale: la presenza di una nuvola di elettroni 6π coniugata nella struttura. L'idea moderna della natura elettronica dei legami nel benzene si basa sull'ipotesi di Linus Pauling, che ha proposto di rappresentare la molecola del benzene come un esagono con un cerchio inscritto, sottolineando così l'assenza di doppi legami fissi e la presenza di un singola nuvola di elettroni che copre tutti e sei gli atomi di carbonio del ciclo.

50. Composti aromatici (arene)- composti organici ciclici che hanno un sistema di legame aromatico nella loro composizione. Possono avere catene laterali sature o insature.

Gli idrocarburi aromatici più importanti includono il benzene C6H6 e suoi omologhi: toluene C6H5CH3, xilene C6H4(CH3)2, ecc.; naftalene C10H8, antracene C14H10 e loro derivati. Proprietà chimiche distintive- aumento della stabilità del nucleo aromatico e tendenza a reazioni di sostituzione. Le principali fonti di idrocarburi aromatici sono catrame di carbone, petrolio e prodotti petroliferi. I metodi sintetici di ottenimento sono di grande importanza. Gli idrocarburi aromatici sono i prodotti di partenza per la produzione di chetoni, aldeidi e acidi aromatici, oltre a molte altre sostanze. Esistono anche areni eterociclici, tra i quali si trovano più spesso in forma pura e sotto forma di composti: piridina, pirrolo, furano e tiofene, indolo, purina, chinolina.

Anche il borazol ("benzene inorganico") ha un'aromaticità, ma le sue proprietà differiscono notevolmente da quelle degli areni organici.

Reazioni di sostituzione elettrofila"(reazione elettrofila di sostituzione inglese) - reazioni di sostituzione in cui l'attacco viene effettuato da un elettrofilo - una particella che è carica positivamente o ha un deficit di elettroni. Quando si forma un nuovo legame, la particella in uscita - l'elettrofago viene scissa senza la sua coppia di elettroni. Il gruppo uscente più popolare è il protone H+.

51-52. Reazioni di sostituzione elettrofila aromatica

Per i sistemi aromatici, esiste in realtà un meccanismo di sostituzione elettrofila, SEAr. Il meccanismo SE1 (per analogia con il meccanismo SN1) è estremamente raro e SE2 (corrispondente al meccanismo SN2) non si trova affatto.

Meccanismo di reazione SEAr o reazioni di sostituzione elettrofila aromatica (sostituzione inglese elettrofila aromatica) è la più comune e importante tra le reazioni di sostituzione di composti aromatici e consiste in due fasi. Nella prima fase, l'elettrofilo è attaccato, nella seconda fase, l'elettrofuga è separata.

Durante la reazione, si forma un intermedio caricato positivamente (nella figura - 2b). È chiamato intermedio di Weland, ione aronio o complesso σ. Questo complesso, di regola, è molto reattivo e si stabilizza facilmente eliminando rapidamente il catione. La fase di limitazione della velocità nella stragrande maggioranza delle reazioni SEAr è il primo passaggio.

Velocità di reazione = k**

Gli elettrofili relativamente deboli di solito agiscono come una particella attaccante; quindi, nella maggior parte dei casi, la reazione SEAr procede sotto l'azione di un catalizzatore acido di Lewis. AlCl3, FeCl3, FeBr3, ZnCl2 sono usati più spesso di altri.

In questo caso, il meccanismo di reazione è il seguente (usando l'esempio della clorurazione del benzene, catalizzatore FeCl3):

1. Nella prima fase, il catalizzatore interagisce con la particella attaccante per formare un agente elettrofilo attivo

Nella seconda fase, infatti, viene implementato il meccanismo SEAr.

53. Composti eterociclici(eterocicli) - composti organici contenenti cicli che, insieme al carbonio, includono anche atomi di altri elementi. Possono essere considerati come composti carbociclici con eterosostituenti (eteroatomi) nell'anello. I composti eterociclici aromatici contenenti azoto sono i più diversi e ben studiati. I casi limite di composti eterociclici sono composti che non contengono atomi di carbonio nel ciclo, ad esempio pentazolo.

pirrolo- eterociclo azotato aromatico a cinque membri, ha proprietà di base deboli. Contenuto nell'olio di ossa (che si ottiene dalla distillazione a secco delle ossa) e nel catrame di carbone. Gli anelli pirrolici fanno parte delle porfirine: clorofilla vegetale, eme di emoglobine e citocromi e una serie di altri composti biologicamente importanti.

Struttura e proprietà. Il pirrolo è un liquido incolore, che ricorda il cloroformio nell'odore, che si scurisce lentamente se esposto all'aria. È leggermente igroscopico, leggermente solubile in acqua e altamente solubile nella maggior parte dei solventi organici. La struttura del pirrolo fu proposta nel 1870 da Bayer, basata sulla sua ossidazione con acido cromico a maleimmide e sulla sua formazione durante la distillazione della succinimmide con polvere di zinco.

Acidità e metallizzazione. Il pirrolo è un acido NH debole (pKa 17,5 in acqua) e reagisce con i metalli alcalini e le loro ammidi in ammoniaca liquida o solventi inerti per deprotonare in posizione 1 e formare i sali corrispondenti. La reazione con i reagenti di Grignard procede in modo simile, in cui si formano sali di N-magnesio. I pirroli N-sostituiti reagiscono con butil- e fenillitio, metallizzando nella posizione α.

54. INDOL (benzo[b]pirrolo), dire. m.117.18; incolore cristalli con un debole odore di naftalene; p.f. 52,5 °C, bp 254 ° C; d456 1,0718; sublima quando riscaldato. fino a 150°C; m 7.03.10-30 C.m (benzene, 25 °C); distillato con vapore acqueo, dietiletere e NH3; bene sol. in org. soluzioni, acqua calda, NH3 liquido. La molecola ha una configurazione planare.

L'indolo è una base debole (pKa -2,4). Quando viene protonato, forma un catione 3H-indolio (f-la I), to-ry quando interagisce. con una molecola neutra, l'indolo dà un dimero (II). Come acido debole (pKa 17), l'indolo con Na in NH3 liquido forma N-indolo di sodio, con KOH a 130 ° C - N-indolo di potassio. Possiede aromatico. S. tu. elettrof. sostituzione va Ch. arr. alla posizione 3. La nitrazione viene solitamente effettuata con nitrato di benzoile, solfonazione con piridina sulfotriossido, bromurazione con diossano dibromuro, clorurazione con SO2Cl2, alchilazione con alogenuri alchilici attivi. Anche l'acetilazione in acido acetico va in posizione 3, in presenza. CH3COONa - alla posizione 1; nell'anidride acetica si forma 1,3-diacetilindolo. L'indolo si aggiunge facilmente al doppio legame di a,b-chetoni e nitrili insaturi.

L'amminometilazione (distretto di Mannich) in condizioni blande procede alla posizione 1, in condizioni difficili - alla posizione 3. La sostituzione nell'anello benzenico (prevalentemente nelle posizioni 4 e 6) avviene solo in ambienti acidi con posizione bloccata 3. In presenza. L'H2O2, i peracidi o alla luce l'indolo viene ossidato a indossile, che poi si trasforma in. in trimero o indaco. Un'ossidazione più grave sotto l'azione di O3, MnO2 porta alla rottura dell'anello pirrolico con la formazione di 2-formammidobenzaldeide. Quando l'indolo viene idrogenato con idrogeno in condizioni blande, l'anello pirrolico viene ridotto e, in condizioni più gravi, viene ridotto anche l'anello benzenico.

L'indolo è contenuto negli oli essenziali di gelsomino e agrumi, fa parte del kam.-ug. resine. L'anello dell'indolo è un frammento di molecole di natura importante. composti (p. es., triptofano, serotonina, melatonina, bufotenina). Tipicamente, l'indolo è isolato dalla frazione naftalenica di kam.-ug. resina o ottenuto per deidrogenazione di o-etilanina con quest'ultima. ciclizzazione del prodotto risultante. L'indolo e i suoi derivati ​​sono anche sintetizzati dalla ciclizzazione degli arilidrazoni dei composti carbonilici. (R-tion Fisher), reciproco. arilammine con a-alogeno o a-idrossicarbonile Comm. (R-tion Bischler), ecc. Il nucleo dell'indolo fa parte degli alcaloidi dell'indolo. L'indolo stesso è un fissativo degli odori in profumeria; i suoi derivati ​​sono usati nella produzione di composti biologicamente attivi. (ormoni, allucinogeni) e lek. Mercoledi (p. es., indopan, indometacina).

55. Imidazolo- un composto organico della classe degli eterocicli, un ciclo a cinque membri con due atomi di azoto e tre atomi di carbonio nel ciclo, isomerico al pirazolo.

Proprietà. Nell'imidazolo non sostituito, le posizioni 4 e 5 (atomi di carbonio) sono equivalenti a causa del tautomerismo. Aromatico, reagisce con i sali di diazonio (combinazione). Viene nitrato e solfonato solo in un mezzo acido in posizione 4, gli alogeni entrano in posizione 2 in un mezzo alcalino e in posizione 4 in un mezzo acido.Facilmente alchilato e acilato a immina N, apre il ciclo quando interagisce con soluzioni di forte acidi e perossidi. Catalizza l'idrolisi degli esteri difficilmente saponificabili e delle ammidi degli acidi carbossilici.

A base di imidazolo, viene prodotto un gran numero di diversi liquidi ionici.

Metodi di ricezione. Da orto-fenilendiammina tramite benzimidazolo e acido 4,5-imidazolo dicarbossilico.

Interazione del gliossale (oxalaldeide) con ammoniaca e formaldeide.

ruolo biologico. L'anello imidazolo fa parte dell'amminoacido essenziale istidina. Frammento strutturale di istamina, basi puriniche, dibazolo.

56. Piridina- un eterociclo aromatico a sei membri con un atomo di azoto, un liquido incolore con un forte odore sgradevole; miscibile con acqua e solventi organici. La piridina è una base debole, dà sali con acidi minerali forti, forma facilmente sali doppi e composti complessi.

Ricevuta. La principale fonte per ottenere la piridina è il catrame di carbone.

Proprietà chimiche. La piridina presenta proprietà caratteristiche delle ammine terziarie: forma N-ossidi, sali di N-alchilpiridinio, ed è in grado di agire come legante sigma-donatore.

Allo stesso tempo, la piridina ha chiare proprietà aromatiche. Tuttavia, la presenza di un atomo di azoto nell'anello di coniugazione porta ad una grave ridistribuzione della densità elettronica, che porta ad una forte diminuzione dell'attività della piridina nelle reazioni di sostituzione elettrofila aromatica. In tali reazioni, vengono reagite prevalentemente le meta posizioni dell'anello.

La piridina è caratterizzata da reazioni di sostituzione nucleofila aromatica che si verificano prevalentemente nelle posizioni orto-para dell'anello. Questa reattività indica la natura carente di elettroni dell'anello piridinico, che può essere riassunta nella seguente regola pratica: la reattività della piridina come composto aromatico corrisponde grosso modo alla reattività del nitrobenzene.

Applicazione. Viene utilizzato nella sintesi di coloranti, farmaci, insetticidi, in chimica analitica, come solvente per molte sostanze organiche e alcune inorganiche, per la denaturazione dell'alcol.

Sicurezza. La piridina è tossica, colpisce il sistema nervoso, la pelle.

57. Ruolo biologico. L'acido nicotinico è un derivato della piridina. Viene assorbito nello stomaco e nel duodeno, quindi subisce l'amminazione, risultando in nicotinoamide, che nel corpo, in combinazione con le proteine, forma più di 80 enzimi. Questo è il principale ruolo fisiologico della vitamina B5. Pertanto, l'acido nicotinico fa parte di importanti enzimi redox come la deidrogenesi, che catalizzano la rimozione dell'idrogeno dalle sostanze organiche ossidate. L'idrogeno così portato via da questi enzimi viene passato agli enzimi redox, che includono la riboflavina. Inoltre, nel corpo dei mammiferi, i nucleotidi piridinici sono formati da nicotinamide (niacina) e acido nicotinico, che fungono da coenzimi per NAD e NADP. La carenza di questi precursori negli animali provoca la pellagra, una malattia caratterizzata da pelle, gastrointestinale e sistema nervoso(dermatite, diarrea, demenza). Come coenzimi NAD e NADP, i precursori dell'acido nicotinico sono coinvolti in molte reazioni redox catalizzate dalle deidrogenasi. L'effetto biologico dell'acido nicotinico si manifesta sotto forma di stimolazione della funzione secretoria dello stomaco e delle ghiandole digestive (in sua presenza nello stomaco aumenta la concentrazione di acido cloridrico libero). Sotto l'influenza della vitamina B5, c'è un aumento della biosintesi del glicogeno e una diminuzione dell'iperglicemia, un aumento della funzione disintossicante del fegato, la dilatazione dei vasi sanguigni e un miglioramento della microcircolazione sanguigna.

Esiste una connessione tra acido nicotinico e amminoacidi contenenti zolfo. L'aumento dell'escrezione urinaria di metilnicotinamide con carenza proteica è normalizzato dall'inclusione di aminoacidi contenenti zolfo nella dieta. Allo stesso tempo, anche il contenuto di fosfopirinucleotidi nel fegato viene normalizzato.

58. Pirimidina (C4N2H4, pirimidina, 1,3- o m-diazina, miazina) è un composto eterociclico avente una molecola piatta, il rappresentante più semplice delle 1,3-diazine.

Proprietà fisiche. pirimidina - cristalli incolori con un odore caratteristico.

Proprietà chimiche. Il peso molecolare della pirimidina è 80,09 g/mol. La pirimidina mostra le proprietà di una base diacida debole, poiché gli atomi di azoto possono attaccare i protoni a causa del legame donatore-accettore, acquisendo una carica positiva. La reattività nelle reazioni di sostituzione elettrofila della pirimidina è ridotta a causa di una diminuzione della densità elettronica nelle posizioni 2,4,6, causata dalla presenza di due atomi di azoto nel ciclo. La sostituzione diventa possibile solo in presenza di sostituenti donatori di elettroni ed è diretta alla posizione 5 meno disattivata. Tuttavia, al contrario, la pirimidina è attiva rispetto ai reagenti nucleofili che attaccano gli atomi di carbonio 2, 4 e 6 nel ciclo .

Ricevuta. La pirimidina si ottiene per riduzione di derivati ​​pirimidinici alogenati. Oppure dalla 2,4,6-tricloropirimidina ottenuta trattando l'acido barbiturico con cloro fosforo.

Derivati ​​della pirimidina ampiamente distribuiti nella fauna selvatica, dove sono coinvolti in molti importanti processi biologici. In particolare fanno parte dei nucleotidi, che sono le unità strutturali degli acidi nucleici, derivati ​​come citosina, timina, uracile, il core pirimidinico fa parte di alcune vitamine del gruppo B, in particolare B1, coenzimi e antibiotici.

59. Purina (C5N4H4, Purina)- un composto eterociclico, il più semplice rappresentante delle imidazopirimidine.

I derivati ​​delle purine svolgono un ruolo importante nella chimica dei composti naturali (basi delle purine del DNA e dell'RNA; coenzima NAD; alcaloidi, caffeina, teofillina e teobromina; tossine, saxitossina e composti correlati; acido urico) e, quindi, nei prodotti farmaceutici.

adenina- base azotata, derivato amminico delle purine (6-aminopurina). Forma due legami idrogeno con uracile e timina (complementarietà).

Proprietà fisiche. L'adenina è cristalli incolori che fondono ad una temperatura di 360-365 C. Ha un caratteristico assorbimento massimo (λmax) a 266 mc (pH 7) con un coefficiente di estinzione molare (εmax) di 13500.

Formula chimica С5H5N5, peso molecolare 135,14 g/mol. L'adenina mostra proprietà di base (pKa1=4,15; pKa2=9,8). Quando interagisce con l'acido nitrico, l'adenina perde il suo gruppo amminico, trasformandosi in ipoxantina (6-idrossipurina). In soluzioni acquose, cristallizza in un idrato cristallino con tre molecole d'acqua.

Solubilità. Dissolviamo bene in acqua, particolarmente calda, con diminuzione della temperatura dell'acqua, la solubilità dell'adenina in essa cade. Poco solubile in alcool, cloroformio, etere, nonché in acidi e alcali - insolubili.

Distribuzione e importanza in natura. L'adenina fa parte di molti composti vitali per gli organismi viventi, come: adenosina, adenosina fosfatasi, acidi adenosina fosforici, acidi nucleici, nucleotidi di adenina, ecc. Sotto forma di questi composti, l'adenina è ampiamente distribuita nella fauna selvatica.

Guanina- una base azotata, un derivato amminico della purina (6-idrossi-2-amminopurina), è parte integrante degli acidi nucleici. Nel DNA, durante la replicazione e la trascrizione, forma tre legami idrogeno con la citosina (complementarietà). Primo isolato dal guano.

Proprietà fisiche. Polvere cristallina incolore, amorfa. Punto di fusione 365 °C. Una soluzione di guanina in fluorescenza HCl. In ambienti alcalini e acidi, ha due massimi di assorbimento (λmax) nello spettro ultravioletto: a 275 e 248 mk (pH 2) e 246 e 273 mk (pH 11).

Proprietà chimiche. La formula chimica è C5H5N5O, il peso molecolare è 151,15 g/mol. Mostra le proprietà di base, pKa1= 3.3; pKa2= 9,2; pKa3=12.3. Reagisce con acidi e alcali formando sali.

Solubilità. Altamente solubile in acidi e alcali, scarsamente solubile in etere, alcool, ammoniaca e soluzioni neutre, insolubile in acqua .

reazioni di qualità. Per la determinazione della guanina si precipita con acido metafosforico e picrico; con acido diazosolfonico in soluzione di Na2CO3 si ottiene una colorazione rossa.

Distribuzione in natura e significato. Incluso negli acidi nucleici.

60. Nucleosidi sono glicosilammine contenenti una base azotata associata ad uno zucchero (ribosio o desossiribosio).

I nucleosidi possono essere fosforilati dalle chinasi cellulari nel gruppo alcolico primario dello zucchero e si formano i nucleotidi corrispondenti.

Nucleotidi- Esteri fosforici di nucleosidi, nucleosidi fosfati. I nucleotidi liberi, in particolare ATP, cAMP, ADP, svolgono un ruolo importante nei processi energetici e informativi intracellulari e sono anche costituenti degli acidi nucleici e di molti coenzimi.

I nucleotidi sono esteri di nucleosidi e acidi fosforici. I nucleosidi, a loro volta, sono N-glicosidi contenenti un frammento eterociclico legato attraverso un atomo di azoto all'atomo C-1 di un residuo zuccherino.

La struttura dei nucleotidi. In natura, i nucleotidi più comuni sono β-N-glicosidi di purine o pirimidine e pentosi - D-ribosio o D-2-ribosio. A seconda della struttura del pentoso, si distinguono ribonucleotidi e deossiribonucleotidi, che sono monomeri di molecole di polimeri biologici complessi (polinucleotidi) - rispettivamente RNA o DNA.

Il residuo fosfato nei nucleotidi forma solitamente un legame estere con i gruppi 2'-, 3'- o 5'-idrossile dei ribonucleosidi; nel caso dei 2'-deossinucleosidi, i gruppi 3'- o 5'-idrossile sono esterificati.

I composti costituiti da due molecole nucleotidiche sono chiamati dinucleotidi, tre - trinucleotidi, un piccolo numero - oligonucleotidi e molti - polinucleotidi o acidi nucleici.

I nomi dei nucleotidi sono abbreviazioni sotto forma di codici standard di tre o quattro lettere.

Se l'abbreviazione inizia con una lettera minuscola "d" (d inglese), allora si intende deossiribonucleotide; l'assenza della lettera "d" significa ribonucleotide. Se l'abbreviazione inizia con una lettera minuscola "c" (c inglese), allora stiamo parlando della forma ciclica del nucleotide (ad esempio cAMP).

La prima lettera maiuscola dell'abbreviazione indica una specifica base azotata o un gruppo di possibili basi nucleiche, la seconda lettera indica il numero di residui di acido fosforico nella struttura (M - mono-, D - di-, T - tri-), e la terza lettera maiuscola è sempre la lettera F ("-fosfato"; inglese P).

Codici latini e russi per le basi nucleiche:

A - A: Adenina; Sol - Sol: Guanina; C - C: Citosina; T - T: La timina (5-metiluracile), non presente nell'RNA, prende il posto dell'uracile nel DNA; U - U: L'uracile, non presente nel DNA, prende il posto della timina nell'RNA.