II. Квантово-механическое представление в органической химии
Вид материала | Реферат |
- Етодические особенности изучения органической химии место органической химии в школьном, 462.44kb.
- Программа элективного курса «Теоретические основы органической химии», 128.29kb.
- Элективный курс по химии для 10 класса естественнонаучного профиля «Механизмы реакций, 49.19kb.
- Тематическое планирование по органической химии для 10 класс, 550.27kb.
- Примерный перечень экзаменационных вопросов по органической химии, специальность 260303, 53.85kb.
- Элективный курс по химии для 10 класса профильного уровня. Тема: «Избранные вопросы, 93.44kb.
- Новые органические лиганды n 2 s 2 -типа и их комплексные соединения с ni(II), Co(II),, 232.86kb.
- Утверждаю, 425.07kb.
- Утверждаю, 318.85kb.
- Методы органической химии, 158.45kb.
Пиримидин (1,3(м)-диазин или миазин)
Н
|



: N CH Производные пиримидина : тимин, урацил, цитозин. Они участвуют в передаче
|| | наследственных признаков.
H



N
••
Пурин
Н
| Пурин входит в состав нуклеиновых кислот.






: N C соединений. Кофеин, например, возбуждает центральную нервную
| || CH систему.
H





N N
•• |
H
Аденин (6-аминопурин)
NН2 Аденин является аминопроизводной пурина. Он выглядит как
| бесцветные кристаллы.











: N C
| || СН
HC C
N N
•• |
H
Гуанин (2-амино-6-оксо-пурин или 2-аминогипоксантин)
Входит в состав нуклеиновых кислот.
Пиррол
••


HC CH Пиррол содержится в хлорофилле, в гене гемоглобина и в костном
|| || масле (это масло получают путем перегонки костей).
H

Алкалоиды
Алкалоиды – это вещества растительного происхождения, в редких случаях встречаются в грибах и животных. Они содержат минимум один атом азота, в следствие чего алкалоиды обладают основными свойствами.
Многие алкалоиды ядовиты, нередко они имеют горький вкус.
Пример.

Другие примеры алкалоидов: морфин, кокаин, стрихнин, валерин (вместе с хатинином содержится в валериане).
XII. Белки
Аминокислоты и белки
Белки – важнейший класс природных полимеров.
Существуют три основных класса биополимеров: полисахариды, нуклеиновые кислоты и белки.
Белки по химической природе являются полиамидами, построенные из аминокислот. В образовании белка участвует около двадцати аминокислот. Это так называемые основные, или белокобразующие (протеиногенные), аминокислоты.
В зависимости от вида радикала основные аминокислоты делят на три группы:
1) Неполярные (аланин, метионин, валин, про-лин, лейцин, изолейцин, триптофан, фенилаланин);
2) Полярные незаряженные (аспарагин, глутамин, серии, глицин, тирозин, треонин, цистеин);
3) Полярные заряженные (аргинин, гистидин, лизин — положительно; аспарагиновая и глутаминовая кислоты — отрицательно).
Общая формула аминокислот:



R

| OH
NH2
Некоторые аминокислоты, входящие в состав белков:
- Глицин (гликокол или аминоуксусная кислота);
H2C– COOH
|
NH2
- Аланин (α-аминопропионовая кислота);
H3C – CH – COOH
|
NH2
- Валин* (α-аминоизовалериановая кислота);
H3C – CH – CH – COOH
| |
CH3 NH2
- Серин (α-амино-β-оксипропионовая кислота или α-амино-β-гидроксипропионовая кислота);
H2C – CH – COOH
| |
OH NH2
- Цистеин (α-амино-β-тиопропионовая кислота или α-амино-β-сульфгидрилпропионовая кислота);
H2C – CH – COOH
| |
SH NH2
- Двухосновные аминокислоты;
- 6.1. Аспарагиновая кислота (α-аминоянтарная кислота);
HOOC – CH2 – CH – COOH
|
NH2
- 6.2. Глутаминовая кислота (α-аминоглутаровая кислота).
HOOC – CH2 – CH2 – CH – COOH
|
NH2
- Одноосновные диаминокислоты;
Лизин (2,6-диаминогексановая кислота или α,ε-диаминокапроновая кислота)
NH2 – (CH2)4 – CH – COOH
|
NH2
- Двухосновные диаминокислоты.
Цистин* (β,β’-дитио-α-аминопропионовая кислота или ди-β-тио- α-аминопропионовая кислота, или 3,3’-дитио-бис-2-аминопропионовая кислота, или дицистеин). Цистин является дисульфидом цистиена.
HOOC – CH – CH2 – S – S – CH2 – CH – COOH
| |
NH2 NH2
Все природные кислоты (кроме глицина) имеют ассиметричный атом углерода и обладают оптической активностью. Оптически активные вещества существуют в виде двух изомерных форм (энантиомеры): L- (левовращающаяся) и D- (правовращающаяся). Молекулы относятся друг к другу как объект и его зеркальное изображение. Все природные белки построены только из L-аминокислот.
Получение глицина
1. Из уксусной кислоты;

p
NH3
H

| |
Cl NH2
2. Из формальдегида.


NH3

HOH

H



Н гидроксиацетонитрил |
NH2
Во всех аминокислотах есть группы [NH2] и [COOH], которые вступают в характерные для них реакции.
R


| |
NH3 NH2


HNO2
N2 (г)

O
R – CH – C
| OH
HN – COR’



R’COHall
на [NH2]

O
R – CH – C
| OH
NH3+



HCl
R – CH – COOH
|
NH2
O
R – CH – C
| O¯
NH2




NaOH


NH3

O
R – CH – C
| OR’
NH2



R’OH
на [COOH]


R – CH2 – CO2¯
O
R – CH – C
| Cl
NH2



SOCl
В кислых растворах аминокислоты присоединяют протоны (протонируют).
Аминогруппа → до NH3+
В щелочах → до CO2¯
В промежуточных значениях pH аминокислоты образуют биполярные ионы (цвиттер-ионы).
R – CH – CO2¯
|
NH3+
П
T
роцесс конденсации с другими аминокислотами в живых организмах происходит с катализирующими ферментами.


д
+ Н2О


Пептиды и белки
Аминокислоты в белках соединены в длинные цепи (полипептидные связи), состоящие из полипептидов.
Рассмотрим на примере глицерина.



H

O¯ || || ||
O O (амид) O
Образуется пептидная связь (CO – NH).
Полипептиды, содержащие больше ста аминокислот называются белками.
Классификация белков:
- Фибриллярные;
Фибриллярные белки — белки, образованные полипептидными цепями, расположенными параллельно друг другу вдоль одной оси и образующие длинные волокна (фибриллы) или слои.
Молекулы таких белков имеют линейное строение. Они не растворимы в воде, устойчивы к действию кислот и щелочей.
К ним относят: кератин (волосы, ногти), коллаген (мускулы, сухожилия), эластин (кровеносные сосуды).
- Глобулярные.
Глобулярные белки — белки, в молекулах которых полипептидные цепи плотно свёрнуты в компактные шарообразные структуры — глобулы (третичные структуры белка).
Такие белки имеют трехмерную сложную структуру. Действие на них кислот и щелочей приводит к денатурации белка.
К ним относят: альбумин (содержится в белке яйца); казеин (основная масса творога).
XIII. Углеводы (сахара)

Cm(H2O)n
Углеводы – это органические вещества природного происхождения с общей формулой Cm(H2O)n. В углеводах атомы углерода преимущественно связаны с атомами водорода или [OH] группой. Это полифункциональные соединения.
К ним относят: сахарозу, крахмал, целлюлозу, некоторые антибиотики и глюкозу, (простейший представитель углеводов).
Глюкоза («виноградный сахар»)
C6H12O6
Глюкоза – шестиатомный сахар – гексоза, моносахарид*. Также является конечным продуктом гидролиза большинства ди- и полисахаридов. Существует (+) и D-глюкоза (декстроза).



C
| H
H – C – OH
|
HO – C – H
|
H – C – OH
|
H – C – OH
|
H2 – C – OH
Глюкоза может существовать в виде соединений циклического характера.
- α-D-глюкоза;
«Кольцо» «Кресло»


- β- D-глюкоза.
«Кольцо» «Кресло»


Образованные глюкозой кольца не плоские, так как угол между связями 110° и имеют конфигурацию «кресло».
Находящийся в состоянии равновесия водный раствор глюкозы при комнатной температуре содержит:
64% – β-колец;
36% – α-колец;
~ 0,02% – с открытой цепью.
Глюкоза содержится в растворителях, фруктах и крови животных. Сахара, благодаря наличию в их составе альдегидных или кето-групп, обладают восстановительными свойствами:
Пример.
C6H12O6 + Cu2+ → C6H12O7 + Cu2O↓ (кирпично-красный)
Cu2+ – в комплексном соединении;
C6H12O7 – глюкозная кислота.
Фруктоза (плодовый сахар)
C5H10O5
Фруктоза — моносахарид, который в свободном виде присутствует почти во всех сладких ягодах и плодах.
CН2ОН (–) L
|
C = O
|
HO – C – H
|
H – C – OH
|
Н – C – ОH
|
H2 – C – OH
Пентозы
C5H10O5
Пентозы широко распространены в природе, встречаются в свободном виде, входят в состав гликозидов, полисахаридов. Являются структурными компонентами нуклеиновых кислот (с открытой цепью).
В РНК (α-D-рибоза):
Открытая цепь: Цикл:




| H
H – C – OH
|
H – C – OH
|
H – C – OH
|
H2 – C – OH
D-рибоза α-D-рибоза
В ДНК:
Открытая цепь: Цикл:




| H
H – C – H
|
H – C – OH
|
H – C – OH
|
H2 – C – OH
2-дезокси-D-рибоза α-2-дезокси-D-рибоза
Дисахариды

C12H22O11
Дисахариды – это сахара, которые образуются при реакции конденсации между двумя моносахаридами с выделением воды, обычно гексозами. В результате реакции возникает связь между моносахаридами, называемая гликозидной связью. Обычно эта связь образуется между 1-м и 4-м углеродными атомами соседних моносахаридных единиц (1,4-гликозидная связь).
К ним относят*:
1) Сахароза (пищевой сахара);
САХАРОЗА = D-ГЛЮКОЗА + D-ФРУКТОЗА

Сахарозу выделяют из сахарного тростника и сахарной свеклы.
2) Мальтоза (солодовый сахар);
МАЛЬТОЗА = D-ГЛЮКОЗА + D-ГЛЮКОЗА

Мальтоза образуется при ферментативном гидролизе крахмала (полиглюкоза).
3) Лактоза (молочный сахар).
ЛАКТОЗА = D-ГАЛАКТОЗА + D-ГЛЮКОЗА

Лактоза – это сахар, который содержится в молоке.
Дисахариды хорошо растворяются в воде, так как [OH] образует водородную связь с молекулами воды и между собой. При кристаллизации образуются твердые кристаллы.
Фруктоза слаще сахарозы. А глюкоза менее сладкая, чем сахароза.
Полисахариды
Полисахариды – углеводы, имеющие молекулы больших размеров.
К ним относят:
1) Крахмал;
Крахмал – полисахарид, состоящий из глюкозных цепей, тысячами связанными между собой разными способами. В нем все остатки ориентированы пространственно одинаково и удерживаются кислородными мостиками между атомами углерода, находясь в положении 1-4 как для мальтозы.
Крахмал содержится в семенах и клубнях картофеля, зерне, рисе.
При частичном гидролизе крахмала образуются полисахариды, которые называются дикстринами. Их применяют как связующий компонент в лекарственных таблетках. Крахмал также входит в состав клея на почтовых марках.
Реакция образования крахмала (качественная с йодом)
Крахмал образуется в результате фотосинтеза в зеленых растениях, при участии хлорофилла, который содержит атом магния.
hν
6

nC6H12O6 (в) → (C6H10O5)n (тв) + nH2O
∆H = +2816кДж/Моль (эндотермическая реакция)
Для превращения 1 Моля СО2 в С6Н12О6 необходимо несколько молей фотонов.
Фотосинтез – очень сложный процесс, механизм которого до сих пор полностью не установлен.
2) Гликоген [(C6H10O5)n];
Гликоген содержится в крови и во внутренних органах человека и животного (преимущественно в печени.). Он является источником легкоусвояемого питания для тканей организма. При снижении содержания глюкозы в крови, гликоген быстро гидролизуется с образованием глюкозы.
- Целлюлоза [(C6H7O2(OH)3)n].
Целлюлоза – основной структурный компонент клеточных стенок. Особо ее много в древесине. Человеческий организм вырабатывает фермент, позволяющие при пищеварении усваивать крахмал, а не целлюлозу. Гидролизовать целлюлозу могут только коровы, другие животные таких ферментов не вырабатывают.
Сахара и крахмал – высшие пищевые продукты, за счет которых человек получает бо′льшую часть необходимой ему энергии.
Растения для синтеза сахаров, крахмала и целлюлозы получают энергию в виде солнечного света. В результате фотосинтеза образуется около 1012г крахмала и целлюлозы, при этом в атмосферу выделяется около 1,1∙1012кг кислорода, который восполняет кислород, используемый в процессах дыхания и горения.