Typy väzieb v organickej chémii. Chemické väzby v organických zlúčeninách Hlavné ustanovenia teórie A. M. Butlerova
1. Elektrónová štruktúra atómu uhlíka;
2. Hybridizácia atómových orbitálov;
3. Povaha chemickej väzby;
4. Typy chemickej väzby.
Keď sa vytvorí chemická väzba, uvoľní sa energia, takže objavenie sa dvoch nových valenčných možností vedie k uvoľneniu ďalšej energie (1053,4 kJ/mol), ktorá prevyšuje energiu vynaloženú na zničenie 2s elektrónov (401 kJ/mol).
Orbitály rôznych tvarov (s, p) sa počas tvorby väzby miešajú, čím vznikajú nové ekvivalentné hybridizované orbitály (teória hybridizácie, L. Pauling, D. Slater, 1928-1931). Pojem hybridizácie sa vzťahuje len na molekuly, nie na atómy a do hybridizácie vstupujú iba orbitály, nie elektróny na nich.
Na rozdiel od nehybridizovaných s- a p-orbitálov je hybridný orbitál polárny (hustota elektrónov je posunutá) a je schopný vytvárať pevnejšie väzby.
Valenčné stavy atómu uhlíka
|
Šachta. komp. |
interagujúce orbitály |
priestor stránku |
Typ komunikácie |
Šachta. injekciou |
|
|
štvorstenný | |||
|
| ||||
|
|
lineárne |
So zmenou typu hybridizácie atómu uhlíka sa menia aj jeho vlastnosti. Pri prechode z sp 3 na sp- sa zvyšuje podiel s-orbitalu v zložení hybridizovaného oblaku, čo má za následok zmenu jeho tvaru. Hranice elektrónového oblaku sú v prípade sp 2 a sp-orbitálov v porovnaní s oblakom sp 3 bližšie k jadru. To sa prejavuje zvýšením elektronegativity atómu uhlíka v rade: sp 3< sp 2 < sp. В связи с этим, уменьшается ковалентный радиус, увеличивается полярность связи.
Typy chemickej väzby
Iónová väzba
Vyskytuje sa v prípade úplného uvoľnenia elektrónov niektorými atómami a ich získania inými. V tomto prípade sa atómy menia na ióny.
kovalentná väzba
Vzniká zdieľaním elektrónov. Väzba atómov v molekule sa uskutočňuje elektrónovým párom patriacim súčasne dvom atómom. Socializácia elektrónov je možná dvoma spôsobmi:
1) kolízia (mechanizmus výmeny);
2) koordinácia (mechanizmus donor-akceptor).
Existujú dva typy kovalentných väzieb: σ (sigma)- a π (pi)-väzby.
σ-väzba je jednoduchá kovalentná väzba vytvorená, keď sa atómové orbitály prekrývajú pozdĺž priamky (osi) spájajúcej jadrá dvoch viazaných atómov s maximálnym prekrytím na tejto priamke.
π-väzba je väzba vytvorená bočným prekrytím nehybridizovaných p z-atómové orbitály s maximálnym prekrytím na oboch stranách priamky spájajúcej jadrá atómov.
Kvantitatívne charakteristiky kovalentnej väzby
1. Energia väzby je energia uvoľnená pri vytváraní väzby alebo potrebná na jej prerušenie.
2. Dĺžka väzby je vzdialenosť medzi stredmi viazaných atómov.
3. Polarita väzby - nerovnomerné rozloženie hustoty elektrónov.
4. Polarizovateľnosť väzby - vytesnenie väzbových elektrónov vplyvom vonkajšieho elektrického poľa vrátane ďalšej reagujúcej častice.
Intermolekulové interakcie
Medzi rôznymi triedami organických látok existuje genetický vzťah, ktorý umožňuje syntetizovať požadované zlúčeniny na základe zvolenej schémy transformácií. Najjednoduchšie organické látky možno zase získať z anorganických látok. Ako príklad zvážte praktickú implementáciu reakcií podľa nasledujúcej schémy:
CH3CH2OH |
|||||||||||||||||
CHCO |
|||||||||||||||||
kyselina octová kyselina aminooctová.
1) Z uhlíka (grafitu) možno metán získať priamou syntézou:
C+2H2 |
CH4, |
|
alebo v dvoch stupňoch - cez karbid hliníka:
3C + 4Al tAl4C3
Al4C3 + 12H20 CH4 + Al(OH)3.
2) Etylén je možné získať z metánu rôznymi spôsobmi v niekoľkých fázach, napríklad sa môže uskutočniť Wurtzova syntéza, po ktorej nasleduje dehydrogenácia etánu:
2CH3Br + 2Na |
CH3 + 2NaBr |
|||||||||||||||
alebo vykonať tepelné krakovanie metánu a čiastočnú hydrogenáciu výsledného acetylénu:
2CH4 |
1500oC |
CH+ 3H2 |
||
CHCH + H2 Ni CH2 CH2 .
3) Etylalkohol sa získava hydratáciou etylénu v prítomnosti anorganickej kyseliny:
CH2CH2 + H20H+, tCH3CH2OH.
4) Acetaldehyd (ethanal) možno získať dehydrogenáciou etanolu na medenom katalyzátore alebo oxidáciou alkoholu oxidom meďnatým:
200oC |
O+H |
|||||||||
CH3CH2OH + CuO |
CH3C |
Cu + H2O |
||||||||
5) Acetaldehyd sa ľahko oxiduje na kyselinu octovú napríklad reakciou „strieborného zrkadla“ alebo interakciou s okysleným roztokom KMnO4 alebo K2Cr207 pri zahrievaní. Schematicky to môže byť znázornené nasledujúcou rovnicou (skúste napísať úplné reakčné rovnice):
CHCO |
|||||
6) Syntéza kyseliny aminooctovej sa uskutočňuje prostredníctvom medzistupňa na výrobu kyseliny chlóroctovej:
CH3COOH + Cl2P (červená) ClCH2COOH + HCl
ClCH2C |
2NH3 |
CH2C |
NH4CI |
|||||
Upozorňujeme, že halogénderiváty organických zlúčenín sa vďaka svojej vysokej reaktivite často používajú v organickej syntéze ako východiskové a medziproduktové látky.
Väčšina organických zlúčenín obsahuje len niekoľko základných prvkov: uhlík, vodík, dusík, kyslík, síru a oveľa menej často iné prvky. Celá rozmanitosť organických zlúčenín je teda určená na jednej strane ich kvalitatívnym a kvantitatívnym zložením a na druhej strane poradím a povahou väzieb medzi atómami.
1.1 Elektronegativita prvkov
Elektronegativita atómu je jeho schopnosť priťahovať prvky. Hodnoty elektronegativity nemajú význam konštánt, ale ukazujú iba relatívnu schopnosť atómov priťahovať elektróny silnejšie alebo slabšie, keď sú vytvorené s inými atómami.
Atómy nachádzajúce sa v sérii elektronegativity pred uhlíkom a s hodnotou elektronegativity menšou ako 2,5 zvyšujú hustotu elektrónov na atóme uhlíka, keď s ním vytvárajú väzbu. Naopak, atómy, ktorých hodnota elektronegativity presahuje 2,5, pri vytváraní väzby znižujú hustotu elektrónov na atóme uhlíka.
1.2 Iónová väzba
Elektrónová konfigurácia pre akýkoľvek atóm môže byť vytvorená dvoma rôznymi spôsobmi. Jedným z nich je prenos elektrónov: atómy jedného prvku darujú elektróny, ktoré sa prenášajú na atómy iného prvku. V tomto prípade ide o tzv iónová (elektrovalentná, heteropolárna) väzba:
Atóm, ktorý daruje elektróny, sa stáva kladným iónom katión); atóm, ktorý prijal elektrón na záporný ión ( anión).
Charakteristickými znakmi iónových zlúčenín sú okamžité reakcie, disociácia a solvatácia iónov vo vodných roztokoch, vysoké teploty topenia a varu, rozpustnosť v polárnych rozpúšťadlách, elektrická vodivosť roztokov a tavenín.
Heteropolárna väzba vzniká medzi atómami, ktoré sa veľmi líšia v elektronegativite.
1.3 Kovalentná väzba
Pri interakcii atómov, ktoré sú si rovné alebo blízke elektronegativitou, nedochádza k prenosu elektrónov. Vytvorenie elektrónovej konfigurácie pre takéto atómy nastáva ako výsledok zovšeobecnenia dvoch, štyroch alebo šiestich elektrónov interakciou atómov. Každý zo zovšeobecnených párov elektrónov tvorí jeden kovalentná (homeopolárna) väzba:
Najdôležitejšie fyzikálne parametre kovalentnej väzby sú tie, ktoré charakterizujú ich symetriu, rozmery, elektrické a termochemické vlastnosti.
Dĺžka odkazu- je to rovnovážna vzdialenosť medzi centrami jadier a závisí od toho, s akými ďalšími atómami sú spojené. Takže dĺžka väzby C-C sa v závislosti od prostredia pohybuje v rozmedzí 0,154 - 0,14 nm.
Valenčné uhly sú uhly medzi čiarami spájajúcimi viazané atómy. Poznanie dĺžok väzieb a väzbových uhlov je nevyhnutné na zostavenie správneho priestorového modelu, na pochopenie distribúcie hustoty elektrónov a používa sa v kvantových chemických výpočtoch.
Energia prerušenia chemickej väzby je energia vynaložená na prerušenie tejto väzby alebo uvoľnená pri jej tvorbe na mól častíc. V prípade molekúl obsahujúcich dve alebo viac identických väzieb sa rozlišuje medzi energiou rozpadu jednej z týchto väzieb alebo priemernou energiou rozpadu týchto väzieb. Čím vyššia je energia chemickej väzby, tým silnejšia je väzba. Väzba sa považuje za silnú alebo silnú, ak jej energia presiahne 500 kJ/mol, za slabú, ak je jej energia menšia ako 100 kJ/mol. Ak interakcia atómov uvoľňuje energiu menšiu ako 15 kJ / mol, potom sa predpokladá, že nevzniká chemická väzba, ale pozoruje sa medzimolekulová interakcia. Pevnosť väzby zvyčajne klesá so zvyšujúcou sa dĺžkou väzby.
Polarita chemických väzieb- charakteristika chemickej väzby, vykazujúca zmenu rozloženia hustoty elektrónov v priestore okolo jadier v porovnaní s rozložením hustoty elektrónov v neutrálnych atómoch tvoriacich túto väzbu. Poznanie polarity väzby je nevyhnutné na posúdenie distribúcie elektrónovej hustoty v molekule, a teda aj na povahu jej reaktivity.
Polarizácia komunikácie sa vyjadruje vo vytesnení väzbových elektrónov vplyvom vonkajšieho elektrického poľa vrátane inej reagujúcej častice. Polarizácia je určená pohyblivosťou elektrónov. Elektróny sú tým mobilnejšie, čím ďalej sú od jadier.
1.4 Prerušenie väzieb
Prerušenie kovalentnej väzby medzi dvoma atómami môže nastať rôznymi spôsobmi:
Kedy a každý atóm je oddelený jedným elektrónom, čo vedie k tvorbe častíc nazývaných radikály a sú vysoko reaktívne v dôsledku prítomnosti nespárovaného elektrónu; táto medzera sa nazýva homolytické štiepenie spojenia. V prípadoch b a v jeden atóm môže držať obidva elektróny, pričom druhý atóm zostáva bez elektrónov, čo vedie k záporným a kladným iónom. Ak atómy R a X nie sú identické, rozdelenie môže prebiehať jednou z týchto dráh v závislosti od toho, ktorý atóm - R alebo X - drží pár elektrónov. Takéto prestávky sa nazývajú heterolytické štiepenie a vedú k vytvoreniu iónového páru.
Typy izomérií v organických zlúčeninách
Izomérstvo je fenomén existencie izomérov.Izomér je vec, ktorá má rovnaké zloženie atómov, ale odlišnú štruktúru.
ALE)Štrukturálny izomér 1) Izoméria uhlíkového skeletu.
Rozlišovanie vo vzájomnom usporiadaní C.
2) Izoméria podľa polohy násobnej väzby
(dvojité).
3) Z polohy funkčnej skupiny Rozdiely v polohe funkčnej skupiny vzhľadom na uhlíkovú kostru.
AT) Priestorový izomér-I
Súvisí s rôznou polohou atómov alebo skupín atómov vo vzťahu k dvojitej väzbe. (cis-(kúpeľ) a trans-izoméry (kreslo), zrkadlový izomér)
Obmedzte uhľovodíky, ich chemické vlastnosti.
Alkány (parafíny) sú nasýtené (obmedzujúce) uhľovodíky s otvoreným reťazcom. Majú všeobecný vzorec СnН2n+2.V alkánoch sú atómy uhlíka navzájom spojené iba jednoduchými (jednoduchými) väzbami a zvyšné valencie uhlíka sú nasýtené atómami vodíka. Charakteristická prípona pre nasýtené uhľovodíky je an.,
CH4 - metán; C2H6 - etán; С3Н8 - propán
С4Н10 - bután (2 izoméry)
С5Н12 - pentán (3 izoméry)
С6Н14 - hexán, С7Н16 - heptán
Chemické vlastnosti:
1) Substitúcia: CH4+Cl2→CH3Cl+HCl (metylchlorid)
CH3Cl+HCl→CH2Cl2+HCl (metylénchlorid) CH2Cl2+Cl2→CHCl3+HCl (chloroform)
3) Nitrácia: charakteristická tým, že má sekundárny alebo terciárny atóm uhlíka.
Okres KONOVALOV
4) Pri teplote 100-500ºС a prístupe kyslíka sa tvoria mastné kyseliny a pri teplote 500-600ºС sa pozoruje proces krakovania
R-té spaľovanie CH4 + 2O2 → CO2 + H20 (úplné), 2CH4 + O2ŕ2CO + 4H2 (neúplné)
Katalytická oxidácia 2CH3-CH2-CH2-CH3 + 5O2 → 4CH3COOH (kyselina octová),
Reakcia odtrhnutia: (praskanie)
Izomerizácia 
Získanie alkánov.
Získavanie metánu
v priemysle:
1. Frakcionácia zemného plynu a destilácia ropy.
2. Syntéza prvkov pri vysokej teplote (elektrický oblúk),
C + 2H2 →CH4
Chemické metódy získavania: 1) Zo solí organických kyselín. Fúzia octanu sodného s alkáliou: CH3COONa + NaOH →CH4 + Na2CO3
2) Wurtzova syntéza: CH3Cl+2Na+ClCH2-CH3→2NaCl+C3H8
3) Z organických zlúčenín horčíka: CH3Br+Mg→CH3MgBr
CH3MgBr+H20—>CH4+Mg(OH)Br
4) Berthelotova syntéza: C2H5I+HI->C2H6+I2
5) Z alkénov
6) Získavanie halogénovaných alkánov. CH3CI+H2->(p,pt)->CH4+HCl
Pravidlá orientácie
1. Substituenty prítomné v benzénovom jadre smerujú novo vstupujúcu skupinu do určitých polôh, t.j. majú orientačný účinok.
2. Podľa ich riadiaceho účinku sú všetky substituenty rozdelené do dvoch skupín: orientátori prvého druhu a orientátory druhého druhu.
Orientanty 1. druhu (orto pár-orientanty) usmerňujú následnú substitúciu najmä v orto- a pár-ustanovenia.
Tie obsahujú donor elektrónov skupiny (elektronické efekty skupín sú uvedené v zátvorkách):
R( + ja); -Oh (+M,-I); -ALEBO (+M,-I); -NH2 (+M,-I); -NR 2 (+M,-I)
+M-efekt v týchto skupinách je silnejší ako -I-efekt.
Orientanty 1. druhu zvyšujú hustotu elektrónov v benzénovom kruhu, najmä na atómoch uhlíka v orto- a pár-pozícií, čo podporuje interakciu týchto atómov s elektrofilnými činidlami. 
Príklad:
Orientanty 1. druhu zvýšením hustoty elektrónov v benzénovom kruhu zvyšujú jeho aktivitu v elektrofilných substitučných reakciách v porovnaní s nesubstituovaným benzénom.
Osobitné miesto medzi orientantmi 1. druhu zaujímajú halogény, ktoré vystav odber elektrónov vlastnosti:- F (+M<–I
), -Cl (+M<–I
), -Br (+M<–I
).
Bytie orto pár-orientanty, spomaľujú elektrofilnú substitúciu. Rozum je silný – ja-účinok elektronegatívnych atómov halogénu, ktorý znižuje hustotu elektrónov v kruhu.
Orientátory 2. druhu ( meta-orientanty) priama následná substitúcia prevažne do meta-pozícia.
Tie obsahujú odber elektrónov skupiny:
-NIE 2 (-M, -I); -COOH (-M, -I); -CH=O (-M, -I); -SO 3H (– ja); -NH3+ (– ja); -CCI 3 (– ja).
Orientanty 2. druhu znižujú hustotu elektrónov v benzénovom kruhu, najmä v orto- a pár-ustanovenia. Preto elektrofil napáda atómy uhlíka nie v týchto polohách, ale v meta- poloha, kde je hustota elektrónov o niečo vyššia.
Príklad:
Všetky orientanty 2. druhu, znižujúce celkovú hustotu elektrónov v benzénovom kruhu, znižujú jeho aktivitu v elektrofilných substitučných reakciách.
Ľahkosť elektrofilnej substitúcie zlúčenín (uvedené ako príklady) teda klesá v sérii:
toluén C 6 H 5 CH 3 > benzén C 6 H 6 > nitrobenzén C 6 H 5 NO 2.
Chem. Svätý.
PRIDACIE REAKCIE
1. Hydrogenácia karbonylových zlúčenín, ako sú alkény, prebieha v prítomnosti kata-
lyzéry (Ni, Pt, Pd). Z aldehydov pri redukcii vznikajú primárne alkoholy.
ty, H-COH + H2 -> CH3OH;
2. Pridanie H2O
R-COH+H2O=R-CH(OH)2 (dvojsýtny alkohol) 3. Interakcia so senilovou kyselinou R-COH+H-CN=R-CH(OH)(CN) (oxynitril)
4. Interakcia s alkoholmi R-COH+R1-OH=R-CH(OR1)(OH)(hemacetál) R-COH+R1-OH=(t* HCl)=R-CH(OR1)(OR1) (acetál )
REAKCIE NÁHRADY CARBONYL GROUP
CH3-COH+PC15->CH3-CHCI2+POCI3
REAKCIE Z DÔVODU NÁHRADY V RADIKÁL
CH3-COH+Br2=Br-CH2-COH+HBr (brómacetaldehyd)
R.OXIDÁCIA
CH3-COH+Ag2O→CH3COOH+2Ag
KONCENTRÁCIA R.ALDOL
CH3COH+ CH3COH→CH3-CH(CH3)-CH2-COH→CH3-CH=CH-COH+H2O
Získanie aldehydov.
Aldehydy zahŕňajú organické zlúčeniny, ktoré majú vo svojom zložení karbonylovú skupinu C=O, spojenú v aldehydoch s jedným uhľovodíkovým radikálom
1 oxidácia metanolu na medenom katalyzátore pri 300O
CH3OH + O2 -> 2H-COH (formaldehyd, mravenčí aldehyd) + 2H2O;
2. Dehydrogenácia metanolu v plynnej fáze na katalyzátore (Cu, Ni).CH3OH→H-COH + H2
С2H2 + H2O CH2=CH-OH CH3-COH (octový anhedron
3 ALKALICKÁ HYDROlýza DIHALOGENERIVATÍV
CH3-CHCl2+2NaOH→CH3-C(OH)3+2NaCl→CH3COH+H2O+2NaCl
4. R.KUCHEROVA CH≡CH+H2O→CH3COH
dikarboxylové kyseliny.
Karboxylové kyseliny sú deriváty uhľovodíkov s obsahom
jedna alebo viac karboxylových skupín. Všeobecný vzorec pre karboxylové kyseliny je R-COOH. Karboxylová skupina zase pozostáva z
karbonylové (> C \u003d O) a hydroxylové (-OH) skupiny V závislosti od počtu karboxylových skupín sa karboxylové kyseliny delia na
jednosýtne (monokarboxylové), dvojsýtne (dikarboxylové) a viacsýtne kyseliny. Ide o organické zlúčeniny obsahujúce dve karboxylové skupiny. Dibázické kyseliny
HOOS-COOH šťavelová (etándium)
HOOS-CH2-COOH malónový propán
HOOS-CH2-CH2-COOH jantárová (bután)
HOOC-CH2-CH2-CH2-COOH pentándiová, glutarová
HOOC-CH2-CH2-COOH jantárová \u003d (-H2O) \u003d anhydrid kyseliny jantárovej
PRÍJEM:
1) oxidácia 2atómových alkoholov CH2(OH)-CH2(OH)→[O],-H2O→COH-COH→[O]→COOH-COOH
2) z dihalogénderivátov Cl-CH2-CH2-Cl→(2KCl)→N≡C-CH2-CH2-C≡N→(+6H2O,-2NH3)→HOOC-CH2-CH2-COOH+2H2O
CHEMICKÉ ST-VA
1) substitučné reakcie
COOH-COOH→(+NaOH,-H2O)→COONa-COOH→(+NaOH,-H2O)→COONa-COONa
2) uvoľňovanie CO2 pri zahrievaní
COOH-COOH -> CO2+HCOOH
COOH-CH2-COOH -> CO2+CH3COOH
3) uvoľnenie H2O pri zahrievaní
COOH-CH2-CH2-COOH→(t,-H2O)→ (-CH2-COOOC-CH2-)CYCLE
4) COOH-COOH ->[O] -> CO2+CO+H20
5) COOH-CH2-COOH+2C2H5O→CO(O-C2H5)-CH2-CO(O-C2H5)+H2O
6) COOH-CH2-CH2-COOH+2NH4OH→COOHNH4-CH2-CH2-COONH4→(-H2O)→CONH2-CH2-CH2-CONH2→(-NH3)→(-CH2-C(O)-NH-C (0)-CH2-)→(-CH=CH-NH-CH=CH-)
Ho sv-va
1) Zaznamenajte všetky reakcie na oxidáciu karboxylovej skupiny
Tvorba éteru
Tvorba dvoch typov esterov
Rozklad pri zahrievaní
Uvoľňovanie vody pri zahrievaní (alfa kyseliny)
Beta kyseliny
Kyselina gama
Optická izoméria.
kolamín
Pokojný
lecitín
Di- a tripeptidy.
– Ide o organické látky, ktorých molekuly sú postavené z aminokyselín spojených peptidovou väzbou. V závislosti od počtu aminokyselín obsiahnutých v molekule sa rozlišujú dipeptidy, tripeptidy atď., Ako aj polypeptidy. Peptidové molekuly sú spravidla lineárne, pričom jeden koniec reťazca končí karboxylovou skupinou ( -COOH) a druhý s aminoskupinou ( -NH2). Ale reťazec môže byť uzavretý aj v cyklickej štruktúre. K adícii dochádza v dôsledku uvoľnenia vody z karbonylovej skupiny jednej a/c a aminoskupiny druhej. Pretože sa proteíny syntetizujú vo forme polypeptidových reťazcov, hranica medzi polypeptidom a jednoduchým proteínom je ľubovoľná. Peptidy sú mnohé dôležité látky pre organizmy – niektoré hormóny, antibiotiká, toxíny.
Nukleozidy a nukleotidy.
Nukleové kyseliny sú tvorené mononukleotidmi. Nukleotid pozostáva z troch komponentov: 1 .dusíkatá zásada (purín alebo perimedín), 2 .cukor: ribóza (C 5 H 10 O 5) alebo deoxyribóza C 5 H 10 O 4., kyselina fosforečná. Purínové základy. Predok je PUREEN:
pyrimidínové bázy. PYRIMIDÍN:
Dusíkaté zásady: AMFadenozínmonofosfát (kyselina adenylová):
ATP adenozíntrifosfát:
Nukleozidy sú nukleotidy bez kyseliny fosforečnej. Adenozín:
Pripojenie fosforu k vám je možné v troch polohách hydroxoskupín ribózy: 2, 3, 5. Adenín, guanín a cytozín sú zahrnuté v DNA aj RNA. Tymín - iba v DNA, uracil - iba v RNA.
Schéma štruktúry RNA a DNA.
Štruktúra DNA: Reťazec DNA je sacharidovo-fosfátová sekvencia, ku ktorej sú pripojené dusíkaté bázy. Molekuly kyseliny fosforečnej kombinujú molekuly oxyribózy, OH 3 a 5 uhlíkových skupín. Molekula DNA má 2 navzájom paralelné reťazce nukleotidov. Tieto dva reťazce sú držané pohromade vodíkovými väzbami. Komplementárnosť zabezpečuje rovnakú vzdialenosť medzi dusíkatými bázami. Poradie dusíkatých zásad jedného reťazca presne zodpovedá poradiu zásad druhého reťazca.
Štruktúra RNA. reťazec RNA je to sekvencia ribonukleotidov spojených do jedného reťazca. (lineárna štruktúra) . Spojenie ribonukleotidov medzi sebou sa uskutočňuje éterovou väzbou medzi 3 - JE ON ribózy jedného nukleotidu a 5 - JE ON ribóza nasledujúceho nukleotidu. Dusíkaté bázy RNA sú A a G (purín) a C a U (pyrimidín). A a G sú pripojené k pentóze cez N 9. pozícia. C a U - cez atóm N v 1. polohe. Charakteristickým znakom DNA z RNA je, že nemá stabilnú špirálovitú štruktúru. Je lineárna. RNA)
Dialýza. Elektroforéza.
Dialýza je spôsob čistenia proteínových roztokov od nečistôt s nízkou molekulovou hmotnosťou. Na dialýzu je potrebný valec, v ktorom je namiesto dňa PPM, ktorého póry prepúšťajú malé molekuly, ale molekuly bielkovín neprechádzajú. Valec s proteínovým roztokom s nečistotami sa ponorí do nádoby s destilovanou vodou. Malé molekuly nečistôt voľne prechádzajú cez póry membrány a sú rovnomerne rozdelené medzi oblasťami vo vnútri a mimo valca. Pre úplné čistenie musí byť valec ponorený do tečúcej vody. Dialýza sa používa na čistenie proteínových roztokov vo farmaceutickom priemysle. Táto metóda je základom „umelej obličky“.
Elektroforéza je metóda separácie proteínov do samostatných frakcií. Činnosť prístroja eff je založená na schopnosti nabitých molekúl proteínu pohybovať sa v elektrickom poli smerom k opačne nabitej elektróde. Rôzne molekuly - rôzna rýchlosť, v závislosti od molekulovej hmotnosti, celkového náboja, tvaru. Zariadenie pre ef pozostáva z horizontálneho nosiča (hélia) a elektród, ktoré vytvárajú elektrické pole. Na nosič sa aplikuje roztok s elektrolytmi. Skúšobný roztok sa aplikuje na štartovaciu zónu a aplikuje sa napätie. Po určitom čase sa v zónach rozložia proteíny s rôznymi molekulovými hmotnosťami. Z každej zóny možno extrahovať a kvantifikovať proteíny.
Katalýza. Typy katalýzy.
Katalýza je chemický jav, ktorého podstatou je zmena rýchlosti chemických reakcií pri pôsobení určitých látok (nazývajú sa katalyzátory).
Homogénna katalýza - katalyzátor a reaktanty sú v rovnakej fáze.
Heterogénna katalýza - katalyzátor je zvyčajne pevný a reakcia prebieha na jeho povrchu.
Adsorpcia, podstata, význam.
Adsorpcia je usadzovanie častíc na povrchu adsorbentu. Aktívne uhlie v plynových maskách chráni pred účinkami jedovatých plynov.
67) Chromatografia:
Chromatografia je metóda na separáciu a analýzu zmesí látok a štúdium fyzikálno-chemických vlastností látok, založená na rozdelení zložiek medzi dve fázy: mobilnú a stacionárnu. Ako pevná látka slúži tuhá látka (sorbent) alebo film kvapaliny nanesený na pevnú látku. Mobilná fáza je kvapalina alebo plyn prúdiaci cez stacionárnu fázu. Je možné vyčistiť látku od nečistôt.
Fenomén difúzie.
Difúzia je jednostranný prechod rozpustenej látky z vyššej koncentrácie na nižšiu.
Typy chemických väzieb v organických zlúčeninách
Kovalentná väzba je intramolekulárna chemická väzba uskutočňovaná jedným alebo viacerými elektrónovými pármi, ktoré silne interagujú s jadrami oboch spojených atómov.
Sigma väzba - väzba vytvorená v dôsledku prekrývania elektrónových oblakov a umiestnená na priamke spájajúcej stredy jadier atómov.
Pi - väzba - väzba vytvorená v dôsledku prekrývania elektrónových oblakov a umiestnená mimo priamky spájajúcej stredy jadier atómov.
Úloha číslo 1
vysvetlenie:
1) Dehydrohalogenácia chlórbutánu pôsobením alkoholového roztoku zásady:
2) Oxidácia dvojitej väzby 1-buténu okysleným roztokom manganistanu draselného (prerušenie dvojitej väzby):
3) Esterifikačná reakcia - vznik esteru z alkoholu a karboxylovej kyseliny:
4) Alkalická hydrolýza izopropylpropionátu za vzniku propionátu sodného a izopropylalkoholu:
5) Fúzia soli kyseliny propiónovej s alkáliou za vzniku etánu a uhličitanu sodného:
Úloha číslo 2
Napíšte reakčné rovnice, ktoré možno použiť na vykonanie nasledujúcich transformácií:
vysvetlenie:
1) Z octanu sodného sa metán získava dekarboxylačnou reakciou, ku ktorej dochádza pri fúzii s alkáliou, napríklad hydroxidom sodným:
2) Keď metán interaguje s chlórom v molárnom pomere jedna ku jednej, tvorí sa prevažne monochlórmetán (X 1) a chlorovodík:
3) Keď sa na monochlórmetán pôsobí vodným roztokom zásady, dochádza k nukleofilnej substitúcii atómu chlóru hydroxylovou skupinou za vzniku metylalkoholu (X 2):
4) Metán (formaldehyd) možno získať z metylalkoholu tak, že pri zahrievaní pôsobí ako slabé oxidačné činidlo - oxid meďnatý:
5) Manganistan draselný, okyslený kyselinou sírovou, oxiduje metan na oxid uhličitý a vodu. Súčasne, pretože roztok je kyslý, manganistanový ión sa redukuje na dvojmocný mangán:
Úloha číslo 3
Napíšte reakčné rovnice, ktoré možno použiť na vykonanie nasledujúcich transformácií:
Pri písaní reakčných rovníc používajte štruktúrne vzorce organických látok.
vysvetlenie:
1) Keď bromovodík pôsobí na propanol-1, dochádza k reakcii substitúcie hydroxylovej skupiny v alkohole za atóm brómu za vzniku 1-brómpropánu (X 1)
2) Propén môžete získať z 1-brómpropánu reakciou dehydrobromácie s alkoholovým roztokom zásady, napríklad hydroxidom sodným:
3) V kyslom prostredí môže propén reagovať s vodou v súlade s Markovnikovovým pravidlom - vodík ide k najviac hydrogenovanému atómu a hydroxylová skupina k najmenej hydrogenovanému. Takto vzniká izopropylalkohol:
4) Izopropylalkohol (X 2), keď sa oxiduje manganistanom draselným vo vodnom roztoku, mení sa na acetón, zatiaľ čo, keďže médium roztoku je neutrálne, manganistanový ión sa redukuje z oxidačného stavu +7 na oxidačný stav +4 - vzniká oxid manganičitý:
5) Acetón možno premeniť na izopropanol (X 2) hydrogenačnou reakciou pri zahrievaní s použitím hydrogenačného katalyzátora, ako je nikel:
Úloha číslo 4
Napíšte reakčné rovnice, ktoré možno použiť na vykonanie nasledujúcich transformácií:
Pri písaní reakčných rovníc používajte štruktúrne vzorce organických látok.
1) Keď sa soľ karboxylovej kyseliny kalcinuje s prebytkom alkálie, vytvorí sa uhľovodík, v tomto konkrétnom prípade benzén (X 1):
2) Benzén vstupuje do alkylačnej reakcie s propénom v prítomnosti kyslých katalyzátorov a vzniká kumén (X 2):
3) Kumén reaguje s chlórom na svetle mechanizmom reťazových radikálov. Pri nedostatku chlóru sa atóm vodíka na terciárnom atóme uhlíka nahrádza hlavne:
4) Keď je derivát chlóru vystavený pôsobeniu alkoholového roztoku zásady, chlorovodík sa odštiepi:
5) Pri poslednej reakcii by sa na prvý pohľad mohlo zdať, že dochádza k premene uhľovodíka s dvojitou väzbou na zodpovedajúci diol, ale na vytvorenie glykolu je potrebné ochladenie (0-10 °C), resp. nevykurovanie. Pri zahrievaní dôjde k hlbokej oxidácii na benzoát draselný a uhličitan draselný.
Problém je v tom, že v tejto úlohe banky FIPI, na ktorú, mimochodom, niektorí narazili na skorej USE skúške v apríli 2016, je zrejme preklep, a to znamenalo 0 o C, a nie zahrievanie.
Úloha číslo 5
Napíšte reakčné rovnice, ktoré možno použiť na vykonanie nasledujúcich transformácií:
Pri písaní reakčných rovníc používajte štruktúrne vzorce organických látok.
1) Keď vodný roztok alkálie pôsobí na brómetán, prebieha nukleofilná substitúcia atómu brómu za hydroxidový ión a vzniká etylalkohol (X 1):
2) Etylalkohol (X 1) sa môže pri zahrievaní premeniť na kyselinu octovú oxidáciou vodným roztokom manganistanu draselného v kyslom prostredí:
3) Kyselina octová vstupuje do neutralizačnej reakcie s alkáliami, napríklad s hydroxidom sodným, a vzniká octan sodný (X 2):
4) Po odparení vodného roztoku octanu sodného (X 2) a fúzii výsledného pevného octanu sodného s pevným hydroxidom sodným nastáva dekarboxylačná reakcia za vzniku metánu (X 3) a uhličitanu sodného:
5) Pyrolýza metánu pri 1500 o C vedie k tvorbe acetylénu (X 4) a vodíka:
Úloha číslo 6
Napíšte reakčné rovnice, ktoré možno použiť na vykonanie nasledujúcich transformácií:
Pri písaní reakčných rovníc používajte štruktúrne vzorce organických látok.
1) Propylacetát, ktorý je esterom, podlieha alkalickej hydrolýze za vzniku octanu draselného (X 1) a propanolu:
2) Z octanu draselného sa dekarboxylačnou reakciou, ku ktorej dochádza pri fúzii s alkáliou, získava metán:
3) Pri teplote 1200 o C a prudkom ochladení (aby sa zabránilo rozkladu acetylénu na jednoduché látky) sa metán rozkladá na acetylén (X 2) a vodík:
4) Dimerizácia acetylénu nastáva v prítomnosti katalyzátorov - roztoku kyseliny chlorovodíkovej medi (I) a chloridov amónnych - za vzniku vinylacetylénu:
5) Pri prechode vinylacetylénu cez brómovú vodu sa brómová voda odfarbí v dôsledku pridávania brómu na viacnásobné väzby za vzniku nasýteného brómderivátu butánu - 1,1,2,2,3,4-hexabrómbutánu (X 3 ):
Úloha číslo 7
Napíšte reakčné rovnice, ktoré možno použiť na vykonanie nasledujúcich transformácií:
Pri písaní reakčných rovníc používajte štruktúrne vzorce organických látok.
1) V priemysle sa formaldehyd vyrába oxidáciou metánu na katalyzátore fosforečnanu hlinitého pri teplote 450 o C a tlaku 1-2 MPa:
2) Pri hydrogenácii na katalyzátoroch (Pt, Pd, Ni) sa karbonylová skupina formaldehydu redukuje na hydroxyl, t.j. aldehyd sa mení na alkohol - metanol (X 1):
3) Kovový sodík reaguje s metanolom za vzniku metoxidu sodného (X 2) a uvoľňuje vodík:
4) Reakciou s kyselinou chlorovodíkovou sa metoxid sodný premení späť na metanol (X 1):
5) Manganistan draselný v kyslom prostredí pri zahrievaní oxiduje metylalkohol na oxid uhličitý (X 3) (Mn +7 → Mn +2; C -2 → C +4):
Úloha číslo 8
Napíšte reakčné rovnice, ktoré možno použiť na vykonanie nasledujúcich transformácií:
1) V prítomnosti oxidu hlinitého pri teplote 400 o C sa alkohol dehydratuje za vzniku etylénu (X 1) a vody:
2) Manganistan draselný v neutrálnom prostredí oxiduje etylén na etylénglykol (X 2) (Mn +7 → Mn +4; 2C -2 → 2C -1):
3) Pôsobením nadbytku bromovodíka na etylénglykol sa hydroxylové skupiny nahradia brómovými aniónmi, čo vedie k tvorbe 1,2-dibrómetánu (X 3):
4) Etín (alebo acetylén) možno získať pôsobením alkoholového roztoku zásady na 1,2-dibrómetán:
5) Podľa reakcie M.G. Kucherov, v prítomnosti solí ortuti v kyslom prostredí (vo vodnom alebo alkoholovom roztoku) sa acetylén premieňa na etanal:
Úloha číslo 9
Napíšte reakčné rovnice, ktoré možno použiť na vykonanie nasledujúcich transformácií:
1) Acetón (propanón) získate reakciou M.G. Kucherov, pôsobiaci na propín (X 1) s vodou za prítomnosti ortuťových solí v kyslom prostredí (vo vodnom alebo alkoholovom roztoku):
2) Pri hydrogenácii na katalyzátoroch (Pt, Pd, Ni) sa karbonylová skupina ketónu redukuje na hydroxyl, t.j. ketón sa mení na sekundárny alkohol - izopropanol (X 2):
3) Pôsobením bromovodíka na izopropanol dochádza k nukleofilnej substitúcii hydroxylovej skupiny za brómový anión, čo vedie k tvorbe 2-brómpropánu:
4) Pôsobením alkoholového roztoku zásady sa 2-brómpropán zmení na nenasýtený uhľovodík - propylén (X 3):
5) Dehydrogenáciou propylénu na katalyzátore (Pt, Pd, Ni) možno získať propín (X 1):
Úloha číslo 10
Napíšte reakčné rovnice, ktoré možno použiť na vykonanie nasledujúcich transformácií:
1) Brómmetán možno získať pôsobením brómu na metán (X 1) na svetle. Substitučná reakcia prebieha podľa mechanizmu voľných radikálov:
2) Pri reakcii brómmetánu s amoniakom vzniká najskôr amínová soľ, ktorá sa pri nadbytku amoniaku mení na voľný amín. V prípade metylamínu vznikajú metylamín (X 2) a bromid amónny:
3) Kyselina dusitá je nestabilná, preto sa získava počas reakcie pôsobením na okyslený roztok amínu s dusitanom sodným. V prípade primárneho amínu, metylamínu, sa uvoľňuje dusík a v roztoku sa tvorí metanol (X 3):
4) Pôsobením na metylalkohol s oxidom meďnatým pri zahrievaní získame formaldehyd, pričom Cu + 2 sa zredukuje na Cu 0:
5) Pri oxidácii formaldehydu manganistanom draselným v kyslom prostredí sa uvoľňuje oxid uhličitý (X 4) (Mn +7 → Mn +2; C 0 → C +4):
Úloha číslo 11
Napíšte reakčné rovnice, ktoré možno použiť na vykonanie nasledujúcich transformácií:
1) Alkány s hlavným reťazcom 6 a viac atómov uhlíka sú schopné vstúpiť do dehydrocyklizačnej reakcie, pričom vzniknutý šesťčlenný kruh sa ďalej dehydrogenuje a premieňa na energeticky stabilnejší benzénový kruh aromatického uhľovodíka. V tomto prípade sa výsledný cyklohexán dehydrogenuje na benzén (X 1):
2) Alkylácia aromatických uhľovodíkov na alkylhalogenidy a v prítomnosti bezvodého AlCl3 je klasickým príkladom Friedel-Craftsovej reakcie. Reakcia je elektrofilná substitúcia na benzénovom kruhu. Alkylácia benzénu metylchloridom vedie k tvorbe toluénu (X 2):
3) Keď je toluén vystavený nadbytku chlóru na svetle, všetky atómy vodíka v metylovom radikále toluénu sú nahradené chlórom. Substitučná reakcia prebieha podľa mechanizmu voľných radikálov:
4) Pri alkalickej hydrolýze trihalogenidov s atómami chlóru na jednom atóme uhlíka vznikajú vo vysokých výťažkoch soli karboxylových kyselín (v tomto prípade benzoan draselný (X 3)):
5) Z benzoanu draselného sa dekarboxylačnou reakciou, ku ktorej dochádza pri kondenzácii s alkáliou, získa benzén (X 1):
Úloha číslo 12
Napíšte reakčné rovnice, ktoré možno použiť na vykonanie nasledujúcich transformácií:
1) 1,2-dichlóretán je geminálny dichlórderivát etánu. V podmienkach vodného roztoku alkálie sa 1,2-dichlóretán premieňa na karbonylovú zlúčeninu - acetaldehyd:
2) Pri redukcii karbonylových zlúčenín vodíkom vznikajú alkoholy. Takže prechodom zmesi acetaldehydových a vodíkových pár cez niklový katalyzátor môžete získať etanol (X 1):
3) K substitúcii hydroxylovej skupiny alkoholu za aminoskupinu dochádza v drsných podmienkach. Prechodom etanolových pár a amoniaku cez zahriaty oxid hlinitý sa získa etylamín:
4) Keď oxid uhličitý prechádza vodným roztokom etylamínu, vytvorí sa hydrogénuhličitan etylamónny (X 2):
5) Pri zahrievaní sa hydrogénuhličitan etylamónny rozkladá na oxid uhličitý, etylamín (X 3) a vodu:
Úloha číslo 13
Napíšte reakčné rovnice, ktoré možno použiť na vykonanie nasledujúcich transformácií:
1) Acetylén (etyn) vstupuje do hydratačnej reakcie v prítomnosti solí ortuti vo vodnom roztoku za vzniku acetaldehydu (Kucherovova reakcia) (X 1):
2) Acetaldehyd, keď je vystavený okyslenému vodnému roztoku manganistanu draselného, sa mení na kyselinu octovú:
3) Kyselina octová vstupuje do neutralizačnej reakcie s hydroxidom sodným a vzniká octan sodný (X 2) a voda:
4) Octan sodný reaguje s halogénalkánmi za vzniku esterov, v tomto prípade vzniká metylester kyseliny octovej (metylacetát) (X 3):
5) Estery v prítomnosti kyselín môžu vstúpiť do hydrolyzačnej reakcie. Hydrolýzou metylacetátu v kyslom prostredí vzniká kyselina octová a metanol:
Úloha číslo 14
Napíšte reakčné rovnice, ktoré možno použiť na vykonanie nasledujúcich transformácií:
1) Pôsobením alkoholového roztoku zásady na ktorýkoľvek z izomérov dibrómetánu vzniká acetylén (X 1):
2) Pôsobením na acetylén (X 1) s vodou v prítomnosti solí ortuti v kyslom prostredí (vo vodnom alebo alkoholovom roztoku) sa získa acetaldehyd (X 2) (reakcia M.G. Kucherova):
3) Keď sa acetaldehyd oxiduje manganistanom draselným v kyslom prostredí, vzniká kyselina octová (Mn +7 → Mn +2; C +1 → C +3):
4) Kyselina chlóroctová sa dá získať pôsobením chlóru na kyselinu octovú na svetle. Substitučná reakcia prebieha podľa mechanizmu voľných radikálov, v dôsledku čoho je atóm vodíka na alkylovom radikále nahradený chlórom (X 3):
5) Keď sa kyselina chlóroctová spracuje s amoniakom, vytvorí sa aminokyselina - glycín:
Úloha číslo 15
Napíšte reakčné rovnice, ktoré možno použiť na vykonanie nasledujúcich transformácií:
1) Pri teplotách nad 140 0 C v prítomnosti koncentrovanej kyseliny sírovej dochádza k intramolekulárnej dehydratácii alkoholov za vzniku alkénu a vody. V tomto prípade pri 180 0 C a pôsobení konc. H2SO4propanol-1 sa mení na propylén (X 1):
2) Keď propylén prechádza brómovou vodou, pozoruje sa zmena farby brómovej vody v dôsledku pridania brómu k dvojitej väzbe za vzniku 1,2-dibrómpropánu (X 2):
3) Pôsobením alkoholového roztoku zásady na 1,2-dibrómpropán vzniká propín:
4) Pôsobením na propín s vodou v prítomnosti ortuťových solí v kyslom prostredí (vo vodnom alebo alkoholovom roztoku) sa získa acetón (X 3) (reakcia M.G. Kucherova):
5) Prechodom zmesi acetónu a pár vodíka cez paládiový katalyzátor sa získa propanol-2 (alebo izopropanol) (X 4):
Úloha číslo 16
Napíšte reakčné rovnice, ktoré možno použiť na vykonanie nasledujúcich transformácií:
1) Cyklopropán pridáva bromovodík s otvorením kruhu, čo vedie k tvorbe 1-brómpropánu:
2) V laboratórnych podmienkach sa alkány získavajú Wurtzovou reakciou z halogénalkánov. Čiastočný kladný náboj na atóme uhlíka na halogéne v halogénových derivátoch umožňuje týmto zlúčeninám reagovať s aktívnymi kovmi. Monohaloalkány už pri izbovej teplote interagujú so sodíkom a menia sa na alkány so zdvojeným uhlíkovým skeletom. Z dvoch molekúl 1-brómpropánu sa teda získa n-hexán (X 1):
3) Alkány so šiestimi alebo viacerými atómami uhlíka v molekule môžu vstúpiť do zložitejších dehydrogenačných reakcií, pri ktorých je eliminácia vodíka sprevádzaná uzavretím reťazca do cyklu: dehydrogenačné - cyklizačné reakcie. V tomto prípade sa hexán mení na benzén (X 2):
4) Toluén sa získava alkyláciou benzénu metylhalogenidom v prítomnosti katalyzátora AlCl 3 (elektrofilná substitúcia, mechanizmus SE):
5) Metylová skupina toluénu sa oxiduje manganistanom draselným v kyslom prostredí na karboxylovú skupinu, preto sa toluén premení na kyselinu benzoovú (X 3) (Mn + 7 → Mn + 2; C -3 → C + 3) :
Úloha číslo 17
Napíšte reakčné rovnice, ktoré možno použiť na vykonanie nasledujúcich transformácií:
1) V laboratórnych podmienkach je možné propán získať Wurtzovou reakciou z halogénalkánov - chlóretánu a chlórmetánu, avšak táto reakcia je spojená so vznikom dvoch vedľajších produktov - butánu a etánu. Monohaloalkány pri izbovej teplote sú schopné interagovať so sodíkom:
2) Dehydrogenáciou propánu na katalyzátore (Pt, Pd, Ni) môže vzniknúť propylén (X 1):
3) Keď sa alkén oxiduje manganistanom v neutrálnom prostredí za studena, vytvorí sa dvojsýtny alkohol, alkálie a oxid mangánu (IV). V tomto prípade propándiol-1,2 (X 2) vzniká z propylénu (Mn +7 -> Mn +4; C-2 -> C -1, C -1 -> C 0):
4) Viacsýtne alkoholy sú schopné vstupovať do nukleofilných substitučných reakcií s halogenovodíkmi. Pôsobením prebytku bromovodíka na propándiol-1,2,1,2-dibrómpropán (X 3) sa získa:
5) Pôsobením alkoholového roztoku zásady na dihalogénalkán - 1,2-dibrómpropán - vzniká propín (X 4).