Основные свойства органических веществ

                                                                           молочная кислота

в) масляно-кислое брожение C6H12O6 → C3H7COOH + 2CO2 + 2H2O

                                                                               масляная кислота 

В живом организме глюкоза окисляется с выделением большого

количества энергии: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 2920 кДж 66

Дисахариды – это углеводы, молекулы которых состоят из двух ос-

татков моносахаридов, соединенных друг с другом за счёт взаимодей-

ствия гидроксильных групп (двух полуацетальных или одной полуаце-

тальной и одной спиртовой). Связи, соединяющие моносахаридные

остатки, называются гликозидными. Для дисахаридов характерна ре-

акция гидролиза (в кислой среде или под действием ферментов), в ре-

зультате которой образуются моносахариды. При гидролизе различные

дисахариды расщепляются на составляющие их моносахариды за счёт

разрыва связей между ними (гликозидных связей):

Таким образом, реакция гидролиза дисахаридов является обратной

процессу их образования из моносахаридов. 

Крахмал – основная часть важнейших продуктов питания: муки

(75–80%), картофеля (25%), саго и др. Энергетическая ценность около

16,8 кДж/г. Он является ценным питательным продуктом. Чтобы об-

легчить его усвоение, содержащие крахмал продукты подвергают дей-

ствию высокой температуры, то есть картофель варят, хлеб пекут. В

этих условиях происходит частичный гидролиз крахмала и образуются

декстрины, растворимые в воде. Декстрины в пищеварительном тракте

подвергаются дальнейшему гидролизу до глюкозы, которая усваивает-

ся организмом. Избыток глюкозы превращается в гликоген (животный

крахмал). Состав гликогена такой же, как у крахмала, - (C6H10O5)n, но

его молекулы более разветвленные. Особенно много гликогена содер-

жится в печени (до 10%). В организме гликоген является резервным

веществом, которое превращается в глюкозу по мере ее расходования

в клетках.

В промышленности крахмал путем гидролиза превращают в патоку

и глюкозу. Для этого его нагревают с разбавленной серной кислотой,

избыток которой затем нейтрализуют мелом.

Образовавшийся осадок сульфата кальция отфильтровывают, рас-

твор упаривают и выделяют глюкозу. Если гидролиз крахмала не до-

водить до конца, то образуется смесь декстринов с глюкозой - патока, 67

которую применяют в кондитерской промышленности. Получаемые с

помощью крахмала декстрины используются в качестве клея, для за-

густения красок при нанесении рисунков на ткань.

Крахмал применяют для накрахмаливания белья. Под горячим утю-

гом происходит частичный гидролиз крахмала и превращение его в

декстрины. Последние образуют на ткани плотную пленку, которая

придает блеск ткани и предохраняет ее от загрязнения.

Крахмал и его производные также применяются при производстве

бумаги, текстильных изделий, в литейном и других производствах, а

также в фармацевтической промышленности. 

Амины. В большинстве случаев названия аминов образуют из на-

званий углеводородных радикалов и суффикса амин. 

CH3-NH2     Метиламин

CH3-CH2-NH2     Этиламин

Различные радикалы перечисляются в алфавитном порядке. 

CH3-CH2-NH-CH3      метилэтиламин                      

Первичные амины часто называют как производные углеводородов,

в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены

на аминогруппы -NH2. В этом случае аминогруппа указывается в на-

звании суффиксами амин (одна группа -NH2), диамин (две группы -

NH2) и т.д. с добавлением цифр, отражающих положение этих групп в

главной углеродной цепи. Например: CH3-CH2-CH2-NH2 пропанамин-

1; H2N-CH2-CH2-CH(NH2)-CH3  бутандиамин-1,3. 

В аминах атом азота находится в низшей степени окисления, по-

этому многие способы их получения основаны на процессах восста-

новления азотсодержащих соединений других классов (нитропроиз-

водных углеводородов, амидов, нитрилов). Наиболее общим методом

получения первичных аминов является восстановление нитросоедине-

ний:

Важнейший ароматический амин – анилин – образуется при вос-

становлении нитробензола (восстановители – водород в присутствии

металлических катализаторов, Fe + HCl, сульфиды):

68

Эта реакция носит имя русского химика Н.Н. Зинина, осуществив-

шего ее впервые в 1842 

При нагревании галогеналканов с аммиаком образуется смесь пер-

вичных, вторичных и третичных аминов. 

Для аминов характерны ярко выраженные основные свойства (за

что их часто называют органическими основаниями). Взаимодействуя

с кислотами, амины образуют соли:

Соли аминов – твердые вещества, хорошо растворимые в воде. Ще-

лочи (более сильные основания) легко вытесняют из них амины:

Основность ароматических аминов зависит также от характера за-

местителей в бензольном кольце. Электроноакцепторные заместители

(-F, -Cl, -NO2 и т.п.) уменьшают основные свойства ариламина по

сравнению с анилином, а электронодонорные (алкил, -OCH3, -N(CH3)2

и др.), напротив, увеличивают. Основность простейших аминов (в рас-

творе) возрастает в ряду: C6H5NH2 < NH3 < (CH3)3N < CH3NH2 <

(CH3)2NH

Алифатические амины окисляются под действием сильных окисли-

телей. В отличие от аммиака, низшие газообразные амины способны

воспламеняться от открытого пламени. Реакция горения (полного

окисления) аминов на примере метиламина: 

4СH3NH2 + 9O2 → 4CO2 + 10H2O + 2N2

Анилин (фениламин) С6H5NH2 – важнейший из ароматических

аминов (рис.6): 69

Строение анилина

Он находит широкое применение в качестве полупродукта в произ-

водстве красителей, взрывчатых веществ и лекарственных средств

(сульфаниламидные препараты). Анилин представляет собой бесцвет-

ную маслянистую жидкость с характерным запахом. На воздухе быст-

ро окисляется и приобретает красно-бурую окраску. Ядовит. 

Для анилина характерны реакции, как по аминогруппе, так и по

бензольному кольцу. Особенности этих реакций обусловлены взаим-

ным влиянием атомов. С одной стороны, бензольное кольцо ослабляет

основные свойства аминогруппы по сравнению алифатическими ами-

нами и даже с аммиаком. С другой стороны, под влиянием аминогруп-

пы бензольное кольцо становится более активным в реакциях замеще-

ния, чем бензол.

Например, анилин энергично реагирует с бромной водой с образо-

ванием 2,4,6-триброманилина (белый осадок). Эта реакция может ис-

пользоваться для качественного и количественного определения ани-

лина:

Аминокислоты — органические бифункциональные соединения, в

состав которых входят карбоксильные группы –СООН и аминогруппы

-NH2. Это замещенные карбоновые кислоты, в молекулах которых

один или несколько атомов водорода углеводородного радикала заме-

нены аминогруппами. Простейший представитель — аминоуксусная

кислота H2N-CH2-COOH (глицин) )

Строение аминоуксусной кислоты

Аминокислоты классифицируют по двум структурным признакам. 

В зависимости от взаимного расположения амино- и карбоксильной

групп аминокислоты подразделяют на α-, β-, γ-, δ-, ε- и т. д.

Часто используется также другой способ построения названий ами-

нокислот, согласно которому к тривиальному названию карбоновой

кислоты добавляется приставка амино- с указанием положения амино-

группы буквой греческого алфавита. Пример:

Для α-аминокислот R-CH(NH2)COOH, которые играют исключи-

тельно важную роль в процессах жизнедеятельности животных и рас-

тений, применяются тривиальные названия. Если в молекуле амино-

кислоты содержится две аминогруппы, то в ее названии используется

приставка диамино-, три группы NH2 – триамино- и т.д.

Получение аминокислот

1. Замещение галогена на аминогруппу в соответствующих гало-

гензамещенных кислотах:

2. Присоединение аммиака к α,β-непредельным кислотам с образо-

ванием β-аминокислот: CH2=CH–COOH + NH3 → H2N–CH2–CH2–

COOH

3. Восстановление нитрозамещенных карбоновых кислот (приме-

няется обычно для получения ароматических аминокислот):

O2N–C6H4–COOH + 3H2   →   H2N–C6H4–COOH + 2H2O

Аминокислоты – твердые кристаллические вещества с высокой

температурой плавления. Хорошо растворимы в воде, водные раство-71

ры электропроводны. Эти свойства объясняются тем, что молекулы

аминокислот существуют в виде внутренних солей, которые образуют-

ся за счет переноса протона от карбоксила к аминогруппе:

Химические свойства. Аминокислоты проявляют свойства основа-

ний за счет аминогруппы и свойства кислот за счет карбоксильной

группы, т.е. являются амфотерными соединениями. Подобно аминам,

они реагируют с кислотами с образованием солей аммония:

H2N–CH2–COOH + HCl   →  [H3N

+

–CH2–COOH] Cl

–

Как карбоновые кислоты они образуют соли

H2N–CH2–COOH + NaOH  → H2N–CH2–COO– Na+ + H2O

б) сложные эфиры

Кроме того, возможно взаимодействие амино- и карбоксильной

групп как внутри одной молекулы (внутримолекулярная реакция), так

и принадлежащих разным молекулам (межмолекулярная реакция). 

Межмолекулярное взаимодействие α-аминокислот приводит к об-

разованию пептидов. При взаимодействии двух α-аминокислот образу-

ется дипептид.

Основным источником α–аминокислот для живых систем служат

пищевые белки. Многие α–аминокислоты синтезируются в организме

животных, но некоторые не синтезируются и должны поступать с пи-

щей. Это незаменимые аминокислоты: валин, гистидин, изолейцин,

лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин. Осталь-

ные аминокислоты могут синтезироваться в организме животных, их

называют заменимыми: аланин, аргинин, аспарагин, аспарагиновая

кислота, глицин, глутамин, глутаминовая кислота, пролин, серин, цис-

теин, тирозин.

Типовое задание. Напишите структурные формулы всех изомеров

фенола (двухатомных, трехатомных). 

Методика выполнения

Двухатомные фенолы. Простейшие двухатомные фенолы называют-72

ся диоксибензолами С6Н4(ОН)2.

Двухатомные фенолы дают все харак-

терные для фенолов реакции, причем в этих реакциях могут участво-

вать как одна, так и обе гидроксильные группы. С увеличением числа

гидроксильных групп молекула становится все менее устойчивой к

действию окислителей.

                              гидрохинон            резорцин              пирокатехин

                         (n-диоксибензол)  (м-диоксибензол)    (о-диоксибензол)

Так, гидрохинон при действии окислителей легко превращается в

бензохинон через промежуточную стадию образования хингидрона

(молекулярного соединения, образованного молекулами хинона и гид-

рохинона):

Хотя хиноны и связаны генетически с двухатомными фенолами, но

так как для них характерны в основном реакции непредельных кето-

нов.

Из трехатомных фенолов широко известны пирогаллол (1,2,3-

триоксибензол) и флороглюцин (1,3,5-триоксибензол). Пирогаллол на-

столько легко окисляется, что его щелочные растворы применяются в

газовом анализе для поглощения кислорода

. Химическая термодинамика и термохимия

Общие законы биохимической термодинамики дают зоотехнику,

врачу-ветеринару и экологу ключ к пониманию энергетической

стороны биохимических реакций в организме, процессов эмбриоге-

неза, регенерации и старения тканей, аналогичных процессов, про-

текающих в биосфере, а также дают возможность регулировать эти

процессы осуществлением профилактических или исправляющих

мероприятий.

Первое начало (или первый закон) термодинамики и есть закон сохра-

нения энергии. Этот закон выполняется во всех явлениях природы и

подтверждается всем опытом человечества. Ни одно из его следствий не

находится в противоречии с опытом. Закон сохранения энергии под-

тверждает положение о вечности и неуничтожаемости движения, по-

скольку энергия есть мера движения при его превращениях из одной

формы в другую.

Термодинамика рассматривает преимущественно две формы, в виде ко-

торых совершается превращение энергии в теплоту и работу. Из посто-

янства запаса внутренней энергии изолированной системы непосредст-

венно вытекает: в любом процессе изменение внутренней энергии какой-

нибудь системы равно разности между количеством сообщенной системе

теплоты и количеством работы, совершенной системой ∆U = Q – A. Отсю-

да получаем Q = ∆U + A. Это уравнение является математическим вы-

ражением первого начала термодинамики, которое в данном случае имеет

следующую формулировку: подведенное к системе тепло Q идет на

увеличение внутренней энергии системы ∆U и на совершение внеш-

ней работы A. При использовании уравнением первого начала тер-

модинамики необходимо, чтобы все величины, входящие в это урав-

нение, были выражены в одних и тех же единицах энергии; чаще всего их

выражают в джоулях.

Первое начало термодинамики имеет несколько формулировок,

однако все они выражают одну и ту же суть: неуничтожаемость и эквива-

лентность энергии при взаимных переходах различных видов ее друг в

друга: В изолированной системе сумма всех видов энергии есть величи-

на постоянная.

Во всех химических явлениях выполняется закон сохранения энергии.

Соответственно и все законы термохимии являются следствием первого

начала термодинамики,

В 1870 г. Лавуазье и Лаплас установили первый закон термохимии:

количество тепла, необходимое для разложения сложного вещества на более 75

простые, равно количеству тепла, выделяющемуся при его образовании из

простых веществ.

Закон Лавуазье-Лапласа является частным случаем закона сохране-

ния энергии. Он выполняется при образовании химических соединений

из более сложных веществ. Например, теплота образования Li2CO3 из