Bioorganska kemija
HOC je znanost, ki preučuje biološko funkcijo organske snovi v telesu.
HCOB je nastal v drugi polovici 20. stoletja. Predmeti raziskave so biopolimeri, bioregulatorji in posamezni presnovki.
Biopolimeri so naravne spojine z visoko molekulsko maso, ki so osnova vseh organizmov. To so peptidi, beljakovine, polisaharidi, nukleinske kisline (NK), lipidi itd.
Bioregulatorji so spojine, ki kemično uravnavajo metabolizem. To so vitamini, hormoni, antibiotiki, alkaloidi, zdravila itd.
Poznavanje strukture in lastnosti biopolimerjev in bioregulatorjev nam omogoča razumevanje bistva bioloških procesov. Tako je vzpostavitev strukture beljakovin in NC omogočila razvoj idej o biosintezi matriksa proteinov in vlogi NC pri ohranjanju in prenosu genskih informacij.
HOC igra pomembno vlogo pri vzpostavljanju mehanizma delovanja encimov, zdravil, vida, dihanja, spomina, prevodnosti živcev, krčenja mišic itd.
Glavni problem HCB je razjasniti razmerje med strukturo in mehanizmom delovanja spojin.
BOC temelji na materialih iz organske kemije.
Predavanje 1.
Izomerija organskih spojin
Trenutno je ~ 16 milijonov organskih snovi.
Razlogi za raznolikost organskih snovi.
1. Povezave atomov C med seboj in drugimi elementi periodičnega sistema D. Mendeleeva. V tem primeru se tvorijo verige in cikli:
Ravna veriga Razvejana veriga
2. Hibridizacija- poravnava elektronskih oblakov v obliki in energiji. Atom C je lahko v treh hibridnih stanjih: sp - linearna konfiguracija, sp 2 - trikotna konfiguracija, sp 3 - tetraedrična konfiguracija.
3. Homologija Ali obstaja obstoj snovi s podobnimi lastnostmi, pri čemer se vsak član homologne serije po skupini razlikuje od prejšnjega
–CH 2 -. Na primer homologna serija nasičenih ogljikovodikov:
4. Izomerija- To je obstoj snovi, ki imajo enako kakovostno in količinsko sestavo, vendar drugačno strukturo.
A.M. Butlerov (1861) je ustvaril teorijo o strukturi organskih spojin, ki do danes služi kot znanstvena podlaga organske kemije.
Glavne določbe teorije o strukturi organskih spojin:
1) atomi v molekulah so med seboj povezani s kemičnimi vezmi v skladu z njihovo valenco;
2) atomi v molekulah organskih spojin so med seboj povezani v določenem zaporedju, kar določa kemijsko zgradbo molekule;
3) lastnosti organskih spojin niso odvisne samo od števila in narave njihovih sestavnih atomov, temveč tudi od kemijske zgradbe molekul;
4) v molekulah obstaja medsebojni vpliv atomov, ki so med seboj povezani in niso neposredno povezani;
5) kemijsko strukturo snovi lahko določimo s preučevanjem njenih kemijskih transformacij in, nasprotno, s strukturo snovi lahko označimo njene lastnosti.
Poglejmo nekaj določb teorije o strukturi organskih spojin.
Tela, v katerih so atomi in molekule razporejeni v pravilnem geometrijskem vrstnem redu. Vse kristalne snovi imajo svoje, strogo določeno tališče. telesa, v katerih so naključno razporejeni atomi in molekule. Ko se segrejejo, nimajo določene temperature, ki ustreza prehodu trdne faze v tekočino. Kristalne amorfne trdne snovi
Amorfne snovi Amorfna telesa lahko štejemo za visoko ohlajene tekočine z zelo visokim koeficientom viskoznosti. Imajo šibko izražene lastnosti pretoka. Delci so popolnoma neurejeni in blizu drug drugemu, amorfna telesa nimajo toplotnega učinka. Amorfne snovi, ki imajo veliko zalogo proste energije, so kemično aktivnejše od kristalnih snovi iste sestave. Moč amorfnih snovi je manjša od trdnosti kristalnih.
Uporaba amorfnih snovi se izvaja na področju medicine (snov amorfne strukture je odličen biomaterial za vsaditev v kost. V primeru hudih zlomov se uvedejo posebni vijaki, plošče, zatiči, zatiči), ki se izvajajo na področju industrije (izdelava stekla) - uporabljajo kot nakit (biseri) , jantar, opal) - uporablja se v živilski industriji (sladkorni bonboni, žvečilni gumi)
Prostorski izomeri (stereoizomeri) z enako sestavo in enako kemijsko strukturo se razlikujejo po prostorski razporeditvi atomov v molekuli. Optične - molekule optičnih izomerov so v prostoru nezdružljive. Geometrijska ali cis in trans je značilna za snovi, ki vsebujejo dvojne vezi ali ciklične.
Alotropne modifikacije kisika kisik brezbarven plin; Brez vonja; Slabo topen v vodi; Vrelišče 182,9 C Ozon Plin svetlo vijoličasti; Ima oster vonj; Raztopi se 10-krat bolje kot kisik; Vrelišče -111,9 C.
Snov v kemiji je fizikalna snov s posebno kemijsko sestavo. V filozofskem slovarju Grigorija Teplova leta 1751 je bila beseda snov prevedena iz latinskega izraza Substantia, ki je v sodobni fiziki običajno razumljena kot vrsta snovi, ki jo sestavljajo fermioni ali vsebuje fermione skupaj z bozoni; ima maso počitka, v nasprotju z nekaterimi vrstami polj, kot je elektromagnetno. Običajno (pri sorazmerno nizkih temperaturah in gostotah) snov sestavljajo delci, med katerimi najpogosteje najdemo elektrone, protone in nevtrone. Slednja dva tvorita atomska jedra in vsi skupaj - atome (atomsko snov), od katerih - molekule, kristale itd. V nekaterih pogojih, na primer v nevtronskih zvezdah, lahko obstajajo precej nenavadne vrste snovi. Snov v biologiji - snov, ki tvori tkiva organizmov, ki je del organelov celic. Anorganske snovi - kemična snov, kemična spojina, ki ni organska, to pomeni, da ne vsebuje ogljika: soli, kisline, baze, oksidi. Vse anorganske spojine so razdeljene v dve veliki skupini: preproste snovi - sestavljene iz atomov enega elementa; Kompleksne snovi - sestavljene so iz atomov dveh ali več elementov. Preproste snovi delimo na kemijske lastnosti: kovine (Li, Na, K, Mg, Ca itd.) Nekovine (F2, Cl2, O2, S, P itd.) ; amfoterne preproste snovi (Zn, Al, Fe, Mn itd.); žlahtni plini (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). Kompleksne snovi po kemijskih lastnostih delimo na: okside: osnovne okside (CaO, Na2O itd.); kisli oksidi (CO2, SO3 itd.); amfoterni oksidi (ZnO, Al2O3 itd.); dvojni oksidi (Fe3O4 itd.); oksidi, ki ne tvorijo soli (CO, NO itd.); Hidroksidi; baze (NaOH, Ca (OH) 2 itd.); kisline (H2SO4, HNO3 itd.); Mfoterični hidroksidi (Zn (OH) 2, Al (OH) 3 itd.); soli: srednje velike soli (Na2SO4, Ca3 (PO4) 2 itd.); kisle soli (NaHSO3, CaHPO4 itd.); bazične soli (Cu2CO3 (OH) 2 itd.); dvojne in / ali kompleksne soli (CaMg (CO3) 2, K3, KFeIII itd.); binarne spojine: anoksične kisline (HCl, H2S itd.); anoksične soli (NaCl, CaF2 itd.); druge binarne spojine (AlH3, CaC2, CS2 itd.) Organ. snovi - razred kemičnih spojin, ki vključujejo ogljik (razen karbidov, ogljikove kisline, karbonatov, ogljikovih oksidov in cianidov).: amini, ketoni in aldehidi, nitrili, žveplove spojine, alkoholi, ogljikovodiki, etri in estri, aminokisline organske spojine biološkega izvora - beljakovine, lipidi, ogljikovi hidrati, nukleinske kisline - poleg ogljika vsebujejo predvsem vodik, dušik, kisik, žveplo in fosfor. Zato "klasične" organske spojine vsebujejo predvsem vodik, kisik, dušik in žveplo - kljub temu da so elementi, ki tvorijo organske spojine, poleg ogljika lahko praktično kateri koli elementi. Spojine ogljika z drugimi elementi predstavljajo poseben razred organskih spojin - organoelementne spojine. Organokovinske spojine vsebujejo kovinsko-ogljikovo vez in predstavljajo obsežen podrazred organometalnih spojin. Obstaja več pomembnih lastnosti, ki ločujejo organske spojine v ločene, za razliko od katerega koli drugega razreda kemičnih spojin. Različna topologija tvorbe vezi med atomi, ki tvorijo organske spojine (predvsem ogljikove atome), vodi do pojava izomerov - spojin z enako sestavo in molekulsko maso, ki pa imajo različne fizikalno-kemijske lastnosti. Ta pojav se imenuje izomerija. Pojav homologije je obstoj vrste organskih spojin, pri katerih se formula katerega koli dveh sosedov vrste (homologa) razlikuje v isti skupini - homološka razlika CH2. Številne fizikalno-kemijske lastnosti se v prvem približku simbotično spreminjajo med homolognim nizom. Ta pomembna lastnost se v znanosti o materialih uporablja pri iskanju snovi z vnaprej določenimi lastnostmi.
Med organske snovi spadajo snovi, ki vsebujejo ogljik, v glavnem pa nastajajo v živih organizmih. Danes lahko v laboratoriju umetno pridobimo številne organske snovi. Sintetizirano je veliko število organskih spojin, ki jih v naravi ni.
Skupno število znanih organskih snovi presega 10 milijonov, anorganskih pa približno 100 tisoč. Tako raznovrstne organske spojine so povezane z sposobnost atomov ogljika, da se povežejo v verige različnih dolžin... Veze med atomi ogljika so lahko enojne in večkratne: dvojne, trojne. V tem primeru imajo snovi lahko enako molekulsko formulo, vendar različno strukturo in lastnosti (ta pojav imenujemo izomerija).
Sestava organskih snovi vključuje ogljik, vodik, kisik, pa tudi dušik, fosfor in žveplo. Poleg tega je lahko vključen skoraj vsak element.
Ogljikovodiki - snovi, sestavljene iz dveh elementov: ogljika in vodika.
Metan (imenujejo ga tudi barjanski, rudniški plin, ker nastaja med razgradnjo organskih ostankov na dnu barja, sprošča pa se tudi iz premogovnih plastov v rudnikih). Sestavljen je iz enega ogljikovega atoma, ki je kovalentno vezan na štiri atome vodika. Molekulska formula CH 4. Strukturna formula prikazuje vrstni red vezi atomov v molekuli:
H
l
H - C - H
l
H
Če želite pravilno sestaviti strukturne formule organskih snovi, si morate to zapomniti atomi ogljika tvorijo 4 vezi, prikazan s pomišljaji (to pomeni, da je valenca ogljika po številu vezi štiri. V organski kemiji se v glavnem uporablja valenca po številu vezi).
V 10. do 11. razredu preučujejo, da ima molekula metana obliko trikotne piramide - tetraedra, kot so znane egiptovske piramide.
Etilen C 2 H 4 je sestavljen iz dveh atomov ogljika, povezanih z dvojno vezjo:
Kot med vezmi je 120 ° (elektronski pari, ki tvorijo vez, se odbijajo in se nahajajo na največji razdalji drug od drugega).
Acetilen C 2 H 2 vsebuje trojno vez:
H - C ≡ C - H
Kot primer kisikov organske snovi lahko imenujemo metilni (lesni) alkohol CH 3 OH (sistematično ime je metanol),
etilni alkohol C 2 H 5 OH (etanol),
ocetna kislina CH 3 COOH
(kisli ostanek ocetne kisline CH 3 COO je običajno v spodnji vrstici tabele topnosti, zato, če pozabite formulo, vzemite tabelo topnosti - mora biti na izpitu - in kisli ostanku dodajte vodik)
V lekciji bomo obravnavali vrste kristalnih mrež, vrste agregatnih stanj snovi in \u200b\u200btrdne snovi s kristalno strukturo. Predstavljen je pojem polimorfizem in alotropija.
I. Ponovitev
Pregled tečaja iz 8. razreda:
II. Raznolikost snovi v okoliškem svetu
Trenutno je znanih več kot 100 kemičnih elementov. Tvorijo več kot 400 preprostih snovi in \u200b\u200bnekaj milijonov najrazličnejših kompleksnih kemičnih spojin. Kaj so razlogi za to raznolikost?
1. Izotopija elementov in njihovih spojin
Izotopi - različni atomi istega kemičnega elementa, ki se med seboj razlikujejo le po svoji masi.
Atom vodika ima na primer tri izotope: 1 1 H - protium, 1 2 H (D) - devterij in 1 3 H (T) - tritij. Skupaj s kisikom tvorijo kompleksno snov - vodo različne sestave: navadna naravna voda - H 2 O, težka voda - D 2 O (vsebovana v naravni vodi v razmerju H: D \u003d 6900: 1).
Izobarji , atomi različnih kemičnih elementov z enakim masnim številom A.
Jedra izobar (v kemiji) vsebujejo enako število nukleonov, vendar različno število protonov Z in nevtronov N.
Na primer, atomi 4 10 Be, 5 10 B, 6 10 C predstavljajo tri izobare (v kemiji) z A \u003d 10.
2. Alotropija
Alotropija - pojav obstoja kemičnega elementa v obliki več preprostih snovi (alotropne modifikacije ali alotropne modifikacije).
Atom kisika se na primer pojavlja kot kisik in ozon.
Zvočna opredelitev: "Alotropija"
Alotropijo razlagamo z različno sestavo snovi ali razliko v njihovi kristalni rešetki. Kis-lo-rod in ozon - al-lo-trop-nye mod-di-fi-ca-tions of chi-mi-che-go-th element-ta-lo-ro-da. Ug-le-rod ob-ra-zu-et graf-fit, diamant, full-le-ren, car-bin. Razširjenost atomov v njihovih kristalnih mrežah je drugačna in zato kažejo svojo različnost -države. Fosfora vsebuje al-lo-tropske snovi - rdeči, beli in črni fosfor. Al-lo-tro-piya ha-rak-ter-na in za kovine. Na primer, isti le-zo lahko obstaja v obliki α, β, δ, γ.
Te-ku-čast amorfnih snovi
Ena od lastnosti ločevanja amorfnih teles od tekočih je njihova te-ku-čast. Če živite tako malo preverjanja smole na ogrevanem vrhu, potem je na tem vrhu nenehno ras-te-enakomerno.
Viskoznost - to je sposobnost soočanja s premikanjem nekaterih delov telesa iz-a-s-tel-drugih, vendar za tekočine in pline : višja je, težje je spremeniti obliko telesa. Okensko steklo-la so tipične amorfne snovi. Theo-re-ti-che-ski, naj nenehno tečejo navzdol. Toda viskoznost kozarca je ti-tako-kai in njegova de-for-ma-chi-she je lahko kljubovala. Viskoznost stekla je približno 1000-krat večja od viskoznosti smole. Za eno leto je stopnja pripravljenosti sestave stekla la 0,001%. 1000 let ima pripravka za steklo sestavo 1%.
Odvisnost agregatnega stanja od ureditve na dolge in kratke razdalje
Zaradi tlaka in temperature lahko vse snovi obstajajo v različnih sestavah -gat-nyhs-stot-i-ni-yah: trdna hiša, tekočina-tekočina, plin-zo-ob-drugačen ali v obliki plazme. Pri nizki tem-pe-ra-tu-i in ti-co-com-p-le-nii obstajajo vse snovi v trdnjavi ag-re-gat-nom stoti-nii. Trdna in tekoča sestava snovi se imenuje con-den-si-ro-van.
V trdnih telesih so deli ras-po-la-ha-yut-sya kompaktni, vendar v določenem vrstnem redu. V wi-si-mo-sti, od koraka-pe-ni-ni-p-rya-do-delnosti delcev v trdnih telesih, obstajajo dvofazni sto-i-niya: kristalna in amorfna. Če so deli ras-po-la-ha-yut-sya tako, da je med sosednjimi deli nekakšen raj odličnost v ras-in-lo-ze-nii, in sicer: stosto-jang-th razdalja in koti med njimi, takšen pojav se imenuje blizu vrstice v ras-by-lo-nii.Slika: in.
A b
Slika: 1. Prisotnost bližnje in daljne zaporedne porazdelitve delcev
Če pa so deli ras-in-lo-w-are-so-so-so, tako da se na modri-da-it-in med blizu-zhai-shee-mi s-se-dy-mi in enkrat na velike razdalje-i-ni-yah, to je a-zy-va-ut na-ali daleč brez vrst... Slika: b.
Primeri amorfnih snovi
Amorfno telo (iz grškega A - ne, morfe - oblika) - snovi brez oblike. V njih je le priklopna postaja in ni nadaljnjega reda.
Primeri amorfnih teles, ki skorajda zanikajo na sl. 2.
Slika: 2. Amorfna telesa
To je vosek, steklo, plastika, smola, šo-co-lad.
Lastnosti amorfnih snovi
- Imajo le najbližji vrstni red (kot pri tekočinah).
- Trdna ag-re-gat-nye sestava v normalnih pogojih.
- Ni jasne tem-pe-ra-tu-ri lebdenja. Pla-vyat-Xia v in-ter-va-le tem-pe-ra-krog.
Kristalne snovi
IN jok-postal-li-če-skom telo obstaja tako blizu kot daleč na tej poti. Če je misel-len-but-co-single-thread točke, ki označuje-cha-y-y-y-y-y, by-lo-chit-Xia pro-country-ny kar-kas, who-ry-zy -va-e-sya kri-st-li-che-s-shet-coy. Točke, v katerih se nahajajo deli - ioni, atomi ali mo-le-ku-ly - na-zy-va-yut kristali uz-la-mi-ali -che-sky rešetka (slika 3). Part-ts-ts v vozliščih niso togi-za-fik-si-ro-va-ny, lahko malo premagajo, ne da bi pobegnili iz teh točk. In-wi-si-mo-sti, kateri deli so v vozliščih kristalne rešetke, you-de-la-yut njegove vrste (tabela 1).
Slika: 3. Cri-jeklo-li-che-rešetka
Odvisnost lastnosti od vrste kristalne rešetke
Fizikalne lastnosti snovi z različnimi vrstami kristalno-tekočih raztopin
Vrsta kristalno-jeklene-li-che-rešetke | Fizikalne lastnosti snovi | Vrsta povezave chi-mi-ch v snoveh | Primeri snovi |
ion-naya | Relativno-si-tel-but-naya rešetka, do sto točk, vendar-tako-ky vrednosti Tpl. Res težko, težko. Ras-pl-ti in ras-tv-ry proizvajata električni tok. | ion-naya | Soli, crack-lo-chi, oksi-si-dy alkalnih kovin in drobnih kovin |
metal-li-che-sky | Relativno-si-tel-but-naya rešetka, do sto točk, vendar-tako-ky vrednosti Tpl. Kovani, plastični, električni in toplotno prevodni. | metal-li-che-sky | Kovine in zlitine |
atomska | Najvišje vrednosti T pl., Zelo trdno, ne trpko, ne raztopi se v vodi. | Ko-va-trak-naya | Preproste snovi nekovine (grafit, diamant), SiO2, Al2O3 |
mo-le-ku-lar-naya | Snovi ha-rak-te-ri-zu-yut-Xia low-ki Tm., Let-tu-chie, nizka trdnost. | Ko-va-tape-naya polar-naya in ko-va-tape-naya nepolarna-naya | Bolečina v or-ga-ni-ch-snoveh (glu-co-za, metan, ben-zol), žveplo, jod, trdni ogljik-kisli plin |
Preglednica 1 Fizikalne lastnosti snovi
Obstaja več podvrst cry-steel-li-che-s-tek, različne-ali-cha-yu-cha-ras-in-lo-no z atomi v vesolju.
V snoveh z atomsko, ionsko, kovinsko-kristalno-kristalno mrežo ni mo-le-kul - to je dumb-le-cu-lyar snovi.Mo-le-cu-lar-nye snovi - z mo-le-cu-lyar-noy kristalno-li-che-rešetko.
Polimorfizem
Polimorfizem - to je pojav, pri katerem imajo zapletene snovi ena na ena ko-sta-va različne kristalne-li-če-je -shet-ki.
Na primer pirit in mar-ka-zit. Njihova oblika-mu-la je FeS2, vendar sta oba videti drugače in imata drugačno osebno-mi-zi-che-mi -materiali. Analogno so različne fizikalne lastnosti ob-la-da-yut mi-ne-ra-ly CaCO3: ara-go-nit, mra-mor, islandski špar, kreda.