有機物質の理論。 有機化合物の構造の基礎
有機化合物の化学的性質、それらを無機化合物と区別する特性、およびそれらの多様性は、1861 年に Butlerov によって定式化された化学構造の理論で説明されました (§ 38 を参照)。
この理論によれば、化合物の性質は、その質的および量的組成、化学構造、つまり分子を構成する原子間の結合順序、および相互の影響によって決定されます。 有機化合物の構造の理論。原子および分子の化学および物理学の分野における最新の見解、特に分子の空間構造、化学結合の性質、および相互影響の性質に関するアイデアによって開発および補足されています。原子は、有機化学の理論的基礎を形成します。
有機化合物の構造の現代理論では、主な規定は次のとおりです。
1.有機化合物のすべての特徴は、主に炭素元素の特性によって決定されます。
炭素が周期系で占める位置に応じて、その原子の外側の電子層 (-殻) に 4 つの電子があります。 電子を供与または追加する顕著な傾向は見られません。この点で、金属と非金属の中間の位置を占め、共有結合を形成する顕著な能力を特徴としています。 炭素原子の外側の電子層の構造は、次の図で表すことができます。
励起された炭素原子は、4 つの共有結合の形成に関与できます。 したがって、その化合物の大部分において、炭素は 4 に等しい共有原子価を示します。
したがって、最も単純な有機化合物炭化水素メタンには組成があります。 その構造は、構造 (a) または電子構造 (または電子) (b) 式で表すことができます。
電子式は、メタン分子の炭素原子が安定した 8 電子の外殻 (電子オクテット) を持ち、水素原子が安定した 2 電子の外殻 (電子ダブレット) を持つことを示しています。
メタン (および他の同様の化合物) の炭素の 4 つの共有結合はすべて等価であり、空間に対称的に向けられています。 炭素原子はいわば四面体（正四面体ピラミッド）の中心にあり、4つの原子がそれに接続されています（メタンの場合、4つの原子は四面体の頂点にあります（図120））。 . 任意の結合対の方向間の角度 (炭素の原子価角) は同じで、109 ° 28 になります。
これは、炭素原子において、1 つの s 軌道と 3 つの p 軌道から、他の 4 つの原子と共有結合を形成すると、-ハイブリダイゼーションの結果として、空間に対称的に配置された 4 つの混成軌道が形成されるという事実によって説明されます。四面体の頂点に向かって伸びます。
米。 120. メタン分子の四面体モデル。
米。 121. メタン分子における結合の形成のスキーム。
オーバーラップの結果として、炭素のハイブリッド電子雲と他の原子の電子雲 (メタンでは球形の雲 - 水素原子の電子) の結果として、4 つの四面体方向の共有結合が形成されます (図 121; p. 131 も参照)。
メタン分子の四面体構造は、球状 (図 122) または分節状 (図 123) の空間モデルによって明確に表現されます。 白いボール (セグメント) は水素原子、黒い - 炭素を表します。 ボール モデルは、原子の相互の空間配置のみを特徴付けます。セグメント 1 は、相対的な原子間距離 (核間の距離) のアイデアも提供します。図 122 に示すように、メタンの構造式は、その空間モデルを図面の平面に。
2. 有機化合物の多様性を決定する炭素の例外的な特性は、その原子が強力な共有結合によって互いに結合し、ほぼ無限の長さの炭素鎖を形成する能力です。
相互結合に入っていない炭素原子の原子価は、他の原子またはグループを追加するために使用されます (炭化水素では、水素を追加するため)。
したがって、炭化水素のエタンとプロパンは、それぞれ 2 つと 3 つの炭素原子の鎖を含んでいます。
米。 122. メタン分子のボールモデル。
米。 123. メタン分子のセグメントモデル。
それらの構造は、次の構造式と電子式で表されます。
数百以上の炭素原子を含む化合物が知られている。
炭素原子１個分の炭素鎖の成長は、グループ当たりの組成の増加につながる。 このような組成の量的変化は、わずかに異なる特性を持つ新しい化合物につながります。つまり、元の化合物とはすでに質的に異なります。 ただし、化合物の一般的な特性は保持されます。 したがって、メタン、エタン、プロパンの炭化水素に加えて、ブタン、ペンタンなどがあります。したがって、非常に多様な有機物質で、同じタイプの一連の化合物を区別できます。グループによる前のもの。 このような級数を相同級数と呼び、その構成員は互いに同族であり、そのような級数の存在を相同現象と呼ぶ。
その結果、メタン、ステージ、プロパン、ブタンなどの炭化水素は同じシリーズの同族体であり、これは一連の制限炭化水素または飽和炭化水素（アルカン）と呼ばれ、最初の代表によればメタンシリーズと呼ばれます。
炭素結合の四面体配向により、鎖に含まれるその原子は直線上ではなくジグザグに配置され、結合軸の周りの原子の回転の可能性により、空間内の鎖は取ることができます 様々な形態(コンフォメーション):
鎖のこの構造により、末端 (b) または他の非隣接炭素原子 (c) に接近することが可能になります。 これらの原子間の結合の出現の結果として、炭素鎖はリング (サイクル) に閉じることができます。
このように、有機化合物の多様性は、 同じ番号分子内の炭素原子、炭素原子の開いた、開いた鎖を持つ化合物、および分子がサイクルを含む物質（環状化合物）が可能です。
3. 一般化された電子の 1 つのペアによって形成される炭素原子間の共有結合は、単純 (または通常) 結合と呼ばれます。
炭素原子間の結合は、1つではなく、2つまたは3つの共通の電子対によって実行できます。 次に、複数の二重結合または三重結合で鎖が得られます。 これらの関係は、次のように表すことができます。
複数の結合を含む最も単純な化合物は、炭化水素エチレン (二重結合) とアセチレン (三重結合) です。
複数の結合を持つ炭化水素は、不飽和または不飽和と呼ばれます。 エチレンとアセチレンは、エチレン炭化水素とアセチレン炭化水素の 2 つの同族系列の最初の代表です。
米。 124. エタン分子における結合の形成のスキーム。
たとえばエタンのように（結合軸に沿って）原子の中心を結ぶ線に沿って（結合軸に沿って）2つのハイブリッド電子雲の重なりによって形成される単純な共有結合（またはC：C）（図124）は、 -絆（§42を参照）。 結合も結合であり、C 原子のハイブリッド雲と H 原子の球状電子の結合軸に沿って重なり合うことによって形成されます。
複数の炭素-炭素結合の性質は多少異なります。 そのため、エチレン分子では、各炭素原子に二重共有結合 (または) が形成される際に、1 つの軌道と 2 つの p 軌道のみ (ハイブリッド形成) がハイブリダイゼーションに参加します。 各 C 原子の p 軌道の 1 つが混成しません。 その結果、3つの結合の形成に関与する3つのハイブリッド電子雲が形成されます。 合計で、エチレン分子には 5 つの結合 (4 つと 1 つ) があります。 それらはすべて、互いに約 120° の角度で同じ平面に配置されています (図 125)。
したがって、結合内の電子対の 1 つは - 結合を実行し、2 つ目は混成に関与しない p-電子によって形成されます。 それらの雲はボリューム 8 の形状を保持し、結合が位置する平面に対して垂直に方向付けられ、この平面の上下に重なり (図 126)、結合を形成します (§ 42 を参照)。
米。 125. エチレン分子における結合の形成のスキーム。
米。 126. エチレン分子における結合の形成のスキーム。
したがって、C=C 二重結合は、1 つと 1 つの結合の組み合わせです。
三重結合 (または ) は、1 つの結合と 2 つの結合の組み合わせです。 たとえば、各炭素原子でのアセチレン分子の形成中に、1 つの - 軌道と 1 つの p 軌道 ( - ハイブリダイゼーション) のみがハイブリダイゼーションに参加します。 その結果、2 つのハイブリッド電子雲が形成され、2 つの結合の形成に関与します。 各 C 原子の 2 つの p 電子の雲は混成せず、それらの配置を保持し、2 つの結合の形成に関与します。 したがって、アセチレンでは、1 つの直線に沿って方向付けられた 3 つの結合 (1 つと 2 つ) と、2 つの相互に垂直な平面に方向付けられた 2 つの結合のみが存在します (図 127)。
反応中の複数の（つまり、二重および三重の）結合は、簡単に単純なものに変わります。 最初のトリプルはダブルになり、最後のトリプルは単純なものになります。 これは、それらの高い反応性によるものであり、多重結合によって結合された炭素原子のペアに任意の原子が結合したときに発生します。
複数結合から単純結合への移行は、原則として、結合は結合よりも強度が低く、したがって不安定性が高いという事実によって説明されます。 α-結合が形成されると、平行な軸を持つ p-電子雲は、結合軸に沿って重なり合う電子雲よりもはるかに少ない範囲で重なります (つまり、結合軸に沿って配向されたハイブリッド、-電子または p-電子雲)。
米。 127. アセチレン分子における結合の形成のスキーム。
米。 128. エチレン分子のモデル: a - ボール。 b - セグメント化。
複数の結合は、単一の結合よりも強力です。 したがって、結合破壊エネルギーは 、結合 、結合のみ です。
これまで述べてきたことから、数式では、接続の 3 本の線のうち 2 本と、接続の 2 本の線のうち 1 本の線が、単純な接続よりも強度の低い接続を表すことがわかります。
図上。 128 と 129 は、二重 (エチレン) 結合と三重 (アセチレン) 結合を持つ化合物のボールとセグメントの空間モデルです。
4. 構造理論は、有機化合物の異性の多くのケースを説明してきました。
炭素原子の鎖は、直鎖または分岐することができます。
したがって、この組成には、異なる鎖構造を持つ 3 つの飽和炭化水素 (ペンタン) が含まれます。
この組成には、3 つの不飽和炭化水素、2 つの通常の構造がありますが、二重結合の位置が異性体であり、1 つのアイソ構造があります。
米。 129. アセチレン分子のモデル: ボール。 b - セグメント化。
2 つの環状炭化水素は、これらの不飽和化合物と異性体であり、これらも組成を持ち、環サイズが互いに異性体です。
同じ組成の化合物でも、炭素鎖やその他の非炭素原子の位置が異なるため、構造が異なる場合があります。たとえば、次のようになります。
異性は、 異なる順序原子のつながり。 空間異性（立体異性体）にはいくつかのタイプがあり、これは、同じ組成と原子の結合順序を持つ対応する異性体（立体異性体）が、空間内の原子（または原子群）の異なる配置で異なるという事実にあります。
したがって、化合物が 4 つの異なる原子または原子団 (不斉原子) に結合した炭素原子を有する場合、そのような化合物の 2 つの空間異性体が可能です。 図上。 130 は、乳酸の 2 つの四面体モデルを示しています。このモデルでは、不斉炭素原子 (式ではアスタリスクでマークされています) が四面体の中心にあります。 これらのモデルを空間で組み合わせることができないことは簡単にわかります。これらのモデルは鏡像化され、2 つの異なる物質 (この例では乳酸) の分子の空間配置を反映しています。 このような異性はミラー立体異性と呼ばれ、対応する異性体はミラー異性体と呼ばれます。
米。 130. 乳酸のミラー異性体の分子の四面体モデル。
ミラー異性体の空間構造の違いは、構造式を使用して表すこともできます。構造式は、非対称原子での原子団の配置の違いを示しています。 たとえば、図に示されているものについては、 130 種類の乳酸の鏡像異性体:
すでに述べたように、炭素原子。 二重結合で接続されたものは、それらを他の原子に接続する4つの結合と同じ平面にあります。 これらの結合の方向間の角度はほぼ同じです (図 126)。 異なる原子または基が二重結合の各炭素原子に結合している場合、いわゆる幾何立体異性、またはシス-トランス異性が可能です。 例として、ジクロロエチレンの空間幾何異性体があります。
一方の異性体の分子では、塩素原子は二重結合の片側にあり、もう一方の分子には- さまざまな側面. 最初の構成はシス構成、2 番目の構成はトランス構成と呼ばれます。 幾何異性体は、物理的および化学的性質が互いに異なります。
それらが存在するのは、二重結合が、結合軸の周りの接続された原子の自由回転の可能性を排除するという事実によるものです (そのような回転には、結合を切断する必要があります。図 126 を参照してください)。
5.有機物質の分子における相互影響は、主に互いに直接接続された原子によって表されます。 この場合、それはそれらの間の化学結合の性質、それらの相対的な電気陰性度の違いの程度、そしてその結果、結合の極性の程度によって決定されます。
たとえば、要約式から判断すると、メタン分子とメチルアルコール分子では、4つの水素原子すべてが同じ特性を持っている必要があります. しかし、後で示すように、メチルアルコールでは水素原子の 1 つをアルカリ金属で置き換えることができますが、メタンでは水素原子はそのような能力を示しません。 これは、アルコールでは、水素原子が炭素ではなく酸素に直接結合しているという事実によるものです。
上記の構造式では、結合線上の矢印は、原子の電気陰性度が異なるため、共有結合を形成する電子対の変位を条件付きで示しています。 メタンでは、炭素の電気陰性度 (2.5) が表 1 の水素の電気陰性度をわずかに上回っているだけなので、このような結合のシフトは小さい。 6, p. 118)。 この場合、メタン分子は対称です。 アルコール分子では、酸素 (電気陰性度 3.5) がそれ自体に電子対を引き寄せるため、結合は著しく分極しています。 したがって、酸素原子と結合した水素原子は、より大きな移動度を獲得します。つまり、プロトンの形でより簡単に分離されます。
有機分子では、直接結合していない原子同士の相互影響も重要です。 したがって、メチルアルコールでは、酸素の影響下で、酸素に関連付けられた水素原子だけでなく、酸素に直接関連付けられていないが炭素に関連付けられている水素原子の反応性も増加します。 このため、メチルアルコールは比較的酸化されやすいのに対し、メタンは酸化剤の作用に対して比較的耐性があります。 これは、ヒドロキシル基の酸素が、それを炭素に接続する結合内でそれ自体に向かって電子対を大幅に引き寄せるという事実によるものであり、その電気陰性度はより小さくなります。
その結果、炭素原子の有効電荷はより正になり、メタン分子の同じ結合と比較して、メチルアルコールの結合でも電子対がさらにシフトします。 酸化剤の作用下で、OH基が結合しているのと同じ炭素原子に結合しているH原子は、炭化水素よりもはるかに容易に切り離され、酸素と結合して水を形成します. この場合、OH基に関連する炭素原子はさらに酸化されます（§171を参照）。
互いに直接接続されていない原子の相互影響は、炭素原子の鎖に沿ってかなりの距離にわたって伝達される可能性があり、原子またはグループの影響下での分子全体の電子雲の密度のシフトによって説明されますそこに存在する異なる電気陰性度。 相互の影響は、接近する原子の電子雲が重なり合う結果として、分子を取り囲む空間を通じても伝達される可能性があります。
1.A.M.の化学構造理論の基本規定 バトレロフ
1. 分子内の原子は、その原子価に従って特定の順序で互いに接続されています。 分子内の原子間結合の並びを化学構造と呼び、1つの構造式（構造式）に反映されます。
2. 化学構造は、化学的方法によって確立することができます。 （現在、近代的な物理的方法も使用されています）。
3. 物質の性質は化学構造に依存します。
4. 与えられた物質の性質からその分子の構造を知ることができ、分子の構造から性質を予測することができます。
5. 分子内の原子および原子団は相互に影響し合っています。
有機化合物分子は、通常は共有結合によって、特定の順序で結合された原子の集まりです。 この場合、結合原子は電気陰性度の値が異なる場合があります。 電気陰性度の値は、極性や強度（形成エネルギー）などの重要な結合特性を大きく決定します。 次に、分子内の結合の極性と強度が、分子が特定の化学反応に入る能力を大部分決定します。
炭素原子の電気陰性度は、その混成の状態に依存します。 これは、混成軌道の s 軌道の割合によるものです。sp3 では小さく、sp2 および sp 混成原子では大きくなります。
分子を構成するすべての原子は相互に接続されており、相互に影響を及ぼし合っています。 この影響は、いわゆる電子効果の助けを借りて、主に共有結合のシステムを介して伝達されます。
電子効果は、置換基の影響下での分子内の電子密度のシフトです。
極性結合によって結合された原子は、ギリシャ文字の「デルタ」 (d) で示される部分電荷を持っています。 s 結合の電子密度をその方向に「引っ張る」原子は、負電荷 d を獲得します。 共有結合によって連結された原子のペアを考えるとき、電気陰性度の高い原子は電子受容体と呼ばれます。 したがって、その s 結合パートナーは、同じ大きさの電子密度不足、つまり 部分的な正電荷 d+ は、電子供与体と呼ばれます。
s 結合の鎖に沿った電子密度の変位は誘導効果と呼ばれ、I で表されます。
2. 異性- 元素組成と分子量が同一であるが、物理的および化学的特性が異なる化合物（主に有機）の存在。 このような化合物は異性体と呼ばれます。
構造異性- 化学構造の違いの結果。 このタイプには以下が含まれます。
炭素原子の結合順序の違いによる、炭素骨格の異性。 最も単純な例は、ブタン CH3-CH2-CH2-CH3 とイソブタン (CH3)3CH です。 他の例：アントラセンおよびフェナントレン（それぞれ式ＩおよびＩＩ）、シクロブタンおよびメチルシクロプロパン（ＩＩＩおよびＩＶ）。
原子価異性は特別なタイプの構造異性であり、結合を再分配することによってのみ異性体を互いに変換することができます。 たとえば、ベンゼン (V) の原子価異性体は、ビシクロヘキサ-2,5-ジエン (VI、「デュワーベンゼン」)、プリズマン (VII、「ラーデンバーグベンゼン」)、ベンズバレン (VIII) です。
官能基異性 - 官能基の性質が異なります。 例えば、エタノール (CH3-CH2-OH) やジメチルエーテル (CH3-O-CH3) などです。
位置異性- 構造異性の一種で、同じ炭素骨格を持つ同じ官能基または二重結合の位置の違いによって特徴付けられます。 例: 2-クロロブタン酸と 4-クロロブタン酸。
エナンチオマー (光学異性体、ミラー異性体) は、光学対掌体のペアです。つまり、符号が反対で、光の偏光面の回転の大きさが等しいことを特徴とする物質であり、他のすべての物理的および化学的特性 (との反応を除く) が同一です。他の光学活性物質とキラル環境での物性)。 光学対掌体の出現の必要かつ十分な理由は、分子が次の点対称グループのいずれかに属していることです: Cn、Dn、T、O、または I (キラリティ)。 ほとんどの場合、不斉炭素原子、つまり 4 つの異なる置換基に関連付けられた原子について話しています。
3. sp³ ハイブリダイゼーション - 1 つの s 軌道と 3 つの p 軌道を混合すると発生します。 109° 28' (109.47°) の四面体角度、長さ 0.154 nm で互いに対して配置された 4 つの同一の軌道が発生します。
第 2 周期の炭素原子およびその他の要素の場合、このプロセスはスキームに従って発生します。
2s + 2px + 2py + 2pz = 4 (2sp3)
アルカン(飽和炭化水素、パラフィン、脂肪族化合物) - 単純な結合のみを含み、一般式 CnH2n + 2 の同族系列を形成する直鎖または分岐構造の非環式炭化水素 .アルキンの化学構造(分子内の原子の結合の順序) 最も単純なアルカン - メタン、エタン、プロパン - の構造式をセクション 2 に示します。これらの式から、アルカンには 2 種類の化学結合があることがわかります。
S-S と S-N。 コミュニケーション C-C共有結合非極性です。 C-H 結合は共有結合で弱極性です。 炭素と水素は電気陰性度が近い
ハイブリダイゼーションに関与しない p 軌道、平面に垂直に位置 σ結合、他の原子とπ結合を形成するために使用されます。 この炭素の形状は、グラファイト、フェノールなどに典型的です。
価電子角- 1 つの原子から発する化学結合の方向によって形成される角度。 結合角の知識は、分子の形状を決定するために必要です。 原子価角は、結合した原子の個々の特性と、中心原子の原子軌道の混成の両方に依存します。 単純な分子の場合、分子の他の幾何学的パラメーターと同様に結合角は、量子化学法によって計算できます。 実験的に、それらは回転スペクトルを分析することによって得られた分子の慣性モーメントの値から決定されます（赤外線分光法、分子スペクトル、マイクロ波分光法を参照）。 複雑な分子の結合角は、回折構造解析の方法によって決定されます。
4. sp2 ハイブリダイゼーション (平面三角) 1 つの s 軌道と 2 つの p 軌道が混合し、120° の角度で同じ平面に配置された 3 つの同等の sp2 混成軌道が形成されます (青色で強調表示)。 それらは 3 つの σ 結合を形成できます。 3 番目の p 軌道は混成されないままで、混成軌道の平面に対して垂直に配向されます。 この p-AO は、π 結合の形成に関与しています。 . 第 2 期の要素の場合、sp2 ハイブリダイゼーションのプロセスは次のスキームに従って発生します。
2s + 2px + 2py = 3 (2sp2)
炭素原子の 2 番目の原子価状態。炭素原子が4つではなく、隣接する3つの原子と結合し、4価のままである有機物質があります
5. sp ハイブリダイゼーション (線形) 1 つの s 軌道と 1 つの p 軌道の混合物で、180 度の角度に位置する 2 つの同等の sp 軌道を形成します。 1軸で。 ハイブリッドsp軌道は、2つのσ結合の形成に関与しています。 2 つの p 軌道は混成しておらず、互いに垂直な平面に配置されています。 -軌道は、化合物で 2 つの π 結合を形成します。
第 2 周期の要素の場合、次のスキームに従って sp ハイブリダイゼーションが発生します。
2s + 2px= 2 (2sp)
2py- と 2pz-AO は変わりません。
アセチレン- 不飽和炭化水素 C2H2。 炭素原子間に三重結合があり、アルキンのクラスに属します
アセチレンの炭素原子はsp混成です。 それらは、最大 1 つまたは 2 つの結合で接続されています。 密度 to-rykh は、相互に垂直な 2 つの領域にあり、円筒形を形成しています。 電子密度の雲; その外側はH原子です。
メチルアセチレン(プロピン、アリレン) CH3C=CH。 化学によると。 Saint-you M. は、アセチレン系炭化水素の代表的なものです。 電気物理学の領域、核の領域に入りやすい。 例えば、三重結合へのラジカル付加。 相互作用のある メタノールとメチルイソプロペニルエーテルを形成します。
6. 通信タイプ -金属結合、共有結合、イオン結合、水素結合
イオン結合- 電気陰性度が大きく異なる原子間に形成される強い化学結合で、共通の電子対が電気陰性度の大きい原子に完全に移動します。 一例は、「イオン度」が97%である化合物CsFである。
共有極性結合の分極の極端なケース。 典型的な金属と非金属の間で形成されます。 この場合、金属からの電子は完全に非金属に渡されます。 イオンが形成されます。
電気陰性度の差が非常に大きい (ポーリングによると EO > 1.7) 原子間で化学結合が形成される場合、共有電子対は EO の大きい原子に完全に移動します。 この結果、反対に帯電したイオンの化合物が形成されます。
共有結合(原子結合、ホメオポーラー結合) - 一対の価電子雲の重なり (社会化) によって形成される化学結合。 通信を提供する電子雲 (電子) は、共通電子対と呼ばれます。
単純な共有結合は、2 つの不対から形成されます。 価電子、各原子から 1 つ:
社会化の結果、電子は満たされたエネルギー準位を形成します。 このレベルでの総エネルギーが初期状態よりも小さい場合、結合が形成されます (エネルギーの差は結合エネルギーにすぎません)。
H2 分子の原子 (端) および分子 (中心) 軌道の電子充填。 縦軸はエネルギー準位に対応し、電子はスピンを反映した矢印で示されます。
分子軌道の理論によると、2 つの原子軌道の重なりは、最も単純なケースでは、2 つの分子軌道 (MO) の形成につながります: 結合 MO と反結合 (緩み) MO。 共有電子は、低エネルギー結合 MO に位置しています。
7. アルカン- 単純な結合のみを含み、一般式 CnH2n + 2 の同族系列を形成する直鎖状または分枝状構造の非環式炭化水素。
アルカンは飽和炭化水素であり、可能な限り多くの水素原子を含んでいます。 アルカン分子の各炭素原子はsp³混成の状態にあります - C原子の4つの混成軌道はすべて形状とエネルギーが等しく、4つの電子雲は109°28の角度で四面体の頂点に向けられています。 C原子間の単結合に、炭素結合の周りを自由に回転します。炭素結合の種類はσ結合で、結合は極性が低く、分極しにくい結合です。炭素結合の長さは0.154 nmです。
飽和炭化水素の異性は、最も単純なタイプの構造異性、つまり炭素骨格の異性によるものです。 同種の違いは -CH2- です。 炭素原子が 3 つを超えるアルカンには異性体があります。 これらの異性体の数は、炭素原子の数が増加するにつれて、途方もない速度で増加します。 n = 1…12 のアルカンの場合、異性体の数は 1、1、1、2、3、5、9、18、35、75、159、355 です。
命名法 -合理的な。 炭素鎖の原子の 1 つが選択され、置換されたメタンであると見なされ、それに関連して「アルキル 1 アルキル 2 アルキル 3 アルキル 4 メタン」という名前が付けられます。
レシート. アルカンのハロゲン誘導体の回収。 アルコールの回収。 カルボニル化合物の回収。 不飽和炭化水素の水素化。 コルベの合成。 固体燃料のガス化。 ウルツ反応。 フィッシャー・トロプシュ合成。
8. アルカン化学活性が低い。 これは、単一の C-H および C-C 結合が比較的強く、切断しにくいためです。
ラジカル置換の反応。
アルカンのハロゲン化根本的なメカニズムによって進行します。 反応を開始するには、アルカンとハロゲンの混合物に UV 光を照射するか、加熱する必要があります。 メタンの塩素化は、塩化メチルを得る段階で停止しませんが（等モル量の塩素とメタンが取られる場合）、塩化メチルから四塩化炭素まで、可能なすべての置換生成物の形成につながります。
ニトロ化（コノバロフ反応）
アルカンは、気相で硝酸または一酸化窒素 N2O4 の 10% 溶液と反応して、ニトロ誘導体を形成します。
RH + HNO3 = RNO2 + H2O
利用可能なすべてのデータは、フリーラジカルのメカニズムを示しています。 反応の結果として、生成物の混合物が形成される。
酸化反応。 燃焼
燃料としての使用を決定する飽和炭化水素の主な化学的性質は、燃焼反応です。 例: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q
酸素がない場合、二酸化炭素は 一酸化炭素または石炭（酸素濃度による）。
一般に、任意の炭化水素 CxHy の燃焼反応式は次のように記述できます。 CxHy + (x + 0.5y)O2 → xCO2 + 0.5yH2O
触媒酸化
アルコール、アルデヒド、カルボン酸が形成される可能性があります。
アルカンの熱変換。 分解
分解反応は、高温の影響下でのみ発生します。 温度が上昇すると、炭素結合が切断され、フリーラジカルが形成されます。
例: CH4 → C + 2H2 (t > 1000 °C); C2H6 → 2C + 3H2
クラッキング
500 °C 以上に加熱すると、アルカンは熱分解を受け、生成物の複雑な混合物が形成されます。その組成と比率は、温度と反応時間に依存します。
脱水素
アルケン形成と水素発生
流動条件: 400 - 600 °C、触媒 - Pt、Ni、Al2O3、Cr2O3; C2H6 → C2H4 + H2
異性化 -触媒 (例: AlCl3) の作用下で、アルカンの異性化が起こります。例:
塩化アルミニウム (AlCl3) と相互作用するブタン (C4H10) は、n-ブタンから 2-メチルプロパンに変わります。
メタン変換
CH4 + H2O → CO + H2 - Ni 触媒 (「CO + H2」「合成ガス」)
アルカンは、過マンガン酸カリウム (KMnO4) および臭素水 (Br2) と相互作用しません。
9.アルケン(それ以外の場合はオレフィンまたはエチレン炭化水素) - 炭素原子間に 1 つの二重結合を含み、一般式 CnH2n の同族系列を形成する非環式不飽和炭化水素。 二重結合の炭素原子はsp²混成状態にあり、結合角は120°です。 最も単純なアルケンはエテン (C2H4) です。 IUPAC命名法によれば、アルケンの名前は、接尾辞「-an」を「-en」に置き換えることにより、対応するアルカンの名前から形成されます。 二重結合の位置はアラビア数字で示されます。
炭素原子が 3 つを超えるアルケンには異性体があります。 アルケンは、炭素骨格、二重結合位置、クラス間および空間の異性によって特徴付けられます。 エテン (エチレン) C2H4、プロペン C3H6、ブテン C4H8、ペンテン C5H10、ヘキセン C6H12、
アルケンを取得する方法 -アルケンを得るための主な工業的方法は、石油および天然ガスの炭化水素の接触および高温クラッキングです。 低級アルケンの製造には、対応するアルコールの脱水反応も使用されます。
実験室での実践では、強鉱酸の存在下でのアルコールの脱水、脱ハロゲン化水素、および対応するハロゲン誘導体の脱ハロゲン化の方法が通常使用されます。 ホフマン、チュガエフ、ウィッティヒ、コープの合成。
10. アルケンの化学的性質アルケンは化学的に活性です。 彼らの 化学的特性主に二重結合の存在によって決定されます。 アルケンの場合、求電子付加反応とラジカル付加反応が最も特徴的です。 求核付加反応は通常、強力な求核剤を必要とし、アルケンの典型ではありません。
アルケンは、環化付加反応とメタセシス反応も備えています。
アルケンは容易に酸化反応に入り、強力な還元剤または触媒の作用下でアルカンへの水素によって水素化され、アリルラジカル置換も可能です。
求電子付加の反応。これらの反応では、攻撃粒子は求電子剤です。主な記事: 求電子付加反応
アルケンのハロゲン化、ラジカル反応の開始剤の非存在下で行われます-求電子付加の典型的な反応。 これは、非極性の不活性溶媒 (例: CCl4) の環境で実行されます。
ハロゲン化反応は立体特異的です - 付加はアルケン分子の平面に対して反対側から起こります
ハロゲン化水素。アルケンへのハロゲン化水素の求電子付加は、マルコフニコフの法則に従って発生します。
ハイドロボレーション。付加は多くの段階で発生し、中間の環状活性化錯体が形成され、ホウ素の付加はマルコフニコフ則に反して、最も水素化された炭素原子に発生します。
水分補給。アルケンへの水の付加反応は、硫酸の存在下で進行します
アルキル化。低温で酸触媒 (HF または H2SO4) の存在下でアルケンにアルカンを付加すると、より高分子量の炭化水素が形成され、産業でよく使用されます。
11. アルキン(そうでなければ、アセチレン系炭化水素) - 一般式 CnH2n-2 で、炭素原子間に三重結合を含む炭化水素。 三重結合の炭素原子は sp ハイブリダイゼーションの状態にあります。
アルキンは、付加反応によって特徴付けられます。 求電子付加反応を特徴とするアルケンとは異なり、アルキンは求核付加反応にも入ることができます。 これは、結合の重要な S 特性によるものであり、その結果、炭素原子の電気陰性度が増加します。 さらに、三重結合の水素原子の高い移動度は、置換反応におけるアルキンの酸性特性を決定します。
主な産業 入手方法アセチレンは、メタンの電気分解または熱分解、天然ガスの熱分解、およびカーバイド法です。
12. ジエン系炭化水素(ジエン)、2 つの二重結合を持つ不飽和炭化水素。 脂肪族 ジエンСnН2n_2と呼ばれます。 アルカジエン、脂環式 CnH2n_4 - シクロアルカジエン。 この記事では、共役二重結合を持つジエン炭化水素 [共役ジエン; 表を参照]。 化学中の孤立した二重結合を持つジエン。 主にあなた。 オレフィンと見分けがつきません。 接続について 累積二重結合で、アレンを参照してください。 ジエン炭化水素では、共役系の 4 つの炭素原子すべてが sp2 混成を持ち、同じ平面にあります。 4 つの p 電子 (各炭素原子から 1 つ) が結合して 4 つの p 分子軌道 (2 つの結合 - 占有され、2 つの緩み - フリー) を形成します。 p電子の部分的な非局在化は、共役効果を引き起こします。これは、システムのエネルギーの減少（孤立した二重結合のシステムと比較して13〜17 kJ / mol）、原子間距離の整列として現れます。二重結合はやや共役のない分子 (それぞれ 0.133 nm と 0.154 nm) よりも長く (0.135 nm)、単純なものは短く (0.146 nm)、分極率の増加、分子屈折の増大、およびその他の物理的性質があります。 効果。 ジエン炭化水素は、互いに移行する 2 つの配座の形で存在し、s-trans 形がより安定しています。
13. アルコール 1つ以上のヒドロキシル基を含む化合物が呼び出されます。 その数に応じて、アルコールは一価、二価、三価などに分けられます。 メチルアルコールの結合長と結合角。
アルコールには、いくつかの呼び方があります。 アルコールの名前の現代の IUPAC 命名法では、末尾の「ol」が炭化水素の名前に追加されます。 OH 官能基を含む最長鎖は、ヒドロキシル基に最も近い末端から番号が付けられ、置換基は接頭辞で示されます。
レシート。 アルケンの水和。アルケンが酸の希釈水溶液と反応すると、主な生成物はアルコールです。
アルケンのヒドロキシ水銀化-脱水銀化. この反応は転位を伴わず、個々のアルコールの形成につながります。 反応の方向はマルコフニコフ則に対応し、反応は温和な条件下で行われ、定量に近い収率が得られます。
アルケンのヒドロホウ素化とその後の酸化アルカリ性媒体中の過酸化水素溶液を含むボランは、最終的に、二重結合への水の付加の反マルコフニコフ生成物につながります。
水素化アルミニウムリチウムまたは水素化ホウ素ナトリウムによるアルデヒドおよびケトンの還元
LiAlH4 と NaBH4 は、アルデヒドを第一級アルコールに、ケトンを第二級アルコールに還元します。取り扱いの安全性が高いため、水素化ホウ素ナトリウムが推奨されます。水溶液やアルコール溶液でも使用できます。 水素化アルミニウムリチウムは、水やアルコールと爆発的に反応し、乾燥状態で120℃以上に加熱すると爆発的に分解します。
第一級アルコールへのエステルおよびカルボン酸の回収。第一級アルコールは、エーテルまたはTHF中の水素化リチウムアルミニウムによるエステルおよびカルボン酸の還元によって形成されます。 水素化アルミニウムリチウムによるエステルの還元方法は、調製の点で特に便利である。 水素化ホウ素ナトリウムは、エステル基とカルボキシル基を還元しないことに注意してください。 これにより、エステル基とカルボキシル基の存在下で、NaBH4 によるカルボニル基の選択的還元が可能になります。 回収産物の収率が 80% を下回ることはめったにありません。 水素化ホウ素リチウムは、NaBH4 とは異なり、エステルを第一級アルコールに還元します。
14. 多価アルコール。 グリセロール- 式 HOCH2CH(OH)-CH2OH または C3H5(OH)3 の化合物。 三価アルコールの最も単純な代表。 粘り気のある透明な液体です。 天然 (植物性または動物性) の脂肪と油 (トリグリセリド) の加水分解によって容易に形成され、1779 年にカール シェーレによって脂肪のケン化中に初めて得られました。
物理的特性。 グリセロール- 無色、粘性、吸湿性の液体で、水に無限に溶けます。 味が甘いので、その名前が付けられました（グリコ - 甘い）。 多くの物質をよく溶かします。
化学的特性グリセロールは多価アルコールの典型です. グリセロールとハロゲン化水素またはハロゲン化リンとの相互作用により、モノおよびジハロヒドリンが形成されます. グリセロールは、カルボン酸および鉱酸とエステル化されて、対応するエステルを形成します. そのため、硝酸を使用すると、グリセリンは三硝酸塩を形成します-ニトログリセリン（1847年にアスカニオ・ソブレロ（英語）によって取得）は、現在無煙粉末の製造に使用されています.
脱水すると、アクロレインを形成します。
HOCH2CH(OH)-CH2OH H2C=CH-CHO + 2 H2O、
エチレングリコール、HO-CH2-CH2-OH は、多価アルコールの最も単純な代表です。 精製すると、わずかに油っぽいコンシステンシーを持つ無色透明の液体です。 無臭で、甘みのある味わいです。 毒。 内部のエチレングリコールまたはその溶液の摂取は、身体に不可逆的な変化をもたらし、死に至る可能性があります。
業界では、エチレングリコール 水和によって得られる 10 atm および 190–200°C または 1 atm および 50–100°C で、0.1–0.5% の硫酸 (またはリン酸) 酸の存在下でエチレンオキシドを生成し、90% の収率に達します。 この場合の副産物は、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、および少量のエチレングリコールの高級ポリマー同族体です。
15. アルデヒド- 水素を含まないアルコール; 1つの置換基を持つカルボニル基（C=O）を含む有機化合物。
アルデヒドとケトンは非常に似ていますが、違いは後者がカルボニル基に2つの置換基を持っているという事実にあります. メソメリック共役の原理による「炭素-酸素」二重結合の分極により、次の共鳴構造を書き留めることが可能になります。
このような電荷の分離は、物理的な研究方法によって確認され、顕著な求電子剤としてのアルデヒドの反応性を大きく決定します。 一般に、アルデヒドの化学的性質はケトンに似ていますが、アルデヒドはより活性であり、より大きな結合分極に関連しています。 さらに、アルデヒドは、水溶液中での水和など、ケトンでは一般的ではない反応によって特徴付けられます。メタナールの場合は、結合分極がさらに大きいため完全であり、他のアルデヒドの場合は部分的です。
RC(O)H → RC(OH)2H、ここで R は H、任意のアルキル基またはアリール基です。
最も単純なアルデヒドには、鋭い特徴的な匂いがあります (たとえば、ベンズアルデヒドにはアーモンドの匂いがあります)。
ヒドロキシルアミンの作用下で、それらはオキシムに変換されます: CH3CHO + NH2OH = CH3C (=NOH)H + H2O
ホルムアルデヒド（ラテン語formica - antから）、ギ酸アルデヒド, CH2O、脂肪族アルデヒドの同族系列の最初のメンバー。 刺激臭のある無色の気体で、水とアルコールによく溶け、沸点は 19 °C です。 産業界では、F. はメチルアルコールまたはメタンを大気中の酸素で酸化することによって生成されます。 F. は (特に 100 °C までの温度で) 容易に重合するため、主にホルマリンおよび固体の低分子ポリマーであるトリオキサン (トリオキシメチレンを参照) およびパラホルム (パラホルムアルデヒドを参照) の形で保管、輸送、および使用されます。
F.は非常に反応的です。 その反応の多くは、多くの重要な製品を得るための工業的方法の基礎を形成しています。 したがって、アンモニアと相互作用する場合、F. はウロトロピン (ヘキサメチレンテトラミンを参照)、尿素 - 尿素 - ホルムアルデヒド樹脂、メラミン - メラミン - ホルムアルデヒド樹脂、フェノール - フェノール - ホルムアルデヒド樹脂 (フェノール - アルデヒド樹脂を参照)、フェノール - を形成します。およびナフタレンスルホン酸 - なめし剤、ケテン - b-プロピオラクトン。 F. は、ポリビニルホルマール (ポリビニル アセタールを参照)、イソプレン、ペンタエリスリトール、薬剤、染料、革をなめすための消毒剤および消臭剤としても使用されます。 F.の重合は、ポリホルムアルデヒドを受け取ります。 F. 有毒です。 空気中の最大許容濃度は 0.001 mg/l です。
アセトアルデヒド、アセトアルデヒド、CH3CHO、有機化合物、刺激臭のある無色の液体。 沸点20.8℃。 融点 - 124 ° C、密度 783 kg / m3 "、水、アルコール、エーテルとあらゆる点で混和性。 ) 3 および結晶性四量体メタアルデヒド (CH3CHO) 4. 両方のポリマーを硫酸の存在下で加熱すると、A が放出されます。
主なよく知られているものの1つ 入手方法 A.水銀塩の存在下、約95℃の温度でアセチレンに水を添加することからなる
16. ケトン- これらは、カルボニル基が 2 つの炭化水素ラジカルに結合している分子内の有機物質です。
ケトンの一般式: R1-CO-R2。 他のカルボニル化合物の中でも、正確に 2 つの炭素原子がカルボニル基に直接結合しているケトンの存在は、それらをカルボン酸およびその誘導体、ならびにアルデヒドと区別します。
物理的特性。ケトンは、水とよく混ざる揮発性の液体または低融点の固体です。 分子間水素結合の形成が不可能であるため、同じ分子量のアルコールやカルボン酸よりも揮発性がやや高くなります。
合成方法。 二級アルコールの酸化。
クリゲ転位による三級ペルオキソエステルから。
シクロケトンは、ルジカ環化によって得ることができます。
芳香族ケトンは、フリーデル・クラフツ反応によって調製できます
化学的特性。ケトン反応には主に 3 つのタイプがあります。
最初のものは、カルボニル基の炭素原子に対する求核攻撃に関連しています。 たとえば、ケトンとシアン化物アニオンまたは有機金属化合物との相互作用。 同じタイプ (求核付加) には、カルボニル基とアルコールとの相互作用が含まれ、アセタールとヘミアセタールが生成されます。
アルコールとの相互作用:
CH3COCH3 + 2C2H5OH → C2H5—O—C(CH3)2—O—C2H5
グリニャール試薬を使用:
C2H5-C(O)-C2H5 + C2H5MgI → (C2H5)3OMgI → (C2H5)3OH、三級アルコール。 アルデヒド、特にメタナールとの反応は著しく活性が高く、アルデヒドとは第二級アルコールが形成され、メタナールとは第一級アルコールが形成されます。
また、ケトンは、アンモニアや第一級アミンなどの窒素含有塩基と反応して、イミンを形成します。
CH3—C(O)—CH3 + CH3NH2 → CH3—C(N—CH3)—CH3 + H2O
2 番目のタイプの反応は、カルボニル基に対するベータ炭素原子の脱プロトン化です。 得られたカルバニオンはカルボニル基との結合により安定化され、プロトンの脱離が容易になるため、カルボニル化合物は比較的 強いS～H酸。
3 つ目は、酸素原子の孤立電子対に対する求電子剤の配位です。たとえば、AlCl3 などのルイス酸です。
別のタイプの反応は、ケトンの還元に起因する可能性があります - Leuckart によると、定量に近い収率での還元です。
17. 質問 15 と 16 を比較してください。
18. 一塩基性制限カルボン酸(一塩基性飽和カルボン酸) - 飽和炭化水素ラジカルが 1 つのカルボキシル基 -COOH に結合しているカルボン酸。 それらはすべて一般式СnH2n+1COOHを持ち、n = 0、1、2、...
命名法。一塩基性飽和カルボン酸の体系的な名前は、対応するアルカンの名前に接尾辞 -ovaya と酸という単語を追加して付けられます。
炭化水素ラジカルの骨格の異性は、2つの異性体を持つブタン酸から始まります。
CH3-CH2-CH2-COOH n-ブタン酸; CH3-CH(CH3)-COOH 2-メチルプロパン酸。
クラス間異性は、酢酸から始まります。
CH3-COOH酢酸; H-COO-CH3 ギ酸メチル (ギ酸のメチルエステル); HO-CH2-COH ヒドロキシエタナール (ヒドロキシ酢酸アルデヒド); HO-CHO-CH2 ヒドロキシエチレンオキシド。
19. エステル-有機化合物、カルボン酸または鉱酸の誘導体で、酸官能基のヒドロキシル基-OHがアルコール残基で置き換えられています。 それらは、2 つの炭化水素ラジカルが酸素原子 (R1-O-R2) によって結合されているエーテルとは異なります。
脂肪またはトリグリセリド- 天然有機化合物、グリセロールと一塩基性脂肪酸のフルエステル; 脂質のクラスに属します。 脂肪は、炭水化物やタンパク質と並んで、動物、植物、微生物の細胞の主成分の 1 つです。 液体の植物性脂肪は、バターと同じように一般に油と呼ばれます。
カルボン酸- 分子が 1 つまたは複数の官能性カルボキシル基 -COOH を含む有機化合物のクラス。 酸性の性質は、この基が比較的容易にプロトンを切り離すことができるという事実によって説明されます。 まれな例外を除いて、カルボン酸は弱いです。 たとえば、酢酸 CH3COOH の酸度定数は 1.75 10-5 です。 ジおよびトリカルボン酸は、モノカルボン酸よりも強力です。
脂肪は優れた断熱材であるため、多くの温血動物では皮下脂肪組織に蓄積され、熱損失が減少します。 特に厚い皮下脂肪層は、水生哺乳類（クジラ、セイウチなど）の特徴です。 同時に、暑い気候に住む動物（ラクダ、トビネズミ）では、脂肪の蓄積が
構造機能
リン脂質は、細胞膜の二重層、コレステロール - 膜流動性の調節因子の基礎を形成します。 古細菌の膜には、イソプレノイド炭化水素の誘導体が含まれています。 ワックスは、植物の地上器官（葉や新芽）の表面にクチクラを形成します。 それらは多くの昆虫によっても生成されます（たとえば、ミツバチはそれらから蜂の巣を作り、ミミズやカイガラムシは保護カバーを形成します）.
規制
ビタミン - 脂質 (A、D、E)
ホルモン（ステロイド、エイコサノイド、プロスタグランジンなど）
補因子（ドリコール）
シグナル分子 (ジグリセリド、ジャスモン酸、MP3 カスケード)
保護（衝撃吸収）
脂肪の厚い層が保護します 内臓多くの動物が衝撃による損傷を受けています（たとえば、体重が 1 トンにもなるアシカは、高さ 4 ～ 5 m の岩から岩の多い海岸に飛び込むことができます）。
20-21-22。 一塩基性不飽和酸- 1個の水素原子がカルボキシル基で置き換えられた不飽和炭化水素の誘導体。
命名法、異性。不飽和酸のグループでは、経験的な名前が最もよく使用されます：CH2 = CH-COOH - アクリル（プロペン）酸、CH2 = C（CH3）-COOH - メタクリル（2-メチルプロペン）酸。 不飽和一塩基酸のグループの異性は、以下に関連しています。
a) 炭素骨格の異性; b) 二重結合の位置; c) シス-トランス異性。
取得する方法.1. ハロゲン化酸の脱ハロゲン化水素:
CH3-CH2-CHCl-COOH ---KOH(濃)---> CH3-CH=CH-COOH
2. ヒドロキシ酸の脱水: HO-CH2-CH2-COOH -> CH2=CH-COOH
物理的特性. 低級不飽和酸 - 水に溶ける液体で、強い刺激臭があります。 より高い - 固体、水不溶性物質、無臭。
化学的特性不飽和カルボン酸は、カルボキシル基の特性と二重結合の特性の両方によるものです。 カルボキシル基の近くに二重結合を持つ酸 - アルファ、ベータ不飽和酸 - には特定の特性があります。 これらの酸の場合、ハロゲン化水素の付加と水和はマルコフニコフ則に反します: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH
慎重に酸化すると、ジヒドロキシ酸が形成されます：CH2 \u003d CH-COOH + [O] + H2O -> HO-CH2-CH (OH) -COOH
激しい酸化では、二重結合が切断され、異なる生成物の混合物が形成され、そこから二重結合の位置を決定できます。 オレイン酸 С17Н33СООН は、最も重要な高級不飽和酸の 1 つです。 寒さで固まる無色の液体です。 その構造式は、CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH です。
23.二塩基性制限カルボン酸(二塩基性飽和カルボン酸) - 飽和炭化水素ラジカルが 2 つのカルボキシル基 -COOH に結合しているカルボン酸。 それらはすべて一般式 HOOC(CH2)nCOOH を持ち、n = 0、1、2、…
命名法。 二塩基性飽和カルボン酸の体系的な名前は、対応するアルカンの名前に接尾辞 -dioic と酸という単語を追加して与えられます。
炭化水素ラジカルの骨格の異性は、2 つの異性体を持つブタン二酸から始まります。
HOOC-CH2-CH2-COOH n-ブタン二酸 (エタン-1,2-ジカルボン酸);
CH3-CH(COOH)-COOH エタン-1,1-ジカルボン酸。
24-25。 オキシ酸（ヒドロキシカルボン酸）、分子内に、カルボキシル基 - COOH、ヒドロキシル基 - OH などがあります。 HOCH2COOH (グリコール酸)。 植物および動物の生物に含まれています（乳酸、クエン酸、酒石酸およびその他の酸）。
自然界への分布
ヒドロキシ酸は非常に広く普及しています。 したがって、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、乳酸およびその他の酸はヒドロキシ酸であり、それらの名前は、この物質が見つかった主要な天然源を反映しています。
合成方法
Reformatsky 反応は、β-ヒドロキシカルボン酸のエステルを合成する方法です。
「フルーツ酸」。 多くのヒドロキシ酸は、角質溶解剤として化粧品に使用されています。 しかし、名前はマーケティング担当者によってわずかに変更されました.化粧品の魅力を高めるために、それらはしばしば「フルーツ酸」と呼ばれています.
26-27. オキシ酸（アルコール酸）、水性残基とカルボキシル基の両方を含むアルコールと酸の両方の二重機能の化合物。 COOH に対する OH の位置 (1 つ、2 つ、3 つの場所を介して並んでいる) に応じて、a-、p-、y-、b-ヒドロキシ酸が区別されます。 O. を受け取るには多くの方法がありますが、主なものはグリコールの慎重な酸化: CH3.CH(OH).CH2.OH + O2 = CH3 です。 .CH(OH).COOH; オキシニトリルのケン化 CH3.CH(OH).CN —* CH3.CH(OH).COOH; ハロゲン酸中のハロゲンの OH への交換: CH2C1.COOH + KOH = CH2(OH).COOH + + KCl、アミノ酸に対する HNO2 の作用: CH2(NH2)。 COOH + HNO2 = CH2 (OH) + N2 + + H2O. 動物の体内では、脱アミノ化（参照）アミノ酸、酸化中にヒドロキシ酸が形成されます 脂肪to-t（アセトン体、代謝 - タンパク質を参照）、解糖（参照）、発酵（参照）など。 プロセス。 ヒドロキシ酸は、濃厚な液体または結晶です。 物質。 化学で。 O. の関係は、アルコールとしても - あなたとしても反応します。 シンプルとエステルの両方。 リンのハロゲン化合物の作用下で、両方のOHがハロゲンに置き換えられます。 ハロゲン化水素酸はアルコール性 OH とのみ反応する. a-, p)-, y- および b-ヒドロキシ酸を特徴付ける特別な反応: a-ヒドロキシ酸、2 つの分子から水を失い、環状エステル、ラクチド: 2CH2 (OH). COOH = 2H2O + CH2.O.CO (グリコリド); so.o.sn2 /Z-O.、水の放出、不飽和酸の形成: CH2 (OH). CH2.COOH- H20 \u003d CH2:CH. .COOH; y-および d-ヒドロキシ酸は無水物を形成します - ラクトン: CH3.CH(OH).CH2.CH2.COOH = = H2O + CH3.CH.CH2.CH2.CO. O. は動植物生物に広まっています。 脂肪族a-Oの代表。 グリコール酸、CH2OH.COOH(オキシ酢酸)、乳酸です。 p-ヒドロキシ酸 - アクリル酸、CH2OH.CH2COOH、p-ヒドロキシ-酪酸から; うーん。 水分を失うとラクトンになるため、自由な形では不明です。 二塩基性 O. の中で、リンゴ酸 (oxyamber-naya) は重要です。 COOH.CHOH.CH2.COOH、植物に広く分布。 弱いソリューションでは左回転、強いソリューションでは右回転。 合成 - それは非アクティブです。 二塩基性四原子酸には、酒石酸（ジオキシコハク酸）が含まれる。 他の O. - レモンのうち、HO.SO.CH2. .(COH)(COOH).CH2.COOH は、植物界 (ブドウ、レモン) で非常に一般的であり、動物の体 (牛乳) に見られます。 クエン酸鉄の形で薬効があります。 芳香族O.（フェノール酸）のうち、サリチル酸、没食子酸、およびそれらの誘導体は医学において重要です。 サリチル酸のフェニルエステル（サロール）、スルホサリチル酸、C6H3.OH.S03H.COOH（タンパク質試薬）、アセチルサリチル酸（アスピリン）。 植物には、芳香族系のさまざまな O が多数あります。派生物 to-rykh は、とりわけ、技術的に非常に重要なタンニンです。 バイオについて。 個別の O の値と、それらの定量的定義の方法については、参照してください。 アセトン体、ブロ解糖、脱アミノ化、血液、乳酸、尿、筋肉、ベータ(^)-ヒドロキシ酪酸。
28-29。 アンモニア分子中の水素原子を炭化水素ラジカルで連続的に置換すると、アミンのクラスに属する化合物が得られます。 したがって、アミンは第一級（RNH2）、第二級（R2NH）、第三級（R3N）です。 -NH2基はアミノ基と呼ばれます。
どのラジカルが窒素原子に結合しているかに応じて、脂肪族、芳香族、脂環式、および複素環式アミンがあります。
アミンの名前の作成は、対応する炭化水素 (第一級アミン) の名前に接頭辞のアミノ- を追加するか、窒素原子に関連するラジカルのリストされた名前に末尾の - アミンを追加することによって実行されます (アミンの場合)。
入手方法.1. ホフマン反応。第一級アミンを得るための最初の方法の 1 つは、ハロゲン化アルキルによるアンモニアのアルキル化でした。 . 2.ジニン反応— 芳香族ニトロ化合物の還元で芳香族アミンを得る便利な方法。 以下が還元剤として使用されます: H2 (触媒上)。 金属（亜鉛、鉄）が希酸で処理される反応の瞬間に水素が直接生成されることがあります。
アミンの物性。窒素原子に非共有電子対が存在すると、対応するアルカンよりも沸点が高くなります。 アミンには不快な刺激臭があります。 で 室温および大気圧、多くの第一級アミンの最初の代表は、水によく溶けるガスです。 炭素ラジカルが増加すると、沸点が上昇し、水への溶解度が低下します。
アミンの化学的性質。 アミンの基本的性質
アミンは塩基です。これは、窒素原子が電子対を提供して、ドナー-アクセプター機構 (ルイス塩基性の定義に対応) に従って電子不足種との結合を形成できるためです。 したがって、アンモニアのようなアミンは、酸や水と相互作用し、プロトンを追加して対応するアンモニウム塩を形成することができます。
アンモニウム塩は水によく溶けますが、有機溶媒にはほとんど溶けません。 アミンの水溶液はアルカリ性です。
アミンの基本的な特性は、置換基の性質に依存します。 特に、芳香族アミンは脂肪族アミンよりも弱塩基です。 窒素の自由電子対は、芳香族核の系と共役に入り、窒素原子の電子密度を低下させます（-M効果）。 逆に、アルキル基は良好な電子密度供与体です (+I 効果)。
アミンの酸化。 アミンの燃焼には、二酸化炭素、窒素、および水の形成が伴います：4CH3NH2 + 9O2 \u003d 4CO2 + 2N2 + 10H2O
芳香族アミンは空気中で自然酸化します。 したがって、アニリンは酸化により空気中で急速に褐色に変わります。
ハロゲン化アルキルの付加 アミンがハロアルカンを付加して塩を形成
アミンと亜硝酸の相互作用 亜硝酸ナトリウムと塩酸の反応によってその場で得られる、亜硝酸の作用下での第一級芳香族アミンのジアゾ化反応は非常に重要です。
第一脂肪族アミンは、亜硝酸と反応するとアルコールを形成し、第二脂肪族および芳香族アミンはN-ニトロソ誘導体を生成します：R-NH2 + NaNO2 + HCl \u003d R-OH + N2 + NaCl + H2O; NH+NaNO2+HCl=R2N-N=O+NaCl+H2O
芳香族アミンでは、アミノ基はベンゼン環のオルトおよびパラ位置での置換を容易にします。 そのため、触媒がなくても急速にアニリンのハロゲン化が起こり、ベンゼン環の水素原子3個が一気に置換され、2,4,6-トリブロマニリンの白色沈殿が析出します。
臭素水とのこの反応は、アニリンの定性的反応として使用されます。
応用
アミンは、製薬業界および有機合成 (CH3NH2、(CH3)2NH、(C2H5)2NH など) で使用されます。 ナイロン（NH2-（CH2）6-NH2 - ヘキサメチレンジアミン）の製造における; 染料やプラスチック（アニリン）の原料として。
30. アミノ酸（アミノカルボン酸）- 分子にカルボキシル基とアミン基が同時に含まれる有機化合物。 アミノ酸は、1 つまたは複数の水素原子がアミン基で置き換えられたカルボン酸の誘導体と見なすことができます。
一般的な化学的性質。 1. アミノ酸は、分子内にカルボキシル基 -COOH が存在することによる酸性の性質と、アミノ基 -NH2 による塩基性の性質の両方を示すことができます。 このため、アミノ酸の水溶液は緩衝液の性質を持っています。
双性イオンは、アミノ基が-NH3+、カルボキシ基が-COO-で表されるアミノ酸分子です。 このような分子は、正味電荷が 0 の状態で大きな双極子モーメントを持ちます。 ほとんどのアミノ酸の結晶が構築されるのは、そのような分子からです。
一部のアミノ酸には、複数のアミノ基とカルボキシル基があります。 これらのアミノ酸について、特定の両性イオンについて話すことは困難です。
2. アミノ酸の重要な特徴は重縮合する能力であり、ペプチド、タンパク質、ナイロン-66 などのポリアミドを形成します。
3. アミノ酸の等電点は、アミノ酸分子の最大比率がゼロの電荷を持つ pH 値です。 この pH では、アミノ酸は電界内で最も移動しにくく、この特性を利用して、アミノ酸だけでなく、タンパク質やペプチドを分離することができます。
4. アミノ酸は通常、カルボン酸とアミンに特徴的なすべての反応に入ることができます。
光学異性. グリシンを除く生物の一部であるすべてのα-アミノ酸は、不斉炭素原子（スレオニンとイソロイシンは2つの不斉原子を含む）を含み、光学活性を持っています. 天然に存在するほとんどすべてのα-アミノ酸はL型であり、リボソーム上で合成されるタンパク質の組成にはL-アミノ酸のみが含まれます。
「生きた」アミノ酸のこの特徴は、光学的に不活性な物質またはラセミ体（明らかに、有機分子で表される）間の反応であるため、説明が非常に困難です。 太古の地球) L体とD体が同量形成される。 多分。 形態 (L または D) のいずれかの選択は、状況のランダムな組み合わせの結果にすぎません。マトリックス合成を開始できる最初の分子は特定の形態を持ち、対応する酵素はそれらに「適応」しました。
31.アミノ酸は有機両性化合物です. それらは、分子内に反対の性質の2つの官能基を含んでいます:塩基性特性を持つアミノ基と酸性特性を持つカルボキシル基です。 アミノ酸は酸と塩基の両方と反応します。
H2N-CH2-COOH + HCl → Сl[H3N-CH2-COOH],
H2N-CH2-COOH + NaOH → H2N-CH2-COONa + H2O.
アミノ酸が水に溶解すると、カルボキシル基は水素イオンを分離し、アミノ基に結合することができます. この場合、内部塩が形成され、その分子は双極イオンです。
H2N-CH2-COOH + H3N-CH2-COO-。
アミノ酸の水溶液は、官能基の数に応じて、中性、アルカリ性、または酸性の環境になります。 したがって、グルタミン酸は酸性溶液 (2 つの基 -COOH、1 つの -NH2)、リジン - アルカリ性 (1 つの基 -COOH、2 つの -NH2) を形成します。
第一級アミンと同様に、アミノ酸は亜硝酸と反応し、アミノ基がヒドロキソ基に変わり、アミノ酸がヒドロキシ酸に変化します: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2+ H2O
放出された窒素の量を測定することで、アミノ酸の量を決定できます (Van Slyke 法)。
アミノ酸はガス状塩化水素の存在下でアルコールと反応し、エステルに変わります (より正確には、エステルの塩酸塩になります): H2N-CH(R)-COOH + R"OH H2N-CH(R)- COOR" + H2O.
アミノ酸のエステルはバイポーラ構造を持たず、揮発性化合物です。 アミノ酸の最も重要な特性は、ペプチドを形成するために凝縮する能力です。
32.カルボキシル基 2 つの官能基 - カルボニル =CO とヒドロキシル -OH を結合し、相互に影響を与えます。
カルボン酸の酸性特性は、電子密度のカルボニル酸素へのシフトと、その結果生じる追加の (アルコールと比較して) O-H 結合の分極によるものです。
水溶液中で、カルボン酸はイオンに解離します: R-COOH = R-COO- + H+
水への溶解性と酸の高沸点は、分子間水素結合の形成によるものです。
アミノ基 - 一価基 -NH2、アンモニア残基 (NH3)。アミノ基は、多くの有機化合物 (アミン、アミノ酸、アミノアルコールなど) に含まれています。-NH2 基を含む化合物は、原則として、窒素原子に非共有電子対が存在するため、塩基性を持っています。
芳香族化合物における求電子置換の反応では、アミノ基は第 1 種の配向剤です。 ベンゼン環のオルト位とパラ位を活性化します。
33.重縮合- 多官能性 (ほとんどの場合二官能性) 化合物からポリマーを合成するプロセス。通常、官能基の相互作用中に低分子量の副生成物 (水、アルコールなど) が放出されます。
重縮合の過程で形成されるポリマーの分子量は、初期成分の比率、反応条件に依存します。
重縮合反応には、2 つの異なる官能基を持つ 1 つのモノマーが関与します。たとえば、ε-アミノカプロン酸からのポリ-ε-カプロアミド (ナイロン-6、カプロン) の合成、または異なる官能基を持つ 2 つのモノマーの合成、アジピン酸とヘキサメチレンジアミンのナイロン66重縮合の; この場合、線状構造のポリマーが形成されます（線状重縮合、図1を参照）。 単量体（単数または複数）が２つ以上の官能基を有する場合、三次元ネットワーク構造（三次元重縮合）を有する架橋ポリマーが形成される。 そのようなポリマーを得るために、「架橋」多官能性成分がしばしばモノマーの混合物に添加される。
特に注目すべきは、開環付加機構による環状モノマーからのポリマー合成反応です。例えば、カプロラクタム (ε-アミノカプロン酸の環状アミド) からのナイロン-6 の合成です。 低分子量フラグメントの分離が起こらないという事実にもかかわらず、そのような反応はより頻繁に重縮合と呼ばれます。
ペプチド結合- あるアミノ酸の α-アミノ基 (-NH2) と別のアミノ酸の α-カルボキシル基 (-COOH) との相互作用の結果として、タンパク質およびペプチドの形成中に発生するアミド結合の一種。
ペプチド結合の C-N ide は部分的に二重の特徴を持ち、特にその長さが 1.32 オングストロームに減少することで現れます。 これにより、次のプロパティが生じます。
4 つの結合原子 (C、N、O、および H) と 2 つの α-炭素が同じ平面にあります。 α炭素のアミノ酸と水素のR基は、この平面の外にあります。
ペプチド結合の H と O、および 2 つのアミノ酸の α-炭素はトランス配向しています (トランス異性体の方が安定しています)。 すべての天然タンパク質およびペプチドに存在する L-アミノ酸の場合、R-基もトランスオリエンテーションされます。
ぐるぐる回る C-N 接続不可能、C-C 結合の周りの回転は可能です。
ペプチド (ギリシャ語 πεπτος - 栄養価の高い) - 分子がペプチド (アミド) 結合 -C (O) NH - によって鎖状に接続された α-アミノ酸残基から構築される物質のファミリー。
34. タンパク質（タンパク質、ポリペプチド）） - ペプチド結合によって鎖状に結合されたアミノ酸からなる高分子有機物質。 生物では、タンパク質のアミノ酸組成は遺伝暗号によって決定され、ほとんどの場合、20 種類の標準的なアミノ酸が合成に使用されます。 それらの組み合わせの多くは、タンパク質分子のさまざまな特性をもたらします。 さらに、タンパク質の組成中のアミノ酸は、翻訳後修飾を受けることがよくあります。これは、タンパク質がその機能を実行し始める前と、細胞内での「作業」中に発生する可能性があります。 多くの場合、生物では、いくつかのタンパク質分子が光合成複合体などの複雑な複合体を形成します。
タンパク質高分子の複雑なパッキング (アーキテクトニクス) を理解するには、いくつかのことを考慮する必要があります。 組織レベル. 主要な最も単純な構造は、ポリペプチド鎖、つまり、ペプチド結合によって連結された一連のアミノ酸です。 一次構造では、アミノ酸間のすべての結合は共有結合であるため、強力です。 次のより高いレベルの組織化は、タンパク質の糸がらせん状にねじれた二次構造です。 水素結合は、ヘリックスの一方のターンにある -COOH グループともう一方のターンの -NH2 グループの間に形成されます。 それらは水素に基づいて発生し、ほとんどの場合、2 つの負の原子の間に位置します。 水素結合は共有結合よりも弱いですが、水素結合の数が多いと、十分に強い構造を形成します。 アミノ酸（ポリペプチド）の糸はさらにコイル状になり、各タンパク質に固有のボール、フィブリル、または小球を形成します。 したがって、三次構造と呼ばれる複雑な構成が生じます。 その決定は通常、X線回折分析の方法を使用して実行されます。これにより、結晶および複雑な化合物内の原子および原子群の空間内の位置を確立できます。
タンパク質の立体構造を支える結合も弱い。 それらは、特に疎水性相互作用のために生じる。 これらは、非極性分子間または水性媒体中の分子の非極性領域間の引力です。 水溶液中の一部のアミノ酸の疎水性残基は互いに接近し、「くっつき」、タンパク質構造を安定化させます。 疎水力に加えて、アミノ酸残基の電気陰性基と電気陽性基の間の静電結合は、タンパク質の三次構造を維持する上で重要な役割を果たします。 三次構造は、硫黄含有アミノ酸の硫黄原子間に生じる少数の共有ジスルフィド-S-S-結合によってもサポートされています。 三次と言わざるを得ません。 タンパク質の構造は最終的なものではありません。 同じタンパク質の高分子または他のタンパク質の分子は、多くの場合、タンパク質高分子に結合していることが判明します。 たとえば、赤血球に含まれるタンパク質であるヘモグロビンの複雑な分子は、4 つのグロビン高分子 (2 つのアルファ鎖と 2 つのベータ鎖) で構成され、それぞれが鉄含有ヘムに結合しています。 それらの組み合わせの結果として、機能するヘモグロビン分子が形成されます。 そのようなパッケージでのみ、ヘモグロビンは完全に機能します。つまり、酸素を運ぶことができます。 いくつかのタンパク質分子が互いに結合することにより、四次構造が形成されます。 ペプチド鎖がコイル状に積み重なっている場合、そのようなタンパク質は球状と呼ばれます。 ポリペプチド鎖が糸の束に積み重ねられている場合、それらは繊維状タンパク質と呼ばれます。 二次構造から始めて、タンパク質高分子の空間配置 (コンフォメーション) は、私たちが発見したように、主に弱い化学結合によってサポートされています。 外的要因（温度、培地の塩組成、pH、放射線の影響下での変化、およびその他の要因）の影響下で、高分子を安定化する弱い結合が壊れ、タンパク質の構造、したがってその特性が変化します。 このプロセスは変性と呼ばれます。 弱い結合の一部の切断、タンパク質のコンフォメーションおよび特性の変化は、生理学的要因の影響下でも発生します（たとえば、ホルモンの作用下）。 したがって、タンパク質の特性は規制されています：酵素、受容体、輸送体。 タンパク質構造のこれらの変化は、通常、簡単に元に戻すことができます。 多数の弱い結合が切断されると、タンパク質の変性が起こり、元に戻すことができない場合があります (たとえば、卵を茹でたときの卵白の凝固)。 時には、タンパク質の変性も生物学的に理にかなっています。 たとえば、スパイダーは秘密のドロップを割り当て、それを何らかのサポートに貼り付けます。 次に、秘密を解き続けながら、彼は糸をわずかに引っ張ります。この弱い張力で、タンパク質が可溶性から不溶性に変性し、糸が強くなります。
35-36. 単糖類（ギリシャのモノから：唯一のもの、サッカル：砂糖）、 - 炭水化物の主要なグループの1つである有機化合物。 砂糖の最も単純な形。 通常、無色、水溶性、透明な固体です。 一部の単糖類には甘味があります。 二糖類（スクロースなど）および多糖類（セルロースやデンプンなど）が合成される構成要素である単糖類は、ヒドロキシル基とアルデヒド（アルドース）またはケト基（ケトース）を含みます。 ヒドロキシル基が結合している各炭素原子 (最初と最後のものを除く) はキラルであり、多くの異性体が生じます。 たとえば、ガラクトースとグルコースはアルドヘキソースですが、化学構造が異なります。 物理的特性. 単糖類は、すべての炭水化物と同様に、3 つの要素 (C、O、H) しか含まれていません。
単糖類の細分化トリオース、テトロース、ペントース、ヘキソースなど (鎖内の 3、4、5、6 などの炭素原子)。 9 個を超える炭素原子を含む炭素鎖を持つ天然の単糖は見つかっていません。 5員環を含む単糖類はフラノース、6員環 - ピラノースと呼ばれます。
異性。 n 個の不斉炭素原子を含む単糖の場合、2n 立体異性体が存在する可能性があります (異性を参照)。
38.化学的性質。単糖類は、カルボニル基とヒドロキシル基に特徴的な化学反応を起こします。 特徴単糖 - 開いた (非環式) および環状の形で存在し、それぞれの形の誘導体を生成する能力。 ほとんどのモノースは水溶液中で環化して、同じ糖のアルコールとカルボニル基の間でヘミアセタールまたはヘミケタール (アルドースかケトースかによる) を形成します。 例えば、グルコースは、そのC1とO5を結合してピラノシドと呼ばれる6員環を形成することにより、容易にヘミアセタールを形成します。 同じ反応がC1とO4の間で起こり、5員フラノシドを形成します。
自然界の単糖。単糖類は、複合炭水化物 (グリコシド、オリゴ糖、多糖類) および混合炭水化物含有バイオポリマー (糖タンパク質、糖脂質など) の一部です。 この場合、単糖類はグリコシド結合によって互いに結合し、分子の非炭水化物部分に結合します。 酸または酵素による加水分解により、これらの結合が切断されて単糖が放出されます。 自然界では、D-グルコースと D-フルクトースを除いて、遊離単糖はまれです。 二酸化炭素と水からの単糖類の生合成は植物で行われます (光合成を参照)。 単糖の活性化誘導体 - ヌクレオシド二リン酸糖 - の関与により、原則として、複雑な炭水化物の生合成があります。 体内の単糖類の分解（例えば、アルコール発酵、解糖）にはエネルギーの放出が伴います。
応用。一部の遊離単糖類およびその誘導体 (例えば、グルコース、フルクトースおよびその二リン酸塩など) は、食品産業および医薬品で使用されています。
37. グルコース (C6H12O6)（「ブドウ糖」、デキストロース）は、ブドウを含む多くの果物やベリーのジュースに含まれているため、このタイプの砂糖の名前です. 六原子糖（ヘキソース）です。
物理的特性. 甘味のある白色の結晶性物質で、水によく溶け、エーテルに溶けにくく、アルコールに溶けにくい。
分子の構造
CH2(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-C=O
グルコースは、サイクル (α および β グルコース) で存在できます。
αおよびβグルコース
フィッシャー射影からヘイワース射影へのグルコースの遷移. グルコースは、ほとんどの二糖類および多糖類の加水分解の最終生成物です。
生物学的役割。グルコースは光合成の主な産物であり、カルビン回路で形成されます。
人間と動物では、グルコースは代謝プロセスの主要かつ最も用途の広いエネルギー源です。 動物の体のすべての細胞はブドウ糖を吸収する能力を持っています。 同時に、遊離脂肪酸やグリセロール、フルクトース、乳酸などの他のエネルギー源を使用する能力は、体のすべての細胞が持っているわけではなく、それらのタイプの一部だけが持っています.
外部環境から動物細胞へのグルコースの輸送は、特別なタンパク質分子であるヘキソースキャリア（トランスポーター）の助けを借りた能動的な膜貫通移動によって行われます。
細胞内のグルコースは解糖を受けて、ATP の形でエネルギーを提供します。 解糖鎖の最初の酵素はヘキソキナーゼです。 細胞ヘキソキナーゼの活性は、ホルモンの調節の影響下にあります。たとえば、インスリンはヘキソキナーゼ活性を急激に増加させ、その結果、細胞によるグルコース利用を増加させ、グルココルチコイドはヘキソキナーゼ活性を減少させます。
グルコース以外の多くのエネルギー源は、乳酸、多くの遊離脂肪酸とグリセロール、または遊離アミノ酸、特にアラニンなどの単純なものなど、肝臓で直接グルコースに変換できます. 他の化合物から肝臓でグルコースが形成されるプロセスは、糖新生と呼ばれます。
グルコースへの直接的な生化学的変換がないエネルギー源は、肝臓細胞によってATPを生成するために使用され、その後、糖新生、乳酸からのグルコースの再合成、またはグリコーゲン多糖類の合成プロセスのためのエネルギー供給のプロセスにエネルギーを提供します.グルコースモノマーからの蓄え。 グルコースは、単純な分解によってグリコーゲンから再び簡単に生成されます。
血中のブドウ糖の安定したレベルを維持することは非常に重要であるため、人間および他の多くの動物は、炭水化物代謝パラメーターのホルモン調節の複雑なシステムを持っています。 1 グラムのブドウ糖が二酸化炭素と水に酸化されると、17.6 kJ のエネルギーが放出されます。 酸化状態-4の炭素原子（C-4）の形でグルコース分子に保存されている最大「ポテンシャルエネルギー」は、代謝プロセス中にC + 4（CO2分子内）に減少する可能性があります。 以前のレベルへの回復は、独立栄養生物によって実行できます。
果糖または果糖 C6H12O6- ほとんどすべてのスイートベリーやフルーツにフリーフォームで存在する単糖類。 多くの人は砂糖を合成薬品ではなく、天然のフルクトースに置き換えることを好みます.
普遍的なエネルギー源として機能するグルコースとは異なり、フルクトースはインスリン依存組織に吸収されません。 肝細胞によってほぼ完全に吸収され、代謝されます。 事実上、人体の他の細胞 (精子を除く) はフルクトースを使用できません。 肝細胞では、フルクトースはリン酸化された後、トリオースに分解されます。トリオースは、肥満につながる可能性のある脂肪酸合成に使用されるだけでなく、トリグリセリド レベルの増加 (アテローム性動脈硬化のリスクが増加します) に使用されるか、グリコーゲンに使用されます。合成（糖新生中に部分的にグルコースに変換される）. しかし、フルクトースからグルコースへの変換は複雑な多段階プロセスであり、フルクトースを処理する肝臓の能力は限られています。 インスリンはその吸収に必要ないため、糖尿病患者の食事にフルクトースを含めるかどうかの問題は、近年集中的に研究されています.
フルクトースは健康な人の血糖値を上昇させませんが (またはわずかに)、糖尿病患者の血糖値を上昇させることがよくあります。 一方、細胞内のグルコースが不足しているため、糖尿病患者は体内で脂肪を燃焼し、脂肪の蓄えが枯渇する可能性があります. この場合、容易に脂肪に変換され、インスリンを必要としないフルクトースを使用してそれらを復元することができます. フルクトースの利点は、砂糖と同じカロリー量（380 kcal / 100 g）で1.2〜1.8倍甘いため、比較的少量のフルクトースで料理に甘味を与えることができることです. しかし、調査によると、フルクトースの消費者は食事のカロリー量を減らさず、代わりに甘い食事を食べます.
39. オリゴ糖- これらはオリゴマーであり、数個 (20 個以下) のモノマーで構成されています。 - グリコシド結合によって連結されたいくつかの単糖残基 (2 から 10 まで) から構築された化合物。
オリゴ糖の非常に重要で広く普及している特殊なケースは、二糖類 (単糖の 2 つの分子からなる二量体) です。
トリ、テトラなどについても話せます。 糖類。
40. 二糖類- オリゴ糖のサブクラスの一般名で、分子は 2 つのモノマー (単糖) で構成されています。 二糖類は、2 つの単糖類 (通常はヘキソース) 間の縮合反応によって形成されます。 縮合反応には、水の除去が含まれます。 縮合反応によって生じる単糖同士の結合をグリコシド結合と呼び、通常、この結合は隣接する単糖単位の1番目と4番目の炭素原子間で形成されます（1,4-グリコシド結合）。
凝縮プロセスは数え切れないほど繰り返され、巨大な多糖分子が生成されます。 単糖単位が結合すると、それらは残基と呼ばれます。 最も一般的な二糖類はラクトースとスクロースです。
ミュータローテーション(lat. muto-change および rotatio - rotation から)、光学サイズの変更。 エピマー化による光学活性化合物の溶液の回転。 これは、単糖、オリゴ糖、ラクトンなどの還元に典型的です。変異回転は、酸と塩基によって触媒されます。 グルコースの場合、ミュータローテーションは平衡の確立によって説明されます。平衡状態では、38% のアルファ フォームと 62% のベータ フォームがあります。 中級 アルデヒド型は無視できる濃度で含まれています。 利点として、b 型の形成は、熱力学的に安定しているという事実によるものです。
アルデヒドの特徴である「銀鏡」「銅鏡」反応
1) 「銀鏡」の反応、試験管の壁に Ag 堆積物が形成される
2) 銅鏡反応、赤色 Cu2O 沈殿物の沈殿
40. 次に、場合によっては発生する二糖類 多糖類の加水分解（デンプンの加水分解ではマルトース、セルロースの加水分解ではセロビオース）、または遊離体（ラクトース、スクロース、トレハロースなど）で体内に存在し、os-およびp-グリコシダーゼの触媒作用で加水分解され、単糖類。 トレハラーゼ（α、オムレガロース-グルコヒドラジン）を除くすべてのグリコシダーゼは、さまざまな特異性を持ち、1つまたは別のα-または（3-単糖の誘導体であるほとんどすべてのグリコシドの加水分解を促進します。したがって、α-グルコシダーゼマルトースを含むα-グルコシド、β-グルコシダーゼ-セロビオースを含むβ-グルコシド、β-ガラクトシダーゼ-β-ガラクトシド、中でもラクトースなどの加水分解反応を促進します。αおよびβ-グルコシダーゼの作用の例は前に示しました
41.失敗談によると 二糖類の化学構造トレハロース型 (グリコシド - グリコシド) とマルトース型 (グリコシド - グルコース) は化学的性質が大きく異なります。前者はアルデヒドまたはケトン基に特徴的な反応を示しません。マルトースなどの二糖類の場合、上記のすべての反応は逆に非常に特徴的です。 この違いの理由は、2 種類の二糖構造と、それらの組成に含まれる単糖残基の特性について上で述べたことから明らかです。 それは、マルトースなどの二糖類でのみ環鎖互変異性が可能であり、その結果、その特徴的な特性を示す遊離のアルデヒドまたはケトン基が形成されるという事実にあります。
アルコールヒドロキシルの場合、両方のタイプの二糖類が同じ反応を示します。それらはエーテルとエステルを形成し、金属酸化物の水和物と相互作用します。
自然界には多数の二糖類があります。 上記のトレハロースとマルトース、およびスクロース、セロビオース、ラクトースが最も重要です。
42.マルトース（イギリスの麦芽から - 麦芽） - 麦芽糖、2つのグルコース残基からなる天然の二糖類。 大麦、ライ麦、その他の穀物の発芽穀物（麦芽）に大量に含まれています。 トマト、花粉、多くの植物の蜜にも含まれています。 M.は水に溶けやすく、甘い味がします。 置換されていないヘミアセタール水酸基を持っているため、還元糖です。 b-D-グルコピラノシルリン酸と D-グルコースからの M. の生合成は、いくつかの種類の細菌でのみ知られています。 動物および植物生物では、M. はデンプンとグリコーゲンの酵素分解中に形成されます (アミラーゼを参照)。 M. の 2 つのグルコース残基への分解は、酵素 α-グルコシダーゼまたはマルターゼの作用の結果として発生します。マルターゼは、動物や人間の消化液、発芽した穀物、カビや酵母に含まれています。 人間の腸粘膜にこの酵素が遺伝的に存在しないことが決定されると、M. に対する先天性不耐症につながります。これは、M. の食事からデンプンとグリコーゲンを除外するか、食品に酵素マルターゼを追加する必要がある深刻な病気です。
マルトースを希酸と酵素の作用下で煮沸すると、マルターゼが加水分解されます（2分子のグルコースC6H12O6が形成されます）。 マルトースは人体に容易に吸収されます。 分子量 - 342.32 融点 - 108 (無水)
43.乳糖(lat. lactis から - 牛乳) С12Н22О11 - 牛乳や乳製品に含まれる二糖類グループの炭水化物。 ラクトース分子は、グルコース分子とガラクトース分子の残基で構成されています。 ラクトースは乳糖と呼ばれることもあります。
化学的特性。希酸で煮沸すると、ラクトースは加水分解されます。
乳糖は乳清から得られます。
応用。ペニシリンの生産など、栄養培地の調製に使用されます。 製薬業界で賦形剤 (フィラー) として使用されます。
ラクトースから、ラクツロースが得られます - 便秘などの腸障害の治療のための貴重な薬です。
44.スクロースC12H22O11、またはビートシュガー、サトウキビ、日常生活では、砂糖-α-グルコースとβ-フルクトースの2つの単糖からなる二糖類です。
スクロースは自然界で非常に一般的な二糖類であり、多くの果物、果物、ベリーに含まれています. スクロースの含有量は、食用砂糖の工業生産に使用されるサトウダイコンとサトウキビで特に高くなります。
スクロースは溶解度が高い。 化学的に、フルクトースはかなり不活性です。 ある場所から別の場所に移動するとき、代謝にはほとんど関与していません。 時々、スクロースは予備栄養素として蓄積されます.
小腸に入ったスクロースは、小腸のα-グルコシダーゼによってブドウ糖と果糖に急速に加水分解され、血液中に吸収されます。 アカルボースなどのアルファ-グルコシダーゼ阻害剤は、スクロース、およびアルファ-グルコシダーゼによって加水分解される他の炭水化物、特にデンプンの分解と吸収を阻害します。 2型糖尿病の治療に使用されます。 同義語：α-D-グルコピラノシル-β-D-フルクトフラノシド、ビートシュガー、サトウキビ。
化学的および物理的特性。分子量 342.3 a.m.u. 総式（ヒルシステム）：C12H22O11。 味は甘め。 溶解度 (100 グラムあたりのグラム数): 水 179 (0°C) および 487 (100°C)、エタノール 0.9 (20°C) で。 メタノールにわずかに溶ける。 ジエチルエーテルに不溶。 密度 1.5879 g/cm3 (15°C)。 ナトリウム D 線の比旋光度: 66.53 (水; 35 g/100 g; 20°C)。 液体空気で冷却すると、明るい光を当てた後、スクロース結晶が燐光を発します。 還元性を示さず、トレンス試薬、フェーリング試薬と反応しません。 スクロース分子に水酸基が存在することは、金属水酸化物との反応によって容易に確認できます。 スクロースの溶液を水酸化銅 (II) に加えると、スクロース銅の鮮やかな青色の溶液が形成されます。 スクロースにはアルデヒド基がありません: 酸化銀 (I) のアンモニア溶液で加熱すると、「銀鏡」が得られません。水酸化銅 (II) で加熱しても、赤色の酸化銅 (I) を形成しません。 . 分子式Ｃ１２Ｈ２２Ｏ１１を有するスクロースの異性体の中では、マルトースとラクトースを区別することができる。
スクロースと水との反応。ショ糖の溶液を数滴の塩酸または硫酸で沸騰させ、酸をアルカリで中和した後、溶液を加熱すると、アルデヒド基を持つ分子が現れ、水酸化銅 (II) が酸化銅 (I) に還元されます。 この反応は、スクロースが酸の触媒作用の下で加水分解を受け、グルコースとフルクトースが形成されることを示しています。
自然および人為起源。サトウキビ、サトウダイコン (最大 28% 乾物)、植物ジュース、果物 (カバノキ、カエデ、メロン、ニンジンなど) に含まれています。 ビートまたはサトウキビ由来のスクロースの供給源は、安定炭素同位体 12C と 13C の含有量の比率によって決まります。 サトウダイコンは、（ホスホグリセリン酸を介した）C3 二酸化炭素の取り込みメカニズムを持ち、優先的に 12C 同位体を吸収します。 サトウキビは (オキサロ酢酸を介して) 二酸化炭素を吸収するための C4 メカニズムを持ち、優先的に 13C 同位体を吸収します。
45.セロビオース- (β-グルコシド結合によって、セルロースの主要な構造単位によって) 接続された 2 つのグルコース残基からなる、二糖類のグループからの炭水化物。
白色の結晶性物質で、水によく溶けます。 セロビオースは、アルデヒド（ヘマセタール）基と水酸基が関与する反応を特徴としています。 酸加水分解中または酵素β-グルコシダーゼの作用下で、セロビオースは切断されて2つのグルコース分子を形成します.
セロビオースは、セルロースの部分加水分解によって得られます。 セロビオースは、いくつかの木の樹液に遊離型で含まれています。
46.多糖類- 分子が数十、数百、または数千の単糖からなる複雑な高分子炭水化物のクラスの一般名 - 単糖。
多糖類は動物や植物の生命に不可欠です。 それらは、体の代謝から生じる主要なエネルギー源の1つです。 それらは免疫プロセスに参加し、組織内の細胞の接着を提供し、生物圏の有機物の大部分です.
植物多糖類の多様な生物学的活性が確立されています：抗生物質、抗ウイルス、抗腫瘍、解毒剤[ソースは236日指定されていません]. 植物多糖類は、血漿タンパク質およびリポタンパク質と複合体を形成する能力があるため、脂肪血症および血管アテローム症の軽減に重要な役割を果たします。
多糖類には、特に以下が含まれます。
デキストリンは、デンプンの加水分解生成物である多糖類です。
でんぷんは、 エネルギーリザーブ植物生物で;
グリコーゲンは、動物の細胞内にエネルギー貯蔵として蓄積される多糖類ですが、植物組織にも少量含まれています。
セルロースは植物細胞壁の主要な構造多糖類です。
ガラクトマンナン - ガラナやローカストビーンガムなどのマメ科植物の貯蔵多糖類。
グルコマンナン - こんにゃく塊茎から得られる多糖類で、食欲を抑える可溶性食物繊維であるグルコースとマンノースの交互単位で構成されています。
アミロイド - 羊皮紙の製造に使用されます。
セルロース (緯度から。 cellula - 細胞、繊維と同じ) - [С6Н7О2 (OH) 3] n、多糖類。 すべての高等植物の細胞膜の主成分。
セルロースは、セルロースの酸加水分解中に形成されるグルコース分子の残基で構成されています。
(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6
セルロースは、側枝のない 300 ～ 2500 のグルコース残基を含む長い糸です。 これらの糸は多くの水素結合によって相互接続されており、セルロースに大きな機械的強度を与えます. 哺乳類 (他のほとんどの動物と同様) には、セルロースを分解できる酵素がありません。 しかし、多くの草食動物 (反芻動物など) は消化管に共生細菌を持っており、分解して宿主がこの多糖類を吸収するのを助けます。
パルプは工業団地（コンバイン）の一部であるパルプ工場での蒸解法による工業的製法で得られます。 使用される試薬の種類に応じて、次のパルプ化方法が区別されます。
亜硫酸塩。 調理液には、亜硫酸と亜硫酸ナトリウムなどのその塩が含まれています。 この方法は、トウヒ、モミなどの樹脂の少ない木材種からセルロースを得るために使用されます。
アルカリ性:
ソーダ。 水酸化ナトリウム溶液が使用されます。 ソーダ法は、広葉樹や一年生植物からセルロースを得るために使用できます。
硫酸塩。 現在最も一般的な方法。 使用する試薬は水酸化ナトリウムと硫化ナトリウムを含む溶液で、白液と呼ばれます。 この方法は、パルプ工場で白液用の硫化物が得られる硫酸ナトリウムからその名前が付けられました。 この方法は、あらゆる種類の植物材料からセルロースを得るのに適しています。 その欠点は、副反応の結果として、大量の悪臭を放つ硫黄化合物（メチルメルカプタン、ジメチルスルフィドなど）が放出されることです。
調理後に得られる工業用セルロースには、リグニン、ヘミセルロースなどのさまざまな不純物が含まれています。 セルロースが化学処理を目的としている場合（たとえば、人工繊維を得るために）、精製-ヘミセルロースを除去するための冷または熱アルカリ溶液による処理が行われます。
残留リグニンを取り除き、パルプをより白くするために、漂白されます。 従来の塩素漂白には、次の 2 つの手順があります。
塩素処理 - リグニン高分子を破壊する;
アルカリ処理 - リグニンの破壊の形成された生成物の抽出用。
47.でんぷん- アミロースとアミロペクチンの多糖類で、そのモノマーはα-グルコースです。 光の作用（光合成）の下でさまざまな植物によって合成されたデンプンは、いくつかの異なる組成と粒子構造を持っています。
生物学的特性。デンプンは、光合成の産物の 1 つであり、自然界に広く分布しています。 植物にとって、それは予備です 栄養素主に果実、種子、塊茎に含まれています。 穀類の穀粒はでんぷんが最も多く含まれています。
人体にとって、デンプンはスクロースとともに炭水化物の主要な供給源であり、食品の最も重要な成分の 1 つです。 酵素の作用により、デンプンはグルコースに加水分解され、細胞内で二酸化炭素と水に酸化され、生物の機能に必要なエネルギーが放出されます。
生合成。光合成中に緑の植物で形成されたグルコースの一部は、デンプンに変換されます。
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
nC6H12O6(グルコース) → (C6H10O5)n + nH2O
一般的には、6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n 6nO2 と書くことができます。
貯蔵食品としてのデンプンは、塊茎、果実、植物の種子に蓄積します。 したがって、じゃがいも塊茎には最大 24% のデンプン、小麦 - 最大 64%、米 - 75%、トウモロコシ - 70% が含まれます。
グリコーゲンは多糖類ですグルコース残基によって形成されます。 人間と動物の主な貯蔵炭水化物。 グリコーゲン (この用語は不正確ですが、動物デンプンとも呼ばれます) は、動物細胞におけるグルコースの主な貯蔵形態です。 多くの細胞タイプ（主に肝臓と筋肉）の細胞質に顆粒として沈着します。 グリコーゲンは、グルコースの突然の不足を補うために必要に応じて迅速に動員できるエネルギー貯蔵を形成します. ただし、グリコーゲン貯蔵は、トリグリセリド（脂肪）貯蔵ほどグラムあたりのカロリーが高くありません. 肝細胞 (肝細胞) に貯蔵されたグリコーゲンのみがグルコースに変換され、全身に栄養を与えることができますが、肝細胞はグリコーゲンの形で重量の最大 8% を貯蔵することができます。これはあらゆる細胞タイプの中で最も高い濃度です。 肝臓のグリコーゲンの総量は、成人で 100 ～ 120 グラムに達することがあります。 筋肉では、グリコーゲンはもっぱら局所消費のためにグルコースに処理され、はるかに低い濃度で蓄積されます (総筋肉量の 1% 以下)。 少量のグリコーゲンは腎臓に見られ、特定の種類の脳細胞 (グリア細胞) や白血球にはさらに少ない.
48. キチン (C8H13O5N)）（フランス語のキチン、ギリシャのキトンから：キトン - 衣服、皮膚、殻） - 窒素含有多糖類のグループからの天然化合物。 化学名: ポリ-N-アセチル-D-グルコース-2-アミン、b-(1,4)-グリコシド結合によって連結された N-アセチルグルコサミン残基のポリマー。 節足動物や他の多くの無脊椎動物の外骨格 (クチクラ) の主成分は、菌類や細菌の細胞壁の一部です。
自然界での分布。キチンは自然界で最も一般的な多糖類の 1 つで、地球上の生物では毎年約 10 ギガトンのキチンが形成され、分解されています。
それは保護およびサポート機能を実行し、細胞の剛性を提供します-菌類の細胞壁に含まれています.
節足動物の外骨格の主要構成要素。
また、キチンは、さまざまなワーム、腔腸動物など、他の多くの動物の生物で形成されます.
キチンを生成して使用するすべての生物では、それはありません 純粋な形、しかし他の多糖類と複合体を形成しており、タンパク質と関連していることが非常に多い. キチンは、構造、物理化学的性質、および生物学的役割がセルロースに非常に似ている物質であるという事実にもかかわらず、キチンはセルロースを形成する生物 (植物、一部の細菌) には見られませんでした。
キチンの化学。自然の形では、さまざまな生物のキチンは、組成と特性が互いに多少異なります。 キチンの分子量は26万に達します。
キチンは水に不溶で、希酸、アルカリ、アルコール、その他の有機溶剤に耐性があります。 一部の塩（塩化亜鉛、チオシアン酸リチウム、カルシウム塩）の濃縮溶液に可溶。
鉱酸の濃縮溶液で加熱すると、破壊（加水分解）され、アセチル基が分離されます。
実用。そこから工業的に得られるキチン誘導体の一つがキトサンです。 その生産のための原材料は、甲殻類（オキアミ、タラバガニ）の殻、および微生物合成の製品です。
49. 芳香族炭化水素、炭素と水素からなり、ベンゼン核を含む有機化合物。 A. atの最も単純で最も重要な代表者。 - ベンゼン (I) およびその同族体: メチルベンゼン、またはトルエン (II)、ジメチルベンゼン、またはキシレンなど。 また、スチレン (III) などの不飽和側鎖を持つベンゼン誘導体も含まれます。 多くのA. at.で知られています。 分子内にいくつかのベンゼン核を持つ、例えば、ジフェニルメタン（IV）、ジフェニルC6H5-C6H5など、両方のベンゼン核が互いに直接結合しています。 ナフタレン (V) では、両方のサイクルが 2 共通原子炭素; そのような炭化水素は A. at. と呼ばれます。 凝縮核を持つ。
ベンゼン C6H6、PhH) は有機化合物で、無色の液体で心地よい甘い香りがします。 芳香族炭化水素。 ベンゼンはガソリンの成分であり、工業的に広く使用され、医薬品、各種プラスチック、合成ゴム、染料の原料となっています。 ベンゼンは原油に含まれていますが、他の成分から商業的に合成されています。 有毒、発がん性物質。
同族体- 同じクラスに属しているが、整数個の CH2 基によって組成が互いに異なる化合物。 すべてのホモログのセットは、ホモログ シリーズを形成します。
物理的特性。独特の刺激臭のある無色の液体。 融点 = 5.5 °C、沸点 = 80.1 °C、密度 = 0.879 g/cm³、 分子量= 78.11 g/モル。 すべての炭化水素と同様に、ベンゼンは燃焼し、すすを大量に生成します。 空気と爆発性混合物を形成し、エーテル、ガソリン、その他の有機溶媒とよく混合し、沸点 69.25 °C の水と共沸混合物を形成します。 水への溶解度 1.79 g/l (25 °C)。
構造。組成的には、ベンゼンは不飽和炭化水素（同族系列CnH2n-6）に属しますが、エチレン系列の炭化水素とは異なり、C2H4は過酷な条件下で飽和炭化水素に固有の特性を示しますが、ベンゼンはより置換反応を起こしやすい. ベンゼンのこの「挙動」は、その特殊な構造によって説明されます: 構造内に共役 6π 電子雲が存在することです。 ベンゼンの結合の電子的性質に関する現代的な考え方は、ライナス・ポーリングの仮説に基づいています。ライナス・ポーリングは、ベンゼン分子を内接円のある六角形として描写することを提案し、それによって固定された二重結合が存在せず、存在することを強調しました。サイクルの6つの炭素原子すべてをカバーする単一の電子雲。
50. 芳香族化合物 (アリーナ)- 組成に芳香族結合系を持つ環状有機化合物。 それらは、飽和または不飽和の側鎖を持つことができます。
最も重要な芳香族炭化水素には、C6H6 ベンゼンとその同族体 (C6H5CH3 トルエン、C6H4(CH3)2 キシレンなど) が含まれます。 ナフタレン C10H8、アントラセン C14H10 およびそれらの誘導体。 特徴的な化学的性質- 芳香族核の安定性の向上と置換反応の傾向。 芳香族炭化水素の主な発生源は、コール タール、石油、および石油製品です。 取得の合成方法は非常に重要です。 芳香族炭化水素は、ケトン、アルデヒド、芳香族酸、およびその他の多くの物質を生成するための出発物質です。 複素環アレーンもあり、その中には純粋な形と化合物の形で最もよく見られます-ピリジン、ピロール、フラン、チオフェン、インドール、プリン、キノリン。
ボラゾール（「無機ベンゼン」）にも芳香族性がありますが、その特性は有機アレーンの特性とは著しく異なります。
求電子置換反応」(英語の置換求電子反応) - 攻撃が求電子剤によって実行される置換反応 - 正に帯電しているか、電子が不足している粒子。 新しい結合が形成されると、発信粒子 - エレクトロファージは電子対なしで分離されます。 最も一般的な脱離基は H+ 陽子です。
51-52。 芳香族求電子置換反応
芳香族系の場合、実際には 1 つの求電子置換機構、SEAr があります。 SE1 メカニズム (SN1 メカニズムとの類推による) は非常にまれであり、SE2 (SN2 メカニズムに対応する) はまったく見つかりません。
SEArの反応機構または芳香族求電子置換反応（英語の置換求電子芳香族）は、芳香族化合物の置換反応の中で最も一般的で最も重要であり、2つの段階で構成されています。 最初の段階で求電子剤が取り付けられ、2 番目の段階で電気遠心分離機が切り離されます。
反応中、正に帯電した中間体が形成されます（図中 - 2b）。 これは、ヴェランド中間体、アロニウム イオン、または σ 錯体と呼ばれます。 一般に、この複合体は非常に反応性が高く、陽イオンを迅速に除去することで容易に安定化します。 SEAr 反応の大部分における律速段階は、最初の段階です。
反応率 = k**
通常、比較的弱い求電子剤は攻撃粒子として作用するため、ほとんどの場合、SEAr 反応はルイス酸触媒の作用下で進行します。 AlCl3、FeCl3、FeBr3、ZnCl2 が他よりも頻繁に使用されます。
この場合、反応メカニズムは次のとおりです (ベンゼンの塩素化、FeCl3 触媒の例を使用)。
1. 最初の段階で、触媒は攻撃粒子と相互作用して、活性な求電子剤を形成します。
実際、第2段階では、SEArメカニズムが実装されています。
53. 複素環化合物(複素環) - 炭素とともに、他の元素の原子も含む環を含む有機化合物。 それらは、環内にヘテロ置換基 (ヘテロ原子) を持つ炭素環式化合物と見なすことができます。 芳香族窒素含有複素環式化合物は、最も多様でよく研究されています。 複素環式化合物の限定的なケースは、ペンタゾールなど、環内に炭素原子を含まない化合物です。
ピロール- 芳香族 5 員含窒素複素環で、弱い塩基性を持っています。 骨油（骨の乾留によって得られる）とコールタールに含まれています。 ピロール環は、植物のクロロフィル、ヘモグロビンとシトクロムのヘム、およびその他の生物学的に重要な化合物であるポルフィリンの一部です。
構造と特性。ピロールは無色の液体で、クロロホルムに似たにおいがあり、空気に触れるとゆっくりと黒ずんでいきます。 わずかに吸湿性があり、水に溶けにくく、ほとんどの有機溶媒によく溶けます。 ピロールの構造は、1870 年にバイエルによって提案されました。これは、クロム酸によるマレイミドへの酸化と、亜鉛末によるスクシンイミドの蒸留中のその形成に基づいています。
酸味とメタレーション。ピロールは弱い NH 酸 (水中で pKa 17.5) であり、液体アンモニアまたは不活性溶媒中でアルカリ金属およびそれらのアミドと反応して 1 位で脱プロトン化し、対応する塩を形成します。 グリニャール試薬との反応も同様に進行し、N-マグネシウム塩が形成されます。 N-置換ピロールは、ブチルリチウムおよびフェニルリチウムと反応し、α位にメタリングします。
54.INDOL（ベンゾ[b]ピロール））、 言う。 m. 117.18; 無色 微かにナフタレンのにおいがする結晶。 m.p. 52.5℃、bp 254°С; d456 1.0718; 加熱すると昇華します。 150°Сまで; m 7.03.10-30 C.m (ベンゼン、25 °C); 水蒸気、ジエチルエーテルおよびNH3で蒸留。 さてソル。 組織内。 ソリューション、温水、液体 NH3。 分子は平面構造を持っています。
インドールは弱塩基 (pKa -2.4) です。 プロトン化されると、3H-インドリウム カチオン (f-la I) を形成し、相互作用すると to-ry になります。 中性分子では、インドールは二量体 (II) を与えます。 弱酸（pKa 17）として、液体NH3中のNaを含むインドールは、130°CのKOH-N-カリウムインドールでN-ナトリウムインドールを形成します。 芳香性があります。 聖君。 電気の。 置換はChになります。 到着 ニトロ化は通常、硝酸ベンゾイル、ピリジンスルホトリオキシドによるスルホン化、二臭化ジオキサンによる臭素化、SO2Cl2 による塩素化、活性ハロゲン化アルキルによるアルキル化で行われます。 酢酸中でのアセチル化も、存在下で 3 位に進みます。 CH3COONa - 位置 1 へ; 無水酢酸では、1,3-ジアセチルインドールが形成されます。 インドールは、a,b-不飽和ケトンとニトリルの二重結合に容易に付加します。
穏やかな条件下でのアミノメチル化 (マンニッヒ地区) は、1 位に進み、厳しい条件下では 3 位に進みます。ベンゼン環の置換 (主に 4 位と 6 位) は、3 位がブロックされた酸性環境でのみ発生します。 H2O2、過酸、または軽度のインドールはインドキシルに酸化され、次にに変わります。 トリマーまたはインディゴで。 O3、MnO2 の作用下でのより深刻な酸化は、2-ホルムアミドベンズアルデヒドの形成を伴うピロール環の破裂につながります。 穏やかな条件下でインドールを水素で水素化するとピロール環が還元され、さらに厳しい条件下ではベンゼン環も還元されます。
インドールは、ジャスミンや柑橘類のエッセンシャル オイルに含まれており、kam.-ug の一部です。 樹脂。 インドール環は、重要な性質を持つ分子の断片です。 化合物（例、トリプトファン、セロトニン、メラトニン、ブフォテニン）。 通常、インドールは kam.-ug のナフタレン画分から分離されます。 樹脂または後者での o-エチルアニリンの脱水素によって得られます。 得られた生成物の環化。 インドールとその誘導体は、カルボニル化合物のアリールヒドラゾンの環化によっても合成されます。 （R-tion Fisher）、相互。 α-ハロゲンまたはα-ヒドロキシカルボニルを有するアリールアミン Comm. (R-tion Bischler) など。インドールのコアは、インドール アルカロイドの一部です。 インドール自体は香水の臭気固定剤です。 その誘導体は、生物学的に活性な化合物の生産に使用されます。 （ホルモン、幻覚剤）とレック。 結婚（例、インドパン、インドメタシン）。
55.イミダゾール- 複素環クラスの有機化合物、環内に 2 つの窒素原子と 3 つの炭素原子を含む 5 員環で、ピラゾールと異性体。
プロパティ。非置換イミダゾールでは、4 位と 5 位 (炭素原子) は互変異性のために同等です。 芳香族、ジアゾニウム塩（組み合わせ）と反応します。 酸性媒体中でのみ 4 位でニトロ化およびスルホン化され、アルカリ性媒体では 2 位、酸性媒体では 4 位でハロゲンが入り、イミン N で容易にアルキル化およびアシル化され、溶液と相互作用すると開環します。 強酸そして過酸化物。 カルボン酸の難けん化エステルおよびアミドの加水分解を触媒します。
イミダゾールに基づいて、多数の異なるイオン液体が生成されます。
受け取り方法。ベンズイミダゾールおよび 4,5-イミダゾール ジカルボン酸を介してオルト-フェニレンジアミンから。
グリオキサール (オキサルアルデヒド) とアンモニアおよびホルムアルデヒドとの相互作用。
生物学的役割。イミダゾール環は、必須アミノ酸ヒスチジンの一部です。 ヒスタミン、プリン塩基、ジバゾールの構造断片。
56.ピリジン- 1 つの窒素原子を含む 6 員の芳香族複素環、鋭い不快な臭いのある無色の液体。 水や有機溶剤と混和します。 ピリジンは弱塩基であり、強鉱酸と塩を形成し、複塩や錯化合物を容易に形成します。
レシート。ピリジンを得るための主な供給源はコールタールです。
化学的特性。ピリジンは、第三級アミンに特徴的な特性を示します。それは、N-オキシド、N-アルキルピリジニウム塩を形成し、シグマドナー配位子として作用することができます。
同時に、ピリジンには明確な芳香特性があります。 ただし、共役環に窒素原子が存在すると、電子密度の深刻な再分布が発生し、芳香族求電子置換反応におけるピリジンの活性が大幅に低下します。 そのような反応では、主に環のメタ位が反応する。
ピリジンは、主に環のオルト - パラ位で起こる芳香族求核置換反応によって特徴付けられます。 この反応性は、ピリジン環の電子不足の性質を示しています。これは、次の経験則に要約できます。芳香族化合物としてのピリジンの反応性は、ニトロベンゼンの反応性にほぼ対応します。
応用。染料、医薬品、殺虫剤の合成、分析化学、多くの有機物質および一部の無機物質の溶媒として、アルコールの変性に使用されます。
安全性。ピリジンは毒性があり、神経系や皮膚に影響を与えます。
57. 生物学的役割。ニコチン酸はピリジンの誘導体です。 それは胃と十二指腸に吸収され、アミノ化を受けてニコチノアミドになり、体内でタンパク質と組み合わせて80以上の酵素を形成します. これがビタミン B5 の主な生理的役割です。 したがって、ニコチン酸は、酸化された有機物質からの水素の除去を触媒する脱水素生成などの重要な酸化還元酵素の一部です。 このようにこれらの酵素によって取り除かれた水素は、リボフラビンを含む酸化還元酵素に渡されます。 さらに、哺乳動物の体内では、ニコチンアミド（ナイアシン）とニコチン酸からピリジンヌクレオチドが形成され、NADとNADPの補酵素として機能します。 動物におけるこれらの前駆体の欠如は、皮膚、消化管および神経系（皮膚炎、下痢、認知症）からの症状で現れる病気であるペラグラを引き起こします. NAD および NADP の補酵素として、ニコチン酸前駆体は、デヒドロゲナーゼによって触媒される多くの酸化還元反応に関与しています。 ニコチン酸の生物学的効果は、胃と消化腺の分泌機能の刺激の形で現れます（胃に存在すると、遊離塩酸の濃度が増加します）。 ビタミンB5の影響下で、グリコーゲン生合成の増加と高血糖の減少、肝臓の解毒機能の増加、血管の拡張、および血液微小循環の改善があります.
ニコチン酸と硫黄含有アミノ酸の間には関係があります。 タンパク質欠乏症によるメチルニコチンアミドの尿中排泄の増加は、食事に硫黄含有アミノ酸を含めることによって正常化されます. 同時に、肝臓のホスホピリヌクレオチドの含有量も正常化されます。
58. ピリミジン (C4N2H4、ピリミジン、1,3-またはm-ジアジン、ミアジン）は、1,3-ジアジンの最も単純な代表である、平らな分子を持つ複素環式化合物です。
物理的特性。ピリミジン - 特徴的な臭いのある無色の結晶。
化学的特性。ピリミジンの分子量は 80.09 g/mol です。 ピリミジンは弱い二酸塩基の特性を示します。これは、窒素原子がドナー-アクセプター結合により陽子を結合できると同時に正電荷を獲得できるためです。 ピリミジンの求電子置換反応における反応性は、サイクル内の 2 つの窒素原子の存在によって引き起こされる 2、4、6 位の電子密度の減少により低下します。 置換は、電子供与性置換基の存在下でのみ可能になり、最も不活性化されていない 5 位に向けられます。しかし、これとは対照的に、ピリミジンは、サイクル内の炭素原子 2、4、および 6 を攻撃する求核試薬に関して活性です。 .
レシート。ピリミジンは、ハロゲン化ピリミジン誘導体の還元によって得られます。 または、バルビツール酸を塩素塩素で処理して得られる2,4,6-トリクロロピリミジンから。
ピリミジン誘導体野生生物に広く分布し、多くの重要な生物学的プロセスに関与しています。 特に、シトシン、チミン、ウラシルなどの誘導体は、核酸の構造単位であるヌクレオチドの一部であり、ピリミジンコアは、いくつかのビタミンB、特にB1、補酵素、および抗生物質の一部です。
59.プリン（C5N4H4、プリン）- イミダゾピリミジンの最も単純な代表である複素環式化合物。
プリン誘導体は、天然化合物 (DNA および RNA のプリン塩基、コエンザイム NAD、アルカロイド、カフェイン、テオフィリンおよびテオブロミン、毒素、サキシトキシンおよび関連化合物、尿酸) の化学において重要な役割を果たしているため、医薬品においても重要な役割を果たしています。
アデニン- 含窒素塩基、プリンのアミノ誘導体 (6-アミノプリン)。 ウラシルおよびチミンと 2 つの水素結合を形成します (相補性)。
物理的特性。アデニンは、360 ～ 365 C の温度で融解する無色の結晶です。266 mc (pH 7) に特徴的な吸収極大 (λmax) があり、モル吸光係数 (εmax) は 13500 です。
化学式С5H5N5、分子量 135.14 g/mol。 アデニンは基本的な性質を示します (pKa1=4.15; pKa2=9.8)。 硝酸と相互作用すると、アデニンはアミノ基を失い、ヒポキサンチン (6-ヒドロキシプリン) に変わります。 水溶液では、3 つの水分子を含む結晶性水和物に結晶化します。
溶解性。水、特に熱いうちによく溶かしましょう。水の温度が下がると、アデニンの溶解度が下がります。 アルコール、クロロホルム、エーテル、酸やアルカリに溶けにくい - 不溶性。
自然界における分布と重要性。アデニンは、アデノシン、アデノシンホスファターゼ、アデノシンリン酸、核酸、アデニンヌクレオチドなど、生物に不可欠な多くの化合物の一部です。これらの化合物の形で、アデニンは野生生物に広く分布しています。
グアニン- 窒素塩基、プリンのアミノ誘導体 (6-ヒドロキシ-2-アミノプリン) は、核酸の不可欠な部分です。 DNA では、複製と転写の際に、シトシンと 3 つの水素結合を形成します (相補性)。 グアノから最初に分離された。
物理的特性。無色、無定形の結晶性粉末。 融点365℃。 HCl 中のグアニンの溶液は蛍光を発します。 アルカリ性および酸性環境では、紫外線スペクトルに 2 つの吸収極大 (λmax) があります: 275 および 248 mk (pH 2) と 246 および 273 mk (pH 11) です。
化学的特性。化学式は C5H5N5O、分子量は 151.15 g/mol です。 基本的な特性を示し、pKa1= 3.3; pKa2=9.2; pKa3=12.3。 酸やアルカリと反応して塩を形成する。
溶解性。酸、アルカリによく溶け、エーテル、アルコール、アンモニア、中性溶液に溶けにくく、水に溶けにくい .
質の高い反応。グアニンを測定するには、メタリン酸とピクリン酸で沈殿させ、Na2CO3 溶液中のジアゾスルホン酸で赤色にします。
自然界における分布と重要性。核酸に含まれます。
60.ヌクレオシド糖 (リボースまたはデオキシリボース) に関連する窒素塩基を含むグリコシルアミンです。
ヌクレオシドは、糖の第一級アルコール基で細胞キナーゼによってリン酸化される可能性があり、対応するヌクレオチドが形成されます。
ヌクレオチド- ヌクレオシドのリン酸エステル、ヌクレオシドリン酸。 遊離ヌクレオチド、特に ATP、cAMP、ADP は、エネルギーおよび情報の細胞内プロセスにおいて重要な役割を果たし、核酸および多くの補酵素の構成要素でもあります。
ヌクレオチドは、ヌクレオシドとリン酸のエステルです。 次に、ヌクレオシドは、窒素原子を介して糖残基のC-1原子に結合した複素環フラグメントを含むN-グリコシドです。
ヌクレオチドの構造。自然界では、最も一般的なヌクレオチドはプリンまたはピリミジンのβ-N-グリコシドおよびペントース - D-リボースまたはD-2-リボースです。 ペントースの構造に応じて、リボヌクレオチドとデオキシリボヌクレオチドが区別されます。これらは、複雑な生体ポリマー（ポリヌクレオチド）の分子のモノマーであり、それぞれ RNA または DNA です。
ヌクレオチドのリン酸残基は通常、リボヌクレオシドの 2'-、3'-または 5'-水酸基とエステル結合を形成します; 2'-デオキシヌクレオシドの場合、3'-または 5'-水酸基がエステル化されます。
2 つのヌクレオチド分子からなる化合物は、ジヌクレオチド、3 - トリヌクレオチド、少数 - オリゴヌクレオチド、多数 - ポリヌクレオチド、または核酸と呼ばれます。
ヌクレオチド名は、標準の 3 文字または 4 文字コードの形式の略語です。
省略形が小文字の「d」で始まる場合 (英語の d)、デオキシリボヌクレオチドを意味します。 文字「d」がない場合は、リボヌクレオチドを意味します。 略語が小文字の「c」で始まる場合 (英語の c)、ヌクレオチドの環状型 (cAMP など) について話しています。
略語の最初の大文字は特定の窒素塩基または可能な核酸塩基のグループを示し、2番目の文字は構造内のリン酸残基の数を示します（M - モノ、D - ジ、T - トリ）、 3 番目の大文字は常に文字 F (「-リン酸」、英語の P) です。
核塩基のラテン語およびロシア語コード:
A - A: アデニン; G - G: グアニン; C - C: シトシン; T - T: RNA には見られないチミン (5-メチルウラシル) が、DNA のウラシルに取って代わります。 U - U: ウラシルは DNA には見られず、RNA ではチミンに取って代わります。
スライド1>
講義の目的:
- 教育:
- 元素の原子の電子構造、D.I.の周期系におけるそれらの位置についての学生の知識に基づいて、有機物質の化学構造の理論の本質についての概念を形成すること。 メンデレーエフは、酸化の程度、化学結合の性質、およびその他の主要な理論的規定について次のように述べています。
- 鎖中の炭素原子の配列、
- 分子内の原子の相互影響、
- 分子の構造に対する有機物質の特性の依存性;
- 有機化学における理論の発展のアイデアを形成する;
- 概念を学びます：異性体と異性論。
- 有機物質の構造式の意味と、分子のものに対する利点を説明します。
- 化学構造の理論を作成するための必要性と前提条件を示します。
- ライティングスキルを磨き続けてください。
- 元素の原子の電子構造、D.I.の周期系におけるそれらの位置についての学生の知識に基づいて、有機物質の化学構造の理論の本質についての概念を形成すること。 メンデレーエフは、酸化の程度、化学結合の性質、およびその他の主要な理論的規定について次のように述べています。
- 教育:
- 分析、比較、一般化の精神的テクニックを開発します。
- 抽象的な思考を発達させます。
- 大量の資料の認識において学生の注意を訓練する。
- 情報を分析し、最も重要な資料を強調する能力を開発します。
- 教育:
- 愛国的および国際的な教育を目的として、学生に科学者の生活と仕事に関する歴史的情報を提供します。
授業中
1.組織部分
- ご挨拶
- 生徒のレッスン準備
・欠席者の情報入手。
2. 新しいことを学ぶ
講義計画：<附属書 1 . スライド 2>
I. 前構造理論:
- 活力;
– ラジカルの理論;
- タイプ理論。
Ⅱ． XIX 世紀の 60 年代までの化学科学の状態に関する簡単な情報。 物質の化学構造の理論を作成するための条件:
- 理論を作成する必要性;
- 化学構造理論の前提条件。
III. 有機物質の化学構造の理論の本質 A.M. バトレロフ。 異性と異性体の概念。
IV. 有機物質の化学構造の理論の価値 A.M. Butlerov とその開発。
3. 宿題:概要、p. 2。
4. 講義
I. 有機物に関する知識は古代から徐々に蓄積されてきましたが、独立した科学としての有機化学は 19 世紀初頭にのみ登場しました。 org.chemistryの独立登録は、スウェーデンの科学者J. Berzeliusの名前に関連付けられています<附属書 1
. スライド 3>。 1808年から1812年。 彼は化学に関する大規模なマニュアルを出版しましたが、その中で彼は当初、鉱物物質とともに動植物起源の物質も考慮するつもりでした。 しかし、教科書に有機物に関する部分が登場したのは 1827 年のことです。
J. Berzelius は、無機物質と有機物質の最も重要な違いを見て、前者は実験室で合成的に得ることができ、後者は特定の「生命力」の影響下で生きている生物でのみ形成されると言われています。生命体とそれを構成する有機物質の「魂」、「精神」、「神の起源」。
「生命力」の介在による有機化合物の形成を説明した理論は、 生命主義。彼女はしばらくの間人気がありました。 実験室では、二酸化炭素 - CO 2、炭化カルシウム - CaC 2、シアン化カリウム - KCN などの最も単純な炭素含有物質のみを合成することができました。
1828 年にドイツの科学者ヴェーラーが<附属書 1
. スライド 4> 無機塩 - シアン酸アンモニウム - NH 4 CNO から有機物尿素を得ることができました。
NH 4 CNO -– t -> CO (NH 2) 2
1854 年、フランスの科学者ベルトロ<附属書 1
. スライド 5>トリグリセリドを摂取しました。 これにより、有機化学の定義を変更する必要が生じました。
科学者たちは、組成と特性に基づいて有機物質の分子の性質を解明しようとし、19 世紀の初めまでに蓄積されたさまざまな事実を結び付けることを可能にするシステムを作成しようとしました。
有機物質に関する利用可能なデータを一般化しようとする理論を作成する最初の試みは、フランスの化学者 J. Dumas の名前に関連付けられています。<附属書 1
. スライド6>. これは、今日ではエチレン誘導体と呼ばれる、かなり大きな有機化合物のグループを統一された観点から検討する試みでした。 有機化合物は、いくつかのラジカル C 2 H 4 - エテリンの誘導体であることが判明しました。
C 2 H 4 * HCl - 塩化エチル（エーテル塩酸塩）
この理論に埋め込まれたアイデア - 2 つの部分からなる有機物へのアプローチ - は、後にラジカルのより広い理論の基礎を形成しました (J. Berzelius、J. Liebig、F. Wöhler)。 この理論は、物質の「二重構造」の概念に基づいています。 J. Berzelius は次のように書いています。 これらの構成要素の 1 つである、電気陰性の部分である J. Berzelius は酸素を考慮しましたが、残りの部分は実際には有機物であり、電気陽性のラジカルである必要がありました。
ラジカルの理論の主な規定:<附属書 1 . スライド7>
- 有機物質の組成には、正電荷を持つラジカルが含まれます。
- ラジカルは常に一定で、変化せず、分子間で変化せずに通過します。
- ラジカルは自由な形で存在できます。
次第に科学はラジカルの理論と矛盾する事実を蓄積していきました。 そこで、J. デュマは、炭化水素ラジカルの水素を塩素で置換しました。 ラジカル理論の支持者である科学者たちは、負に帯電した塩素が、化合物中で正に帯電した水素の役割を果たしたことは信じられないことのように思われました。 1834 年、J. デュマは、フランス王の宮殿で行われた舞踏会での不愉快な事件を調査する任務を与えられました。ろうそくを燃やすと、窒息するような煙が発生しました。 J. デュマは、ろうそくの原料であるワックスが漂白のために塩素で処理されていることを発見しました。 同時に、塩素がワックス分子に入り、それに含まれる水素の一部を置き換えました。 王室のゲストを怖がらせた窒息する煙は、塩化水素（HCl）であることが判明しました。 その後、J.デュマは酢酸からトリクロロ酢酸を受け取りました。
したがって、電気陽性の水素は、非常に電気陰性の元素である塩素に置き換えられましたが、化合物の特性はほとんど変化しませんでした。 その後、J. デュマは、二元論的アプローチは、組織のつながり全体へのアプローチに置き換えられるべきであると結論付けました。
急進的な理論は次第に放棄されましたが、有機化学に深い痕跡を残しました。<附属書 1
. スライド8>
- 「ラジカル」の概念は化学でしっかりと確立されています。
- フリーラジカルの存在の可能性について、ある化合物から別の化合物への特定の原子グループの膨大な数の反応における遷移についての声明は、真実であることが判明しました。
40代。 19世紀 相同性の理論が開始され、化合物の組成と特性の間のいくつかの関係を明らかにすることが可能になりました。 相同系列、相同差が明らかになり、有機物の分類が可能になった。 相同性に基づく有機物質の分類は、タイプ理論の出現につながりました（19 世紀の 40 ～ 50 年代、C. Gerard、A. Kekule など）。<附属書 1 . スライド9>
型理論の本質<附属書 1 . スライド10>
- 理論は、タイプ (タイプ: 水素、水、アンモニア、塩化水素など) として取り上げられた、有機物質と一部の無機物質の間の反応の類推に基づいています。 科学者は、物質の種類の水素原子を他の原子グループに置き換えて、さまざまな派生物を予測しました。 たとえば、水分子の水素原子をメチル基で置換すると、アルコール分子が形成されます。 2つの水素原子の置換 - エーテル分子の出現まで<附属書 1 . スライド11>
C.ジェラルドは、この点に関して、物質の式はその反応の簡略化された記録にすぎないと直接言いました.
すべての組織。 物質は、最も単純な無機物質の誘導体と見なされていました-水素、塩化水素、水、アンモニア<附属書 1 . スライド12>
<附属書 1 . スライド13>
- 有機物質の分子は原子からなるシステムであり、その接続順序は不明です。 化合物の特性は、分子のすべての原子の全体に影響されます。
- 分子は反応中に変化するため、物質の構造を知ることは不可能です。 物質の式は構造を反映するのではなく、与えられた物質の反応を反映します。 物質ごとに、いくつでも有理式を書くことができます。 いろいろな種類変換は物質を受けることができます。 型の理論は、物質がこれらの式で表現したい反応に応じて、物質の複数の「合理的な式」を可能にしました。
タイプ論は有機化学の発展に大きな役割を果たした <附属書 1 . スライド14>
- 多くの物質を予測および発見することができます。
- 原子価の教義の発展にプラスの影響を与えました。
- 有機化合物の化学変換の研究に注意を喚起し、物質の特性と予測される化合物の特性をより深く研究することができました。
当時にぴったりの有機化合物の体系化を実現。
実際には、理論が次々と発生し、継承されたのではなく、同時に存在したことを忘れてはなりません。 化学者はしばしばお互いを誤解していました。 F. ヴェーラーは 1835 年に次のように述べています。 私には、素晴らしいものでいっぱいの密林、出口のない巨大な茂み、終わりのない、あえて侵入できないように思えます...」.
これらの理論のどれも、言葉の完全な意味での有機化学の理論にはなっていません。 これらのアイデアが失敗した主な理由は、その理想主義的な本質にあります。分子の内部構造は根本的に知ることができないと考えられており、それについての推論はすべていんちきでした。
唯物論的な立場に立つ新しい理論が必要でした。 そんな理論だった 化学構造の理論 バトレロフ <附属書 1 . スライド 15, 16>、1861 年に作成されました。ラジカルとタイプの理論にあったすべての合理的で価値のあるものは、その後、化学構造の理論によって同化されました。
理論の出現の必要性は、次のように決定されました。<附属書 1 . スライド17>
– 有機化学に対する産業上の要求の増加。 繊維産業に染料を提供する必要がありました。 食品産業を発展させるためには、農産物の加工方法を改善する必要がありました。
これらの問題に関連して、有機物質の新しい合成方法が開発され始めました。 しかし、科学者たちは、これらの合成の科学的実証に深刻な困難を抱えていました。 例えば、化合物中の炭素の原子価を古い理論で説明することは不可能でした。
炭素は 4 価元素として知られています (これは実験的に証明されています)。 しかし、ここでは、メタン CH 4 でのみこの原子価を保持しているようです. エタンC 2 H 6では、私たちの考えによれば、炭素はそうあるべきです。 3価、およびプロパンC 3 H 8 - 分数原子価。 （そして、原子価は整数でのみ表現されるべきであることを知っています）。
有機化合物中の炭素の原子価は何ですか?
C 6 H 12 O 6はグルコースの分子式ですが、同じ式はフルクトースでもあります（糖分 - 蜂蜜の不可欠な部分）。
前構造理論では、有機物質の多様性を説明できませんでした。 (なぜ、炭素と水素という 2 つの元素が、これほど多くの異なる化合物を形成できるのでしょうか?)
既存の知識を統一された観点から体系化し、統一された化学記号を開発する必要がありました。
これらの質問に対する科学的に実証された答えは、ロシアの科学者 A.M. バトレロフ。
基本的な前提条件化学構造理論の出現への道を開いたのは、<附属書 1 . スライド18>
- 原子価の教義。 1853 年、E. フランクランドは原子価の概念を導入し、多くの金属の原子価を確立し、有機金属化合物を調査しました。 徐々に、原子価の概念は多くの要素に拡張されました。
有機化学にとって重要な発見は、炭素原子が鎖を形成する能力に関する仮説でした (A. Kekule、A. Cooper)。
前提条件の 1 つは、原子と分子を正しく理解することでした。 50代後半まで。 19世紀 「原子」、「分子」、「原子量」、「分子量」という概念を定義するための一般的に受け入れられている基準はありませんでした。 カールスルーエで開催された国際化学者会議 (1860 年) でのみ、これらの概念が明確に定義され、原子価理論の発展、化学構造理論の出現が決定されました。
A.M.の化学構造理論の主な規定 バトレロフ(1861)
午前。 Butlerov は、有機化合物の構造の理論の最も重要なアイデアを基本的な規定の形で定式化しました。これは 4 つのグループに分けることができます。<附属書 1 . スライド19>
1. 有機物の分子を構成するすべての原子は、その原子価に従って特定の順序で接続されています (つまり、分子は構造を持っています)。
<附属書 1 . スライド19、20>
これらの考えに従って、元素の原子価は慣習的に破線で表されます。たとえば、メタン CH 4 の場合です。<附属書 1 . スライド20> >
このような分子の構造を模式的に表したものを構造式、構造式と呼びます。 炭素の 4 価とその原子が鎖と環を形成する能力に関する規定に基づいて、有機物質の構造式は次のように表すことができます。<附属書 1 . スライド20>
これらの化合物において、炭素は四価である。 (ダッシュは共有結合、電子のペアを表します)。
2. 物質の特性は、分子の一部である原子とその数だけでなく、分子内の原子の接続順序にも依存します (つまり、特性は構造に依存します)。 <附属書 1 . スライド19>
有機物質の構造の理論のこの位置は、特に異性の現象を説明しました。 同じ元素の同じ数の原子を含むが、異なる順序で結合している化合物があります。 このような化合物は異なる性質を持ち、異性体と呼ばれます。
組成は同じでも構造や性質が異なる物質が存在する現象を異性といいます。<附属書 1
. スライド21>
有機物質の異性体の存在は、それらの多様性を説明しています。 異性の現象は、ブタンの例で A.M. Butlerov によって予測され、(実験的に) 証明されました。
したがって、たとえば、C 4 H 10 の組成は 2 つの構造式に対応します。<附属書 1 . スライド22>
紫外線の分子内の炭素原子の異なる相互配置は、ブタンでのみ表示されます。 異性体の数は、対応する炭化水素の炭素原子の数とともに増加します。たとえば、ペンタンには 3 つの異性体があり、デカンには 75 の異性体があります。
3. 与えられた物質の特性によって、その分子の構造を決定することができ、分子の構造によって、特性を予測することができます。 <附属書 1 . スライド19>
無機化学の過程で、無機物の性質は構造によって決まることが知られています。 結晶格子. 原子とイオンの特徴的な性質は、その構造によって説明されます。 将来的には、分子式が同じでも構造が異なる有機物質は、物理的性質だけでなく化学的性質も異なることがわかります。
4. 物質の分子内の原子および原子団は相互に影響し合っています。
<附属書 1 . スライド19>
ヒドロキソ基を含む無機化合物の性質は、金属原子と非金属原子のどちらに結合しているかによって異なることはすでに知られています。 たとえば、塩基と酸の両方にヒドロキソ基が含まれています。<附属書 1 . スライド23>
しかし、これらの物質の性質はまったく異なります。 グループの化学的性質が異なる理由-OH（水溶液中）は、原子およびそれに関連する原子群の影響によるものです。 中心原子の非金属性が高まると、塩基の種類による解離が弱まり、酸の種類による解離が増加します。
有機化合物は、ヒドロキシル基が結合している原子または原子群に応じて、さまざまな特性を持つこともできます。
原子の相互注入の問題 A.M. Butlerov は、1879 年 4 月 17 日のロシア物理化学会の会議で詳細に分析しました。 彼は、2 つの異なる元素、たとえば Cl と H が炭素に関連付けられている場合、「ここでは、それらは炭素と同じ程度に相互に依存していません。それらの間に依存関係はなく、その接続は炭素に存在します。塩酸の粒子…しかし、このことから、CH 2 Cl 2 化合物には水素と塩素の間に関係がないということになりますか? 私は断固としてこれに答えます。」
具体的な例として、彼はさらに、CH 2 Cl グループの COCl への変換中の塩素の移動度の増加を引用し、これに関して次のように述べています。この後者は塩素と直接結合しませんでしたが。」<附属書 1 . スライド23>
直接結合していない原子の相互影響の問題は、V.V. の主な理論的核心でした。 モルコフニコフ。
人類の歴史の中で、世界的に重要な発見をした科学者はほとんど知られていません。 有機化学の分野では、そのようなメリットはA.M. バトレロフ。 重要性という点では、A.M. Butlerov は周期法と比較されます。
A.M.の化学構造の理論 バトレロフ:<附属書 1 . スライド24>
- 有機物質の体系化を可能にしました。
– その時までに有機化学で生じたすべての質問に答えました (上記参照)。
-未知の物質の存在を理論的に予測し、それらの合成方法を見つけることを可能にしました。
有機化合物のTCSがA.M.によって作成されてから約140年が経過しました。 Butlerov、しかし今でもすべての国の化学者が仕事でそれを使用しています. 科学の最新の成果は、この理論を補完し、その基本的な考え方の正しさを明確にし、新たな確認を見つけます。
化学構造の理論は、今日の有機化学の基礎となっています。
有機化合物のTCS Butlerova は、世界の一般的な科学的画像の作成に大きく貢献し、弁証法的 - 唯物論的な自然の理解に貢献しました。<附属書 1 . スライド25>
– 量的変化から質的変化への移行の法則 アルカンの例でたどることができます：<附属書 1 . スライド 25>.
炭素原子の数だけが変わります。
– 統一の法則と反対者の闘争 異性の現象にたどり着く<附属書 1 . スライド26>
団結 - 構成（同じ）、空間内の場所。
反対は、構造と特性にあります（原子の配置の順序が異なります）。
この二つの物質は共存しています。
– 否定の否定の法則 - 異性について。<附属書 1 . スライド27>
共存する異性体は、その存在によってお互いを否定します。
理論を発展させた後、A.M. Butlerov は、それが絶対的で不変だとは考えていませんでした。 彼はそれが開発されるべきであると主張した。 有機化合物のTCSは変化しませんでした。 そのさらなる開発は、主に相互に関連する 2 つの方向に進みました。<附属書 1 . スライド28>
立体化学は、分子の空間構造の研究です。
原子の電子構造の教義（原子の化学結合の性質、原子の相互影響の本質を理解し、物質による特定の化学的性質の発現の理由を説明することができます）。
19 世紀の前半までに、膨大な量の事実に関する資料が有機化学に蓄積されましたが、体系化する根拠がないために、それ以上の研究は妨げられていました。 1920 年代から、有機化合物の構造の一般化された説明であると主張する一連の理論が現れ始めました。 そのうちの 1 つは、1990 年代にフランスの科学者 C.ジェラルドによって開発された型理論でした。 この理論によれば、すべての有機化合物は最も単純な無機物質の誘導体と見なされ、タイプとして扱われました。 ジェラルド
A. M. Butlerov の構造理論が登場する少し前に、ドイツの化学者 F.A. ケクレ (1857) は、有機化合物に関する原子価の理論を発展させ、炭素原子の 4 価や、炭素原子と結合して炭素鎖を形成する能力などの事実を確立しました。 M. Butlerova F.A. ケクレ
バトラー以前の時代の理論的発展は、有機化合物の構造の知識に一定の貢献をしました。 しかし、初期の理論はどれも普遍的ではありませんでした。 そして午前だけ。 Butlerov は、今日まで有機化学の科学的基礎として機能する、そのような論理的に完全な構造理論を作成することに成功しました。 A.M.の構造理論 Butlerov は、実際の分子に対する唯物論的アプローチに基づいており、その構造を実験的に知る可能性から進んでいます。 午前。 Butlerov は、物質の構造を確立する際に、 化学反応. A.M.の構造理論 Butlerova は既知の事実を説明しただけでなく、彼女の科学的意義は新しい有機化合物の存在を予測することにありました。 Butlerov A.M. Butlerova A.M. Butlerov A.M. バトレロフ
異性体とは、分子式は同じでも化学構造が異なる物質で、性質が異なります。 異性体の真の説明は、A.M. Butlerov (構造異性) と Ya. G. van't Hoff (空間異性) の立体化学教義。 G.ファントホフ
式名 異性体数 CH 4 メタン 1 C4H6C4H6 エタン 1 C3H8C3H8 プロパン 1 C 4 H 10 ブタン 2 C 5 H 12 ペンタン 3 C 6 H 14 ヘキサン 5 C 7 H 16 ヘプタン 9 C 8 H 18 オクタン 18 C 9 H 20 ノナン 35 C 10 H 22 デカン 75 C 11 H 2 4 ウンデカン 159 C 12 H 26 ドデカン 355 C 13 H 28 トリデカン 802 C 14 H 30 テトラデカン 1 858 C 15 H 32 ペンタデカン 4 347 C 20 H 42 エイコサン C 25 H 52 ペンタコサン C 30 H 62 トリアコンタン C 40 H 82 テトラコンタン
構造異性体は、有機化合物の異なる構造式に対応する (原子の接続順序が異なる) 異性体です。 空間異性体は、各炭素原子に同じ置換基を持ち、空間における相互配置のみが異なります。
空間異性体 (立体異性体)。 立体異性体は、幾何異性体と光学異性体の 2 種類に分けることができます。 幾何異性は、二重結合または環を含む化合物の特徴です。 このような分子では、異なる炭素原子上の置換基がこの平面の同じ側 (cis-) または反対側 (trans-) にあるような方法で、条件付き平面を描くことがしばしば可能です。 平面に対するこれらの置換基の配向の変化が、化学結合の1つが切断されたためにのみ可能である場合、幾何異性体の存在が語られます。 幾何異性体は、物理的および化学的性質が異なります。
有機分子の光学異性体を取得する新しい方法が発見された アリスが自分自身の、しかし「鏡のような」部屋にいることに気付いたとき、彼女は驚きました:部屋は似ているように見えますが、それでも完全に異なっています. 化学分子のミラー異性体も同じように異なります。似ているように見えますが、動作が異なります。 有機化学の最も重要な分野は、これらのミラー バリアントの分離と合成です。 (ルイス・キャロルの「鏡の国のアリス」のジョン・テニエルによる挿絵)
アメリカの科学者は、アルデヒドに基づく化合物の光学異性体を取得する方法を学び、化学者が長年取り組んできた重要な反応を最終的に実行しました。 実験では、異なる原理に従って機能する 2 つの触媒を組み合わせました。 これらの触媒の共同作用の結果として、2つの活性有機分子が形成され、それらが結合して目的の物質になります。 この反応を例として使用すると、生物学的に重要な有機化合物のクラス全体を合成できる可能性が示されます。
多かれ少なかれ純粋なキラル異性体が得られる、有機合成の少なくとも 130 の反応が現在知られています。 触媒自体がキラルな性質を持っていれば、光学的に不活性な基質から光学的に活性な生成物が得られます。 この規則は 20 世紀の初めに導き出され、今日まで基本的なままです。 光学異性体に対する触媒の選択的作用の原理は、握手と似ています。触媒がキラル異性体の 1 つだけに結合することは「便利」であり、したがって、反応の 1 つだけが優先的に触媒されます。 ちなみに、「キラル」という用語はギリシャ語の chéir 手から来ています。
A.M.の化学構造理論の主な規定 バトレロフ
1. 分子内の原子は、その原子価に従って特定の順序で互いに接続されています。 分子内の原子間結合の並びを化学構造と呼び、1つの構造式（構造式）に反映されます。
2. 化学構造は、化学的方法によって確立することができます。 （現在、近代的な物理的方法も使用されています）。
3. 物質の性質は化学構造に依存します。
4. 与えられた物質の性質からその分子の構造を知ることができ、分子の構造から性質を予測することができます。
5. 分子内の原子および原子団は相互に影響し合っています。
Butlerov の理論は、有機化学の科学的基盤であり、有機化学の急速な発展に貢献しました。 理論の規定に基づいて、A.M. Butlerov は、異性の現象を説明し、さまざまな異性体の存在を予測し、そのうちのいくつかを初めて取得しました。
構造理論の発展は、ケクレ、コルベ、クーパー、ファント ホフの研究によって促進されました。 しかし、彼らの理論的命題は一般的な性質のものではなく、主に実験資料を説明するのに役立ちました。
2. 構造式
構造式（構造式）は、分子内の原子の接続順序、つまり その化学構造。 構造式中の化学結合はダッシュで表されます。 水素と他の原子との間の結合は、通常は示されません (このような式は省略構造式と呼ばれます)。
たとえば、n-ブタン C4H10 の完全な (拡張された) および省略された構造式は次のとおりです。
別の例は、イソブタン式です。
水素原子との結合だけでなく、炭素原子と水素原子の記号も描かれている場合、式のさらに短い表記がしばしば使用されます。 たとえば、ベンゼン C6H6 の構造は次の式に反映されます。
構造式は、物質の組成 (すなわち、質的および量的元素組成) に含まれる元素とその比率のみを示す分子 (総) 式とは異なりますが、結合原子の順序は反映しません。
たとえば、n-ブタンとイソブタンは同じ分子式 C4H10 を持ちますが、結合順序が異なります。
したがって、物質の違いは、質的および量的な元素組成の違いだけでなく、構造式にのみ反映できる化学構造の違いにも起因します。
3. 異性の概念
構造理論が生まれる前から、元素組成は同じで性質の異なる物質が知られていました。 このような物質を異性体と呼び、この現象自体を異性体と呼んでいました。
A.M. Butlerov 氏によると、同じ原子のセットからなる分子の構造の違いがあります。 したがって、
異性化とは、定性的組成と定量的組成が同じであるが、構造が異なり、その結果、特性が異なる化合物が存在する現象です。
たとえば、分子に 4 個の炭素原子と 10 個の水素原子が含まれる場合、2 つの異性体化合物が存在する可能性があります。
異性体の構造の違いの性質に応じて、構造異性と空間異性が区別されます。
4. 構造異性体
構造異性体 - 結合原子の順序、つまり化学構造が異なる、同じ質的および量的組成の化合物。
たとえば、C5H12 の組成は 3 つの構造異性体に対応します。
もう一つの例：
5. 立体異性体
同じ組成と同じ化学構造を持つ空間異性体（立体異性体）は、分子内の原子の空間配置が異なります。
空間異性体は、光学異性体と cis-trans 異性体 (ボール 異なる色異なる原子または原子団を表す):
そのような異性体の分子は、空間的に不適合です。
立体異性は、有機化学において重要な役割を果たします。 これらの問題は、個々のクラスの化合物を研究する際により詳細に検討されます。
6. 有機化学における電子表現
有機化学における原子の構造と化学結合の電子理論の応用は、有機化合物の構造理論の発展における最も重要な段階の1つでした。 原子間の一連の結合としての化学構造の概念 (A.M. Butlerov) は、電子的および空間的構造と有機化合物の特性への影響に関するアイデアを備えた電子理論によって補完されました。 分子内の原子の相互影響（電子的および空間的効果）および化学反応における分子の挙動を伝達する方法を理解することを可能にするのは、これらの表現です。
現代の考えによれば、有機化合物の特性は次のように決定されます。
原子の性質と電子構造。
原子軌道の種類とそれらの相互作用の性質。
化学結合の種類;
分子の化学的、電子的および空間的構造。
7. 電子の性質
電子には二重の性質があります。 さまざまな実験で、粒子と波の両方の特性を示すことができます。 電子の運動は、量子力学の法則に従います。 電子の波動と粒子の性質の間の関係は、ド・ブロイの関係を反映しています。
電子のエネルギーと座標、およびその他 素粒子、同じ精度で同時に測定することはできません (ハイゼンベルグの不確定性原理)。 したがって、原子または分子内の電子の動きは、軌道を使用して記述することはできません。 電子は空間のどの点にも存在できますが、その確率は異なります。
電子を見つける確率が高い空間の部分は、軌道または電子雲と呼ばれます。
例えば：
8. 原子軌道
原子軌道 (AO) - 原子核の電場に電子 (電子雲) が留まる可能性が最も高い領域。
周期系における元素の位置は、その原子の軌道のタイプ (s-、p-、d-、f-AO など) を決定し、エネルギー、形状、サイズ、および空間的方向が異なります。
第1期の元素（H、He）は、1つのAO-1が特徴です。
第 2 周期の元素では、電子は 2 つのエネルギー レベルで 5 つの AO を占有します。最初のレベルは 1 です。 第 2 レベル - 2s、2px、2py、2pz。 (数字はエネルギー準位の数字、文字は軌道の形を示します)。
原子内の電子の状態は、量子数によって完全に記述されます。
読み込んでいます...
