26. Структурная химия

Роль ферментов в процессе жизнедеятельности - ведущая (ферментология – стержневая отрасль знаний о процессах жизнедеятельности, основной предмет кот составляет исследование брожения). Эта идея впервые была предложена Луи Пастером. Установлено, что одни и те же физические и химические законы управляют как абиогенными процессами, так и процессами жизнедеятельности. С другой стороны, доказана исключительная специфичность живого, кот (на молекулярном уровне) заключается в существенном различии принципов действия катализаторов и ферментов, в различии механизмов образования полимеров и биополимеров.

Катализ – увеличение скорости химич. реакции в присутствии катализаторов. Большинство процессов, происходящих в живых организмах – каталитические.

Ферменты – биол. катализаторы, присутствующие во всех живых клетках. Осуществляют превращения в-в в организме, регулируя тем самым его обмен в-в. По хим. природе- белки. Кажд вид ферментов катализирует превращение определенных вещ-в.

1-й путь освоения каталитич. опыта живой природы – развитие исследований в области металлокомплексного катализа с постоянной ориентацией на соответствующие объекты живой природы ( К. Циглер)

2-й путь – моделирование биокатализаторов (ферментов).

3-й путь – сопряжен с химией иммобилизованных систем. Сущность иммобилизации состоит в закреплении выделенных из живого организма ферментов на твердой поверхности путем адсорбции.

4-й путь – изучение всего кат. опыта живой природы, в т. ч. и опыта формирования самого фермента, клетки и даже организма.

27. Учение о химических процессах

Ж. Пруст установил закон постоянства состава: любое индивидуальное химическое соединение обладает строго определенным, неизменным составом, прочным притяжением составных частей(атомов) и тем отличается от смесей. Но Н.С. Курнаков в результате точнейших физико-химич исследований соединений, состоящих из двух металлов, установил образование настоящих индивидуальных соединений переменного состава и нашел границы их однородности. Химические соединения переменного состава он назвал бертоллидами, а постоянного состава- дальтонидами . Суть проблемы химич соединений состоит не столько в постоянстве(непостоянстве) химич состава, сколько в физической природе химич связей, объединяющих атомы в единую квантово-механическую сис-му- молекулу. Химические связи- обменное взаимодостижение электронов, обобщение валентных электронов, «перекрывание электронных облаков». Число химич соединений огромно. Они отличаются как составом, так и химическими и физическими свойствами. Но химическое соединение – качественно определенное в-во, состоящее из одного или нескольких химич эл-тов, атомы кот за счет хим связи объединены в частицы-молекулы, комплексы, монокристаллы или иные сис-мы. Химические соединения могут состоять как из многих, так и из одного элемента. Современную материально-техническую базу примерно на 90 процентов составляют 2 вида материалов: металлы и керамика. Преимущество керамики- ее плотность на 40 процентов ниже плотности металла/. Керамика обладает сверхпроводимостью при темп-рах выше темп-ры кипения азота, что открывает просторы для научно-технического прогресса. «Революционером» в хим промышленности стала химия фторорганических соединений. Она противопоставляет углеводородам фтороуглероды, где атом углерода несет слабый положит заряд, а атом фтора- слабый отрицательный. Фтороуглероды устойчивы даже в средах кислот и щелочей и обладают поверхностной активностью, способностью поглощать кислород и перекиси. Разновидности химич процессов Идея о ведущей ро­ли ферментов, впервые предложенная великим французским естествоиспытателем Луи Мастером остается основополагающей и по сей день при изучении химии живой природы в рамках динамической биохи­мии. Динамическая биохимия родилась на рубеже XVIII и XIX сто­летий, когда начали различать процессы дыхания и брожения, ассимиляции и диссимиляции как некие превращения в-в. Исследование брожения составляет основной предмет фер­ментологии — стержневой отрасли знаний о процессах жизне­деятельности. В хим концепции весь катализ сводился к обычному химич катализу. Несмотря на упрощенный подход в рам­ках концепции были установлены важные положения: аналогия между биокатализом и катализом, между ферментами и катализаторами; наличие в ферментах двух неравноценных компонен­тов — активных центров и носителей; заключение о важной роли ионов переходных металлов и активных центров многих ферментов; вывод о распространении на биокатализ законов хим кинетики; сведение в отдельных случаях биокатализа к катализу неорганическими агентами. Цепные реакции— это самоподдерживающиеся химические реакции, в результате кот первоначальна появляющиеся продукты принимают участие в образовании новых продуктов. Цепные реакции протекают с большой скоростью и иногда со взрывом. В цепных реакциях различают три стадии: зарождение цепи, развитие цепи и обрыв цепи. На стадии зарождения цепи происходит oбpaзoвaние промежуточных продуктов, которыми могут быть атомы, ионы или нейтральные молекулы. На стадии развития цепи последовательно протекают реакции превращения и образования свободных радикалов. На стадии обрыва цепи происходит расходование промежуточных продуктов или их разрушение и прекращение реакции. Обрыв реакции может произойти самопроизвольно или под действием ингибито­ров. К цепным реакциям относятся, например, окисление органических в-в кислородом, окисление водорода, фосфора, серы, реакции между водородом и хлором, между водородом и бромом и т.д. Горение — это хим реакция, при кот происходит окисление в-в с выделением теплоты и света. Горение и, следовательно, окисление возможны и без участия кислорода. Например, водород сгорает (окисляет­ся) в газообразном хлоре и в парах брома, при этом соответственно образуются хлоро- и бромоводород. Для горения нужны горючее и окислитель. На практи­ке в качестве окислителя могут быть галогены, рзон, пере-кисные соединения, нитросоединения и другие богатые кислородом соединения, а горючими — практически все органические в-ва, многие металлы, водород. ХИМИЯ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ. При взаимодействии реагентов с катализатором происходит ослабление исходных химич связей. Оно возможно при энергетической активизации реагента, кот достигается при тепловом либо радиоактивном воздействии, характеризующемся большой величиной энергии. Вопросами энергетической активи­зации реагента занимается химия экстремальных состояний, кот включает плазмохимию, радиационную химию, химию высоких энергий, высоких давлений и температур. Плазмохимия изучает процессы в низкотемпературной плазме. Плазма — это ионизированный газ. Различают слабоионизи­рованную, или низкотемпературную, и высокотемпературную плазму. В плазмохимии рассматриваются процессы при темп-рах от 1000 до 10000°С. Такие процессы характеризуются возбужденным состоянием частиц, столкновениями молекул с за­ряженными частицами и, что особенно важно, очень высокими скоростями реакций. В плазмохимич процессах скорость перераспределения химич связей очень высока: длительность элементарных актов химич превращений составляет около 10^(-13) с при почти полном отсутствии обратимости реакции. Такая скорость в обычных заводских реакторах из-за обратимости снижается в тысячи и миллионы раз. Плазмохимические процессы поэтому очень высокопроизводительны. Радиационная химия — сравнительно молодая отрасль, ей немного более 40 лет. В настоящее время радиационная химия изучает превращение самых разнообразных в-в под действием ионизирующих излучений. Источника ионизирующего излучения служат рентгеновские установки, ускорители заряженных частиц, ядерные реакторы, радиоактивные изотопы. В результате радиационно-химич реакций из кислорода образуется озон, из газообразных парафинов — водород и сложная смесь низкомолекулярных олефинов. Облучение полиэтилена, поливинилхлорида и многих других полимеров приводит повышению их термостойкости и твердости. Принципиально новой и исключительно важной областью химии экстремальных состояний является самораспространяющийся высокотемпературный синтез тугоплавких и керамических материалов. Обычно крупномасштабное производство таких ма­териалов осуществляется методом порошковой металлургии, суть которого заключается в прессовании и сжатии при высокой темп-ре металлических порошков. При этом темп-ра должна составлять 1200-2000°С, а процесс спекания длится не­сколько часов. Гораздо проще реализуется самораспространяющийся синтез, основанный на реакции горения одного металла в другом или металла в азоте, углероде, и т.п.