56) Амины

       Амины– это производные аммиака, в котором один, два или все три атома водорода замещены органическими радикалами.        Строение и свойства аминов.        Известно много органических соединений, в которые азот входит в виде остатка аммиака, например: 1) метиламин СН3-NН2; 2) диметиламин СН3-NH-СН3; 3) фениламин (анилин) С6Н5-NН2; 4) метилэтиамин СН3-NН-C2H5.       Все эти соединения относятся к классу аминов.       Сходство аминов с аммиаком не только формальное. Они имеют и некоторые общие свойства.       1. Низшие представители аминов предельного ряда газообразны и имеют запах аммиака.       4СН3-NH2 + 9O2 ? 4СO2 + 10Н2О + 2N2.       2. Если амин растворить в воде и раствор испытать лакмусом, то появится щелочная реакция, как и в случае аммиака.       3. Амины имеют характерные свойства оснований.       4. Сходство свойств аминов и аммиака находит объяснение в их электронном строении.       5. В молекуле аммиака из пяти валентных электронов атома азота три участвуют в образовании ковалентных связей с атомами водорода, одна электронная пара остается свободной.       6. Электронное строение аминов аналогично строению аммиака.       7. У атома азота в них имеется также неподеленная пара электронов. В неорганической химии к основаниям относятся вещества, в которых атомы металла соединены с одной или несколькими гидроксильными группами. Но основания – понятие более широкое. Свойства их противоположны свойствам кислот.       8. Амины называются еще органическими основаниями.       9. Являясь основаниями, амины взаимодействуют с кислотами, при этом образуются соли.       Эта реакция аналогична реакциям аммиака и также заключается в присоединении протона.        Но при сходстве свойств этих веществ как оснований между ними имеются и различия:       а) амины – производные предельных углеводородов – оказываются более сильными основаниями, чем аммиак;       б) они отличаются от аммиака лишь наличием в молекулах углеводородных радикалов, поэтому видно влияние этих радикалов на атом азота;       в) в аминах под влиянием радикала – СН3 электронное облако связи С-N смещается несколько к азоту, электронная плотность на азоте возрастает, и он прочнее удерживает присоединенный ион водорода;       г) гидроксильные группы воды от этого становятся более свободными, щелочные свойства раствора усиливаются.

 анилин– один из важнейших продуктов химической промышленности;       2) он является исходным веществом для получения многочисленных анилиновых красителей;       3) анилин используется при получении лекарственных веществ, например сульфаниламидных препаратов, взрывчатых веществ, высокомолекулярных соединений и т. д. Открытие профессором Казанского университета Н.Н. Зининым (1842 г.) доступного способа получения анилина имело большое значение для развития химии и химической промышленности.       1. Промышленность органического синтеза началась с производства красителей.       2. Широкое развитие этого производства стало возможным на основе использования реакции получения анилина, известной сейчас в химии под названием реакции Зинина. Основные свойства анилина:        а) ароматический амин – анилин имеет большое практическое значение;       б) анилин C6H5NH2 – это бесцветная жидкость, которая плохо растворяется в воде;       в) имеет светло-коричневую окраску при частичном окислении на воздухе;       г) анилин сильно ядовит.Особенности реакции Зинина:        1) эта реакция заключается в восстановлении нитробензола и выражается уравнением:       С6Н5-NO2 + 6Н ? С6Н5-NН2 + 2Н2О;       2) распространенным промышленным способом получения анилина является восстановление нитробензола металлами, например железом (чугунными стружками), в кислой среде;       3) восстановление нитросоединений соответствующего строения – это общий способ получения аминов..

57) Аминокислотами называются карбоновые кислоты, в углеводородном радикале которых один или несколько атомов водорода замещены аминогруппами. В зависимости от взаимного расположения карбоксильной и аминогрупп различают a-, b-, g- и т.д. аминокислоты. Например,

 

b CH3–

a CH–COOH  a- аминопропионовая кислота  I NH2

 

b CH2–  I NH2

a CH2–COOH  b- аминопропионовая кислота

 

Чаще всего термин "аминокислота" применяют для обозначения карбоновых кислот, аминогруппа которых находится в a- положении, т.е. для a- аминокислот. Общую формулу a- аминокислот можно представить следующим образом:

 

H2N–	CH–COOH  I R

 

В зависимости от природы радикала (R) – аминокислоты делятся на алифатические, ароматические и гетероциклические.

Получение

 

1)     Важнейший источник аминокислот – природные белки, при гидролизе которых образуются смеси a- аминокислот. Разделение этой смеси – довольно сложная задача, однако по обыкновению одна или две аминокислоты образуются в значительно больших количествах, чем все другие, и их удается выделить достаточно просто.

 

2)     Синтез аминокислот из галогенозамещенных кислот действием аммиака

 

Cl–

CH–COOH + 2NH3 ® H2N–  I R

CH–COOH + NH4Cl  I R

 

Химические свойства

 

1)     Некоторые свойства аминокислот, в частности высокая температура плавления, объясняется своеобразным их строением. Кислотная (–COOH) и основная (–NH2) группы в молекуле аминокислоты взаимодействуют друг с другом, образуя внутренние соли (биполярные ионы). Например, для глицина

 

H2N-CH2-COOH « H3N+-CH2-COO-

2)     Вследствие наличия в молекулах аминокислот функциональных групп кислотного и основного характера a- аминокислоты являются амфотерными соединениями, т.е. они образуют соли как с кислотами, так и со щелочами.

 

H2N–

CH–COOH + HCl ® [H3N+–  I R

CH–COOH]Cl-(хлористоводородная соль a-аминокислоты)  I R

 

H2N–

CH–COOH + NaOH ® H2N–  I R

CH–COO-Na+(натриевая соль a-аминокислоты) + H2O  I R

                       

3)     В реакции со спиртами образуются сложные эфиры.

 

Этиловый эфир аланина

                                   

4)     a- Аминокислоты можно ацилировать, в частности, ацетилировать, действуя уксусным ангидридом или хлористым ацетилом. В результате образуются N- ацильные производные a- аминокислот (символ "N" означает, что ацил связан с атомом азота).

 

N – ацетилаланин

 

                                                                          Пептиды (греч. рерфпт -- питательный) -- семейство веществ, молекулы которых построены из остатков б-аминокислот, соединённых в цепь пептидными (амидными) связями --C(O)NH--.

Это природные или синтетические соединения, содержащие десятки, сотни или тысячи мономерных звеньев --аминокислот. Полипептиды состоят из сотен аминокислот, в противоположность олигопептидам, состоящим из небольшого числа аминокислот (не более 10-50), и простым пептидам (до 10).

58) Углеводы - органические соединения, состоящие из одной или многих молекул простых сахаров. Их общую формулу обычно записывают в виде Сn(Н2О)n (где n - не меньше трех). Впервые в 1844 г. этот термин ввел отечественный ученый К. Шмид (1822-1894). КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕВОДОВ  Выделяют три группы углеводов: моносахариды, или простые сахара (глюкоза, фруктоза); олигосахариды - соединения, состоящие из 2-10 последовательно соединенных молекул простых сахаров (сахароза, мальтоза); полисахариды, включающие более 10 молекул сахаров (крахмал, целлюлоза).  ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕВОДОВ  Все моносахариды и некоторые дисахариды, в том числе мальтоза и лактоза, относятся к группе редуцирующих (восстанавливающих) сахаров. Сахароза - нередуцирующий сахар. Восстановительная способность сахаров зависит у альдоз от активности альдегидной группы, а у кетоз - от активности как кетогруппы, так и первичных спиртовых групп. У нередуцирующих сахаров эти группы не могут вступать в какие-либо реакции, потому что здесь они участвуют в образовании гликозидной связи. Две обычные реакции на редуцирующие сахара - реакция Бенедикта и реакция Фелинга - основаны на способности этих сахаров восстанавливать ион двухвалентной меди до одновалентной. В обеих реакциях используется щелочной раствор сульфата меди (2) (CuSO4), который восстанавливается до нерастворимого оксида меди (1) (Cu2O). Ионное уравнение: Cu2+ + e = Cu+ дает синий раствор, кирпично-красный осадок. Все полисахариды нередуцирующие. Формула глюкозы C₆H₁₂O₆. Глюкоза - моносахарид, одна из восьми изомерных альдогексоз. Молярная масса 180 г./моль. Фруктоза (фруктовый сахар) изо­мерна глюкозе, но в отличие от неё относится к кетоспиртам — соеди­нениям, содержащим кетоновые и карбонильные группы. Подобно глю­козе, фруктоза легко образует цикли­ческие полуацетали, только состоят они преимущественно из пятичленных циклов: В щелочной среде её молекулы способны изомеризоваться в глюкозу, поэтому водные растворы фруктозы восстанавливают гидроксид меди (II) и оксид серебра (реакция «серебряного зеркала»). ^ Способы получения глюкозы: 1. В процессе фотосинтеза: hν, хлорофилл 6СО₂ + 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ глюкоза Источником углеводов в природе служит процесс фотосинтеза —превращение в зеленых листьях растений углекислоты воздуха в углеводы. Энергию для этого процесса дает солнечный свет. Фотосинтез служит единственным источником органических веществ в природе, поскольку животные не способны синтезировать органические вещества из неорганических, они лишь перерабатывают органические вещества, накопленные растениями. Велика роль продуктов фотосинтеза и в качестве источников энергии в промышленности, поскольку и каменный уголь, и нефть, и газ, и тем более древесина — все это «консервированная солнечная энергия», накопленная за счет процесса фотосинтеза.

59) Дисахариды – углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов, которые соединены друг с другом за счет взаимодействия  двух гидроксильных групп.

В процессе образования молекулы дисахарида происходит отщепление одной молекулы воды:

                

или для сахарозы:

 

Поэтому молекулярная формула дисахаридов С12H22O11.

Образование сахарозы происходит в клетках растений под воздействием ферментов. Но химики нашли способ осуществления многих реакций, являющихся частью процессов, которые происходят в живой природе. В 1953 году французский химик Р. Лемье впервые осуществил синтез сахарозы, названный современниками «покорением Эвереста органической химии».

В промышленности сахароза получается из сока сахарного тростника (содержание 14-16%),  сахарной свеклы (16-21%), а также некоторых других растений, таких как канадский клен или земляная груша.

Всем известно, что сахароза представляет из себя кристаллическое вещество, которое имеет сладкий вкус и хорошо растворимо в воде.

Сок сахарного тростника содержит углевод сахароза, привычно называемый нами сахаром.

Имя немецкого химика и металлурга А. Маргграфа тесно связано с производством сахара из свеклы. Он был одним из первых исследователей, применивших в своих химических исследованиях микроскоп, при помощи которого им были обнаружены кристаллы сахара в свекольном соке в 1747 году.

Лактоза – кристаллический молочный сахар, была получена из молока млекопитающих еще в XVII в.  Лактоза является менее сладким дисахаридом, нежели сахароза.

Теперь ознакомимся с углеводами, имеющими более сложное строение – полисахаридами.

Полисахариды  – высокомолекулярные углеводы,  молекулы которых состоят из множества моносахаридов.

В упрощенном виде общая схема может быть представлена так:

 

Теперь сравним строение и свойства  крахмала и целлюлозы – важнейших представителей полисахаридов.

Структурное звено полимерных цепей этих полисахаридов, формула которых (С6H10O5)n, – это остатки глюкозы. Для того, чтобы записать состав структурного звена (С6H10O5), нужно отнять молекулу воды из формулы глюкозы.

Целлюлоза и крахмал имеют растительное происхождение. Они образуются из молекул глюкозы в результате поликонденсации.

Уравнение реакции поликонденсации, а также обратного ей процесса гидролиза для полисахаридов условно можно записать следующим образом:

 

Молекулы крахмала могут иметь как линейный, так и разветвленный тип строения, молекулы целлюлозы – только линейный.

При взаимодействии с йодом крахмал, в отличие от целлюлозы, дает синее окрашивание. Различные функции эти полисахариды имеют и в растительной клетке. Крахмал служит запасным питательным веществом, целлюлоза выполняет структурную, строительную функцию. Стенки растительных клеток построены из целлюлозы.