химия методичка / Конспекты по химии
.pdf
В соединениях водород одновалентен, степень окисления обычно +1, редко –1 (в гидридах металлов). Н2 – самый легкий газ, в 14,4 раза легче воздуха, ρ = 0,09 г/л, не имеет цвета, вкуса, запаха, практически не растворяется в воде, при t0 = - 2530 С переходит в бесцветную жидкость.
У водорода двойственное положение в периодической системе.
Имея 1е- на энергетическом уровне, водород может его отдавать, проявляя восстановительные свойства (положение в I А группе). Так как до завершения энергетического уровня в атоме водорода не достает одного е-, он может его захватывать в реакциях с активными металлами, проявляя окислительные свойства (положение в VII A
группе).
2Н2 + О2 → 2Н2О + Q H2 + Cl2 → 2HCl ↑
3H2 + N2 ↔ 2NH3 ↑ + Q H2 + S → H2S ↑
При высокой температуре образует с активными металлами гидриды – белые кристаллические, легко гидролизующиеся вещества:
H2 + 2Na → 2NaH
H2 + Ca → CaH2
NaH + HOH → NaOH + H2 ↑
Восстанавливает металлы из их оксидов при нагревании:
3H2 + WO3 → W + 3H2O
H2 + CuO → Cu + H2O
Применение водорода основано на его физических и химических свойствах:
o как легкий газ для наполнения метеозондов, дирижаблей, аэростатов (в смеси с Не); o как восстановитель в металлургии (Мо, W);
o синтез аммиака и хлороводорода;
o синтез метанола: 2Н2 + СО ó СН3ОН;
o гидрирование каменного угля (синтетический бензин);
oгидрирование растительных масел (маргарин).
В80х годах в СССР была изобретена и успешно испытана ракета-носитель «Энергия», работающая на экологически чистом топливе – водороде. Дейтерий и тритий нашли применение в ядерной энергетике.
Получают водород разными способами:
СН4 1000C→ С + 2Н2 ↑
2Н2О + СН4 → 4Н2 ↑ + СО2 ↑
2NaCl + 2HOH ток → H2 ↑ + Cl2 ↑ + NaOH 2H2O ток → 2H2 ↑ + O2 ↑
ПОЛИСАХАРИДЫ
Высшие углеводы или полисахариды являются природными высокомолекулярными соединениями. Их макромолекулы образованы десятками и сотнями остатков моносахаридов, соединенных эфироподобными связями (-О- ,их называют гликозидными связями, отсюда название «полигликозиды»). Цепи макромолекул могут быть линейными и разветвлёнными, остатки моносахаридов могут быть одинаковыми или разными.
Наибольшее значение имеют полисахариды, образованные глюкозой: крахмал, целлюлоза или клетчатка, гликоген или животный крахмал. Все они имеют общую формулу (-С6Н10О5-)n и различаются в строении длиной макромолекулы и её разветвлённостью. Большая заслуга в их изучении принадлежит Хеуорзсу.
Крахмал (С6Н10О5)1000-6000 – белый, аморфный, скользкий на ощупь порошок, не растворяется в воде, лишь разбухает. Раствор йода вызывает интенсивное сине-фиолетовое окрашивание
51
крахмала – качественная реакция! При кипячении макромолекулы разрушаются на отдельные фрагменты – декстрины. Декстринизированный крахмал – крахмальный клейстер. Декстринизация происходит при кипячении и в кишечнике человека (под влиянием ферментов). При полном гидролизе образуется глюкоза:
(С6Н10О5)n → (С6Н10О5)x + (С6Н10О5)y + (С6Н10О5)z + … декстрины
(С6Н10О5)x → X/2 C12H22O11 мальтоза
C12H22O11 → 2C6H12O6
глюкоза Крахмал не является однородным веществом. Его макромолекулы бывают неразветвленными –
амилоза (10% - 20%) и сильноразветвленными – амилопектин (80% - 90%). Различаются растворимостью в воде. Крахмал применяют как пищевой продукт (кисели), клей, в медицине наполнитель и поглотитель влаги (таблетки, присыпки…). Получают из клубней картофеля, зёрен пшеницы, риса, кукурузы.
Гликоген или животный крахмал.
Макромолекулы еще более разветвленные, чем у амилопектина. Значение «n» тоже намного больше, поэтому Mr исчисляется миллионами. Гликоген – белый аморфный порошок, растворимый в воде. Под действием йода образует винно-красное окрашивание. Содержится во всех животных тканях; например в печени до 20%, в мышцах до 4%. Запасной углевод, который расходуется при голодании, интенсивной физической и умственной работе как источник энергии.
Целлюлоза или клетчатка (С6Н10О5) более 6000.
Очень длинные, практически всегда линейные макромолекулы. Содержится в волокнах льна, хлопчатника, в древесине, практически во всех растениях. Обладает большой механической и химической прочностью, абсолютно не растворяется в воде. Полный гидролиз происходит при кипячении в присутствии разбавленной H2SO4. При нитровании клетчатки образуется тринитрат целлюлозы (пироксилин) – взрывчатое вещество.
При обработке уксусным ангидридом образуется ацетилцеллюлоза, которая перерабатывается в
ацетатное волокно.
Больше всего клетчатки используется в текстильной и целлюлозно – бумажной отраслях промышленности, в медицине (вата, бинты, марля), производство кормовых веществ (глюкоза).
ЕДИНСТВО ОРГАНИЧЕСКОГО И НЕОРГАНИЧЕСКОГО МИРА. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ СВЯЗИ МЕЖДУ ОРГАНИЧЕСКИМИ И НЕОРГАНИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ
Внастоящее время химическая наука подразделяется на 2 больших и самостоятельных раздела: органическую химию – химию соединений углерода (их насчитывается сейчас > 6,5 млн и это число продолжает расти) и неорганическую химию (примерно 700 000 веществ) – химию соединений прочих элементов.
Обособление органической химии как самостоятельной науки произошло в начале 19 века в связи с открытием и исследованием большого числа органических соединений, выделенных главным образом из живых организмов. Термин "органическая" предложил выдающийся шведский химик Берцелиус. В то время считалось, что получить органические вещества из неорганических в лаборатории невозможно. Это может происходить только в живых организмах под влиянием некой жизненной силы (учение витализма). Между органической и неорганической химией проложили резкую грань, которой на самом деле не существует.
Уже к середине 19 века учёные в разных странах синтезировали ряд органических веществ из неорганических:
- Ф.Вёлер (Германия, 1824 г) – синтезировал щавелевую кислоту из дициана.
Тот же учёный в 1828 году синтезировал карбамид (мочевину) из цианата аммония.
В1845 г. (А. Кольбе) – синтез уксусной кислоты
В1854 г. (М. Бертло) – синтез жиров
В1861 г. (А. М. Бутлеров) – синтез моносахарида
52
Синтезы веществ, ранее вырабатывавшихся только живыми организмами, начали следовать один за другим и витализм потерпел полное поражение.
Конечно, различия между органическими и неорганическими веществами есть.
И всё-таки резкой границы между ними не существует. Об этом свидетельствуют и ранее рассмотренные факты, и другие. Так в 1924 году академик А.И. Опарин выдвинул гипотезу о возникновении жизни (а это наиболее сложные органические вещества) абиогенным путём, т. е. путём синтезов, из простейших неорганических соединений CH4, H2O, NH3, CO2, и т. д.
Эта гипотеза экспериментально была подтверждена с помощью опытов С.Миллера, А. Пасынского и др. Из веществ неорганических и несложных по строению за недели (микромгновение по геологическим масштабам) были получены аминокислоты (аланин, глицин), аденин, имидазол и др. сложные органические соединения. Существование генетического единства органических и неорганических веществ подтверждают и такие превращения:
6 CO2 + 6 H2O →фотосинтез C6H12O6 + 6O2↑
C → CH4 → C2H2→ CH3COOH CaCO3→ CaO→ CaC2 → C2H2 → C6H6 C→CO→ CH3OH → HCOOH
и т. д.
На стыке органической и неорганической химии возникла элементоорганическая химия, а на стыке органической химии и биологии – биологическая химия. Все эти разделы химической науки служат важнейшим инструментом познания окружающего мира.
ВОДА И ЕЁ СВОЙСТВА. ОХРАНА ВОДОЁМОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Вода, H2O – оксид водорода – самое распространенное на Земле вещество. Почти 70% поверхности нашей планеты покрыто жидкой водой или льдом. Вода – одно из важнейших веществ: наш организм на 67 – 70 % состоит из воды, все биохимические процессы протекают в водных растворах. Молекула воды имеет асимметричную уголковую форму. Это связано с тем, что облака р–электронов, участвующих в образовании химических связей, расположены в атоме кислорода под углами 104,5о (почти правильный тетраэдр):
Благодаря такой форме и полярности связей О – Н, вся молекула имеет полярный характер – диполь воды.
Диполи воды очень деятельные частицы. Их малые размеры и полярный характер позволяют им активно вмешиваться в различные реакции (гидратация, диссоциация), соединяться в упорядоченные структуры (кристаллы льда), образовывать молекулярные ассоциации (H2O)n – в жидком состоянии. По существу только при t0>100оС вода состоит из молекул H2O (Ar = 18). Например, так молекулы воды передают в живой клетке протоны (H+):
Физические свойства: химически чистая вода – дистиллированная (вся природная вода содержит примеси и отличается по свойствам) – чрезвычайно слабый
электролит, не проводит ток, tопл. = ОоС, tокип. = 100 оС, ρ = 1000 кг /м3 (1 г/мл). Не имеет вкуса, запаха, бесцветна (в больших массах – голубого
цвета). Плохо проводит тепло (медленно нагревается, но и медленно отдаёт тепло).
Химические свойства:
Весьма реакционноспособное вещество:
53
а ). С металлами
2 Na + 2 HOH → 2 NaOH + H2↑
Ca + 2 HOH → Ca(OH)2 + H2↑
3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2↑ б). С неметаллами
2 F2 + 2 H2O → 4 HF + O2↑
Cl2 + HOH → HCl + HСlO (или HOCl) в). С основными оксидами
Na2O + H2O → 2NaOH
CaO + H2O → Ca(OH)2
г). С кислотными остатками
SO3 + H2O → H2SO4 P2O5 + 3H2O → 2H3PO4
д). С солями - разрушение (гидролиз) K2CO3 + HOH → 2K+ + HCO3 - + OH – Al2S3 + 6HOH → 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑
е). При растворении в воде многих солей и дальнейшей их кристаллизации образуются кристаллогидраты:
CuSO4 + 5H2O → CuSO4 • 5H2О
FeSO4 + 7H2O → FeSO4 • 7H2O Na2CO3 + 10H2O → Na2CO3 • 10H2O
Значение воды поистине огромно. Она жизненно необходима для человека и других живых существ
– поэтому используется в быту, пищевой промышленности, сельском хозяйстве. Особенно много воды потребляют такие отрасли как химическая, нефтеперерабатывающая, целлюлозно-бумажная, текстильная… В настоящее время ужесточены во всех странах законодательства, регулирующие сброс стоков в
водоёмы. Сбрасываемая вода не должна содержать веществ, нарушающих естественный ход очистки сточных вод. Все сточные воды подразделяются на бытовые и промышленные. Характеристикой качества промышленных сточных вод является ПДК – предельно допустимая концентрация вещества-загрязнителя (мг/л), которая не вызывает заболеваний людей. Бытовые сточные воды поддаются почти полной биоочистке. Промышленные стоки не очищаются биологическим путём, т.к. вещества –загрязнителя являются ядами для микроорганизмов. Поэтому очистку промышленных стоков ведут отдельно от бытовых сточных вод.
Основными методами очистки промышленных стоков являются:
Механические (отстаивание, фильтрование, процеживание). Фильтрующие материалы – зернистые, пористые вещества (песок, гравий…)
Физико-химические (флотация, электролиз, коагуляция, экстракция…)
Химические – наиболее эффективные способы (окислительно-восстановительные реакции, реакции осаждения; Окислители – хлор, хлорная известь, хлораты, перманганаты;
Восстановители – сернистый газ, сульфиты… Осадители – Na2S, K2S
ЯДОХИМИКАТЫ. ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ С УЧЕТОМ ОХРАНЫ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Проблема обеспечения растущего населения планеты полноценным питанием стоит очень остро. Большая роль в её решении принадлежит химизации сельского хозяйства. В связи с тем, что больше стало использоваться минеральных удобрений, повысилась не только урожайность с/х растений, но и интенсивнее стали развиваться сорняки, активизировались вредители и болезни культурных растении.
Ежегодно > 16% зерновых погибают от вредителей и болезней (можно целый год кормить 200 миллионов человек хлебом!) Сорные растения отнимают у культурных растений свет, влагу,
54
питание. Один сорняк выносит из почвы в 2 – 3 раза больше азота, чем одно культурное растение! От сорняков ежегодно теряется ещё 10 % зерновых.
Различные насекомые наносят большой вред животноводству: снижаются удои крупного рогатого скота (до 40 %). Многие насекомые, моллюски, грызуны являются переносчиками опасных заболеваний.
В настоящее время меры борьбы с вредителями складываются из: а/ агротехнических б/биологических методов в/ химические
(два последних более распространены.)
Химический метод борьбы основан на применении ядохимикатов получивших общее название –
пестициды.
Пестициды - эффективные и быстродействующие химические средства для защиты растений и животных (как неорганические – препараты серы, меди и др., так и элементоорганические – хлор, фосфоросодержащие.) В чистом виде пестициды почти не применяются (эмульсии, аэрозоли, смачивающиеся порошки, концентраты, с твёрдыми или жидкими разбавителями, ароматизаторами, вкусовыми добавками.)
В зависимости от функционального назначения пестициды подразделяются: o гербициды (Herba-трава) - для борьбы с сорняками;
o инсектициды (Insekta - насекомые); o фунгициды (Fungi - грибы);
o акарициды (Acarina - клещи);
o зооциды - для борьбы с грызунами;
o нематоциды (Nematoda - круглые черви)
бактериоциды и т.д.
По способу воздействия на организм вредителя (например, насекомого) различают пестициды: o контактные;
o кишечные;
o системные и т.д.;
Среди пестицидов на первом месте по значению и объему производства до недавнего времени находились хлорорганические, например, ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан)-контактный и системный яд.
(В сороковые годы, швейцарский химик Пауль Мюллер, за синтез ДДТ удостоен Нобелевской премии.) Применение ДДТ способствовало искоренению малярии, тифа и других заболеваний. Однако большинство хлоросодержащих пестицидов – очень устойчивые соединения, медленно разлагающиеся в природных условиях, накапливаются в окружающей среде и попадая в организм человека и животных вызывают опасные заболевания. (Выпуск ДДТ почти полностью прекращён ещё в семидесятых годах.)
Сейчас на первое место по важности выходят фосфорорганические пестициды (хлорофос, карбофос, тиофос и др.)
Достоинством фосфорорганических пестицидов является их высокая избирательная токсичность и быстрое разрушение в природной среде (от нескольких часов до 2-3 месяцев.)
Важное значение имеют такие специфические пестициды, как: o Репелентыдля отпугивания насекомых.
o Антрактантыдля приманивания животных.
o Хемостерилянтыдля стерилизации животных. o Дефолианты - для сбрасывания листьев
o Стимуляторы и ингибиторы роста и другие.
Однако широкое применение пестицидов имеет не только положительное значение, но и ведёт к отрицательным последствиям :
а/ разрушение экологического равновесия в агроценозах; б/ гибель полезных насекомых (пчёл, шмелей) ,птиц, зверей.
55
в/ уничтожение полезных энтомофагов (на пример птиц); г/ активное приспособление к пестицидам вредителей и увеличение числа их видов, устойчивых к яду;
д/ попадание со стоками в водоёмы и сокращение рыбных богатств ; е/ интоксикация человека пестицидами, обнаруженными в продуктах питания.
Поэтому применение и хранение пестицидов в большинстве стран регламентируется строгими ограничениями. Основными мерами, по уменьшению вредного воздействия ядохимикатов на окружающую среду считаются :
oРазработка и использование препаратов целиком разлагающиеся во внешней среде за 1 вегетационный период.
o Создание высокоспецифичных (избирательных) препаратов губительных для вредителей.
o Селекционное выведение видов, устойчивых к вредителям и болезням. o Соблюдение правил применения и хранения пестицидов.
o Выборочные химические обработки, а не сплошные; с учётом фактического распространения вредителей и болезней, а также экологической обстановки в целом.
o Создание бактериальных и вирусных препаратов против вредителей. o Экологическое воспитание и просвещение населения.
АМИНОКИСЛОТЫ - ОРГАНИЧЕСКИЕ АМФОТЕРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. ПРЕДСТАВИТЕЛИ И ИХ
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ
Аминокислотами называются органические соединения, в молекулах которых содержатся одновременно две функциональные группы – основная аминогруппа - NH и кислотная карбоксильная группа –COOH. Таким образом аминокислоты – вещества с двойственными свойствами – органические амфотерные соединения. Название АК производятся от названия ,соответствующей кислоты с указанием (цифрой или буквой греческого алфавита) положения аминогруппы. Важнейшие АК имеют также исторически сложившиеся названия .
Около 20 различных α – аминокислот входят в состав белков и поэтому имеют первостепенное значение. Некоторые аминокислоты (ε-аминокапроновая или 6-аминогексановая) используются для синтеза полиамидных смол.
Аминокислоты – бесцветные кристалические вещества хорошо растворимые в воде, при нагревании выше 250˚ C плавятся и разлагаются.
В кристалическом виде и в водных растворах существуют как биполярные ионы (или внутренние соли).
Поэтому водные растворы аминокислот не изменяют окраски индикатора (нейтральная среда).
КЛАССИФИКАЦИЯ РЕАКЦИЙ В НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
1)Реакция соединения:
А+ В → АВ
2H2 + O2 → 2H2O
2)Реакция разложения: АВ → А + В
CaCO3 → CaO + CO2↑
3)Реакция замещения: АВ + С → СВ + А
2HCl + Zn → ZnCl2 + H2↑
4)Реакция обмена:
AB + CD → CB + AD
NaOH + HCl → NaCl + HOH
56
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ХИМИИ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ (ВМС)
Высокомолекулярные соединения (ВМС) – это вещества, молекулы которых состоят из тысяч и десятков тысяч атомов. Одним из основоположников современного представления о ВМС был Штаудингер. Макромолекулы по Штаудингеру – это молекулы с молекулярной массой > 10 000. ВМС важны в связи с их применением в качестве синтетических материалов в технике, и первостепенным значением в живой природе (биополимеры).
Рассмотрим важнейшие понятия химии ВМС.
Мономер – вещество, молекулы которого могут соединяться в длинную макромолекулу. Обычно присоединение происходит за счет разрыва кратных связей, циклов или взаимодействия бифункциональных молекул (с отщеплением низко молекулярных веществ или без отщепления). Способы соединения мономеров в макромолекулу:
Полимеризация
Реакции полимеризации идут обычно быстро с участием веществ – инициаторов (поставляющих свободные радикалы для начала реакции), носят цепной характер, кроме радикальной может быть ионная полимеризация.
Поликонденсация
Реакции поликонденсации протекают ступенчато; так как промежуточные продукты – устойчивые соединения, то реакцию все время приходится “подстегивать” – активировать ( обычно при помощи высоких температур). В реакции выделяют побочный низкомолекулярный продукт ( Н2О, НCl и т.д.) Мономер может быть один или два (сополимеризация); в случае одного мономера – это вещество бифункциональное, например, аминокислота; в случае сополимеризации – мономеры с разными функциональными группами.
Строение. Фрагмент макромолекулы полимера, который многократно повторяются, называют структурным звеном, а число повторений – степенью полимеризации.
Регулярность. В зависимости от положения асимметрических атомов или групп различают полимеры стереорегулярные (изотактические и синдиотактические).
Полимеры могут применяться в виде:
oпластмасс (пластиков), которые делят на термопласты – размягчаются при нагревании и в горячем виде формуются, а при застывании сохраняют заданную форму (полиэтилен, капрон, полистирол, полиуретан, полиэфир и др.) – линейные молекулы; и реактопласты – разлагаются при нагревании без размягчения; строение макромолекул обычно сетчатое; изделия из них получают горячим формованием с введением в смолу отвердителей,
наполнителей и красителей (фенопласты, аминопласты, силиконы, эпоксидные смолы и др.)
oэластомеров – макромолекулы представляют собой скрученные в клубки цепи, при растяжении цепи вытягиваются, при снятии нагрузки снова скручиваются – эластичность
(каучуки, резины)
oхимических волокон – гибких материалов, которые перерабатываются в текстильную пряжу или изделия. Различают синтетические волокна (капрон, полиэфирное – лавсан, нитрон) и искуственные, получаемые путем переработки природных материалов, прежде всего целлюлозы (вискозное, ацетатное). Бывают и неорганические волокна, в основном силикатные (стекловолокно, асбестоволокно). Волокна формуют, пропуская (продавливая) смолу или другой материал через танталовые или золотые насадки с мельчайшими
отверстиями – фильеры.
Свойства полимерных материалов зависят как от химического состава, так и от строения макромолекулы. Например, полиолефины горят, распространяя запах парафина, жирные на ощупь (полиэтилен); полиамидные горят с образованием запаха паленой шерсти (капрон). Полимеры с регулярным строением макромолекулы более прочны и износостойки, нежели полимеры с нерегулярным строением. Полимеры с линейными макромолекулами менее прочные, чем с трехмерным строением (полипропилен и фенопласт).
57
КЛАССИФИКАЦИЯ РЕАКЦИЙ В ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
В органической химии выделяют три основных типа химических реакций:
а) Реакция замещения (substitutio) – S, например: CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl
б) Реакция присоединения (accessio) – А, например:
CH2 = CH2 + HCl → CH3 – CH2Cl
Сюда же относятся реакции полимеризации.
в) Реакция отщепления (eliminare) – Е, их так же называют элиминированием, например:
CH3 − CH2 Cl → CH2 = CH2 + HCl
Выделяют также и другие типы реакций, например: реакция конденсации, реакция изомеризации (перегруппировки), этерификации (образование эфиров) и др.
Механизм рассмотренных реакций может быть свободнорадикальным или просто радикальным (R), электрофильным (Е) и нуклеофильным (N).
Для понимания механизма реакции надо представлять как происходит разрыв молекул реагентов. Он может быть гетеролитическим и гомолитическим.
Химическая реакция между двумя реагентами рассматривается как атака одной частицы на другую. При этом атакующую частицу именуют реагентом, а атакуемую
– субстратом. Реагенты в органической химии подразделяют на нуклеофильные («любящие ядра», то есть δ-) и электрофильные («любящие электроны», то есть δ+)
Зная природу реагирующих частиц и тип разрыва связи, можно определить механизм реакции. Например, реакция замещения:
а) молекулу атакует радикал
Такой механизм замещения называют радикальное замещение и обозначают SR (хлорирование метана…)
б) молекулу атакует электрофил. Это электрофильное замещение – SE. в) молекулу атакует нуклеофил. Это нуклеофильное замещение - SN (щелочной гидролиз галогеналканов)
Часто в названии реакции указан реагент, характер происходящих изменений: хлорирование (может быть заместительным или присоединительным), в общем случае ─ галогенирование, гидратация ( +НОН) или дегидратация (-НОН),
гидрогалогенирование (+HCl…) или дегидрогалогенирование (-HCl), гидрирование (+Н2) или дегидрирование (-Н2), гидролиз, этерификация и т.д.
БЕЛКИ И НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ — ПРИРОДНЫЕ БИОПОЛИМЕРЫ
Важнейшими биополимерами, с которыми связано существование жизни на Земле и эволюционное развитие, являются белки и нуклеиновые кислоты. Рассмотрим каждую группу в отдельности.
а). Белки (протеины).
В начале прошлого века немецкий ученый Фишер, на основании эксперимента, пришел к выводу, что белки – линейные полимеры, построенные путем конденсации α(альфа)-аминокислот (20 АК) друг с другом.
По существу, белки – это полиамиды с большой молекулярной массой, (Mr >5000 ):
o инсулин – 6500
o рибонуклеаза – 15000 o гемоглобин – 68000 o гемоцианин - 6600000
58
Разнообразие белков по истине бесконечно и это связано с бесконечным числом комбинаций из 20 аминокислотных остатков в макромолекуле белка. Кроме того строение белков усложняется наличием 4 структур:
первичная структура (линейна полипептидная цепь) вторичная структура (спираль за счет водородных связей)
третичная структура (сшивание полипептидной спирали в нескольких местах). Например, -S-S- мостиками.
Некоторые белки имеют четвертичную структуру (гемоглобин) – это сшивание нескольких субъединиц в единое целое – глобулу (шарик) за счет водородных связей и т.п.
При неблагоприятных внешних воздействиях – жесткое облучение, высокие и низкие температуры, химические вещества (кислоты, соли, щелочи), - происходит денатурация белков: последовательная потеря ими своих структур – разрушение глобулы, распрямление субъединицы, разворачивание спирали. При кипячении в присутствии, например, щелочи, разрушается первичная структура – полипептидная цепь. Это гидролиз.
Качественная реакция – ксантопротеиновая: Желтое окрашивание в присутствии HNO3 .
Белки выполняют в живом организме различные функции. Это:
o |
Строительная (коллаген); |
o |
Двигательная; |
o |
Транспортная (гемоглобин); |
o |
Каталитическая (инсулин); |
o |
Защитная (лизоцим). |
б). Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды).
Это сложные биополимеры с кислотными свойствами, имеющие молекулярную массу от 200000 до несколиких миллионов. Играют главную роль в биосинтезе белков и передаче наследственных
59
свойств (являются материальными носителями генетического кода) при жестком гидролизе нуклеиновых кислот образуются фосфорная кислота, углеводы (рибоза или дезоксирибоза) и азотистые основания (гетероциклы). При мягком гидролизе из НК получаются нуклеотиды – мономеры НК. За расшифровку строения НК ученым Д. Уотсону, Ф. Крику, М. Уилкинсу присуждена Нобелевская премия 1962 года в области физиологии и медицины.
Существует две группы НК: ДНК – дезоксирибонуклеиновая и РНК – рибонуклеиновая. Каждая состоит из сложных мономеров – нуклеотидов четырех видов. Нуклеотид (мономер) содержит остатки фосфорной кислоты, углевода и азотистого основания. Нуклеотиды ДНК содержат остаток углевода дезоксирибозы, а РНК – рибозы. Кроме того они отличаются по составу четвертого азотистого основания в ДНК – тимин, а в РНК – урацил.
Комплементарные (взаимодополняющие) пары азотистых оснований:
А– Т ( Т- А )
Ц– Г ( Г- Ц )
А– У ( У – А )
Состав нуклеотида РНК
Схема репликации (самоудвоения) ДНК
60