- •Глава 1. Номенклатура и изомерия органических соединений.
- •Теория строения органических соединений а.М. Бутлерова.
- •Свойства вещества определяются не только их качественным и количественным составом, но и порядком соединения атомов в молекуле, т.Е. Химическим строением вещества.
- •Свойства органических соединений зависят не только от состава вещества и порядка соединения атомов в его молекуле, но и от взаимного влияния атомов и групп атомов друг на друга.
- •Основы строения и реакционной способности органических соединений Общая характеристика и классификация органических соединений
- •1.2.1. Заместительная номенклатура
- •Некоторые характеристические группы, обозначаемые только префиксами
- •Порядок старшинства характеристических групп, обозначаемых префиксами и суффиксами
- •Номенклатуре
- •Радикально-функциональная номенклатура
- •Глава 2. Электронное строение органических молекул.
- •Понятие о взаимном влиянии атомов в молекуле и электронные эффекты
- •Системы с замкнутой цепью сопряжения.
- •Кислотно-основные свойства органических соединений. Типы кислот и оснований.
- •Льюисовская кислотность и основность органических соединений.
- •Концепция жестких и мягких кислот и оснований (принцип жмко)
- •Глава 3. Механизмы реакций органических соединений.
- •Классификация органических реакций и их компонентов.
- •Реакции электрофильного присоединения, электрофильного замещения.
- •Реакции нуклеофильного замещения, нуклеофильного присоединения (присоединения-отщепления).
- •Глава 4. Оксосоединения (альдегиды и кетоны).
- •Общая характеристика реакционной способности
- •Альдегиды и кетоны
- •Альдегиды и их производные
- •Лабораторный практикум
- •Ход работы.
- •Глава 5. Карбоновые кислоты. Вопросы к занятию.
- •Строение, номенклатура и физико-химические свойства карбоновых кислот
- •Химические свойства предельных кислот и их производных
- •Декарбоксилирование
- •Кислотно-основные свойства
- •Карбоновые кислоты как ацилирующие реагенты
- •Производные карбоновых кислот, их свойства и взаимные превращения.
- •Функциональные производные карбоновых кислоты
- •Сложные эфиры, имеющие приятный аромат
- •Дикарбоновые кислоты
- •Некоторые дикарбоновые кислоты, их названия и кислотные свойства
- •Ненасыщенные карбоновые кислоты
- •Содержание высших ненасыщенных кислот в растительных маслах, % по массе
- •Лабораторный практикум.
- •Инструкция по технике безопасности.
- •Ход работы.
- •Глава 6. Гетерофункциональные соединения.
- •Поли- и гетерофункциональные соединения, участвующие в процессах жизнедеятельности.
- •Классификация
- •Общая характеристика реакционной способности.
- •Специфические реакции.
- •Аминоспирты.
- •Гидроксикарбоновые кислоты
- •Оксокарбоновые кислоты
- •Отдельные представители фенолокислот
- •Лабораторный практикум.
- •Ход работы.
- •Глава 7. Биологически-активные гетероциклические соединения.
- •Азотосодержащие ароматические гетероциклические соединения
- •Лабораторный практикум.
- •Ход работы.
- •Глава 8. Амиокислоты, пептиды, белки.
- •Строение и свойства аминокислот и пептидов
- •Физиологическая роль и применение в медицине некоторых аминокислот
- •Контрольные вопросы
- •1. Каталитическая функция
- •7. Защитная функция
- •Лабораторный практикум.
- •Ход работы:
- •Глава 9. Углеводы.
- •Строение и свойства углеводов
- •Гетерополисахариды
- •Функции углеводов и их обмен
- •Контрольные вопросы
- •Глава 10. Нуклеиновые кислоты, их структура и свойства. Вопросы к занятию:
- •Нуклеотидный состав и структура днк и рнк.
- •Биологические функции нуклеиновых кислот.
- •Контрольные вопросы
- •Глава 11. Омыляемые и неомыляемые липиды. Стероиды и стероидные гормоны.
- •Липиды. Строение и классификация липидов
- •Простые липиды
- •Константы некоторых жиров животного и растительного происхождения
- •Температура плавления (застывания) некоторых жиров
- •Терпены
- •Стериды. Стероиды и стероидные гормоны.
- •Стероидные гормоны
- •Сложные липиды
- •Лабораторная работа
- •II. Некоторые свойства скипидара.
- •III. Качественные реакции на холестерин и жёлчные кислоты.
- •IV. Качественная реакция на витамин d2 (кальциферол).
- •Глава 12. Адсорбция на подвижной границе раздела фаз.
- •12.1. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение.
- •Поверхностное натяжение жидкостей на границе с воздухом (298 к)
- •2. Изотерма Ленгмюра:
- •§7.Лабораторный практикум
- •Ход работы.
- •Глава 13. Адсорбция на неподвижной границе раздела фаз. Изотерма адсорбции уксусной кислоты на угле.
- •Адсорбционные равновесия и процессы на подвижной и неподвижной границах раздела фаз. Влияние различных факторов на величину адсорбции.
- •Контрольные вопросы
- •§7. Лабораторный практикум.
- •Ход работы.
- •Глава 14. Физикохимия дисперсных систем
- •По размерам частиц дисперсной фазы
- •По агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды:
- •По характеру взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой:
- •Получение и устойчивость дисперсных систем
- •Лабораторный практикум.
- •Ход работы.
- •Литература основная литература
- •Дополнительная литература
Поверхностное натяжение жидкостей на границе с воздухом (298 к)
-
Жидкость
σ, Н/м
Жидкость
σ, Н/м
Вода
0.0728
Глицерин
0.0647
Плазма крови
0.0454
Этанол
0.0223
Уксусная кислота
0.0276
Оливковое масло
0.0330
Поверхностное натяжение жидкостей уменьшается с ростом температуры и при критической температуре приобретает нулевое значение, так как поверхность раздела фаз исчезает.
С ростом давления поверхностное натяжение на границе жидкость - газ уменьшается, так как концентрация молекул в газовой фазе возрастает, а, следовательно, увеличивается взаимодействие с ними молекул поверхностного слоя, и сила F уменьшается.
Рис. 22. Зависимость коэффициента поверхностного натяжения раствора от концентрации поверхностно-активного (1), поверхностно-инактивного (2) и поверхностно-неактивного (3) вещества.
Поверхностно-активные вещества. Вещества, понижающие поверхностное натяжение воды, называют поверхностно-активными веществами (ПАВ). Как правило, молекулы ПАВ имеют асимметричное и дифильное строение, т.е. содержат гидрофильную полярную группу и гидрофобный неполярный радикал. К ПАВ относятся, в частности, растворимые в воде органические кислоты и их соли, спирты, сложные эфиры, амины, белки, фосфолипиды и др.
ПАВ делятся на анионоактивные, катионоактивные, неионогенные и амфотерные.
К анионоактивным ПАВ относятся:
а) соли высших карбоновых кислот RCOONa (С11 < R < C18, например, пальмитат натрия С15Н31СОО-Na+);
б) соли сульфокислот R-C6H4-S03-Na+ (R > С12, например, додецилбензолсульфонат натрия C12H25-C6H4-SO3-Na+);
в) соли алкилсерных кислот ROS03-Na+ (R > С12, например, додецилсульфат натрия С12Н25-О-SОз- Na+).
К катионоактивным ПАВ относятся:
а) соли и основания тетраалкиламмония [RR1R2R3N+]X- (C8 < R < C16), например, триметилцетиламмоний хлорид [C16H33-N(CH3)3]+Cl-;
б) соли алкилпиридиния (например, цетилпиридиний иодид). Неионогенные ПАВ представлены соединениями следующей общей формулы: R-X(CH2CH20)nH [R = Alk, X = О, N, S или –COO-, -CONH-, -С6Н40-, n = 8-12; например, препарат ОП-10 – C8H17-C6H4-0-(CH2CH2O)10H].
Неионогенными ПАВ являются также высшие предельные спирты, например, цетиловый спирт C16НззОН, длинноцепочечные амины и др.
Амфотерные ПАВ имеют общую формулу: O+-R-K- (C9 < R < С19,O + - основная группа, К- - кислотная группа, например, N-додецил-β-аланин C12H25-NH2+-CH2-CH2-COO-).
Существует правило Дюкло-Траубе: для низших членов гомологического ряда жирных кислот, спиртов и аминов с увеличением углеводородной цепи на группу -СН2- поверхностная активность веществ возрастает в 3-3.5 раза при одинаковой молярной концентрации. Это правило иллюстрируется на рисунке, где представлена зависимость поверхностного натяжения от концентрации для гомологов карбоновых кислот.
Рис. 23. Семейство изотерм поверхностного натяжения для гомологического
ряда карбоновых кислот.
Моющее действие ПАВ заключается в следующем. По преимуществу частицы загрязняющих веществ (например, жира) гидро-фобны, а, следовательно, не смачиваются водой. Поэтому чистая вода обладает слабым моющим действием. Если применить ПАВ, его молекулы адсорбируются на частицах загрязнителя, ориентируясь гидрофобными участками к его молекулам, а гидрофильными - к молекулам воды.
Моющее действие ПАВ
Поскольку вода будет находиться в контакте только с полярными группами, которые легко ассоциируются с ней, частицы загрязняющих веществ окажутся растворенными в воде и будут легко смываться ею. В результате молекулы ПАВ постепенно проникают между очищаемой поверхностью и частицами загрязнителя. Это явление называют расклинивающим эффектом. В итоге частицы грязи отделяются от загрязненной поверхности.
В живых системах ПАВ играют совершенно исключительную роль, совмещая в своей структуре две системы - гидрофильную и гидрофобную. Именно такие вещества формируют основу тех клеточных мембран, которые обладают и гидрофильными, и гидрофобными свойствами одновременно. Вещества этих клеточных мембран могут в сильной мере отличаться химическим строением, однако их общая особенность - наличие двух частей с принципиально различающимися физико-химическими свойствами.
Несмотря на структурные различия, множество молекул природных ПАВ, например, содержащие остаток фосфорной кислоты фосфолипиды и сфиголипиды, имеют весьма сходные размеры -длину около 30 Å и диаметр около 5 Å.
Липофильная часть природных ПАВ состоит из углеводородного радикала с достаточной для проявления липофильности величиной. Этот радикал может быть линейного строения, и тогда его величина должна превышать 12 углеродных атомов. Набор таких радикалов, реализующихся в биоструктурах, превышает сотню разновидностей. Другой тип радикалов - полициклические радикалы стероидного ряда, как это, к примеру, имеет место в молекулах желчных кислот, высокая поверхностная активность которых способствует диспергированию пищи в мельчайшие частицы, необходимые для их последующего усвоения.
Гидрофильная часть природных ПАВ имеет в своем составе полярный остаток фосфорной, серной или карбоновой кислоты. Это может быть также аммонийный ион (в белковых ПАВ) или сахаридный остаток, например, в молекулах некоторых сфинголипидов.
Для однородной гладкой поверхности, каковыми являются границы раздела газ - жидкость и жидкость - жидкость, широко распространена теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра. Согласно ей, адсорбция является равновесным процессом.
Вещества, незначительно повышающие поверхностное натяжение, называют поверхностно-инактивными; например: неорганические кислоты, основания, соли, глицерин, α-аминокислоты. Вещества, не изменяющие поверхностное натяжение, называют поверхностно-неактивными; к ним относятся сахароза, глюкоза и ряд других веществ.
Адсорбция. Самопроизвольное снижение свободной поверхностной энергии GЅ в однокомпонентных системах возможно только за счет уменьшения
площади поверхности раздела фаз. В многокомпонентных системах снижение 05 возможно также за счет уменьшения поверхностного натяжения за счет самопроизвольного перераспределения молекул компонента между объемом фазы и поверхностным слоем.
Самопроизвольное изменение концентрации растворенного вещества на границе раздела фаз называют адсорбцией. Если происходит концентрирование вещества (адсорбата) в поверхностном слое, то адсорбцию называют положительной. Положительно адсорбируются поверхностно-активные вещества. В случае, когда концентрация вещества в объеме фазы больше, чем в поверхностном слое, говорят об отрицательной адсорбции.
Количественной мерой адсорбции на подвижной границе раздела фаз служит величина адсорбции Г (гамма); единица измерения — моль/м2.
Связь между величиной адсорбции и коэффициентом поверхностного натяжения устанавливает уравнение Гиббса:
Г = - .
где Сср — средняя концентрация раствора ПАВ, моль/л;
R — универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Н · м/(моль · К);
Т — температура, К;
- dσ/dC =g — поверхностная активность.
Рис. 24. Изотерма адсорбции ПАВ на границе раздела раствор —газ
С увеличением концентрации ПАВ величина адсорбции возрастает сначала резко, а затем дальнейшее увеличение концентрации ПАВ вызывает незначительное увеличение адсорбции Г и, в конце концов, величина адсорбции перестает зависеть от концентрации ПАВ. Величина Гmах (другое обозначение Г∞) называется предельной адсорбцией; она отвечает образованию на поверхности насыщенного мономолекулярного адсорбционного слоя.
При малых концентрациях ПАВ углеводородные радикалы "лежат" на поверхности полярной жидкости, а полярные группировки погружены в нее ( рис. а). При достижении предельной величины адсорбции Г∞ молекулы ПАВ образуют на поверхности мономолекулярный слой, в котором неполярные углеводородные радикалы располагаются перпендикулярно к поверхности ("частокол Ленгмюра", рис. б).
Молекулы ПАВ на поверхности воды:
а - при малых концентрациях, б - в мономолекулярном слое.
По значению Гmах можно найти площадь поперечного сечения молекул Ѕ и ее осевую длину δ, равную толщине насыщенного адсорбционного слоя: ;
где NA — постоянная Авогадро, моль-1; М — молярная масса ПАВ, кг/моль; р — плотность ПАВ, кг/м3. Следовательно, зная константу Г∞ из уравнения Ленгмюра, можно определять размеры молекул.
Величина адсорбции уменьшается при увеличении температуры; это обусловлено увеличением интенсивности теплового движения молекул и разупорядочиванием мономолекулярного слоя.
Для описания изотерм адсорбции наиболее часто в медико-биологических исследованиях используют изотермы Фрейндлиха и Ленгмюра (рис. 25)
Рис. 25. Изотерма адсорбции Фрейндлиха (а) и Ленгмюра (б)
1. Изотерма Фрейндлиха:
Г = КФ Сп,
где Кф — константа, численно равная адсорбции при равновесной концентрации, равной единице; п = 0,1 — 0,6 — константа, определяющая кривизну изотермы адсорбции.
Изотерма Фрейндлиха представляет собой уравнение параболической кривой. Для нахождения постоянных Кф, п в уравнении Фрейндлиха проводят его логарифмирование и приводят к уравнению прямой:
lgГ = lgКф + n lgC
Отрезок ординаты от начала оси до ее пересечения с прямой равен lgКф, а тангенс угла наклона прямой равен п (см. рис. 25, а).