Предельный одноатомные спирты

ПРЕДЕЛЬНЫЕ  ОДНОАТОМНЫЕ СПИРТЫ – кислородсодержащие органические вещества, производные предельных углеводородов, в которых один атом водорода замещён на функциональную группу (-OH)

Общая формула:        CnH2n+1-OH   или    R-OH    или     CnH2n+2-O

Гомологический ряд и номенклатура

СН₃ ОН – метиловый спирт (метанол),

СН₃ СН₂ОН – этиловый спирт (этанол)….

- СН_{2 -} гомологическая разница

Пример: 3-метилгексанол – 1

Физические свойства

1) Спирты от С1 до С11 – жидкости, от С12 до С - твердые.

2) Легче воды, бесцветны, жидкие имеют резкий запах, твердые запаха не имеют.

3) Низшие спирты (до пропилового)  смешиваются с водой в любых  отношениях. Высшие спирты практически  нерастворимы в воде.

Межмолекулярная водородная связь  возможна между отдельными молекулами спирта и между молекулами спирта и воды. Это влияет на физические свойства спиртов: повышает температуру кипения, снижает летучесть, способствует хорошей растворимости в воде, не позволяет перегонкой получить 100% спирт из его водного раствора.

Химические свойства:

1) горение,

2) взаимодействие с активными  металлами;

3) взаимодействие с органическими  кислотами, с неорганическими  кислотами;

4) с галогеноводородами;

5) окисление

- первичный спирт -> альдегид, 
- вторичный спирт -> кетон, 
- третичный спирт: тяжело окисляется с разрывом С-С связи;

6) дегидратация:

- внутримолекулярная, 
- межмолекулярная с образованием простых эфиров;

7) дегидратация и дегидрирование (реакция  Лебедева).

6. Получение одноатомных спиртов.

1) получение СН₃ ОН 
- из синтез-газа 
- во время сухой перегонки древесины (древесный спирт), 
2) гидратация алкенов, 
3) брожение сахаристых веществ.

7. Применение спиртов.

1) Метанол:

- в промышленном органическом  синтезе (производство формальдегида), 
- как растворитель, 
- как добавка к бензину.

2) Этанол:

- производство уксусной кислоты, 
- как растворитель, 
- в парфюмерии, 
- в медицине, 
- как топливо, 
- в пищевой промышленности.

Сахароза (обыкновенный сахар) - белое кристаллическое вещество, более сладкое, чем глюкоза, хорошо растворимое в воде.

Важное химическое свойство сахарозы – способность подвергаться гидролизу (при нагревании в присутствии ионов водорода). При этом из одной молекулы сахарозы образуется молекула глюкозы и молекула фруктозы: Ионы водорода катализируют процесс гидролиза.

Структурная формула:

 

Молекула сахарозы состоит из остатков молекул глюкозы и фруктозы в  их циклической форме; они соединены  между собой через атом кислорода.

Содержится  во многих растениях: в соке березы, клена, в моркови, дыне, а также  в сахарной свекле и сахарном тростнике. В нашей стране сахарозу получают из сахарной свеклы, содержащей до 20% сахарозы.

Физические св-ва: сладкого вкуса, хорошо растворима в воде, температура плавления сахарозы 160 °C, при застывании расплавленной сахарозы образуется аморфная прозрачная масса – карамель.

Химические св-ва: - растворы глюкозы и сахарозы можно отличить с помощью аммиачного раствора оксида серебра, т.к. в молекуле сахарозы отсутствует альдегидная группа; С₆ Н₁₂О₆ + Ag₂О = С₆ Н₁₂О₇ + 2Ag,

С₁₂Н₂₂О₁₁+ Ag₂О реакции нет,

- сахароза – многоатомный спирт,  следовательно, при взаимодействии  со свежеприготовленным гидроксидом  меди(II) дает синее окрашивание

Раствор сахарозы подвергается гидролизу в кислой среде, в результате образуется смесь моносахаридов.

- концентрированная серная кислота  обугливает сахарозу

Сахарозу используют как пищевой  продукт (сахар) непосредственно или  в составе кондитерских изделий, а в высоких концентрациях  как консервант; Сахароза служит также субстратом в промышленных ферментац. процессах для получения этанола, бутанола, глицерина, лимонной и левулиновой кислот, декстрана; используется также при приготовлении лек. ср-в.

 

Биополимеры, высокомолекулярные природные соединения, являющиеся структурной, основой всех живых организмов и играющие определяющую роль в процессах жизнедеятельности. К Биополимерам относятся белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды.

Белки –  биополимеры, структурную основу которых  составляют полипептидные цепи, построенные  из остатков аминокислот, соединенных  между собой пептидными связями. 

Белки – неразветвленные гетерополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. В природных белках встречается 20 различных α-аминокислот, различающихся природой радикала R. Читаются аминокислоты в белках с того конца, где находится свободyая NH2-группа.

Первичная структура — последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Важными особенностями первичной структуры являются консервативные мотивы — сочетания аминокислот, играющих ключевую роль в функциях белка. Вторичная структура — локальное упорядочивание фрагмента полипептидной цепи, стабилизированное водородными связями. Самые распространённые типы вторичной структуры белков:  
α-спирали — плотные витки вокруг длинной оси молекулы, спираль стабилизирована водородными связями между H и O пептидных групп, отстоящих друг от друга на 4 звена. Спираль построена исключительно из одного типа стереоизомеров аминокислот (L). Третичная или трёхмерная структура — пространственное строение полипептидной цепи (набор пространственных координат составляющих белок атомов). Структурно состоит из элементов вторичной структуры, стабилизированных различными типами взаимодействий, в которых гидрофобные взаимодействия играют важнейшую роль. В стабилизации третичной структуры принимают участие:  
ковалентные связи (между двумя остатками цистеина — дисульфидные мостики); 
ионные связи между противоположно заряженными боковыми группами аминокислотных остатков; 
водородные связи; гидрофильно-гидрофобные взаимодействия. При взаимодействии с окружающими молекулами воды белковая молекула «стремится» свернуться так, чтобы неполярные боковые группы аминокислот оказались изолированы от водного раствора; на поверхности молекулы оказываются полярные гидрофильные боковые группы.

КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ

Белки подразделяются на две большие группы: простые белки, или протеины, и  сложные белки, или протеиды.

При гидролизе протеинов в кислом водном растворе получают только а-аминокислоты. Гидролиз протеидов дает кроме аминокислот и вещества небелковой природы (углеводы, нуклеиновые кислоты и др.) ; это соединения белковых веществ с небелковыми.

Протеины. 
Альбумины хорошо растворяются в воде. Встречаются в молоке, яичном белке и крови. 
Глобулины в воде не растворяются, но растворимы в разбавленных растворах солей. К глобулинам принадлежат глобулины крови и мышечный белок миозин. 
Глутелины растворяются только в разбавленных растворах щелочей. Встречаются в растениях. 
Склеропротеины — нерастворимые белки. К склеропротеинам относятся кератины, белок кожи и соединительных тканей коллаген, белок натурального шелка фиброин.

Протеиды построены из протеинов, соединенных с молекулами другого типа (простетическими группами). 
Фосфопротеиды содержат молекулы фосфорной кислоты, связанные в виде сложного эфира у гидроксильной группы аминокислоты серина. К ним относится вителлин-белок, содержащийся в яичном желтке, белок молока казеин. 
Гликопротеиды содержат остатки углеводов. Они входят в состав хрящей, рогов, слюны. 
Хромопротеиды содержат молекулу окрашенного вещества, обычно типа порфина. Самым важным хромопротеидом является гемоглобин — переносчик кислорода, окрашивающий красные кровяные тельца. 
Нуклеопротеиды — протеины, связанные с нуклеиновыми кислотами. Они представляют собой очень важные с биологической точки зрения белки-составные части клеточных ядер. Нуклеопротеиды являются важнейшей составной частью вирусов — возбудителей многих болезней.

Химические свойства альдегидов и кетонов

 

Двойная связь  С=О, подобно связи С=С, представляет собой комбинацию s - и p-связей (они изоэлектронны). Однако, между этими двумя двойными связями имеются существенные различия:

- C=O значительно  прочнее С=С;

- энергия связи С=О (179 ккал/моль) больше, чем энергия двух связей С-О (85.5 ккал/моль), в то время как энергия связи С=С (146 ккал/моль) меньше суммы энергий двух связей С-С (82.6. ккал/моль);

- связь  С=О в отличие от С=С полярна. 

При этом p-связь поляризована сильнее, чем s-связь. Таким образом, атом углерода карбонильной группы является электронодефицитным центром, а кислорода - электроноизбыточным.

d+ d-

 

 

Кроме тогo, карбонильная группа увеличивает кислотность  атомов Н у соседнего атома  С, приводя к увеличению кинетической кислотности (увеличению полярности связи С-Н из-за - I-эффекта карбонильной группы) и термодинамической кислотности (стабилизация образующегося карбаниона за счет мезомерного эффекта).

В молекулах  карбонильных соединений имеется несколько реакционных центоров.

Электрофильный  центр - карбонильный атом углерода, возникновение частичного положительного заряда на котором обусловлено полярностью связи С=О. Электрофильный центр участвует в реакциях нуклеофильного присоединения.

Основный центр - атом кислорода с неподеленными парами электронов. С участием основного центра осуществляется кислотный катализ в реакциях присоединения, а также в процессе енолизации. Важно отметить, что альдегиды и кетоны являются жесткими основаниями Льюиса и координируются с жесткими кислотами: H+, BF3, ZnCl2, FeCl3 и т.д.

a-СН-Кислотный центр, возникновение которого обусловлено индуктивным эффектом карбонильной группы. При участии СН-кислотного центра протекают многие реакции карбонильных соединений, в частности реакции конденсации.

Связь С¾Н в альдегидной группе разрывается в реакциях окисления.

Ненасыщенные и ароматические  углеводородные радикалы, подвергающиеся атаке электрофильными или нуклеофильными реагентами.

 

 

 

Этиловый спирт (этанол) С₂Н₅ОН —

бесцветней жидкость, легко испаряющаяся (температура кипения 64,7 ºС,

температура плавления -97,8 ºС, оптическая плотность 0,7930)

Получают этиловый спирт различными способами. Один из них — спиртовое

брожение веществ, содержащих сахаристые вещества, в присутствии ферментов

(например, зимазы — фермента  дрожжей):

C₆H₁₂O₆ = C₂H₆OH + 2CO₂

Такой спирт называют пищевым или  винным спиртом.

Этиловый спирт можно получать из целлюлозы, которую предварительно

гидролизуют. Образующуюся при этом глюкозу подвергают в дальнейшем спиртовому

брожению. Полученный спирт называют гидролизным.

Для получения этилового спирта существуют и синтетические способы, такие, как

сернокислотная или прямая гидратация этилена:

H₂C==CH₂ + H₂О = H₃C—CH₂OH

Реакция проводит-ся в присутствии  катализаторов. При использовании в качестве

катализатора серной кислоты (сернокислотная гидратация) реакция идет в две

стадии:

 себестоимость спирта, полученного таким способом, намного дешевле, чем приготовленного из пищевых продуктов.

Если реакцию гидратации проводить при высокой температуре (300 — 350 ºС)  и давлении в  присутствии катализатоов (смесь фосфорной и вольфрамовой кислот), то реакция идет и одну стадию. Это—метод прямой

гидратации. При получении этилового  спирта этот метод вытеснил

сернокислотную гидратацию. Гидратации алкенов имеет важное промышленное

значение. Этот способ позволяет получать спирты из доступного и дешевого

сырья — газов крекинга.

 

Моносахариды

В природе наиболее распространены моносахариды, в молекулах которых  содержится пять углеродных атомов (пентозы) или шесть (гексозы). Моносахариды - гетерофункциональные соединения, в состав их молекул входит одна карбонильная группа (альдегидная или кетонная) и несколько гидроксильных. Например:

Таким образом, моносахариды - это полигидроксиальдегиды (рибоза, глюкоза) или полигидроксикетоны (фруктоза).

В результате взаимодействия карбонильной группы с одной из гидроксильных моносахариды могут существовать в двух формах: линейной (оксо-форме) и циклической (полуацетальной). В растворах моносахаридов эти формы находятся в равновесии друг с другом. Например, в водном растворе глюкозаы существуют следующие структуры:

Физические  и химические свойства. Моносахариды-бесцв. кристаллич. в-ва, легко раств. в воде, трудно-в этаноле, не раств. в неполярных орг. р-рителях. Важнейшие физ.-хим. характеристики моносахаридов -уд. вращение, используемое наряду с хроматографич. методами для идентификации природных моносахаридов, и спектры, с помощью к-рых можно определить относит. конфигурацию моносахаридов.

Хим. св-ва моносахаридов  обусловлены наличием в их молекулах групп С=О (у ациклич. таутомера) и ОН. При действии NaBH₄ в водном р-ре карбонильная группа моносахаридов количественно восстанавливается до спиртовой; образующиеся полиолы в виде летучих ацетатов или триметилсилиловых эфиров можно использовать для количеств. анализа смесей моносахаридов с помощью газо-жидкостной хроматографии. Группы С=О альдоз в мягких условиях окисляются бромной водой с образованием лактонов альдо-новых к-т. Моносахариды получают кислотным гидролизом полисахаридов (напр., D-глюкозу-из крахмала, D-ксилозу-из богатых ксиланами отходов переработки с.-х. растений и древесины). Смесь глюкозы с фруктозой получают гидролизом сахарозы и используют в пищ. промети. D-Глюкоза находит применение в медицине. Восстановление D-глюкозы в D-сорбит и D-ксилозы в ксилит осуществляют в пром. масштабах водородом над никелевым катализатором. D-Сорбит служит исходным соед. в синтезе аскорбиновой к-ты (см. Витамин С)и наряду с ксилитом используется как обладающий сладким вкусом заменитель сахарозы при заболевании диабетом.

Гиповитаминоз

 

У детей раннего возраста нередко  встречается дефицитное состояние - гиповитаминоз. Причина его недостаточное поступление из пищи, избыточные потери или малая утилизация определённых веществ в организме. Дефицитные состояния могут касаться основных составляющих пищи: воды, белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных веществ.