Застосування целюлози

1. для одержання глюкози, етилового спирту («гідролізний спирт»);

2. для одержання вибухівки (піроксилін), штучного волокна («ацетатний шовк», «мідно-аміачне волокно», «віскозне волокно»), деревне вугілля, метиловий спирт, оцтова кислота, ацетон;

3. деревина як будівельний матеріал і для виготовлення різних столярних виробів;

4. із бавовни, льону, коноплі виготовляють нитки, тканини, канати;

5. багато целюлози переробляють на папір і вату.

Нітрогеносмісні органічні сполуки

Тема 29. Аміни.

Аміни – це похідні від амоніаку, в якому один або всі почергово атоми Н заміщені на вуглеводневий радикал.

:::

NH₃ ·N· + 3H· → Н:N:Н →:NH₃ Н ─ N─Н R= CН₃,

· Н │ С₂Н₅,

Н С₃Н₇ і

т.д.

Аміни поділяються:

І. за кількістю атомів Н заміщених на вуглеводневий радикал:

- первинні R-NH₂;

- вторинні R-NH-R

- третинні R-N-R

│

R

ІІ. за вуглеводневим радикалом:

- насичені;

- ненасичені;

- ароматичні;

- змішані.(тільки вторинні і третинні)

Номенклатура амінів

За міжнародною або систематичною номенклатурою назви амінів походять відвідповідних назв алканів з додаванням закінчення - амін.

За історичною номенклатурою назви амінів походять від назв радикалів алканів з додаванням закінчення - амін

СН₃- NH₂ - метанамін, метиламін

(СН₃)₂ – NH - N-метилметанамін, диметиламін

(СН₃)₂ – N – С₂Н₅ - N,N – диметилетанамін, етилдиметиламін

СН₃ – N – С₃Н₇ N– е тил-N- м етилпропанамін, е тил м ети п ропіламін

│

С₂Н₅

СН₃ Група - NH₂ - аміно- група

_{1 2 3}│ ₄

СН₃- СН- С - СН₃ 3,3-диметилбутан-2-амін

│ │

NH₂ СН₃

Група - NH₂ - аміно- група – є функціональна(характеристична) група амінів. Найбільш практичне значення серед амінів мають насичені і ароматичні аміни.

Насичені аміни

СН₃- NH₂ - метанамін, метиламін

(СН₃)₂ – NH - N-метилметанамін, диметиламін

За фізичними властивостями насичені аміни – це гази, добре розчинні у воді, мають різкий запах (NH₃).

Хімічні властивості насичені аміни

За хімічними властивостями аміни подібні до амоніаку. У водному розчині амоніак утворює слабку основу - амоній гідроксид – слабку основу. Реакції відбуваються по неподільній парі електронів на атомі Нітрогену аміно-групи, подібно амоніаку у водному розчині аміни, даючи лужне середовище.

Отже, аміни – це органічні основи.

1. реакція з водою (по неподільній парі електронів атома Нітрогену)

NH₃ + H₂O ↔ [Н:NH₃]⁺ OH^- ↔ NH₄⁺ OH^-

↕ амоній гідроксид

Н⁺ + OH^-

:NH₃ + H₂O ↔ NH₄ OH; NH₄⁺ - йон-амонію

NH₄⁺ OH^- ↔ NH₄⁺ + OH^-(лужне середовище)

NH₄⁺ OH^- - слабкий електроліт

СН₃ -NH₂ + H₂O ↔ [СН₃- NH₃]⁺ OH^- ↔ [СН₃- NH₃]⁺ + OH^-

↕ метиламоній гідроксид лужне середовище

Н⁺ + OH^-

2. реакція з кислотами (по неподільній парі електронів)

СН₃ -NH₂ + HCl ↔ [СН₃- NH₃]⁺ Cl^-

↕ метиламоній хлорид

Н⁺ + Cl^-

В реакціях з водою і кислотами аміни проявляють себе як органічні основи.

Насичені аміни проявляють сильніші основні властивості від амоніаку тому, що вуглеводневий радикал(наприклад, СН₃ – метил) має властивість відштовхувати від себе спільну пару електронів до атома Нітрогену аміно-групи, таким чином збільшує негативний заряд на атомі Нітрогену і приєднання Н⁺ відбувається легше, ніж в амоніаку, бо в молекулі NH₃ три атоми Гідрогену одинаково впливають на атом Нітрогену)

СН₃ -NH₂ + H₂SO₄ ↔ [СН₃- NH₃]⁺ HSO₄^-

метиламоній гідрогенсульфат

2СН₃ -NH₂ + H₂SO₄ ↔ [СН₃- NH₃]₂⁺ SO₄^2-

метиламонійсульфат

3. реакція горіння (подібно як реакція горіння амоніаку)

4NH₃ + 3О₂ = 6H₂О + 2N₂

4СН₃ -NH₂ + 9О₂ = 4СО₂ + 10H₂О + 2N₂

Ароматичні аміни

С₆Н₅- NH₂ - бензенамін, феніламін, анілін.

За фізичними властивостями анілін – це рідина, нерозчинна у воді, дуже отруйна.

Ароматичні аміни є слабшими органічними основами (за амоніак) і за

насичені аміни тому, що фенільний радикал (С₆Н₅) має властивість відтягувати на себе спільну пару електронів від атома Нітрогену групи NH₂, таким чином зменшує негативний заряд на атомі Нітрогені, а насичені аміни – навпаки, (група СН₃ –метил) відштовхує від себе пару електронів, збільшуючи негативний заряд на атомі Нітрогену аміно-групи.

С₆Н₅- NH₂ NH₃ СН₃- NH₂

→ → → → → → → → → →

Зростає основність

В молекулі аніліну (подібно як толуені, фенолі) відбувається взаємний вплив груп одна на одну (С₆Н₅ і NН₂)

І. реакції по групі NH₂

1. реакція з водою.

Анілін не вступає в реакцію з водою.

2. реакція з кислотами (тільки з сильними кислотами).

С₆Н₅ -NH₂ + HCl → [С₆Н₅- NH₃]⁺ Cl^-

феніламоній хлорид

ІІ. реакції по бензеновому ядрі (як аренів)

1. реакція галогенування (з «хлорною» чи «бромною водою») При цьому утворюється білий осад.

С₆Н₅-NН₂ + 3Br₂ → С₆Н₂(Br₃) –NН₂ ↓ + 3HBr

2,4,6-трибромоанілін

(анілін знебарвлює«бромну воду»)

2. реакція нітрування

k. H₂SO₄

С₆Н₅-NН₂ + 3HO-NO₂ → C₆H₂(NO₂)₃NН₂ + 3H₂O

2,4,6-тринітроанілін

ІІІ. реакція окиснення

1. реакція горіння

4С₆Н₅-NН₂ + 31O₂ → 24CO₂ + 14H₂O + 2N₂

Добування амінів

1. реакція амінування моногалогеналканів.

Це взаємодія моногелогеналканів з амоніаком.

СН₃ Cl + NH₃ → СН₃- NH₂ + HCl

СН₃ NH₂ + CH₃ Cl →(СН₃)₂ - NH + HCl

(СН₃)₂ - NH + CH₃Cl → (СН₃)₃ - N + HCl

2. реакція нітровуглеводнів з воднем

СН₃ NО₂ + 3H₂ → СН₃ - NH₂ + 2H₂О

3. реакція нітробензену з воднем

внаслідок якої утворюється анілін називається реакція Зініна

С₆Н₅ NО₂ + 3H₂ → С₆Н₅ - NH₂ + 2H₂О

Застосування амінів(аніліну)

1. для виробництва барвників;

2. для синтезу лікарських речовин (сульфамідні препарати);

3. для одержання аніліно-формальдегідних смол і вибухових речовин.

Тема 30. Амінокислоти і білки.

Амінокислоти – це орг. сполуки, що містять дві функціональні групи: аміно (NH₂) і карбоксильну (СООН), які зв’язані між собою хоча б через один атом Карбону.

NH₂ – CH₂ –COOH

Назви амінокислот походять від назв карбонових кислот. Тільки α-амінокислоти мають і біологічні назви.

_{2 1}

NH₂ – CH₂ – COOH

^α

2-аміноетанова кислота

α-амінооцтова кислота

Гліцин, Глікокол

_{2 1}

NH₂ – CH – COOH

^α│

_β³СН₃

2-амінопропанова кислота

α-амінопропіонова кислота

Аланін

СН₃

_{δ γ β α}|

СН₃─СН─СН─С ─СООН

^{5 4} | ^{3 2} | ¹

NH₂ СН₃

γ-аміно-α,α-диметилвалеріанова кислота

4-аміно-2,2-диметилпентанова кислота

Амінокислоти містять одночасно NH₂-групу (орг.основа) і СООН (орг.кислота), тому амінокислоти є амфотерні орг.сполуки

За фізичними властивостями амінокислоти – безбарвні кристалічні речовини, добре розчинні у воді, деякі з них солодкі на смак.

Хімічні властивості амінокислот

І. реакції по групі NH₂-групу (як орг.основа)

1. реакція з кислотами

NH₂ – CH₂ –COOH + HCl → [NH₃ – CH₂ –COOH]⁺ Cl^-

ІІ. реакції по групі СООН (як орг.кислоти)

1. реакція дисоціації

На відміну від карбонових кислот реакція дисоціації амінокислот відбувається одночасно і дисоціація амінокислот, і внутрішньо молекулярна нейтралізація, внаслідок якої утворюється диполярний йон (цвіттер-йон)

NH₂ – CH₂ –COOH ↔ NH₂ – CH₂ –COO^- + Н⁺ ↔ ⁺NH₃ – CH₂ –COO^-

диполярний йон

2. реакція нейтралізації (реакція з лугами)

NH₂ – CH₂ –COOH + NaOH → NH₂ – CH₂ –COONa + H₂O

Реакції амінокислот з кислотами і лугами одночасно підтверджує їх амфотерність.

3. реакція етерифікації

NH₂ – CH₂ –COOH + С₂Н₅ОН → NH₂ – CH₂ –COOС₂Н₅ + Н₂О

ІІІ. реакція амінокислот між собою (тільки для амінокислот)

Амінокислоти взаємодіють між собою утворюючи пептиди.

NH₂ – CH₂ –COOH + NH₂ – CH –COOH →

│

СН₃

NH₂ – CH₂ – CO - NH – CH –COOH + Н₂О

│

СН₃

дипептид

Цією реакцією амінокислоти як амфотерні орг.сполуки відрізняються від амфотерних неорг.сполук (ZnO, Al₂O₃, Zn(OH)₂, Al(OH)₃).

Добування амінокислот.

1. реакція амінування моногалогензаміщених карбонових кислот

CH₂ –COOH + NH₃ → NH₂ – CH₂ –COOH + HCl

│

Сl

2. реакція гідролізу білків.

Застосування амінокислот

1. як будівельний матеріал для синтезу білків живих організмів;

2. для виготовлення лікарських речовин (штучні амінокислоти);

3. для підгодовлювання тварин.

Білки

Білки – це природні полімери ( біополімери), які складаються з великої кількості залишків α-амінокислот, що зв’язані між собою пептидним СО-NH зв’язком (пептидною групою). До складу більшості білків входять 200-500 амінокислотних залишків(можливо і з 1500 і більше)

Одержують білки реакцією поліконденсації α-амінокислот – це

сполучення великої кількості α-амінокислот з утворенням молекули білка і води.

n NH₂ – CH –COOH → (- NH – CH –CO-)_n + (n-1)H₂O

│ │

R R

α-амінокислоти білок

Загальна формула білків:

(- NH – CH –CO-)_n

│

R

Білки – це біологічно активні речовини («живі речовини» бо входять до складу живих організмів і можуть породжувати собі подібних). Білки за своєю природою є складні речовини і для них характерні такі структури:

1. первинна структура – це послідовність розміщення залишків (20) α-амінокислот у молекулі білка. Вона існує за рахунок пептидного зв’язку

(-СО – NH-).

2. вторинна структура – це скручування молекули білка у спіраль. Вона існує за рахунок водневих зв’язків, які утворюється між СО і NH групами двох паралельних витків цієї спіралі.

3. третинна структура – це скручування спіралі у глобулу (протомер). Вона існує за рахунок різних зв’язків: йонних, складноефірних(естерних), дисульфідних, гідрофобних.

4.четвертинна структура – це об’єднання кількох глобулу систему (мультимер). Вона існує за рахунок різних зв’язків, подібно як вторинні і третинні, тільки крім пептидного.

Починаючи з вторинної стуктури білки є біологічноактивні речовини («живі речовини»).

Хімічні властивості білків

1. денатурація білків – це руйнування аж до вторинної структури білка під дією таких факторів: температура, радіація, дія кислот і лугів, дія солей важких металів.

Денатурація білка є оборотній процес при нетривалій дії цих факторів, а при тривалій дії – необоротній.

2. ренатурація білків – це процес тимчасової втрати вторинної структури білка при наявності деяких факторів: солей легких металів (KCl, NaCl, NH₄Cl), а при відсутності цих факторів знову поновлюється вторинна структура білків.

3. реакція гідролізу білків – це взаємодія білка з водою внаслідок реакціїутворюються амінокислоти. Каталізатором реакції гідролізу є розчини кислот або лугів, а в організмі людини – під дією ферментів.

Н⁺ або ОН^-

(- NH – CH –CO-)_n + (n-1)H₂O → n NH₂ – CH₂–COOН

│ ферменти │

R R

Білок Амінокислоти

Гідроліз білків є процес деструкції, бо утворюються амінокислоти і немає вже білка.

4. кольорові реакції на білки.

А) ксантопротеїнова реакція – це дія на білок конц. HNO₃, при цьому білок жовтіє. Цією реакцією визначають наявність у білка фенільного радикалу(С₆Н₅).

Б) біуретова реакція – це дія на білок голубим осадом Cu(OH)₂ при цьому білок одержує фіолетове забарвлення. Цією реакцією визначають наявність в білках пептидної групи (СО-NH-).

В) цистеїнові реакція – це дія на білок Pb(NO₃)₂ при цьому білок чорніє. Цією реакцією визначають наявність в білках сульфідної групи (S).

Застосування білків

1. як будівельний матеріал живих організмів;

2. як харчовий продукт (штучна їжа);

3. як ліки (інсулін);

4. як добавки до кормів тварин.

Тема 31. Нуклеїнові кислоти.

Нуклеїнові кислоти – це природні полімери( біополімери), що складаються з великої кількості залишків нуклеотидів. Нуклеотиди в свою чергу складаються з трьох компонентів:

1. вуглеводний компонент (рибоза, дезоксирибоза);

2. нітрогеновмісна основа (азотиста): Урацил, Тимін, Цитозин, Гуанін, Аденін);

3. Фосфатна кислота (Н₃РО₄).

Нуклеїнові кислоти поділяються на:

1. ДНК;

2. РНК.

До складу ДНК входять нуклеотиди, що містять:

- дезоксирибоза;

- Тимін, Цитозин, Аденін, Гуанін;

- Н₃РО₄

До складу РНК входять нуклеотиди, що містять:

- рибоза;

- Урацил, Цитозин, Аденін, Гуанін;

- Н₃РО₄

Нуклеїнові кислоти більш складні за своєю природою від білків і для них характерні такі структури:

1. первинна структура – це послідовність розміщення залишків нуклеотидів у молекулі нуклеїнових кислот. Вона існує за рахунок фосфорскладноефірного зв’язку.

2. вторинна структура. Для ДНК вона існує у вигляді подвійної спіралі, що складається з двох молекул ДНК, які розміщені азотистими основами до середини і завжди комплементарно: А – Т і Г – Ц (А н Т он Ц и Г ан), а заишками фосфатної кислоти і дезоксирибозою на зовню. Вона існує за рахунок водневих зв’язків, які утворюються між азотистими основами двох паралельних витків.

Для РНК вона існує у вигляді однієї спіралі і не цілком спіралізована. Вона існує за рахунок водневих зв’язків, які утворюється між азотистими основами двох паралельних витків цієї спіралі і завжди комплементарно: А – У і Г - Ц.

3. третинна структура – це певне розміщення молекули ДНК у просторі. Вона існує у вигляді клубка, закрученої нитки. (ДНК має довжину 1,8 см хоча знаходиться в клітині).

Функції нуклеїнових кислот:

ДНК -передає спадкову інформацію.

РНК - бере участь в біосинтезі білка.

Тема 32. Високомолекулярні сполуки і полімерні матеріали на основі них..

ВМС

До високомолекулярних сполук відносяться складні речовини, що мають відносну молекулярну масу 5000 і більше.

Загальна формула ВМС: (-А-)_n

Основні поняття хімії ВМС

nA → (-A-)_n

nСН₂ = СН₂ → (-СН₂-СН₂-)_n

етилен поліетилен

Мономер – це вихідні речовини в реакціх одержання ВМС. Наприклад: СН₂ = СН₂ - етилен.

Полімер – це продукти реакції одержання ВМС. Наприклад: (-СН₂-СН₂-)_n - поліетилен.

Структурна(елементарна) ланка - це група атомів, яка багато разів повторюється у молекулі полімеру. Наприклад: -СН₂-СН₂-.

Ступінь полімеризації полімеру - це число, яке показує скільки разів елементарна ланка повторюється в молекулі полімеру. Наприклад: n

Молекули полімерів ще називають макромолекулами.

Реакції синтезу ВМС

1. реакція полімеризації – це реакція сполучення великої кількості однакових молекул мономерів з утворенням однієї макромолекули полімеру. Ці реакції характерні тільки для алкенів і алкадієнів (містять 2 подвійні зв′язки).

nСН₂ = СН₂ → (-СН₂-СН₂-)_n

етилен поліетилен

nСН₂ = СН – СН₃ → (-СН₂ - СН -)_n

пропілен |

CН₃ поліпропілен

2. реакція спів(ко)полімеризації -це реакція сполучення великої кількості різних мономерів з утворенням однієї макромолекули співполімеру. Ці реакції характерні тільки для алкенів і алкадієнів (містять 2 подвійні зв′язки).

nСН₂ = СН₂ + nСН₂ = СН – СН₃ → (-СН₂-СН₂-СН₂ - СН -)_n

│

СН₃

3. реакція поліконденсації – це реакція сполучення великої кількості однакових або різних мономерів, з утворенням крім макромолекули полімеру і ще низькомолекулярні речовини (Н₂О, N₂, HCl).

n NH₂ – CH –COOH → (- NH – CH –COO)_n + (n-1)H₂O

│ │

R R

α-амінокислоти білок

ВМС поділяються на такі групи:

1. пластмаси;

2. каучуки;

3. синтетичні волокна.

Пластмаси

Пластмаси поділяються на:

1. термопластичні пластмаси;

2. термореактивні пластмаси.

Термопластичні пластмаси – це пластмаси, які піддаються багаторазовій переробці. Наприклад:

1. поліетилен; (тефлон -(-СF₂-СF₂-)_n )

2. поліпропілен;

3. поліхлорвініл(полівінілхлорид);

4. полістирол

Всі термопластичні пластмаси одержують реакціями полімеризації відповідних мономерів:

nСН₂ = СН₂ → (-СН₂-СН₂-)_n

етилен поліетилен

(Застосування: пакувальний матеріал для харчових продуктів і виробів; покриття теплиць, оранжерей; водопровідні та каналізаційні труби)

nСН₂ = СН – СН₃ → (-СН₂ - СН -)_n

пропілен |

CН₃ поліпропілен

(Застосування:труби гарячої води; пакувальний матеріал для технічних цілей)

nСН₂ = СН → (-СН₂ - СН -)_n

│ |

Cl Cl

хлорвініл поліхлорвініл

(Застосування: лінолеум; замінники шкіри – дермантин; ізолента)

nСН₂ = СН → (-СН₂-СН-)_n

| │

С₆Н₅ С₆Н₅

стирен полістирен (полістирол)

(Застосування: пінопласт; пакувальний матеріал для харчових продуктів і фармацевтичних виробів)

Термореактивні пластмаси – це пластмаси, які не піддаються багаторазовій переробці. Наприклад:

- фенол формальдегідна смола.

Термореактивні пластмаси одержують реакцією поліконденсації.

ОН

│

nС₆Н₅ –ОН + n Н - C= О → (-С₆Н₄- СН₂ –)_n + nH₂O

фенол │ фенолформальдегідна смола

Н

Формальдегід

Фенолформальдегідна смола

(Застосування: дерев´яностружкові і дерев´яноволокнисті плити – ДСП і ДВП;

пластики; лаки для меблів)

Каучуки

Каучуки – це полімери, які одержують із дієнових вуглеводнів (алкадієнів) реакціями полімеризації їх.

Дієнові вуглеводні (алкадієни) – це ненасичені вуглеводні, які містять два подвійні зв’язки.

СН₂ = СН – СН = СН₂ СН₂ = С – СН = СН₂

Бута-1,3-дієн │

Дивініл СН₃

2-метилбута-1,3-дієн

Ізопрен

nСН₂ = СН – СН = СН₂ → (- СН₂ - СН = СН - СН₂-)_n

Бута-1,3-дієн бутадієновий каучук

Дивініл дивініловий каучук

СН₂ = С – СН = СН₂ → (- СН₂ - С = СН - СН₂-)_n

│ │

СН₃ СН₃

2-метилбута-1,3-дієн ізопреновий каучук

Ізопрен

Для каучуків, як і для алкенів характерна цис-, транс-ізомерія:

Наприклад: (- СН₂ - СН = СН – СН₂ -)_n Бутадієновий (дивініловий) каучук

-СН₂ Н

(---- С = С ------)_n

Н СН₂-

Транс- бутадієновий

каучук

Н Н

(------ С = С --------)_n

-СН₂ СН₂-

Цис- бутадієновий

каучук

Цис- ізопреновий каучук

Каучуки – це ненасичені полімери.

Каучуки використовуються для одержання гуми реакцією вулканізації – це взаємодія каучука з сіркою.

Волокна

Волокна поділяються:

1. природні;

2. штучні;

3. синтетичні.

До природних волокон відносяться:

- лляні;

- вовняні;

- бавовняні;

- шовкові.

До штучних волокон відносяться:

- віскозні;

- мідно аміачні;

- ацетатні (ацетатний шовк).

До синтетичних волокон відносяться:

- капрон;

- лавсан

Синтетичні волокна одержують реакцією поліконденсації відповідних мономерів.

nNH₂-(CH₂)₅-COOH → (-NH-(CH₂)₅-CO-)_n + (n-1)H₂O

ε -амінокапронова кислота капрон

(капролактам)