Cea mai importantă substanță din celulele organismelor vii este adenozin trifosfat sau adenozin trifosfat. Dacă introducem abrevierea acestui nume, obținem ATP. Această substanță aparține grupului trifosfaților nucleozidici și joacă un rol principal în procesele metabolice din celulele vii, fiind o sursă de energie de neînlocuit pentru acestea.
Colegii de clasă
Descoperitorii ATP au fost biochimiști de la Harvard School of Tropical Medicine - Yellapragada Subbarao, Karl Lohman și Cyrus Fiske. Descoperirea a avut loc în 1929 și a devenit o piatră de hotar majoră în biologia sistemelor vii. Mai târziu, în 1941, biochimistul german Fritz Lipmann a descoperit că ATP-ul din celule este principalul purtător de energie.
Structura ATP
Această moleculă are o denumire sistematică, care este scrisă după cum urmează: 9-β-D-ribofuranosyladenin-5′-trifosfat sau 9-β-D-ribofuranosil-6-amino-purină-5′-trifosfat. Ce compuși alcătuiesc ATP? Din punct de vedere chimic, este ester de adenozin trifosfat - derivat al adeninei și ribozei. Această substanță se formează prin combinarea adeninei, care este o bază azotată purinică, cu carbonul 1′ al ribozei folosind o legătură β-N-glicozidică. Moleculele de acid α-, β- și γ-fosforic sunt apoi adăugate secvenţial la carbonul 5′ al ribozei.
Astfel, molecula de ATP conține compuși precum adenina, riboza și trei resturi de acid fosforic. ATP este un compus special care conține legături care eliberează cantități mari de energie. Astfel de legături și substanțe sunt numite de înaltă energie. În timpul hidrolizei acestor legături ale moleculei de ATP, o cantitate de energie este eliberată de la 40 la 60 kJ/mol, iar acest proces este însoțit de eliminarea unuia sau a două reziduuri de acid fosforic.
Așa sunt scrise aceste reacții chimice:
- 1). ATP + apă → ADP + acid fosforic + energie;
- 2). ADP + apă →AMP + acid fosforic + energie.
Energia eliberată în timpul acestor reacții este utilizată în procese biochimice ulterioare care necesită anumite aporturi de energie.
Rolul ATP într-un organism viu. Funcțiile sale
Ce funcție îndeplinește ATP?În primul rând, energie. După cum sa menționat mai sus, rolul principal al adenozin trifosfat este de a furniza energie pentru procesele biochimice dintr-un organism viu. Acest rol se datorează faptului că, datorită prezenței a două legături de înaltă energie, ATP acționează ca o sursă de energie pentru multe procese fiziologice și biochimice care necesită aporturi mari de energie. Astfel de procese sunt toate reacțiile de sinteză a substanțelor complexe din organism. Acesta este, în primul rând, transferul activ al moleculelor prin membranele celulare, inclusiv participarea la crearea potențialului electric intermembranar și implementarea contracției musculare.
Pe lângă cele de mai sus, mai enumeram câteva: funcții nu mai puțin importante ale ATP, ca:
Cum se formează ATP în organism?
Sinteza acidului adenozin trifosforic este în curs de desfășurare, deoarece organismul are întotdeauna nevoie de energie pentru funcționarea normală. În orice moment, există foarte puțin din această substanță - aproximativ 250 de grame, care este o „rezervă de urgență” pentru o „zi ploioasă”. În timpul bolii, există o sinteză intensă a acestui acid, deoarece este necesară multă energie pentru funcționarea sistemului imunitar și excretor, precum și a sistemului de termoreglare al organismului, care este necesar pentru lupta eficienta odată cu debutul bolii.
Care celule au cel mai mult ATP? Acestea sunt celule ale țesutului muscular și nervos, deoarece procesele de schimb de energie au loc cel mai intens în ele. Și acest lucru este evident, deoarece mușchii participă la mișcarea care necesită contracția fibrelor musculare, iar neuronii transmit impulsuri electrice, fără de care funcționarea tuturor sistemelor corpului este imposibilă. Prin urmare, este atât de important ca celula să se mențină neschimbată și nivel înalt adenozin trifosfat.
Cum se pot forma moleculele de adenozin trifosfat în organism? Ele sunt formate din așa-numitele fosforilarea ADP (adenozin difosfat). Această reacție chimică arată astfel:
ADP + acid fosforic + energie → ATP + apă.
Fosforilarea ADP are loc cu participarea catalizatorilor cum ar fi enzimele și lumina și se realizează într-unul din trei moduri:
Atât fosforilarea oxidativă, cât și fosforilarea substratului utilizează energia substanțelor care sunt oxidate în timpul unei astfel de sinteze.
Concluzie
Acid adenozin trifosforic- Aceasta este substanța cel mai frecvent reînnoită în organism. Cât timp trăiește în medie o moleculă de adenozin trifosfat? În corpul uman, de exemplu, durata sa de viață este mai mică de un minut, așa că o moleculă dintr-o astfel de substanță se naște și se descompune de până la 3000 de ori pe zi. În mod uimitor, în timpul zilei corpul uman sintetizează aproximativ 40 kg din această substanță! Nevoia de această „energie internă” este atât de mare pentru noi!
Întregul ciclu de sinteză și utilizarea ulterioară a ATP ca combustibil energetic pentru procesele metabolice din corpul unei ființe vii reprezintă însăși esența metabolismului energetic în acest organism. Astfel, trifosfatul de adenozină este un fel de „baterie” care furnizează functionare normala toate celulele unui organism viu.
Milioane de reacții biochimice au loc în orice celulă a corpului nostru. Ele sunt catalizate de o varietate de enzime, care necesită adesea energie. De unde o ia celula? La această întrebare se poate răspunde dacă luăm în considerare structura moleculei ATP - una dintre principalele surse de energie.
ATP este o sursă de energie universală
ATP înseamnă adenozin trifosfat sau adenozin trifosfat. Substanța este una dintre cele mai importante două surse de energie din orice celulă. Structura ATP și rolul său biologic sunt strâns legate. Majoritatea reacțiilor biochimice pot avea loc numai cu participarea moleculelor unei substanțe, acest lucru este mai ales adevărat. Cu toate acestea, ATP este rareori implicat direct în reacție: pentru ca orice proces să aibă loc, este necesară energia conținută exact în adenozin trifosfat.
Structura moleculelor substanței este astfel încât legăturile formate între grupările de fosfat transportă o cantitate imensă de energie. Prin urmare, astfel de legături sunt numite și macroergice, sau macroenergetice (macro=multe, cantitate mare). Termenul a fost introdus pentru prima dată de omul de știință F. Lipman, iar el a propus și folosirea simbolului ̴ pentru a le desemna.
Este foarte important ca celula să mențină un nivel constant de adenozin trifosfat. Acest lucru este valabil mai ales pentru celulele musculare și fibrele nervoase, deoarece acestea sunt cele mai dependente de energie și necesită un conținut ridicat de adenozin trifosfat pentru a-și îndeplini funcțiile.
Structura moleculei de ATP
Trifosfatul de adenozină este format din trei elemente: riboză, adenină și reziduuri
Riboza- un carbohidrat care apartine grupului pentozei. Aceasta înseamnă că riboza conține 5 atomi de carbon, care sunt încadrați într-un ciclu. Riboza se conectează la adenină printr-o legătură β-N-glicozidică pe primul atom de carbon. Resturile de acid fosforic de pe al 5-lea atom de carbon sunt de asemenea adăugate la pentoză.
Adenina este o bază azotată.În funcție de ce bază azotată este atașată de riboză, se disting și GTP (guanozin trifosfat), TTP (timidin trifosfat), CTP (citidin trifosfat) și UTP (uridin trifosfat). Toate aceste substanțe sunt similare ca structură cu adenozin trifosfat și îndeplinesc aproximativ aceleași funcții, dar sunt mult mai puțin frecvente în celulă.
Reziduuri de acid fosforic. La riboză pot fi atașate maximum trei resturi de acid fosforic. Dacă sunt două sau doar unul, atunci substanța se numește ADP (difosfat) sau AMP (monofosfat). Între reziduurile de fosfor se încheie legăturile macroenergetice, după ruperea cărora se eliberează 40 până la 60 kJ de energie. Dacă două legături sunt rupte, se eliberează 80, mai rar - 120 kJ de energie. Când legătura dintre riboză și reziduul de fosfor este ruptă, se eliberează doar 13,8 kJ, deci există doar două legături de înaltă energie în molecula de trifosfat (P ̴ P ̴ P), iar în molecula ADP există una (P ̴). P).
Acestea sunt caracteristicile structurale ale ATP. Datorită faptului că între resturile de acid fosforic se formează o legătură macroenergetică, structura și funcțiile ATP sunt interconectate.
Structura ATP și rolul biologic al moleculei. Funcții suplimentare ale adenozin trifosfat
Pe lângă energie, ATP poate îndeplini multe alte funcții în celulă. Alături de alți trifosfați nucleotid, trifosfatul este implicat în construcția acizilor nucleici. În acest caz, ATP, GTP, TTP, CTP și UTP sunt furnizori de baze azotate. Această proprietate este utilizată în procese și transcriere.
ATP este, de asemenea, necesar pentru funcționarea canalelor ionice. De exemplu, canalul Na-K pompează 3 molecule de sodiu din celulă și pompează 2 molecule de potasiu în celulă. Acest curent ionic este necesar pentru a menține o sarcină pozitivă pe suprafața exterioară a membranei și numai cu ajutorul adenozin trifosfatului poate funcționa canalul. Același lucru este valabil și pentru canalele de protoni și calciu.
ATP este precursorul celui de-al doilea mesager cAMP (ciclic adenozin monofosfat) - cAMP nu numai că transmite semnalul primit de receptorii membranei celulare, dar este și un efector alosteric. Efectorii alosterici sunt substanțe care accelerează sau încetinesc reacțiile enzimatice. Astfel, adenozin trifosfat ciclic inhibă sinteza unei enzime care catalizează descompunerea lactozei în celulele bacteriene.
Molecula de adenozin trifosfat în sine poate fi, de asemenea, un efector alosteric. Mai mult, în astfel de procese, ADP acționează ca un antagonist al ATP: dacă trifosfatul accelerează reacția, atunci difosfatul o inhibă și invers. Acestea sunt funcțiile și structura ATP.
Cum se formează ATP într-o celulă?
Funcțiile și structura ATP sunt astfel încât moleculele substanței sunt rapid utilizate și distruse. Prin urmare, sinteza trifosfatului este un proces important în formarea energiei în celulă.
Există trei metode cele mai importante pentru sinteza adenozin trifosfat:
1. Fosforilarea substratului.
2. Fosforilarea oxidativă.
3. Fotofosforilarea.
Fosforilarea substratului se bazează pe reacții multiple care au loc în citoplasma celulară. Aceste reacții se numesc glicoliză - etapă anaerobă. Ca urmare a unui ciclu de glicoliză, dintr-o moleculă de glucoză se sintetizează două molecule, care sunt apoi folosite pentru a produce energie, și se sintetizează și două ATP.
- C6H12O6 + 2ADP + 2Pn --> 2C3H4O3 + 2ATP + 4H.
Respirația celulară
Fosforilarea oxidativă este formarea de adenozin trifosfat prin transferul de electroni de-a lungul lanțului de transport de electroni membranar. Ca urmare a acestui transfer, pe o parte a membranei se formează un gradient de protoni și, cu ajutorul setului integral proteic al ATP sintetazei, se construiesc molecule. Procesul are loc pe membrana mitocondrială.
Secvența etapelor de glicoliză și fosforilare oxidativă în mitocondrii constituie un proces comun numit respirație. După ciclu complet Din 1 moleculă de glucoză dintr-o celulă se formează 36 de molecule de ATP.
Fotofosforilarea
Procesul de fotofosforilare este același cu fosforilarea oxidativă cu o singură diferență: reacțiile de fotofosforilare au loc în cloroplastele celulei sub influența luminii. ATP este produs în timpul etapei de lumină a fotosintezei, principalul proces de producere a energiei în plantele verzi, alge și unele bacterii.
În timpul fotosintezei, electronii trec prin același lanț de transport de electroni, rezultând formarea unui gradient de protoni. Concentrația de protoni pe o parte a membranei este sursa sintezei ATP. Asamblarea moleculelor este realizată de enzima ATP sintaza.
Celula medie conține 0,04% adenozin trifosfat în greutate. Cu toate acestea, cea mai mare valoare se observă în celulele musculare: 0,2-0,5%.
Într-o celulă există aproximativ 1 miliard de molecule de ATP.
Fiecare moleculă nu trăiește mai mult de 1 minut.
O moleculă de adenozin trifosfat este reînnoită de 2000-3000 de ori pe zi.
În total, corpul uman sintetizează 40 kg de adenozin trifosfat pe zi, iar în orice moment rezerva de ATP este de 250 g.
Concluzie
Structura ATP-ului și rolul biologic al moleculelor sale sunt strâns legate. Substanța joacă un rol cheie în procesele vieții, deoarece legăturile de înaltă energie dintre reziduurile de fosfat conțin o cantitate imensă de energie. Trifosfatul de adenozină îndeplinește multe funcții în celulă și, prin urmare, este important să se mențină o concentrație constantă a substanței. Dezintegrarea și sinteza au loc cu viteză mare, deoarece energia legăturilor este utilizată în mod constant în reacțiile biochimice. Aceasta este o substanță esențială pentru orice celulă din organism. Acesta este probabil tot ce se poate spune despre structura ATP.
Monozaharide(zaharurile simple) constau dintr-o moleculă care conține de la 3 până la 6 atomi de carbon. dizaharide- compuși formați din două monozaharide. Polizaharidele sunt substanțe cu o moleculă înaltă constând dintr-un număr mare (de la câteva zeci la câteva zeci de mii) de monozaharide.
Varietate de carbohidrați în cantitati mari conținute în organisme. Principalele lor funcții:
- Energie: carbohidrații sunt principala sursă de energie pentru organism. Printre monozaharide, acestea sunt fructoza, care se găsește pe scară largă în plante (în primul rând în fructe), și în special glucoza (descompunerea unui gram din aceasta eliberează 17,6 kJ de energie). Glucoza se găsește în fructe și alte părți ale plantelor, în sânge, limfă și țesuturi animale. Dintre dizaharide, este necesar să se distingă zaharoza (zahăr din trestie sau sfeclă), constând din glucoză și fructoză, și lactoză (zahăr din lapte), formată dintr-un compus din glucoză și galactoză. Zaharoza se găsește în plante (în principal fructe), iar lactoza se găsește în lapte. Ele joacă un rol vital în alimentația animalelor și a oamenilor. Polizaharidele precum amidonul și glicogenul, al căror monomer este glucoza, sunt de mare importanță în procesele energetice. Sunt substanțe de rezervă ale plantelor și, respectiv, animalelor. Dacă este prezent în organism cantitate mare glucoza este folosită pentru sinteza acestor substanțe, care se acumulează în celulele țesuturilor și organelor. Astfel, amidonul se găsește în cantități mari în fructe, semințe și tuberculi de cartofi; glicogen - în ficat, mușchi. După cum este necesar, aceste substanțe sunt descompuse, furnizând glucoză diferitelor organe și țesuturi ale corpului.
- Structural: de exemplu, monozaharidele precum deoxiriboza și riboza sunt implicate în formarea nucleotidelor. Diferiți carbohidrați fac parte din pereții celulari (celuloza în plante, chitina în ciuperci).
Lipide (grasimi)- substanțe organice insolubile în apă (hidrofobe), dar ușor solubile în solvenți organici (cloroform, benzină etc.). Molecula lor este formată din glicerol și acizi grași. Diversitatea acestora din urmă determină diversitatea lipidelor. Fosfolipidele (care conțin, pe lângă acizii grași, un reziduu de acid fosforic) și glicolipidele (compuși ai lipidelor și zaharidelor) se găsesc pe scară largă în membranele celulare.
Funcțiile lipidelor sunt structurale, energetice și protectoare.
Baza structurală a membranei celulare este un strat bimolecular (format din două straturi de molecule) de lipide, în care sunt încorporate molecule de diferite proteine.
Când se descompune 1 g de grăsime, se eliberează 38,9 kJ de energie, ceea ce este aproximativ de două ori mai mult decât atunci când se descompune 1 g de carbohidrați sau proteine. Grăsimile se pot acumula în celulele diferitelor țesuturi și organe (ficat, țesut subcutanat la animale, semințe la plante), în cantități mari, formând un aport semnificativ de „combustibil” în organism.
Având o conductivitate termică slabă, grăsimile joacă un rol important în protejarea împotriva hipotermiei (de exemplu, straturile grăsime subcutanată la balene şi pinipede).
ATP (adenozin trifosfat). Acesta servește ca purtător de energie universal în celule. Energia eliberată în timpul descompunerii substanțelor organice (grăsimi, carbohidrați, proteine etc.) nu poate fi folosită direct pentru a efectua vreo lucrare, ci este stocată inițial sub formă de ATP.
Trifosfatul de adenozină constă din baza azotată adenină, riboză și trei molecule (sau mai degrabă, reziduuri) de acid fosforic (Fig. 1).
Orez. 1. Compoziția moleculei de ATP
Când se elimină un reziduu de acid fosforic, se formează ADP (adenozin difosfat) și se eliberează aproximativ 30 kJ de energie, care este cheltuită pentru efectuarea unor lucrări în celulă (de exemplu, contracția unei celule musculare, procesele de sinteză a substanțelor organice). , etc.):
Deoarece furnizarea de ATP în celulă este limitată, acesta este restabilit în mod constant datorită energiei eliberate în timpul descompunerii altor substanțe organice; Reducerea ATP are loc prin adăugarea unei molecule de acid fosforic la ADP:
Astfel, se pot distinge două etape principale în transformarea biologică a energiei:
1) Sinteza ATP - stocarea energiei în celulă;
2) eliberarea energiei stocate (în procesul de defalcare a ATP) pentru a efectua munca în celulă.
ATP (adenozin trifosfat)– un compus organic din grupul trifosfaților nucleozidici, care joacă un rol major într-o serie de procese biochimice, în primul rând în furnizarea energiei celulelor.
Navigarea articolelor
Structura și sinteza ATP
Trifosfatul de adenozină este adenina de care sunt atașate trei molecule de acid ortofosforic. Adenina face parte din mulți alți compuși care sunt larg răspândiți în natura vie, inclusiv acizii nucleici.
Eliberarea energiei care este folosită cel mai mult de organism în scopuri diferite, are loc în timpul hidrolizei ATP, ducând la apariția a una sau două molecule libere de acid fosforic. În primul caz, adenozin trifosfat este transformat în adenozin difosfat (ADP), în al doilea, în adenozin monofosfat (AMP).
Sinteza ATP, care are loc într-un organism viu datorită combinației de adenozin difosfat cu acid fosforic, poate avea loc în mai multe moduri:
- Principal: fosforilarea oxidativă, care are loc în organele intracelulare - mitocondrii, în timpul oxidării substanțelor organice.
- A doua cale: fosforilarea substratului, care are loc în citoplasmă și joacă un rol central în procesele anaerobe.
Funcțiile ATP
Trifosfatul de adenozină nu joacă un rol semnificativ în stocarea energiei, ci mai degrabă îndeplinește funcții de transport în metabolismul energetic celular. Trifosfatul de adenozină este sintetizat din ADP și este în curând convertit înapoi în ADP, eliberând energie utilă.
În legătură cu vertebrate și oameni, principala funcție a ATP este de a furniza activitate motorie fibre musculare.
În funcție de durata efortului, fie că este vorba de muncă de scurtă durată sau de sarcină de lungă durată (ciclică), procesele energetice sunt destul de diferite. Dar în toate acestea, trifosfatul de adenozină joacă un rol crucial.
Formula structurală ATP:
Pe lângă funcția sa energetică, trifosfatul de adenozină joacă un rol semnificativ în transmiterea semnalului între celulele nervoase și alte interacțiuni intercelulare, în reglarea acțiunii enzimelor și hormonilor. Este unul dintre produsele de pornire pentru sinteza proteinelor.
Câte molecule de ATP sunt produse în timpul glicolizei și oxidării?
Durata de viață a unei molecule nu este, de obicei, mai mare de un minut, astfel încât în orice moment conținutul acestei substanțe în corpul unui adult este de aproximativ 250 de grame. În ciuda faptului că cantitatea totală de adenozină trifosfat sintetizată pe zi este de obicei comparabilă cu greutatea proprie a corpului.
Procesul de glicoliză are loc în 3 etape:
- pregătitoare.
La intrarea în această etapă nu se formează molecule de adenozin trifosfat - Anaerob.
Se formează 2 molecule de ATP. - Aerobic.
În timpul acesteia, are loc oxidarea PVC-ului și a acidului piruvic. Din 1 moleculă de glucoză se formează 36 de molecule de ATP.
În total, în timpul glicolizei unei molecule de glucoză, se formează 38 de molecule de ATP: 2 în timpul etapei anaerobe a glicolizei, 36 în timpul oxidării acidului piruvic.
Polifosfați nucleozidici. Toate țesuturile corpului conțin moho-, di- și trifosfați de nucleozide în stare liberă. Nucleotidele care conțin adenină sunt deosebit de cunoscute - adenozin-5-fosfat (AMP), adenozin-5-difosfat (ADP) și adenozin-5-trifosfat (ATP) (pentru acești compuși, împreună cu abrevierile date în litere latine, în sunt utilizate abrevierile din literatura națională ale numelor rusești corespunzătoare - AMP, ADF, ATP). Nucleotidele precum guanozin trifosfat (GTP), uridin trifosfat (UTP) și citidin trifosfat (CTP) sunt implicate într-o serie de reacții biochimice. Formele lor difosfat sunt denumite GDP, UDP și, respectiv, COP.
Importanța mononucleotidelor este extrem de mare. În primul rând, mononucleotidele, în special polifosfații nucleozidici, sunt coenzime ale multor reacții biochimice, participă la biosinteza proteinelor, carbohidraților, grăsimilor și altor substanțe. Rolul lor major este asociat cu prezența unei rezerve de energie acumulată în legăturile lor polifosfatice. De asemenea, se știe că cel puțin unii polifosfați nucleozidici, în concentrații mici, afectează funcții complexe precum inima. În al doilea rând, mononucleotidele sunt componente structurale acizi nucleici - compuși cu molecule înalte care determină sinteza proteinelor și transmiterea caracteristicilor ereditare (sunt studiate în biochimie)
AMP adenozin monofosfat
Adenozin difosfat (ADP)
Adenozin trifosfat (abreviar ATP, engleză ATP)
joacă un rol vital în metabolism și energie, deoarece adăugarea de grupări fosfat la AMP este însoțită de acumularea de energie (ADP, ATP - compuși de înaltă energie), iar separarea lor este eliberarea de energie utilizată pentru diferite procese de viață (vezi. Bioenergie). Interconversiile ATP, ADP și AMP au loc în mod constant în celule.
12. Teoria protonilor acizilor și bazelor de I. Brønsted și T. Lowry.
Conform teoriei Bronsted–Lowry,Acizii sunt substanțe capabile să doneze un proton (donatori de protoni), iar bazele sunt substanțe care acceptă un proton (acceptori de protoni). Această abordare este cunoscută sub numele de teoria protonilor acizilor și bazelor (teoria protolitică).
ÎN vedere generală Interacțiunea acido-bazică este descrisă de ecuația:
| +BH+ | |||||
| A - H + B | O | ||||
acid bazic conjugat conjugat baz acid
Potrivit lui Lewis, proprietățile acide și bazice ale compușilor organici sunt evaluate prin capacitatea de a accepta sau de a furniza o pereche de electroni cu formarea ulterioară a legăturilor. Un atom care acceptă o pereche de electroni este un acceptor de electroni, iar un compus care conține un astfel de atom ar trebui clasificat ca acid. Atomul care oferă o pereche de electroni este un donor de electroni, iar compusul care conține un astfel de atom este o bază.
Acizii Lewis sunt acceptori de perechi de electroni; Bazele Lewis sunt donatori de perechi de electroni.
13 .Teoria electronică a lui Lewis. Acizi și baze „duri” și „moi”.
Acid– o particulă cu învelișul exterior de electroni neumplut, capabilă să accepte o pereche de electroni ( acid= acceptor de electroni).
Baza– particule cu o pereche liberă de electroni care pot fi donate pentru a forma o legătură chimică ( baza= donor de electroni).
LA acizi conform lui Lewis: molecule formate din atomi cu o înveliș goală de opt electroni ( BF3,SO3); cationi de complexare ( Fe3+,Co2+,Ag+, etc.); halogenuri cu legături nesaturate ( TiCl4,SnCl4 molecule cu legături duble polarizate (); CO2,SO2), etc.
LA motive Potrivit lui Lewis, acestea includ: molecule care conțin perechi de electroni liberi ( NH3,H2O);anioni ( Сl–,F– compuși organici cu legături duble și triple (acetonă). CH3COCH3 compuși aromatici (anilină С6Н5NH2, fenol C6H5OH).Proton H+în teoria lui Lewis este un acid (acceptor de electroni), hidroxid ionOH-– bază (donator de electroni): HO–(↓) + H+ ↔ HO(↓)H.
Interacțiunea dintre un acid și o bază implică formarea unei substanțe chimice legătura donor-acceptorîntre particulele care reacţionează Reacţia dintre un acid şi o bază în general: B(↓)bază + Acid↔D(↓)A.
acizi și baze Lewis.
Conform teoriei lui Lewis, proprietățile acido-bazice ale compușilor sunt determinate de capacitatea lor de a accepta sau de a dona o pereche de electroni pentru a forma o nouă legătură.
acizi Lewis - acceptori perechi de electroni, Fundamentele lui Lewis – donatori ai unei perechi de electroni.
Acizii Lewis pot fi molecule, atomi sau cationi care au un orbital liber și sunt capabili să accepte o pereche de electroni pentru a forma o legătură covalentă. Acizii Lewis includ halogenuri ale elementelor din grupele II și III tabel periodic, halogenuri ale altor metale cu orbitali liberi, proton. Acizii Lewis participă la reacții ca reactivi electrofili.
Bazele Lewis sunt molecule, atomi sau anioni care au o pereche singură de electroni pe care o furnizează pentru a forma o legătură cu un orbital liber. Bazele Lewis includ alcooli, eteri, amine, tioalcooli, tioeteri și compuși cu legături p. În reacțiile Lewis, bazele Lewis acționează ca specii nucleofile.
Dezvoltarea teoriei lui Lewis a condus la crearea principiului acizilor și bazelor dure și moi (principiul HMCO sau principiul Pearson). Conform principiului lui Pearson, acizii și bazele sunt împărțite în tari și moi.
acizi duri - Aceștia sunt acizi Lewis ai căror atomi donatori sunt de dimensiuni mici, au o sarcină pozitivă mare, electronegativitate ridicată și polarizabilitate scăzută. Acestea includ: protoni, ioni metalici (K +, Na +, Mg 2+, Ca 2+, Al 3+), AlCl 3 etc.
Acizi moi - – Aceștia sunt acizi Lewis, ale căror atomi donatori sunt mari ca dimensiuni, foarte polarizabili, au o sarcină pozitivă mică și electronegativitate scăzută. Acestea includ: ionii metalici (Ag +, Cu +), halogeni (Br 2, I 2), cationi Br +, I + etc.
baze rigide - Bazele Lewis, ai căror atomi donatori au electronegativitate ridicată, polarizabilitate scăzută și au o rază atomică mică. Acestea includ: H2O, OH-, F-, CI-, NO3-, ROH, NH3, RCOO - și altele.
Baze moi - Bazele Lewis, ai căror atomi donatori sunt foarte polarizabili, au electronegativitate scăzută și au o rază atomică mare. Acestea includ: H-, I-, C2H4, C6H6, RS - și altele.
Esența principiului HMKO este că acizii duri reacționează cu baze dure, acizii moi cu baze moi
14. Compoziția, structura și tipurile de izomerie în hidrocarburile de etilenă. Proprietăți fizice. Reacții de polimerizare; mecanisme de reacție de polimerizare. Oxidare cu oxidanți care conțin oxigen și oxidare biologică.
Compoziția, structura și tipurile de izomerie în hidrocarburile de etilenă
Alchene, sau olefine, etilenă - hidrocarburi nesaturate, în moleculele cărora există o dublă legătură între atomii de carbon. (Diapozitivul 3) Alchenele conțin mai puțini atomi de hidrogen în molecula lor decât alcanii corespunzători lor (cu același număr de atomi de carbon), prin urmare astfel de hidrocarburi sunt numite nesaturate sau nesaturate. Alchenele formează o serie omoloagă cu formula generală CnH2n.
Cel mai simplu reprezentant al hidrocarburilor de etilenă, strămoșul său este etilena (etena) C 2 H 4. Structura moleculei sale poate fi exprimată prin următoarele formule:
După numele primului reprezentant al acestei serii, astfel de hidrocarburi se numesc etilenă.
În alchene, atomii de carbon sunt în a doua stare de valență (hibridarea sp 2). (Diapozitivul 4) În acest caz, între atomii de carbon apare o legătură dublă, constând dintr-o legătură s și o legătură p. Lungimea și energia dublei legături sunt de 0,134 nm și, respectiv, 610 kJ/mol. Toate unghiurile de legătură ale NCH sunt aproape de 120º.
Alchenele se caracterizează prin două tipuri de izomerie: structurală și spațială. (Diapozitivul 5)
Tipuri de izomerie structurală:
izomeria scheletului de carbon
izomeria poziției dublei legături
izomerie interclasă
Izomeria geometrică este unul dintre tipurile de izomerie spațială. Izomerii în care aceiași substituenți (la atomi de carbon diferiți) sunt localizați pe o parte a dublei legături se numesc izomeri cis, iar pe partea opusă - izomeri trans:
Proprietăți fizice
De proprietăți fizice hidrocarburile de etilenă sunt apropiate de alcani. În condiții normale, hidrocarburile C 2 -C 4 sunt gaze, C 5 -C 17 sunt lichide, iar reprezentanții superiori sunt solide. Punctele lor de topire și de fierbere, precum și densitatea lor, cresc odată cu creșterea greutății moleculare. Toate olefinele sunt mai ușoare decât apa și puțin solubile în ea, dar solubile în solvenți organici.
Reacții de polimerizare; mecanisme de reacție de polimerizare.
Una dintre cele mai importante reacții practic ale compușilor nesaturați (sau olefinelor) este polimerizarea. Reacția de polimerizare este procesul de formare a unui compus cu molecule înalte (polimer) prin combinarea moleculelor compusului original cu molecul scăzut (monomer) între ele. În timpul polimerizării, legăturile duble din moleculele compusului nesaturat original „se deschid”, iar datorită valențelor libere formate, aceste molecule sunt conectate între ele.
În funcție de mecanismul de reacție, polimerizarea este de două tipuri:
1) radical, sau inițiat și
2) ionic sau catalitic.”
„Polimerizarea radicală este cauzată (inițiată) de substanțe care se pot descompune în radicali liberi în condiții de reacție - de exemplu, peroxizi, precum și de acțiunea căldurii și a luminii.
Să luăm în considerare mecanismul de polimerizare radicalică.
CH 2 =CH 2 –– R ˙ ® R–CH 2 −CH 2 –– C2H4 ® R−CH 2 −CH 2 −CH 2 −CH 2
Pe stadiu inițial radicalul inițiator atacă molecula de etilenă, determinând clivajul omolitic al dublei legături, se atașează de unul dintre atomii de carbon și formează un nou radical. Radicalul rezultat atacă apoi următoarea moleculă de etilenă și, de-a lungul căii indicate, duce la un nou radical, provocând transformări similare ulterioare ale compusului original.
După cum se poate observa, particula de polimer în creștere, până în momentul stabilizării, este un radical liber. Radicalul inițiator face parte din molecula polimerului, formând grupul său final.
Terminarea lanțului are loc fie la o coliziune cu o moleculă a unui regulator de creștere a lanțului (poate fi o substanță special adăugată care donează cu ușurință un atom de hidrogen sau halogen), fie prin saturarea reciprocă a valențelor libere a două lanțuri polimerice în creștere cu formarea de o moleculă de polimer.”
Polimerizare ionică sau catalitică
„Polimerizarea ionică are loc datorită formării ionilor reactivi din moleculele de monomeri. De la numele particulei de polimer în creștere în timpul reacției provin denumirile de polimerizare - cationicŞi anionic.
Polimerizare ionică (cationică)
Catalizatorii pentru polimerizarea cationică sunt acizii, clorurile de aluminiu și bor etc. Catalizatorul este de obicei regenerat și nu face parte din polimer.
Mecanismul de polimerizare cationică a etilenei în prezența unui acid ca catalizator poate fi reprezentat după cum urmează.
CH 2 =CH 2 –– H+ ® CH 3 −CH 2 + –– C2H4 ® CH 3 −CH 2 −CH 2 −C + H 2 etc.
Un proton atacă molecula de etilenă, determinând ruperea dublei legături, atașându-se de unul dintre atomii de carbon și formând un cation sau carbocation de carboniu.
Tipul prezentat de descompunere a unei legături covalente se numește clivaj heterolitic (din greacă heteros - diferit, diferit).
Carbocationul rezultat atacă apoi următoarea moleculă de etilenă și în mod similar duce la un nou carbocation, provocând transformări suplimentare ale compusului original.
După cum se poate observa, particula de polimer în creștere este un carbocation.
Celula elementară din polietilenă este reprezentată după cum urmează:
Terminarea lanțului poate apărea datorită captării anionului corespunzător de către cationul în creștere sau cu pierderea unui proton și formarea unei duble legături finale.
Polimerizare ionică (anionică)
Catalizatorii pentru polimerizarea anionice sunt unii compuși organometalici, amide ale metalelor alcaline etc.
Mecanismul polimerizării anionice a etilenei sub influența alchililor metalici este prezentat după cum urmează.
CH 2 =CH 2 –– R–M ® - M + –– C2H4 ® - M + etc.
Alchilul metalic atacă molecula de etilenă și sub influența acesteia are loc disocierea alchilului metalic într-un cation metalic și un anion alchil. Anionul alchil rezultat, care determină scindarea heterolitică a legăturii p în molecula de etilenă, se atașează la unul dintre atomii de carbon și dă un nou anion sau carbanion de carboniu, stabilizat de un cation metalic. Carbanionul rezultat atacă următoarea moleculă de etilenă și, de-a lungul căii indicate, conduce la un nou carbanion, provocând transformări similare ulterioare ale compusului original într-un produs polimer cu un grad dat de polimerizare, de exemplu. cu un număr dat de unități monomerice.
Particula de polimer în creștere pare a fi un carbanion.
Celula elementară din polietilenă este reprezentată după cum urmează: (CH 2 –CH 2)."
