Найважливішим речовиною в клітинах живих організмів є аденозинтрифосфорная кислота або аденозинтрифосфат. Якщо ввести абревіатуру цієї назви, то отримаємо АТФ (англ. ATP). Ця речовина відноситься до групи нуклеозидтрифосфатів і відіграє провідну роль в процесах метаболізму в живих клітинах, будучи для них незамінним джерелом енергії.
Вконтакте
Однокласники
Першовідкривачами АТФ стали вчені-біохіміки Гарвардської школи тропічної медицини - Єллапрагада Суббарао, Карл Ломан і Сайрус Фиске. Відкриття відбулося в 1929 році і стало головною віхою в біології живих систем. Пізніше, в 1941 році, німецьким біохіміком Фріцем Ліпманом було встановлено, що АТФ в клітинах є основним переносником енергії.
будова АТФ
Ця молекула має систематичне найменування, яке записується так: 9-β-D-рібофуранозіладенін-5'-трифосфат, або 9-β-D-рібофуранозіл-6-аміно-пурин-5'-трифосфат. Які сполуки входять до складу АТФ? Хімічно вона являє собою тріфосфорной ефір аденозину - похідного аденіну і рибози. Ця речовина утворюється шляхом з'єднання аденіну, що є пуріновим азотистих основ, з 1 '-вуглецем рибози за допомогою β-N-гликозидной зв'язку. До 5'-вуглецю рибози потім послідовно приєднуються α-, β- і γ-молекули фосфорної кислоти.
Таким чином, молекула АТФ містить такі сполуки, як аденін, рибозу і три залишку фосфорної кислоти. АТФ - це особливе з'єднання, що містить зв'язку, при яких вивільняється велика кількість енергії. Такі зв'язку і речовини називаються макроергічними. Під час гідролізу цих зв'язків молекули АТФ відбувається виділення кількості енергії від 40 до 60 кДж / моль, при цьому даний процес супроводжується відщепленням одного або двох залишків фосфорної кислоти.
Ось як записуються ці хімічні реакції:
- 1). АТФ + вода → АДФ + фосфорна кислота + енергія;
- 2). АДФ + вода → АМФ + фосфорна кислота + енергія.
Енергія, вивільнена в ході зазначених реакцій, використовується в подальших біохімічних процесах, що вимагають певних енерговитрат.
Роль АТФ в живому організмі. її функції
Яку функцію виконує АТФ? Перш за все, енергетичну. Як вже було вище сказано, основною роллю аденозинтрифосфату є енергозабезпечення біохімічних процесів в живому організмі. Така роль обумовлена \u200b\u200bтим, що завдяки наявності двох високоенергетичних зв'язків, АТФ виступає джерелом енергії для багатьох фізіологічних і біохімічних процесів, що вимагають великих енерговитрат. Такими процесами є все реакції синтезу складних речовин в організмі. Це, перш за все, активне перенесення молекул через клітинні мембрани, включаючи участь у створенні межмембранного електричного потенціалу, і здійснення скорочення м'язів.
Крім зазначеної, перерахуємо ще кілька, не менш важливих, функцій АТФ, таких як:
Як утворюється АТФ в організмі?
Синтез аденозинтрифосфорної кислоти йде постійно, Т. К. Енергія організму для нормальної життєдіяльності потрібна завжди. У кожен конкретний момент міститься зовсім небагато цієї речовини - приблизно 250 грамів, які є «недоторканним запасом» на «чорний день». Під час хвороби йде інтенсивний синтез цієї кислоти, тому що потрібно багато енергії для роботи імунної та видільної систем, а також системи терморегуляції організму, що необхідно для ефективної боротьби з почався недугою.
В яких клітинах АТФ найбільше? Це клітини м'язової та нервової тканин, оскільки в них найбільш інтенсивно йдуть процеси енергообміну. І це очевидно, адже м'язи беруть участь в русі, що вимагає скорочення м'язових волокон, а нейрони передають електричні імпульси, без яких неможлива робота всіх систем організму. Тому так важливо для клітини підтримувати постійний і високий рівень аденозинтрифосфату.
Яким же чином в організмі можуть утворюватися молекули аденозинтрифосфату? Вони утворюються шляхом так званого фосфорилювання АДФ (аденозиндифосфату). Ця хімічна реакція виглядає наступним чином:
АДФ + фосфорна кислота + енергія → АТФ + вода.
Фосфорилювання ж АДФ відбувається за участю таких каталізаторів, як ферменти і світло, і здійснюється одним з трьох способів:
Як окислительное, так і субстратне фосфорилювання використовує енергію речовин, що окислюються в процесі такого синтезу.
висновок
аденозинтрифосфорная кислота - це найбільш часто оновлюється речовина в організмі. Скільки в середньому живе молекула аденозинтрифосфату? У тілі людини, наприклад, тривалість її життя становить менше однієї хвилини, тому одна молекула такої речовини народжується і розпадається до 3000 разів за добу. Вражаюче, але протягом дня людський організм синтезує близько 40 кг цієї речовини! Настільки великі потреби в цьому «внутрішньому енергетиці» для нас!
Весь цикл синтезу і подальшого використання АТФ як енергетичне паливо для процесів обміну речовин в організмі живої істоти є саму суть енергетичного обміну в цьому організмі. Таким чином, аденозинтрифосфат є свого роду «батареєю», що забезпечує нормальну життєдіяльність всіх клітин живого організму.
У будь-якій клітині нашого організму протікають мільйони біохімічних реакцій. Вони катализируются безліччю ферментів, які часто вимагають витрат енергії. Де ж клітина її бере? На це питання можна відповісти, якщо розглянути будову молекули АТФ - одного з основних джерел енергії.
АТФ - універсальний джерело енергії
АТФ розшифровується як аденозинтрифосфат, або аденозинтрифосфорная кислота. Речовина є одним з двох найбільш важливих джерел енергії в будь-якій клітині. Будова АТФ і біологічна роль тісно пов'язані. Більшість біохімічних реакцій може протікати тільки за участю молекул речовини, особливо це стосується Однак АТФ рідко безпосередньо бере участь в реакції: для протікання будь-якого процесу потрібна енергія, ув'язнена саме в аденозинтрифосфату.
Будова молекул речовини таке, що утворюються зв'язки між фосфатними групами несуть величезну кількість енергії. Тому такі зв'язки також називаються макроергічними, або макроенергетичних (макро \u003d багато, велика кількість). Термін вперше ввів вчений Ф. Ліпман, і він же запропонував використовувати значок ̴ для їх позначення.
Дуже важливо для клітини підтримувати постійний рівень вмісту аденозинтрифосфату. Особливо це характерно для клітин м'язової тканини і нервових волокон, тому що вони найбільш енергозалежні і для виконання своїх функцій потребують високому вмісті аденозинтрифосфату.
Будова молекули АТФ
АТФ складається з трьох елементів: рибози, аденіну і залишків
рибоза - вуглевод, який відноситься до групи пентоз. Це означає, що в складі рибози 5 атомів вуглецю, які укладені в цикл. Рибоза з'єднується з аденін β-N-гликозидной зв'язок на 1-му атомі вуглецю. Також до пентоз приєднуються залишки фосфорної кислоти на 5-му атомі вуглецю.
Аденін - азотистих основ. Залежно від того, яке азотистих основ приєднується до рибози, виділяють також ГТФ (гуанозинтрифосфат), ТТФ (тімідінтріфосфат), ЦТФ (цітідінтріфосфат) і УТФ (урідінтріфосфат). Всі ці речовини схожі за будовою з аденозинтрифосфатом і виконують приблизно такі ж функції, однак вони зустрічаються в клітці набагато рідше.
Залишки фосфорної кислоти. До рибозе може приєднатися максимально три залишку фосфорної кислоти. Якщо їх два або тільки один, то відповідно речовина називається АДФ (дифосфат) або АМФ (монофосфат). Саме між фосфорними залишками укладені макроенергетіческіе зв'язку, після розриву яких вивільняється від 40 до 60 кДж енергії. Якщо розриваються дві зв'язку, виділяється 80, рідше - 120 кДж енергії. При розриві зв'язку між рибозой і фосфорним залишком виділяється всього лише 13,8 кДж, тому в молекулі трифосфата тільки дві макроергічні зв'язку (Р ̴ Р ̴ Р), а в молекулі АДФ - одна (Р ̴ Р).
Ось які особливості будови АТФ. У зв'язку з тим, що між залишками фосфорної кислоти утворюється макроенергетичних зв'язок, будова і функції АТФ пов'язані між собою.
Будова АТФ і біологічна роль молекули. Додаткові функції аденозинтрифосфату
Крім енергетичної, АТФ може виконувати безліч інших функцій в клітці. Поряд з іншими нуклеозидтрифосфатів трифосфат бере участь в побудові нуклеїнових кислот. В цьому випадку АТФ, ГТФ, ТТФ, ЦТФ і УТФ є постачальниками азотистих основ. Ця властивість використовується в процесах і транскрипції.
Також АТФ необхідний для роботи іонних каналів. Наприклад, Na-K канал викачує 3 молекули натрію з клітини і вкачує 2 молекули калію в клітину. Такий струм іонів потрібен для підтримки позитивного заряду на зовнішній поверхні мембрани, і тільки за допомогою аденозинтрифосфату канал може функціонувати. Те ж стосується протонних і кальцієвих каналів.
АТФ є попередником вторинного мессенжера цАМФ (циклічний аденозинмонофосфат) - цАМФ не тільки передає сигнал, отриманий рецепторами мембрани клітини, але і є аллостерическим ефектором. Аллостерічеськіє Ефектори - це речовини, які прискорюють або уповільнюють ферментативні реакції. Так, циклічний аденозинтрифосфат пригнічує синтез ферменту, який каталізує розщеплення лактози в клітинах бактерії.
Сама молекула аденозинтрифосфату також може бути аллостерическим ефектором. Причому в подібних процесах антагоністом АТФ виступає АДФ: якщо трифосфат прискорює реакцію, то дифосфат загальмовує, і навпаки. Такі функції і будова АТФ.
Як утворюється АТФ в клітці
Функції і будова АТФ такі, що молекули речовини швидко використовуються і руйнуються. Тому синтез трифосфата - це важливий процес утворення енергії в клітині.
Виділяють три найбільш важливих способу синтезу аденозинтрифосфату:
1. Субстратне фосфорилирование.
2. Окислювальне фосфорилювання.
3. фотофосфорилювання.
Субстратне фосфорилювання засноване на множинних реакціях, що протікають в цитоплазмі клітини. Ці реакції отримали назву гліколізу - анаеробний етап В результаті 1 циклу гліколізу з 1 молекули глюкози синтезується дві молекули які далі використовуються для отримання енергії, і також синтезуються два АТФ.
- З 6 Н 12 О 6 + 2АДФ + 2Фн -\u003e 2С 3 Н 4 O 3 + 2АТФ + 4Н.
дихання клітини
Окислювальне фосфорилювання - це утворення аденозинтрифосфату шляхом передачі електронів по електронно-транспортного ланцюга мембрани. В результаті такої передачі формується градієнт протонів на одній зі сторін мембрани і за допомогою білкового інтегрального комплекту АТФ-синтази йде побудова молекул. Процес протікає на мембрані мітохондрій.
Послідовність стадій гліколізу і окисного фосфорилювання в мітохондріях становить загальний процес під назвою дихання. Після повного циклу з 1 молекули глюкози в клітці утворюється 36 молекул АТФ.
фотофосфорилювання
Процес фотофосфорилування - це той же окисне фосфорилювання лише з однією відмінністю: реакції фотофосфорилування протікають в хлоропластах клітини під дією світла. АТФ утворюється під час світлової стадії фотосинтезу - основного процесу отримання енергії у зелених рослин, водоростей і деяких бактерій.
В процесі фотосинтезу все по тій же електронно-транспортного ланцюга проходять електрони, в результаті чого формується протонний градієнт. Концентрація протонів на одній зі сторін мембрани є джерелом синтезу АТФ. Збірка молекул здійснюється за допомогою ферменту АТФ-синтази.
У середньостатистичної клітці міститься 0,04% аденозинтрифосфату від всієї маси. Однак найбільше значення спостерігається в м'язових клітинах: 0,2-0,5%.
У клітці близько 1 млрд молекул АТФ.
Кожна молекула живе не більше 1 хвилини.
Одна молекула аденозинтрифосфату оновлюється в день 2000-3000 раз.
У сумі за добу організм людини синтезує 40 кг аденозинтрифосфату, і в кожен момент часу запас АТФ становить 250 м
висновок
Будова АТФ і біологічна роль його молекул тісно пов'язані. Речовина грає ключову роль в процесах життєдіяльності, адже в макроергічних зв'язках між фосфатними залишками міститься величезна кількість енергії. АТФ виконує безліч функцій в клітці, і тому важливо підтримувати постійну концентрацію речовини. Розпад і синтез йдуть з великою швидкістю, т. К. Енергія зв'язків постійно використовується в біохімічних реакціях. Це незамінна речовина будь-якої клітини організму. Ось, мабуть, і все, що можна сказати про те, яке будова має АТФ.
моносахариди(Прості цукри) складаються з однієї молекули, що містить від 3 до 6 атомів вуглецю. дисахариди - з'єднання, утворені з двох моносахаридів. Полісахариди є високомолекулярними речовинами, що складаються з великої кількості (від декількох десятків до декількох десятків тисяч) моносахаридів.
Різноманітні вуглеводи у великих кількостях містяться в організмах. Їх основні функції:
- Енергетична: саме вуглеводи служать основним джерелом енергії для організму. Серед моносахаридів це фруктоза, широко зустрічається в рослинах (перш за все в плодах), і особливо глюкоза (при розщепленні одного її грама виділяється 17,6 кДж енергії). Глюкоза міститься в плодах і інших частинах рослин, в крові, лімфі, тканинах тварин. З дисахаридів необхідно виділити сахарозу (тростинний або буряковий цукор), що складається з глюкози і фруктози, і лактозу (молочний цукор), утворену з'єднанням глюкози і галактози. Сахароза міститься в рослинах (в основному в плодах), а лактоза - в молоці. Вони грають найважливішу роль в харчуванні тварин і людини. Велике значення в енергетичних процесах мають такі полісахариди, як крохмаль і глікоген, мономером яких виступає глюкоза. Вони являють собою резервні речовини рослин і тварин відповідно. При наявності в організмі великої кількості глюкози вона використовується для синтезу цих речовин, які накопичуються в клітинах тканин і органів. Так, крохмаль у великих кількостях міститься в плодах, насінні, бульбах картоплі; глікоген - в печінці, м'язах. У міру необхідності дані речовини розщеплюються, поставляючи глюкозу в різні органи і тканини організму.
- Структурна: наприклад, такі моносахариди, як дезоксирибоза і рибоза, беруть участь у формуванні нуклеотидів. Різні вуглеводи входять до складу клітинних стінок (целюлоза у рослин, хітин у грибів).
Ліпіди (жири) - органічні речовини, нерозчинні у воді (гідрофобні), але добре розчиняються в органічних розчинниках (хлороформі, бензині та ін.). Їх молекула складається з гліцерину і жирних кислот. Різноманітність останніх і обумовлює різноманіття ліпідів. У мембранах клітин широко зустрічаються фосфоліпіди (містять, крім жирних, залишок фосфорної кислоти) і гліколіпіди (з'єднання ліпідів і сахаридов).
Опціїліпідів - структурна, енергетична і захисна.
Структурною основою клітинної мембрани виступає бімолекулярний (утворений з двох шарів молекул) шар ліпідів, в який вмонтовані молекули різноманітних білків.
При розщепленні 1 г жирів виділяється 38,9 кДж енергії, що приблизно вдвічі більше, ніж при розщепленні 1 г вуглеводів або білків. Жири можуть накопичуватися в клітинах різних тканин і органів (печінки, підшкірній клітковині у тварин, насінні у рослин), у великих кількостях утворюючи значний запас «палива» в організмі.
Володіючи поганою теплопровідністю, жири відіграють важливу роль у захисті від переохолодження (наприклад, шари підшкірного жиру у китів і ластоногих).
АТФ (аденозинтрифосфат). Він служить в клітинах універсальним енергоносієм. Енергія, що виділяється при розщепленні органічних речовин (жири, вуглеводи, білки і т. Д.), Не може використовуватися безпосередньо для виконання будь-якої роботи, а запасається спочатку в формі АТФ.
АТФ складається з азотистого підстави аденіну, рибози і трьох молекул (а точніше, залишків) фосфорної кислоти (рис. 1).
Рис. 1. Склад молекули АТФ
При відщепленні одного залишку фосфорної кислоти утворюється АДФ (аденозиндифосфат) і вивільняється близько 30 кДж енергії, яка витрачається на виконання будь-якої роботи в клітці (наприклад, скорочення м'язової клітини, процеси синтезу органічних речовин і т. Д.):
Так як запас АТФ в клітці обмежений, він постійно відновлюється за рахунок енергії, що виділяється при розщепленні інших органічних речовин; відновлення АТФ відбувається шляхом приєднання молекули фосфорної кислоти до АДФ:
Таким чином, в біологічному перетворенні енергії можна виділити два основних етапи:
1) синтез АТФ - запасання енергії в клітині;
2) вивільнення запасеної енергії (в процесі розщеплення АТФ) для здійснення роботи в клітці.
АТФ (аденозинтрифосфат) - органічна сполука з групи нуклеозидтрифосфатів, що грає головну роль в цілій низці біохімічних процесів, перш за все в забезпеченні клітин енергією.
Навігація по статті
Будова і синтез АТФ
АТФ є аденін, до якого приєднані три молекули ортофосфорної кислоти. Аденін входить до складу багатьох інших з'єднань, широко поширених в живій природі, в тому числі нуклеїнових кислот.
Виділення енергії, яка використовується організмом в самих різних цілях, відбувається в процесі гідролізу АТФ, що спричиняє появу однієї або двох вільних молекул фосфорної кислоти. У першому випадку АТФ перетворюється в аденозиндифосфат (АДФ), у другому - в аденозинмонофосфат (АМФ).
Синтез АТФ, в живому організмі відбувається за рахунок з'єднання аденозиндифосфата з фосфорною кислотою, може протікати кількома шляхами:
- Основний: окисне фосфорилювання, яке відбувається у внутрішньоклітинних органелах - мітохондріях, в процесі окислення органічних речовин.
- Другий шлях: субстратне фосфорилювання, що протікає в цитоплазмі і відіграє центральну роль в анаеробних процесах.
функції АТФ
АТФ не грає скільки-небудь помітної ролі в зберіганні енергії, виконуючи скоріше транспортні функції в клітинному енергетичному обміні. АТФ синтезується з АДФ і незабаром знову перетворюється в АДФ з виділенням корисної енергії.
Стосовно до хребетних тварин і людини основною функцією АТФ є забезпечення рухової активності м'язових волокон.
Залежно від тривалості зусилля, короткострокова це робота або тривала (циклічна) навантаження, енергетичні процеси досить сильно відрізняються. Але у всіх них найважливішу роль відіграє аденозинтрифосфат.
Структурна формула АТФ:
Крім енергетичної функції АТФ відіграє істотну роль у передачі сигналу між нервовими клітинами і інших міжклітинних взаємодіях, в регуляції дії ферментів і гормонів. Є одним з вихідних продуктів для синтезу протеїнів.
Скільки утворюється молекул АТФ при гліколізі і окисленні?
Час життя однієї молекули зазвичай становить не більше хвилини, так що в окремий момент вміст цієї речовини в організмі дорослої людини - близько 250 грам. При тому, що сумарна кількість аденозинтрифосфату, синтезується за добу, як правило порівняно з власною вагою організму.
Процес гліколізу проходить в 3 етапи:
- Підготовчий.
Вході це етапу молекул АТФ не утворюється - Анаеробний.
Утворюється 2 молекули АТФ. - Аеробний.
Під час нього відбувається окислення ПВК, піровиноградної кислоти. Утворюється 36 молекул АТФ з 1 молекули глюкози.
Всього в процесі гліколізу 1 молекули глюкози утворюється 38 молекул АТФ: 2 під час анаеробного етапу гліколізу, 36 при окисленні піровиноградної кислоти.
Нуклеозідполіфосфати. У всіх тканинах організму у вільному стані містяться moho-, ді-і трифосфати нуклеозидов. Особливо широко відомі аденінсодержащіе нуклеотиди - аденозин-5 -фосфат (АМР), аденозин-5 -діфосфат (ADP) і аденозин-5 -тріфосфат (АТР) (для цих сполук, поряд з наведеними скороченими позначеннями латинськими літерами, у вітчизняній літературі використовують скорочення відповідних російських назв - АМФ, АДФ, АТФ). У ряді біохімічних реакцій беруть участь такі нуклеотиди, як гуанозінтріфос-ват (GTP), урідінтріфосфат (UTP), цітідінтріфосфат (СТР). Їх дифосфатні форми позначаються відповідно GDP, UDP н СОР. Нуклеозйддіфосфати і нуклеозидтрифосфат часто об'єднують терміном нуклеозідполіфосфати. Все фосфорильовані нуклеозиди включаються в групу нуклеотидів, точніше, мононуклеотидів.
Значення мононуклеотидів надзвичайно великий. По-перше, мононуклеотиди, особливо нуклеозідполіфосфати, є коензим-мами багатьох біохімічних реакцій вони беруть участь в біосинтезі білків, вуглеводів, жирів і інших речовин. Велика роль їх пов'язана з наявністю запасу енергії, акумульованої в їх поліфосфатних зв'язках. Відомо також, що принаймні деякі нуклеозідполіфосфати в незначних концентраціях надають дію на складні функції, наприклад діяльність серця. По-друге, мононуклеотиди є структурними компонентами нуклеїнових кислот-високомолекулярних сполук, що визначають синтез білків і передачу спадкових ознак (вони вивчаються в біохімії)
АМФ АМФ
Аденозиндифосфат (АДФ)
АТФ (скор. АТФ, англ. АТР)
грають найважливішу роль в обміні речовин і енергій, т. к. приєднання фосфатних груп до АМФ супроводжується акумуляцією енергії (АДФ, АТФ - макроергічні сполуки), А їх відщеплення - виділенням енергії, використовуваної для різних процесів життєдіяльності (див. біоенергетика). У клітинах постійно відбуваються взаємоперетворення АТФ, АДФ і АМФ.
12. Протонна теорія кислот і підстав І. Бренстеда і Т. Лоурі.
Відповідно до теорії Бренстеда-Лоурі, Кислоти являють собою речовини, здатні віддавати протон (донори протона), а підстави - речовини, що приєднують протон (акцептори протона). Такий підхід відомий як протонна теорія кислот і основ (Протолітична теорія).
У загальному вигляді кислотно-основноевзаімодействіе описується рівнянням:
| + BH + | |||||
| A - H + B | A | ||||
кислота підставу поєднане сполучена підстава кислота
за Льюїсу, Кислотні та основні властивості органічних сполук оцінюються за здатністю приймати або надавати електронну пару з подальшим утворенням зв'язку. Атом, що приймає електронну пару, є акцептором електронів, а з'єднання, що містить такий атом, слід віднести до кислот. Атом, що надає електронну пару, є донором електронів, а з'єднання, що містить такий атом, - підставою.
Кислоти Льюїса - акцептори пари електронів; підстави Льюїса - донори пари електронів.
13 .Електронная теорія Льюїса. «Жорсткі» і «м'які» кислоти і підстави.
кислота - частка з незаповненою зовнішньої електронної оболонкою, здатна приймати пару електронів ( кислота \u003d Акцептор електронів).
підстава - частинки з вільною парою електронів, яку можна віддати для утворення хімічного зв'язку ( підставу \u003d Донор електронів).
До кислотам по Льюїсу відносяться: молекули, утворені атомами з незаповненою восьміелектронной оболонкою ( BF3, SO3); катіони-комплексообразователи ( Fe3 +, Co2 +, Ag +, Ін.); Галогеніди з ненасиченими зв'язками ( TiCl4, SnCl4); Молекули з поляризованими подвійними зв'язками ( CO2, SO2) та ін.
До підставах по Льюїсу відносять: молекули, що містять вільні електронні пари ( NH3, H2O); Аніони ( Сl-, F-); Органічні сполуки з подвійними і потрійними зв'язками (ацетон СН3СОСН3); Ароматичні сполуки (анілін С6Н5NH2, фенол С6Н5ОН).ПротонH + в теорії Льюїса є кислотою, (акцептор електронів), гідроксид іонOH- - підстава (донор електронів): НО (↓) + Н + ↔ АЛЕ (↓) Н.
Взаємодія між кислотою і підставою полягає в утворенні хімічного донорно-акцепторного зв'язку між реагують частіцамі.Реакція між кислотою і підставою в загальному вигляді: B (↓) підстава + Aкіслота↔D (↓) A.
Кислоти і підстави Льюїса.
Відповідно до теорії Льюїса, кислотно-основні властивості сполук визначаються їх здатністю приймати або віддавати пару електронів з утворенням нової зв'язку.
Кислоти Льюїса -акцептори пари електронів, підстави Льюїса - донори пари електронів.
Кислотами Льюїса можуть бути молекули, атоми чи катіони, що володіють вакантної орбиталью і здатні приймати пару електронів з утворенням ковалентного зв'язку. До кислот Льюїса відносяться галогеніди елементів II і III груп періодичної системи, галогеніди інших металів, що мають вакантні орбіталі, протон. Кислоти Льюїса в реакціях беруть участь в якості електрофільних реагентів.
Підставами Льюїса є молекули, атоми чи аніони, що мають неподеленную пару електронів, яку вони надають для утворення зв'язку з вакантною орбиталью. До підстав Льюїса відносяться спирти, прості ефіри, аміни, Тіоспирти, тіоефіри, а також сполуки, що мають p-зв'язку. У реакціях підстави Льюїса проявляють себе як нуклеофільниє частки.
Розвиток теорії Льюїса призвело до створення принципу жорстких і м'яких кислот і основ (принцип ЖМКО або принцип Пірсона). Згідно принципу Пірсона, кислоти і підстави поділяються на жорсткі і м'які.
Жорсткі кислоти -це кислоти Льюїса, донорні атоми яких малі за розміром, володіють великим позитивним зарядом, великий електронегативні і низькою поляризуемостью. До них відносяться: протон, іони металів (К +, Na +, Mg 2+, Ca 2+, Al 3+), AlCl 3 і ін.
М'які кислоти - -це кислоти Льюїса, донорні атоми яких мають великі розміри, велику здатність до поляризації, мають малий позитивним зарядом і низькою електронегативні. До них відносяться: іони металів (Ag +, Cu +), галогени (Br 2, I 2), катіони Br +, I + і ін.
Жорсткі підстави -підстави Льюїса, донорні атоми яких мають високу електронегативність, низькою поляризуемостью, мають малий радіус атома. До них відносяться: Н 2 О, ОН -, F -, Cl -, NO 3 -, ROH, NH 3, RCOO - і ін.
М'які підстави -підстави Льюїса, донорні атоми яких мають високу поляризуемостью, низькою електронегативні, мають великий радіус атома. До них відносяться: Н -, I -, C 2 H 4, C 6 H 6, RS - і ін.
Суть принципу ЖМКО полягає в тому, що жорсткі кислоти реагують з жорсткими підставами, м'які кислоти - з м'якими підставами
14. Склад, будова і види ізомерії у етиленових вуглеводнів. Фізичні властивості. Реакції полімеризації; механізми реакції полімеризації. Окислення кислородсодержащими окислювачами і біологічне окислення.
Склад, будова і види ізомерії у етиленових вуглеводнів
Алкени, або олефіни, Етиленові - ненасичені вуглеводні, в молекулах яких між вуглецевими атомами є один подвійний зв'язок. (Слайд 3) Алкени містять у своїй молекулі менше число водневих атомів, ніж відповідні їм алкани (з тим же числом вуглецевих атомів), тому такі вуглеводні називають неграничні або ненасиченими. Алкени утворюють гомологічний ряд із загальною формулою C n H 2n.
Найпростішим представником етиленових вуглеводнів, його родоначальником є \u200b\u200bетилен (етен) З 2 Н 4. Будова його молекули можна виразити такими формулами:
За назвою першого представника цього ряду такі вуглеводні називають етиленовими.
У алкенів атоми вуглецю знаходяться в другому валентних станів (sр 2-гібридизація). (Слайд 4) В цьому випадку між вуглецевими атомами виникає подвійний зв'язок, що складається з однієї s- і однієї p-зв'язку. Довжина і енергія подвійного зв'язку рівні відповідно 0,134 нм і 610 кДж / моль.Все валентні кути НСН близькі до 120º.
Для алкенів характерні два види ізомерії: структурна і просторова. (Слайд 5)
Види структурної ізомерії:
· Ізомерія вуглецевого скелета
· Ізомерія положення подвійного зв'язку
· Межклассовая ізомерія
Геометрична ізомерія - один з видів просторової ізомерії. Ізомери, у яких однакові заступники (при різних вуглецевих атомах) розташовані по одну сторону від подвійного зв'язку, називають цис-ізомерами, а по різні - транс-ізомерами:
Фізичні властивості
За фізичними властивостями Етиленові вуглеводні близькі до алканів. При нормальних умовах вуглеводні C 2 -C 4 - гази, C 5 -C 17 - рідини, вищі представники - тверді речовини. Температура їх плавлення і кипіння, а також щільність збільшуються з ростом молекулярної маси. Все олефіни легше води, погано розчинні в ній, проте розчинні в органічних розчинниках.
Реакції полімеризації; механізми реакції полімеризації.
Однією з найбільш важливих в практичному відношенні реакцій ненасичених сполук (або олефінів) є полімеризація. Реакцією полімеризації називається процес утворення високомолекулярних з'єднання (полімеру) шляхом з'єднання один з одним молекул вихідного низькомолекулярного з'єднання (мономера). При полімеризації подвійні зв'язку в молекулах вихідного непредельного з'єднання "розкриваються", і за рахунок утворюються вільних валентностей ці молекули з'єднуються один з одним.
Залежно від механізму реакції полімеризації буває двох видів:
1) радикальна, або ініційована та
2) іонна, або каталітична. "
"Радикальна полімеризація викликається (ініціюється) речовинами, здатними в умовах проведення реакції розпадатися на вільні радикали - наприклад, пероксидамі, а також дією тепла і світла.
Розглянемо механізм радикальної полімеризації.
CH 2 \u003d CH 2 - R ˙ ® R-CH 2 -CH 2 - C2H4 ® R-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2
На початковій стадії радикал-ініціатор атакує молекулу етилену, викликаючи при цьому гомолитически розщеплення подвійного зв'язку, приєднується до одного з атомів вуглецю і утворює новий радикал. Утворений радикал атакує далі наступну молекулу етилену і по зазначеному шляху призводить до нового радикалу, що викликає подальші аналогічні перетворення вихідної сполуки.
Як видно, зростаюча частка полімеру аж до моменту стабілізації являє собою вільний радикал. Радикал-ініціатор входить до складу молекули полімеру, утворюючи його кінцеву групу.
Обрив ланцюга відбувається або при зіткненні з молекулою регулятора росту ланцюга (їм може бути спеціально доданий речовина, легко віддає атом водню або галогену), або шляхом взаємного насичення вільних валентностей двох зростаючих полімерних ланцюгів з утворенням однієї полімерної молекули. "
Іонна або каталітична полімеризація
"Іонна полімеризація відбувається завдяки утворенню з молекул мономера реакцінноспособних іонів. Саме від назви зростаючої частки полімеру в процесі реакції відбуваються назви полімеризації - катионная і аніонна.
Іонна полімеризація (катионная)
Каталізаторами катионной полімеризації є кислоти, хлориди алюмінію, бору і т.д. Каталізатор зазвичай регенерується і не входить до складу полімеру.
Механізм катионной полімеризації етилену в присутності кислоти як каталізатора можна представити таким чином.
CH 2 \u003d CH 2 - H + ® CH 3 -CH 2 + - C2H4 ® CH 3 -CH 2 -CH 2 -C + H 2 і т.д.
Протон атакує молекулу етилену, викликаючи розрив подвійного зв'язку, приєднується до одного з атомів вуглецю і утворює карбонієвого катіон або карбкатион.
Представлений тип розпаду ковалентного зв'язку називається гетеролітичні розщепленням (з грецького heteros - інший, різний).
Утворений карбкатион атакує далі наступну молекулу етилену і аналогічним чином призводить до нового карбкатион, що викликає подальші перетворення вихідної сполуки.
Як видно, зростаючої часткою полімеру є карбкатион.
Елементна осередок поліетилену представляється в такий спосіб:
Обрив ланцюга може статися внаслідок захоплення зростаючим катионом відповідного аніону або з втратою протона і освітою кінцевої подвійного зв'язку.
Іонна полімеризація (аніонна)
Каталізаторами анионной полімеризації є деякі металлорганические з'єднання, аміди лужних металів і т.д.
Механізм анионной полімеризації етилену під впливом металлалкілов представляється в такий спосіб.
CH 2 \u003d CH 2 - R-M ® - M + - C2H4 ® - M + і т.д.
Металлалкіл атакує молекулу етилену і під її впливом здійснюється дисоціація металлалкіла на катіон металу і алкіл-аніон. Утворений алкіл-аніон, викликаючи гетеролітичні розщеплення p- зв'язку в молекулі етилену, приєднується до одного з атомів вуглецю і дає новий карбонієвого аніон або карбаніони, стабілізує катіоном металу. Утворений карбаніони атакує наступну молекулу етилену і по зазначеному шляху призводить до нового карбаніони, що викликає подальші аналогічні перетворення вихідної сполуки в полімерний продукт із заданим ступенем полімеризації, тобто із заданим числом мономірних ланок.
Зростаюча частка полімеру, як видно, є карбаніони.
Елементна осередок поліетилену представляється в такий спосіб: (CH 2 -CH 2). "
