כימיה ביו-אורגנית

HOH הוא מדע החוקר את התפקוד הביולוגי של חומרים אורגניים בגוף.

HOB צמח במחצית השנייה של המאה העשרים. מטרות המחקר שלה הם ביו-פולימרים, ביולוגי-רגולטורים ומטבוליטים בודדים.

ביופולימרים הם תרכובות טבעיות מולקולריות גבוהות המהוות את הבסיס לכל האורגניזמים. אלו הם פפטידים, חלבונים, פוליסכרידים, חומצות גרעין (NA), שומנים וכו'.

ביורוגולטורים הם תרכובות המווסתות כימית את חילוף החומרים. אלו ויטמינים, הורמונים, אנטיביוטיקה, אלקלואידים, תרופות וכו'.

הכרת המבנה והמאפיינים של ביו-פולימרים וביו-רגולטורים מאפשר להבין את מהותם של תהליכים ביולוגיים. לפיכך, ביסוס מבנה החלבונים וה-NA אפשרו לפתח רעיונות לגבי הביוסינתזה של חלבון המטריצה ​​ותפקידו של NA בשימור והעברת מידע גנטי.

ל-HOC תפקיד חשוב בביסוס מנגנון הפעולה של אנזימים, תרופות, תהליכי ראייה, נשימה, זיכרון, הולכה עצבית, כיווץ שרירים וכו'.

הבעיה העיקרית של HOC היא להבהיר את הקשר בין המבנה ומנגנון הפעולה של תרכובות.

HBO מבוסס על חומר כימיה אורגנית.

הרצאה 1

איזומריזם של תרכובות אורגניות

נכון לעכשיו, ישנם ~ 16 מיליון חומרים אורגניים.

סיבות למגוון של חומרים אורגניים.

1. חיבורים של אטומי C זה עם זה ועם אלמנטים אחרים של המערכת המחזורית של ד' מנדלייב. במקרה זה נוצרות שרשראות ומחזורים:

שרשרת ישרה שרשרת מסועפת

2. הַכלָאָה- יישור של ענני אלקטרונים בצורה ואנרגיה. אטום C יכול להיות בשלושה מצבים היברידיים: sp היא תצורה ליניארית, sp 2 היא תצורה משולשת, sp 3 היא תצורה טטרהדרלית.

3. הומולוגיה- זהו קיומם של חומרים בעלי תכונות דומות, כאשר כל חבר בסדרה ההומולוגית שונה מהקודמת בקבוצה
-CH 2 -. לדוגמה, הסדרה ההומולוגית של פחמימנים רוויים:

4. איזומריזם- זהו קיומם של חומרים בעלי אותו הרכב איכותי וכמותי, אך מבנה שונה.

א.מ. באטלרוב (1861) יצר תיאוריה של מבנה תרכובות אורגניות, המשמשת עד היום כבסיס המדעי של הכימיה האורגנית.

ההוראות העיקריות של התיאוריה של המבנה של תרכובות אורגניות:

1) אטומים במולקולות מחוברים זה לזה בקשרים כימיים בהתאם לערך שלהם;

2) אטומים במולקולות של תרכובות אורגניות מחוברים זה לזה ברצף מסוים, הקובע את המבנה הכימי של המולקולה;

3) התכונות של תרכובות אורגניות תלויות לא רק במספר ובאופי האטומים המרכיבים שלהן, אלא גם במבנה הכימי של המולקולות;

4) במולקולות יש השפעה הדדית של אטומים, גם מחוברים וגם לא קשורים זה לזה באופן ישיר;

5) ניתן לקבוע את המבנה הכימי של חומר כתוצאה מחקר התמורות הכימיות שלו, ולהפך, ניתן לאפיין את תכונותיו על ידי מבנה החומר.

הבה נבחן כמה הוראות של התיאוריה של המבנה של תרכובות אורגניות.

מה הסיבה למגוון החומרים? עזרה בדחיפות, מחר זה כימיה, אבל אני לא מוצא את התשובה לשאלה הזו! וקיבל את התשובה הטובה ביותר

תשובה מאת חמניות[גורו]
הסיבות למגוון החומרים האורגניים: מבנה כימי, הרכב יסודי (איכותי). דוגמאות לפחמימנים ותרכובות אורגניות מחומצנות
חומרים אורגניים כוללים חומרים המכילים פחמן, הנוצרים בעיקר באורגניזמים חיים. כיום ניתן להשיג חומרים אורגניים רבים באופן מלאכותי במעבדה. מספר רב של תרכובות אורגניות שלא נמצאו בטבע סונתזו.
המספר הכולל של חומרים אורגניים ידועים עולה על 10 מיליון, בעוד שמספר החומרים האנאורגניים הוא כ-100 אלף. מגוון כזה של תרכובות אורגניות קשור ליכולתם של אטומי פחמן להתאחד בשרשראות באורכים שונים. קשרים בין אטומי פחמן יכולים להיות בודדים ומרובים: כפול, משולש. במקרה זה, לחומרים יכולים להיות אותה נוסחה מולקולרית, אך מבנה ומאפיינים שונים (תופעה זו נקראת איזומריזם).
הרכב החומרים האורגניים כולל פחמן, מימן, חמצן, כמו גם חנקן, זרחן, גופרית. בנוסף, ניתן לכלול כמעט כל אלמנט.
פחמימנים הם חומרים המורכבים משני יסודות: פחמן ומימן.
מתאן (הוא נקרא גם ביצה, גז מכרה, מכיוון שהוא נוצר במהלך פירוק שאריות אורגניות בתחתית ביצות, ומשתחרר גם מתפרי פחם במכרות). מורכב מאטום פחמן אחד המחובר בקשרים קוולנטיים עם ארבעה אטומי מימן. נוסחה מולקולרית של CH4. נוסחת המבנה מציגה את סדר הקשרים של האטומים במולקולה:
ח
ל
ח-כ-ה
ל
H הזווית בין הקשרים היא 120º (זוגות האלקטרונים היוצרים את הקשר דוחים זה את זה וממוקמים במרחק המרבי זה מזה).
אצטילן C2H2 מכיל קשר משולש:
H–C ≡ C–H
דוגמה לחומרים אורגניים המכילים חמצן היא מתיל (עץ) אלכוהול CH3OH (שם שיטתי מתנול),
אלכוהול אתילי C2H5OH (אתנול),
חומצה אצטית CH3COOH
תשובה מוכנה בכיתה.

תשובה מאת יוידור סידורוב[גורו]
העובדה שגם בתנאים יבשתיים, מולקולות יכולות להשתלב במספר רב בלתי נתפס של שילובים ביניהן. ואם ניקח את היכולות שלהם בשמש הלא מאוד חמה שלנו? האם זה סט בלתי מתקבל על הדעת פי מיליארד? ואם ניקח את השמשות החמות של גלקסיות אחרות? ומה אם שמשות חמות עוד יותר של יקומים אחרים? א? זהו זה.

תשובה מאת -=TeRNoL=-[חדש]
הסיבה היא בשרשראות מולקולריות שונות כמו)

השיעור יבחן סוגי סריג קריסטל, סוגי מצבי חומר צבירה ומוצקים בעלי מבנה גבישי. המושג פולימורפיזם ואלוטרופיה מוצג.

א. חזרה

חזרה מהקורס בכיתה ח':

II. מגוון חומרים בסביבה

כיום ידועים יותר מ-100 יסודות כימיים. הם יוצרים יותר מ-400 חומרים פשוטים וכמה מיליונים מתוך מגוון רחב של תרכובות כימיות מורכבות. מהן הסיבות למגוון הזה?

1. איזוטופיה של יסודות ותרכובותיהם

איזוטופים - מגוון אטומים של אותו יסוד כימי, הנבדלים זה מזה רק במסה שלהם.

לדוגמה, לאטום מימן יש שלושה איזוטופים: 1 1 H - פרוטיום, 1 2 H (D) - דאוטריום ו-1 3 H (T) - טריטיום. הם יוצרים חומר מורכב עם חמצן - מים בהרכבים שונים: מים טבעיים רגילים - H 2 O, מים כבדים - D 2 O (הכלולים במים טבעיים ביחס H: D \u003d 6900: 1).

איזוברים , אטומים של יסודות כימיים שונים בעלי מסה זהה A.

גרעיני איזובר (בכימיה) מכילים מספר שווה של נוקלונים, אך מספר שונה של פרוטונים Z ונויטרונים N.

לדוגמה, אטומים 4 10 Be, 5 10 B, 6 10 C מייצגים שלושה איזוברים (בכימיה) כאשר A = 10.

2. אלוטרופיה

אלוטרופיה - תופעת קיומו של יסוד כימי בצורת מספר חומרים פשוטים (שינויים אלוטרופיים או שינויים אלוטרופיים).

לדוגמה, אטום החמצן מתרחש כחמצן ואוזון.

הגדרת אודיו: "אלוטרופיה"

אלוטרופיה היא הסבר של חומר משותף שונה של חומר או הבדל בזעקה שלהם הפכה ללי-צ'ה-רה-שט-קה. קיס-לו-רוד ואוזון - אל-לו-טרופ מו-די-פי-קה-טיון היי-מי-צ'ה-סקו-גו אלמנט-טה קיס-לו-רו-דה. Coal-le-rod ob-ra-zu-et gra-fit, יהלום, פול-le-ren, car-bin. גזעי האטומים בקריס-הפך-אם-צ'ה-סריג-קאה שונים, ובדרך זו הם מביאים לידי ביטוי את הסטווה השונה שלהם. לפוס-פו-רה יש חומרים כל-לו-טרופיים - זרחן אדום, לבן ושחור. אל-לו-טרו-פיה הא-רק-טר-נא ולמתכות. לדוגמה, ברזל-לה-זו יכול להתקיים בצורה של α, β, δ, γ.

ט-קו-כבוד של חומרים אמורפיים

אחת התכונות, על פי כמה עין, גופים אמורפיים מגופים נוזליים, היא נזילותם. אם אתה שם קו-סו-צ'ק של שרף על משטח מחומם, אז זה יגדל בהדרגה לאורך המשטח הזה.

צְמִיגוּת- זוהי היכולת להתנגד ל-re-re-me-sche-ing של חלקים מסוימים בגוף מ-no-si-tel-אבל אחרים עבור נוזלים וגזים: ככל שהוא גבוה יותר, כך קשה יותר לשנות צורת הגוף. שמשות חלונות הן חומרים אמורפיים אופייניים. תיאו-רה-טי-צ'ה-סקי הם צריכים לזרום למטה במדרגה-עט-אבל. אבל הצמיגות של הזכוכית היא you-so-kai, וניתן להזניח את ה-de-for-ma-qi-it שלה. צמיגות הזכוכית גבוהה פי 1000 בערך מצמיגות השרף. עבור השנה, ה-de-for-ma-tion של הזכוכית הוא 0.001%. במשך 1000 שנים, העיוות של הזכוכית הוא 1%.

תלות של מצב הצבירה בסדר המיקום לטווח ארוך וקצר

בגלל-vi-si-mo-sti מלחץ וטמפ-pe-ra-tu-ry, כל הדברים יכולים להתקיים ב-ag-re-gat אישיים שונים במאות-i-ni-yah: בית מוצק, נוזלי -com, גז-בערך-שונה או בצורה של פלזמה. בנושאים נמוכים-פ-רה-טו-רח ואתה-עם-מי-דב-לניי כל הדברים קיימים בבית הסולידי אג-רה-גת-נום קו-מאה-אי-ניי. הרכב מוצק ונוזל של חומרים on-zy-va-yut con-den-si-ro-van-nym.

במוצקים, החלקים הם דיס-לה-גה-יוט-שיה-קומפקטי-אבל, בדה-לן-נום מסויים ברצף. ב-za-vi-si-mo-sti מה-step-pe-no דגש-ל-chen-no-sti חלקיקים במוצקים מגדירים 2-פאזי co-sto-i-niya: cri-steal-li-che-skoe ו גָלוּם. אם החלקים ממוינים בצורה כזו שיש איזשהו גן עדן בין החלקים השכנים דו-צ'ן-נס במירוץ-ל-לו-זהה, כלומר: במרוץ מאה יאן-נוה-סטו-י-טיון והזוויות ביניהן, כזה יב-לה-ני על-זי-ויוט על-אם כמעט-לא-ללכת ברצף במירוץ-by-lo-same-nii.אורז. א.

א ב

אורז. 1. האם יש קרוב-קרוב ורחוק-קרוב ברצף במירוץ של חלקיקים

אם, לעומת זאת, חלקי הגזע הם, באותו אופן, בצורה כזו שהדגש על ה near-zhay-shi-mi with-se-dya-mi, ובדרך-זמני-עד למירוצים הגדולים-מאה-i-ni-yah, זה על-זי-ו-יוט על-אם-צ'י רחוק ברצף. אורז. ב.

דוגמאות לחומרים אמורפיים

גוף אמורפי(מהיוונית א - לא, מורפה - צורה) - שד-צורה-גברים-חומרים. בהם, יש רק הקרוב בשורה ואין מרחק בשורה.

דוגמאות לגופים אמורפיים מצורפות באיור. 2.

אורז. 2. גופים אמורפיים

זה שעווה, זכוכית-לו, פל-סטי-לין, שרף, שו-קו-לד.

תכונות של חומרים אמורפיים

• יש להם רק שורת רציפים קרובה (כמו בנוזלים).
• מצב ag-re-gat-noe מוצק בתנאים רגילים.
• אין נושא-pe-ra-tu-ry ברור צף. שחייה ב-in-ter-va-le tem-pe-ra-tour.

חומרים גבישיים

V קרי-הפך-לי-צ'ה-סקוםהגוף נמצא גם קרוב וגם רחוק בשורה. אם אתה חושב-len-אבל מחבר נקודות חוט שמציינות שורות-cha-th-th, עדיף לקרוא מסגרת מרחבית, השם של מישהו -va-et-sya kri-became-li-che-sky re-shet-coy . נקודות, בכמה פעמים-me-sche-אנחנו חלקים - יונים, אטומים או mo-le-ku-ly - na-zy-va-yut knots-la-mi cri-be-whether -che-sky re-shet -ki (איור 3). חלקים אינם קבועים בצורה נוקשה-si-ro-va-ny בצמתים, הם יכולים לרעוד מעט מבלי לברוח מהנקודות הללו. תלוי באילו חלקים נמצאים on-ho-dyat-sya בצמתים של cri-be-li-che-re-shet-ki, you-de-la-ut סוגיו (טבלה 1).

אורז. 3. קרי-הפך-לי-צ'ה-סקי מחדש-שט-קה

תלות של מאפיינים בסוג סריג הגביש

תכונות פיזיקליות של חומרים עם סוגים שונים של ti-pa-mi cri-become-li-che-re-she-current

שולחן 1. תכונות פיזיקליות של חומרים

ישנם מספר תת-סוגים של גזעי קרי-הפך-צ'ה-סקי מחדש-היא-נוכחיים, שונים-צ'ה-יו-שצ'י-סיה-לא-לא-לא אוכלים אטומים בחלל.

בחומרים עם אטומי, יוני, מתכת-לי-צ'ה-קרי-פלדה-לי-צ'ה-רה-שט-קה-מי אין מו-לה-קול - זה חומרים nemo-le-ku-lar-nye.חומרים מו-לה-קו-לאר-ניי- עם mo-le-ku-lyar-noy kri-became-li-che-re-shet-coy.

רב צורתיות

רב צורתיות - זו תופעה, עם כמה חומרים מורכבים אחד-על-אחד-מ-מאה-וה יש קרי-be-li-che-re-shet-ki שונה.

למשל פיריט ומאר-קה-זיטה. הצורה-מו-לה שלהם היא FeS2. -stva-mi. אנא-היגיון-אבל, שונה-אישי-מי-פי-צי-צ'ה-סקי-מי-מאפיינים-מי-אוב-לה-דה-יוט-מי-נ-רה-לי קו-סטה-ווה CaCO3: ara- go-nit, שיש, iceland spar, גיר.

חומרים אורגניים כוללים חומרים המכילים פחמן, הנוצרים בעיקר באורגניזמים חיים. כיום ניתן להשיג חומרים אורגניים רבים באופן מלאכותי במעבדה. מספר רב של תרכובות אורגניות שלא נמצאו בטבע סונתזו.

המספר הכולל של החומרים האורגניים הידועים עולה על 10 מיליון, בעוד שמספר החומרים האנאורגניים הוא כ-100 אלף. מגוון כזה של תרכובות אורגניות קשור היכולת של אטומי פחמן ליצור שרשראות באורכים שונים. קשרים בין אטומי פחמן יכולים להיות בודדים ומרובים: כפול, משולש. במקרה זה, לחומרים יכולים להיות אותה נוסחה מולקולרית, אך מבנה ומאפיינים שונים (תופעה זו נקראת איזומריזם).

הרכב החומרים האורגניים כולל פחמן, מימן, חמצן, כמו גם חנקן, זרחן, גופרית. בנוסף, ניתן לכלול כמעט כל אלמנט.

פחמימנים- חומרים המורכבים משני יסודות: פחמן ומימן.

מתאן (הוא נקרא גם ביצה, גז מכרה, מכיוון שהוא נוצר במהלך פירוק שאריות אורגניות בתחתית ביצות, ומשתחרר גם מתפרי פחם במכרות). מורכב מאטום פחמן אחד המחובר בקשרים קוולנטיים עם ארבעה אטומי מימן. נוסחה מולקולרית CH 4 . נוסחת המבנה מציגה את סדר הקשרים של האטומים במולקולה:
ח
ל
ח-כ-ה
ל
ח

כדי להרכיב נכון את הנוסחאות המבניות של חומרים אורגניים, אתה צריך לזכור את זה אטומי פחמן יוצרים 4 קשרים כל אחד, המיוצג על ידי מקפים (כלומר, הערכיות של פחמן במספר הקשרים היא ארבע. בכימיה אורגנית, הערכיות לפי מספר הקשרים משמשת בעיקר).

בכיתות י'-י"א חוקרים שלמולקולת המתאן יש צורה של פירמידה משולשת - טטרהדרון, כמו הפירמידות המצריות המפורסמות.

אתילן C 2 H 4 מורכב משני אטומי פחמן המחוברים בקשר כפול:

הזווית בין הקשרים היא 120º (זוגות האלקטרונים היוצרים את הקשר דוחים זה את זה וממוקמים במרחק המרבי זה מזה).

אצטילן C 2 H 2 מכיל קשר משולש:
H–C ≡ C–H

לדוגמא מחומצןחומרים אורגניים יכולים להיקרא מתיל (עץ) אלכוהול CH 3 OH (שם שיטתי מתנול),

אלכוהול אתילי C 2 H 5 OH (אתנול),

חומצה אצטית CH 3 COOH

(שארית החומצה של חומצה אצטית CH 3 COO - בדרך כלל נמצאת בשורה התחתונה של טבלת המסיסות, אז אם שכחת את הנוסחה, קח את טבלת המסיסות - היא צריכה להיות בבחינה - והוסיפו מימן לשארית החומצה)

גורמים למגוון רחב של חומרים. הודות לקיומם של יותר מ-100 סוגי אטומים ויכולתם להתחבר זה לזה בכמויות וברצפים שונים, נוצרו מיליוני חומרים. ביניהם חומרים ממקור טבעי. אלה הם מים, חמצן, שמן, עמילן, סוכרוז ועוד רבים אחרים.

הודות להתקדמות בכימיה, ניתן היה ליצור חומרים חדשים גם בעלי תכונות קבועות מראש. חומרים כאלה מוכרים גם לכם. זהו פוליאתילן, הרוב המכריע של התרופות, גומי מלאכותי - החומר העיקרי בהרכב הגומי, ממנו עשויים צמיגי אופניים ורכב. מכיוון שיש הרבה חומרים, היה צורך איכשהו לחלק אותם לקבוצות נפרדות.

החומרים מחולקים לשתי קבוצות - פשוטים ומורכבים.

חומרים פשוטים. ישנם חומרים בהיווצרותם שמשתתפים בהם אטומים מסוג אחד בלבד, כלומר יסוד כימי אחד. בואו נשתמש בטבלת ההתייחסות. 4 (ראה עמ' 39) ושקול דוגמאות. מהאטומים של היסוד הכימי אלומיניום הנתון בו, נוצר חומר פשוט אלומיניום. חומר זה מכיל רק אטומי אלומיניום. כמו אלומיניום, החומר הפשוט ברזל נוצר רק מהאטומים של יסוד כימי אחד - ברזל. שימו לב ששמות החומרים נכתבים בדרך כלל באות קטנה, ויסודות כימיים - באות גדולה.

חומרים הנוצרים על ידי אטומים של יסוד כימי אחד בלבד נקראים פשוטים.

חמצן הוא גם חומר פשוט. עם זאת, החומר הפשוט הזה שונה מאלומיניום וברזל בכך שאטומי החמצן שמהם הוא נוצר מחוברים שניים במולקולה אחת. החומר העיקרי בהרכב השמש הוא מימן. זהו חומר פשוט, שהמולקולות שלו מורכבות משני אטומי מימן.

חומרים פשוטים מורכבים מאטומים או מולקולות. מולקולות של חומרים פשוטים שנוצרו משני אטומים או יותר של יסוד כימי אחד.

חומרים מורכבים. ישנם מאות חומרים פשוטים, בעוד שיש מיליוני חומרים מורכבים. הם מורכבים מאטומים של יסודות שונים. ואכן, המולקולה של החומר המורכב של מים מכילה אטומי מימן וחמצן. מתאן מורכב מאטומי מימן ופחמן. שימו לב שהמולקולות של שני החומרים מכילות אטומי מימן. למולקולת מים יש אטום חמצן אחד, אבל למולקולת מתאן יש אטום פחמן אחד.

הבדל כל כך קטן בהרכב המולקולות והבדל כל כך גדול בתכונות! מתאן הוא חומר דליק, מים אינם נשרפים ומשמשים לכיבוי שריפות.

החלוקה שלאחר מכן של חומרים לקבוצות היא החלוקה לחומרים אורגניים ולא אורגניים.

חומרים אורגניים. שמה של קבוצת חומרים זו מגיע מהמילה אורגניזם ומתייחס לחומרים מורכבים שהתקבלו לראשונה מאורגניזמים.

כיום ידועים יותר מ-10 מיליון חומרים אורגניים, ולא כולם ממקור טבעי. דוגמאות לחומרים אורגניים הם חלבונים, שומנים, פחמימות, העשירים במזון (איור 20).

חומרים אורגניים רבים נוצרו על ידי האדם במעבדות. אבל עצם השם "חומר אורגני" נשמר. כעת הוא משתרע כמעט על כל החומרים המורכבים המכילים אטומי פחמן.

חומרים אורגניים הם חומרים מורכבים שהמולקולות שלהם מכילות אטומי פחמן.

חומרים אנאורגניים. שאר החומרים המורכבים שאינם קשורים לאורגניים נקראים חומרים אנאורגניים. כל החומרים הפשוטים הם אנאורגניים. חומרים אנאורגניים הם פחמן דו חמצני, סודה לשתייה ועוד כמה.

בגופי הטבע הדומם שולטים חומרים אנאורגניים; בגופי הטבע החי, רוב החומרים הם אורגניים. על איור. 21 מתאר גופים בעלי טבע דומם וגופים מעשה ידי אדם. הם נוצרים מחומרים אנאורגניים (איור 21, א-ד), או עשויים מחומרים אורגניים ממקור טבעי שנוצרו באופן מלאכותי על ידי האדם (איור 21, ד-ה).

מולקולת סוכרוז אחת מורכבת מ-12 אטומי פחמן, 22 אטומי מימן, 11 אטומי חמצן. הרכב המולקולה שלה מסומן בסימון C12H22O11. כאשר נשרף, נצרך) הסוכרוז הופך לשחור. הסיבה לכך היא שמולקולת הסוכרוז מתפרקת לחומר פשוט פחמן (יש לו צבע שחור) ולחומר מורכב מים.

תהיה איש שמירה

חומרים אורגניים (פוליאתילן) משמשים לייצור מגוון חומרי אריזה, כגון בקבוקי מים לדשא, שקיות וכלי שולחן חד פעמיים. הם חזקים, קלים, אך אינם נתונים להרס בטבע, ולכן מזהמים את הסביבה. שריפת מוצרים אלה מזיקה במיוחד, שכן במהלך הבעירה שלהם נוצרים חומרים רעילים.

הגן על הטבע מפני זיהום כזה - לזרוק אותם לאש של מוצרי פלסטיק, לאסוף אותם במקומות ייעודיים במיוחד. ייעץ לקרובים ולחברים שלך להשתמש בחבילות ביולוגיות, Bioware, שמתפרקות עם הזמן מבלי לפגוע בטבע.