شیمی بیورگانیک (BOC)، اهمیت آن در پزشکی. شیمی بیورگانیک برای دانشجویان پزشکی هدف و اهداف رشته تحصیلی

علم شیمی- علم ساختار، خواص مواد، تبدیل آنها و پدیده های همراه.

وظایف:

1. مطالعه ساختار ماده، توسعه نظریه ساختار و خواص مولکول ها و مواد. ایجاد ارتباط بین ساختار و خواص مختلف مواد و بر این اساس، ساختن نظریه هایی در مورد واکنش پذیری یک ماده، سینتیک و مکانیسم واکنش های شیمیایی و پدیده های کاتالیزوری مهم است.

2. اجرای سنتز هدفمند مواد جدید با خواص مشخص. در اینجا همچنین یافتن واکنش‌ها و کاتالیزورهای جدید برای سنتز مؤثرتر ترکیبات شناخته شده و مهم صنعتی مهم است.

3. وظیفه سنتی شیمی اهمیت ویژه ای پیدا کرده است. هم با افزایش تعداد اجسام و خواص شیمیایی مورد مطالعه و هم با نیاز به تعیین و کاهش پیامدهای تأثیر انسان بر طبیعت همراه است.

شیمی یک رشته نظری عمومی است. این طراحی شده است به دانش آموزان یک درک علمی مدرن از ماده به عنوان یکی از انواع مواد متحرک، در مورد راه ها، مکانیسم ها و روش های تبدیل برخی از مواد به مواد دیگر. آگاهی از قوانین اساسی شیمی، تسلط بر تکنیک های محاسبات شیمیایی، درک فرصت های ارائه شده توسط شیمی با کمک سایر متخصصان شاغل در زمینه های فردی و محدود آن، دستیابی به نتیجه مطلوب را در زمینه های مختلف مهندسی و فعالیت علمی به میزان قابل توجهی سرعت می بخشد.

صنایع شیمیایی یکی از صنایع مهم کشور ما می باشد. ترکیبات شیمیایی، ترکیبات و مواد مختلفی که تولید می کند در همه جا استفاده می شود: در مهندسی مکانیک، متالورژی، کشاورزی، ساخت و ساز، صنایع برق و الکترونیک، ارتباطات، حمل و نقل، فناوری فضایی، پزشکی، زندگی روزمره و غیره. صنایع شیمیایی مدرن عبارتند از: تولید ترکیبات و مواد جدید و افزایش کارایی صنایع موجود.

که در دانشکده پزشکیدانشجویان شیمی عمومی، بیو ارگانیک، بیولوژیکی و همچنین بیوشیمی بالینی را مطالعه می کنند. دانش دانشجویان از مجموعه علوم شیمی در تداوم و ارتباط متقابل آنها فرصت بیشتر، زمینه تحقیق و استفاده عملی از پدیده ها، خواص و الگوهای مختلف را فراهم می کند و به رشد فردی کمک می کند.

ویژگی های خاصتحصیل در رشته های شیمی در دانشگاه پزشکی عبارتند از:

· وابستگی متقابل بین اهداف شیمیایی و آموزش پزشکی;

· جهانی بودن و اساسی بودن این دوره ها.

· ویژگی ساخت محتوای آنها بسته به ماهیت و اهداف کلی آموزش پزشک و تخصص او.

· وحدت مطالعه اجسام شیمیایی در سطوح خرد و کلان با افشای اشکال مختلف سازمان شیمیایی آنها به عنوان یک سیستم واحد و عملکردهای متفاوتی که از خود نشان می دهد (شیمیایی، بیولوژیکی، بیوشیمیایی، فیزیولوژیکی و غیره) بسته به آنها طبیعت، محیط و شرایط؛

· وابستگی به ارتباط دانش و مهارت های شیمیایی با واقعیت و عمل از جمله عمل پزشکی در سیستم «جامعه - طبیعت - تولید - انسان» به دلیل امکانات نامحدود شیمی در ایجاد مواد مصنوعی و اهمیت آنها در پزشکی. ، توسعه نانوشیمی و همچنین در حل مسائل محیطی و بسیاری موارد دیگر مشکلات جهانیبشریت.

1. رابطه بین فرآیندهای متابولیک و انرژی در بدن

فرآیندهای زندگی در زمین تا حد زیادی با تجمع انرژی خورشیدی در مواد مغذی - پروتئین ها، چربی ها، کربوهیدرات ها و تبدیل بعدی این مواد در موجودات زنده با آزاد شدن انرژی تعیین می شود. درک رابطه بین دگرگونی های شیمیایی و فرآیندهای انرژی در بدن به ویژه پس از آن به وضوح درک شد آثار A. Lavoisier (1743-1794) و P. Laplace (1749-1827).آنها با اندازه گیری های کالریمتری مستقیم نشان دادند که انرژی آزاد شده در فرآیند زندگی با اکسیداسیون غذا توسط اکسیژن هوای استنشاق شده توسط حیوانات تعیین می شود.

متابولیسم و انرژی - مجموعه ای از فرآیندهای تبدیل مواد و انرژی که در موجودات زنده رخ می دهد و تبادل مواد و انرژی بین بدن و محیط. متابولیسم مواد و انرژی اساس حیات موجودات است و یکی از مهمترین ویژگیهای خاص ماده زنده است که زنده را از غیر زنده متمایز می کند. در متابولیسم، یا متابولیسم، توسط پیچیده ترین مقررات تضمین می شود سطوح مختلف، بسیاری از سیستم های آنزیمی درگیر هستند. در طی فرآیند متابولیک، مواد وارد شده به بدن به مواد خود بافت و به محصولات نهایی دفع شده از بدن تبدیل می شوند. در طی این دگرگونی ها انرژی آزاد شده و جذب می شود.

با توسعه در قرن XIX-XX. ترمودینامیک - علم تبدیل گرما و انرژی - محاسبه کمی تبدیل انرژی در واکنش های بیوشیمیایی و پیش بینی جهت آنها امکان پذیر شد.

تبادل انرژی می تواند با انتقال حرارت یا انجام کار انجام شود. با این حال، موجودات زنده با محیط خود در تعادل نیستند و بنابراین می توان آنها را سیستم های باز غیرتعادلی نامید. با این حال، هنگامی که در یک دوره زمانی مشخص مشاهده شود، هیچ تغییر قابل مشاهده ای در ترکیب شیمیایی بدن وجود ندارد. اما این به این معنی نیست مواد شیمیایی، بدن را تشکیل می دهند، تحت هیچ تغییری قرار نگیرند. در مقابل، آنها به طور مداوم و کاملاً فشرده تجدید می شوند، همانطور که می توان با میزان ادغام ایزوتوپ ها و رادیونوکلئیدهای پایدار در مواد پیچیده بدن، که در ترکیب بیشتر به سلول وارد می شود، قضاوت کرد. مواد ساده- پیشینیان

یک چیز بین متابولیسم و متابولیسم انرژی وجود دارد تفاوت اساسی. زمین هیچ مقدار قابل توجهی از ماده را از دست نمی دهد یا به دست نمی آورد. ماده در بیوسفر در یک چرخه بسته مبادله می شود و غیره. به طور مکرر استفاده می شود. تبادل انرژی به صورت متفاوتی انجام می شود. در یک چرخه بسته گردش نمی کند، اما تا حدی در فضای خارجی پراکنده می شود. بنابراین، برای حفظ حیات در زمین، جریان دائمی انرژی از خورشید ضروری است. به مدت 1 سال در فرآیند فتوسنتز در کره زمینحدود 10 21 جذب شد مدفوعانرژی خورشیدی. اگرچه تنها 0.02 درصد از کل انرژی خورشید را نشان می دهد، اما به طور غیرقابل اندازه گیری بیشتر از انرژی استفاده شده توسط تمام ماشین های ساخت بشر است. مقدار ماده شرکت کننده در گردش خون به همان اندازه زیاد است.

2. ترمودینامیک شیمیایی به عنوان مبنای نظریانرژی زیستی موضوع و روش های ترمودینامیک شیمیایی

ترمودینامیک شیمیاییانتقال انرژی شیمیایی به اشکال دیگر - حرارتی، الکتریکی و غیره را مطالعه می کند، قوانین کمی این انتقال ها و همچنین جهت و حدود وقوع خود به خودی واکنش های شیمیایی را در شرایط معین تعیین می کند.

روش ترمودینامیکی مبتنی بر تعدادی از مفاهیم دقیق است: "سیستم"، "وضعیت سیستم"، "انرژی داخلی سیستم"، "عملکرد وضعیت سیستم".

هدف - شیتحصیل در ترمودینامیک یک سیستم است

یک سیستم می تواند در حالت های مختلف باشد. هر حالت سیستم با مجموعه خاصی از مقادیر پارامترهای ترمودینامیکی مشخص می شود. پارامترهای ترمودینامیکی شامل دما، فشار، چگالی، غلظت و غیره است. تغییر در حداقل یک پارامتر ترمودینامیکی منجر به تغییر در وضعیت کل سیستم می شود. حالت ترمودینامیکی یک سیستم در صورتی تعادل نامیده می شود که با ثابت بودن پارامترهای ترمودینامیکی در تمام نقاط سیستم مشخص شود و خود به خود (بدون هزینه کار) تغییر نکند.

ترمودینامیک شیمیایی یک سیستم را در دو حالت تعادل (نهایی و اولیه) مطالعه می کند و بر این اساس امکان (یا عدم امکان) یک فرآیند خود به خودی را در شرایط معین در جهت مشخص تعیین می کند.

ترمودینامیک مطالعاتتحولات متقابل انواع مختلفانرژی های مرتبط با انتقال انرژی بین اجسام به شکل گرما و کار. ترمودینامیک مبتنی بر دو قانون اساسی است که قانون اول و دوم ترمودینامیک نامیده می شود. موضوع مطالعهدر ترمودینامیک انرژی است و قوانین تبدیل متقابل انرژی در طی واکنش های شیمیایی، فرآیندهای انحلال، تبخیر، تبلور شکل می گیرد.

ترمودینامیک شیمیایی - بخش شیمی فیزیک، بررسی فرآیندهای برهمکنش مواد با استفاده از روش های ترمودینامیکی.
جهات اصلی ترمودینامیک شیمیایی عبارتند از:
ترمودینامیک شیمیایی کلاسیک که به طور کلی تعادل ترمودینامیکی را مطالعه می کند.
ترموشیمی، که اثرات حرارتی همراه با واکنش های شیمیایی را مطالعه می کند.
تئوری محلول ها که خواص ترمودینامیکی یک ماده را بر اساس ایده هایی در مورد ساختار مولکولی و داده های مربوط به برهمکنش های بین مولکولی مدل می کند.
ترمودینامیک شیمیایی ارتباط نزدیکی با شاخه هایی از شیمی مانند شیمی تجزیه دارد. الکتروشیمی؛ شیمی کلوئیدی؛ جذب و کروماتوگرافی
توسعه ترمودینامیک شیمیایی به طور همزمان به دو صورت انجام شد: ترموشیمیایی و ترمودینامیکی.
ظهور گرما شیمی به عنوان یک علم مستقل را باید کشف هرمان ایوانوویچ هس، استاد دانشگاه سن پترزبورگ، در مورد رابطه بین اثرات حرارتی واکنش های شیمیایی -- قوانین هس دانست.

3. سیستم های ترمودینامیکی: ایزوله، بسته، باز، همگن، ناهمگن. مفهوم فاز.

سیستم- این مجموعه ای از مواد متقابل است که از نظر ذهنی یا واقعی از محیط جدا شده اند (لوله آزمایش، اتوکلاو).

ترمودینامیک شیمیایی انتقال از یک حالت به حالت دیگر را در نظر می گیرد، در حالی که برخی ممکن است تغییر کنند یا ثابت بمانند. گزینه ها:

· ایزوباریک- در فشار ثابت؛

· ایزوکوریک- در حجم ثابت؛

· همدما- در دمای ثابت؛

· ایزوباریک - همدما- در فشار و دمای ثابت و غیره

خواص ترمودینامیکی یک سیستم را می توان با استفاده از چندین مورد بیان کرد توابع وضعیت سیستم، تماس گرفت توابع مشخصه: انرژی داخلی U , آنتالپی اچ , آنتروپی اس , انرژی گیبس جی , انرژی هلمهولتز اف . توابع مشخصه یک ویژگی دارند: آنها به روش (مسیر) دستیابی به یک وضعیت معین از سیستم بستگی ندارند. مقدار آنها توسط پارامترهای سیستم (فشار، دما و ...) تعیین می شود و به مقدار یا جرم ماده بستگی دارد، بنابراین مرسوم است که آنها را به یک مول از ماده ارجاع دهید.

با توجه به روش انتقال انرژی، ماده و اطلاعاتبین سیستم مورد نظر و محیط، سیستم های ترمودینامیکی طبقه بندی می شوند:

1. سیستم بسته (ایزوله)- این سیستمی است که در آن هیچ تبادل انرژی، ماده (از جمله تابش) یا اطلاعات با اجسام خارجی وجود ندارد.

2. سیستم بسته- سیستمی که در آن فقط با انرژی تبادل وجود دارد.

3. سیستم ایزوله آدیاباتیک -این سیستمی است که در آن تبادل انرژی فقط به صورت گرما وجود دارد.

4. سیستم بازسیستمی است که انرژی، ماده و اطلاعات را مبادله می کند.

طبقه بندی سیستم:
1) در صورت امکان انتقال گرما و جرم: عایق، بسته، باز. یک سیستم ایزوله نه ماده و نه انرژی را با محیط مبادله نمی کند. یک سیستم بسته انرژی را با محیط مبادله می کند، اما ماده را مبادله نمی کند. یک سیستم باز هم ماده و هم انرژی را با محیط خود مبادله می کند. مفهوم سیستم منزویدر شیمی فیزیک به عنوان نظری استفاده می شود.
2) با ساختار داخلی و خواص: همگن و ناهمگن. سیستمی همگن نامیده می شود که در داخل آن هیچ سطحی وجود ندارد که سیستم را به قسمت هایی تقسیم کند که از نظر خصوصیات یا ویژگی های متفاوت باشند. ترکیب شیمیایی. نمونه‌هایی از سیستم‌های همگن محلول‌های آبی اسیدها، بازها و نمک‌ها هستند. مخلوط های گازی؛ شخصی مواد خالص. سیستم های ناهمگن دارای سطوح طبیعی در درون خود هستند. نمونه‌هایی از سیستم‌های ناهمگن سیستم‌هایی هستند که از موادی تشکیل شده‌اند که از نظر حالت تجمع متفاوت هستند: یک فلز و یک اسید، یک گاز و یک جامد، دو مایع نامحلول در یکدیگر.
فازقسمتی همگن از یک سیستم ناهمگن است که ترکیبات فیزیکی و فیزیکی یکسانی دارد خواص شیمیایی، از قسمت های دیگر سیستم توسط سطحی جدا می شود که هنگام عبور از آن، خواص سیستم به طور ناگهانی تغییر می کند. فازها جامد، مایع و گاز هستند. یک سیستم همگن همیشه از یک فاز تشکیل شده است، یک فاز ناهمگن - از چندین. بر اساس تعداد فازها، سیستم ها به تک فاز، دوفاز، سه فاز و ... طبقه بندی می شوند.

5. قانون اول ترمودینامیک. انرژی درونی. اثرات حرارتی ایزوباریک و ایزوکوریک .

قانون اول ترمودینامیک- یکی از سه قانون اساسی ترمودینامیک، بیانگر قانون بقای انرژی برای سیستم های ترمودینامیکی است.

اولین قانون ترمودینامیک در اواسط قرن نوزدهم در نتیجه کار دانشمند آلمانی J. R. Mayer، فیزیکدان انگلیسی J. P. Joule و فیزیکدان آلمانی G. Helmholtz تدوین شد.

طبق قانون اول ترمودینامیک، سیستم ترمودینامیکیمی تواند متعهد شود فقط به دلیل انرژی داخلی آن یا هر منبع انرژی خارجی کار می کند .

قانون اول ترمودینامیک اغلب به عنوان عدم امکان وجود یک ماشین حرکت دائمی از نوع اول فرموله می شود که بدون گرفتن انرژی از هیچ منبعی کار می کند. فرآیندی که در دمای ثابت اتفاق می افتد نامیده می شود همدما، در فشار ثابت - ایزوباریک، در حجم ثابت - ایزوکوریکاگر در طی فرآیندی سیستم از محیط خارجی جدا شود به گونه ای که تبادل حرارت با محیط حذف شود، فرآیند نامیده می شود. آدیاباتیک

انرژی داخلی سیستمهنگامی که یک سیستم از یک حالت به حالت دیگر تغییر می کند، برخی از ویژگی های آن، به ویژه انرژی داخلی تغییر می کند U.

انرژی درونی یک سیستم انرژی کل آن است که از انرژی جنبشی و پتانسیل مولکول ها، اتم ها، هسته های اتمی و الکترون ها تشکیل شده است. انرژی داخلی شامل انرژی انتقالی، چرخشی و حرکات نوسانیو همچنین انرژی پتانسیل ناشی از نیروهای جاذبه و دافعه ای که بین مولکول ها، اتم ها و ذرات درون اتمی عمل می کنند. انرژی پتانسیل موقعیت سیستم در فضا و انرژی جنبشی حرکت سیستم به عنوان یک کل را شامل نمی شود.

انرژی داخلی تابع ترمودینامیکی از وضعیت سیستم است. این بدان معنی است که هرگاه سیستم خود را در یک وضعیت معین بیابد، انرژی درونی آن ارزش خاصی را به خود می گیرد که در این حالت ذاتی است.

∆U = U 2 - U 1

که در آن U 1 و U 2 انرژی داخلی سیستم هستند Vبه ترتیب حالت های نهایی و اولیه.

قانون اول ترمودینامیکاگر یک سیستم انرژی حرارتی Q و انرژی مکانیکی (کار) A را با محیط خارجی مبادله کند و همزمان از حالت 1 به حالت 2 تغییر کند، مقدار انرژی آزاد یا جذب شده توسط سیستم اشکال گرمایی Q یا جذب می شود. کار A برابر است با انرژی کلسیستم در حین انتقال از یک حالت به حالت دیگر و ثبت می شود.

شیمی بیو ارگانیک رابطه بین ساختار مواد آلی و عملکردهای بیولوژیکی آنها را با استفاده از روشهای شیمی آلی و فیزیکی و همچنین فیزیک و ریاضیات مطالعه می کند. شیمی بیورگانیکبه طور کامل شیمی ترکیبات طبیعی را پوشش می دهد و تا حدی با بیوشیمی همپوشانی دارد و زیست شناسی مولکولی. اهداف مطالعه آن ترکیبات طبیعی مهم بیولوژیکی هستند - عمدتاً پلیمرهای زیستی (پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، پلی ساکاریدها و بیوپلیمرهای مخلوط) و مواد فعال بیولوژیکی کم مولکولی - ویتامین ها، هورمون ها، آنتی بیوتیک ها، سموم و غیره، و همچنین آنالوگ های مصنوعی ترکیبات طبیعی، داروها، آفت کش ها و غیره.

شیمی بیورگانیک به عنوان یک رشته مستقل در نیمه دوم قرن بیستم در تقاطع بیوشیمی و شیمی آلی بر اساس شیمی سنتی ترکیبات طبیعی ظهور کرد. تشکیل آن با نام های L. Pauling (کشف مارپیچ α و ساختار β به عنوان عناصر اصلی ساختار فضایی زنجیره پلی پپتیدی در پروتئین ها)، A. Todd (توضیحات) همراه است. ساختار شیمیایینوکلئوتیدها و اولین سنتز یک دی نوکلئوتید)، F. Sanger (توسعه روشی برای تعیین توالی اسید آمینه در پروتئین ها و استفاده از آن برای رمزگشایی ساختار اولیه انسولین)، V. Du Vigneault (جداسازی، ایجاد ساختار و سنتز شیمیایی هورمون های پپتیدی - اکسی توسین و وازوپرسین)، D. Barton و V. Prelog (تجزیه و تحلیل ساختاری)، R. Woodward (سنتز شیمیایی کامل بسیاری از ترکیبات طبیعی پیچیده، از جمله رزرپین، کلروفیل، ویتامین B 12)، و غیره. در اتحاد جماهیر شوروی، آثار N.D. Zelinsky، A.N. Belozersky، I.N. Nazarov، N.A. Preobrazhensky و دیگران نقش بزرگی ایفا کردند. آغازگر تحقیق در شیمی بیورگانیک در اتحاد جماهیر شوروی در اوایل دهه 1960 M.M. Shemyakin بود. به طور خاص، او کار (بعدها به طور گسترده توسعه یافت) روی مطالعه دپسی پپتیدهای حلقوی که عملکرد یونوفورها را انجام می دهند، آغاز کرد. رهبر شیمی بیورگانیک داخلی در دهه 1970-1980 Yu.A. Ovchinnikov، تحت رهبری او ساختار ده ها پروتئین، از جمله پروتئین های غشایی (برای اولین بار) - باکتریورودوپسین و رودوپسین بصری گاو ایجاد شد.

حوزه های اصلی شیمی بیورگانیک عبارتند از:

1. توسعه روش هایی برای جداسازی و خالص سازی ترکیبات طبیعی. در عین حال، برای کنترل درجه خالص سازی، اغلب از عملکرد بیولوژیکی خاص ماده مورد مطالعه استفاده می شود (به عنوان مثال، خلوص یک آنتی بیوتیک توسط فعالیت ضد میکروبی آن کنترل می شود، یک هورمون با اثر آن بر روی یک بیولوژیکی خاص کنترل می شود. فرآیند و غیره). هنگام جداسازی مخلوط‌های طبیعی پیچیده، اغلب از روش‌های کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا و الکتروفورز استفاده می‌شود. از پایان قرن بیستم، به جای جستجو و جداسازی اجزای منفرد، غربالگری کلی نمونه‌های بیولوژیکی برای حداکثر تعداد ممکن اجزای یک کلاس خاص از ترکیبات انجام شده است (به Proteomics مراجعه کنید).

2. تعیین ساختار مواد مورد مطالعه. ساختار نه تنها به عنوان ایجاد ماهیت و ترتیب اتصالات اتم ها در یک مولکول، بلکه آرایش فضایی آنها نیز درک می شود. برای این کار از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود، عمدتاً شیمیایی (هیدرولیز، برش اکسیداتیو، تصفیه با معرف‌های خاص)، که به دست آوردن مواد ساده‌تر با ساختار شناخته‌شده را امکان‌پذیر می‌سازد که از آن ساختار ماده اصلی بازسازی می‌شود. دستگاه های خودکار به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند که راه حل سریعی برای مشکلات استاندارد، به ویژه در شیمی پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک ارائه می دهند: آنالایزر برای تعیین کمی ترکیب اسید آمینه و نوکلئوتید و توالی سنجی برای تعیین توالی باقی مانده های اسید آمینه در پروتئین ها و نوکلئوتیدها در اسیدهای نوکلئیک. نقش مهمی در مطالعه ساختار بیوپلیمرها توسط آنزیم ها ایفا می شود، به ویژه آنزیم هایی که به طور خاص آنها را در امتداد پیوندهای کاملاً مشخص می شکافند (به عنوان مثال، پروتئینازهایی که واکنش های برش پیوندهای پپتیدی را در باقی مانده های گلوتامیک اسید، پرولین، آرژنین و لیزین کاتالیز می کنند، یا آنزیم های محدود کننده که به طور خاص پیوندهای فسفودی استر را در پلی نوکلئوتیدها می شکافند. اطلاعات در مورد ساختار ترکیبات طبیعی نیز با استفاده از روش های تحقیقات فیزیکی - عمدتاً طیف سنجی جرمی، رزونانس مغناطیسی هسته ای و طیف سنجی نوری - به دست می آید. افزایش کارایی روش‌های شیمیایی و فیزیکی از طریق آنالیز همزمان نه تنها ترکیبات طبیعی، بلکه مشتقات آنها حاوی گروه‌های مشخصه، معرفی‌شده خاص و اتم‌های برچسب‌دار (مثلاً با رشد باکتری‌ها - تولیدکنندگان یک ترکیب خاص در محیطی حاوی پیش سازهای این ترکیب، ایزوتوپ های پایدار یا رادیواکتیو غنی شده). قابلیت اطمینان داده های به دست آمده از مطالعه پروتئین های پیچیده با مطالعه همزمان ساختار ژن های مربوطه به طور قابل توجهی افزایش می یابد. ساختار فضاییمولکول‌ها و آنالوگ‌های آن‌ها در حالت کریستالی با آنالیز پراش اشعه ایکس مورد مطالعه قرار می‌گیرند. وضوح در برخی موارد به مقادیر کمتر از 0.1 نانومتر می رسد. برای راه حل ها، آموزنده ترین روش NMR در ترکیب با تحلیل ساختاری نظری است. اطلاعات اضافی با روش های آنالیز طیفی نوری (طیف های الکترونیکی و فلورسنت، طیف دو رنگی دایره ای و غیره) ارائه می شود.

3. سنتز خود ترکیبات طبیعی و آنالوگهای آنها. در بسیاری از موارد، سنتز شیمیایی یا شیمیایی- آنزیمی تنها راه برای به دست آوردن ماده مورد نظر در مقادیر زیاد (تدارکی) است. برای ترکیبات نسبتاً ساده کم مولکولی، سنتز ضد به عنوان یک معیار مهم برای درستی ساختار از قبل تعیین شده عمل می کند. سنتز کننده های خودکار پروتئین ها و پلی نوکلئوتیدها ایجاد شده اند که می توانند زمان سنتز را به میزان قابل توجهی کاهش دهند. با کمک آنها تعدادی پروتئین و پلی نوکلئوتید حاوی چند صد واحد مونومر سنتز شده است. سنتز شیمیایی- روش اصلی تهیه داروهای با منشاء غیر طبیعی. در مورد مواد طبیعی، اغلب مکمل یا با بیوسنتز رقابت می کند.

4. ایجاد هدف سلولی و مولکولی که عمل از نظر بیولوژیکی به سمت آن هدایت می شود. ماده شیمیایی فعال، توضیح مکانیسم شیمیایی برهمکنش آن با یک سلول زنده و اجزای آن. درک مکانیسم اثر مولکولی برای استفاده مولد از مولکول های زیستی، با فعالیت اغلب بسیار زیاد آنها (به عنوان مثال، سموم)، به عنوان ابزاری برای مطالعه سیستم های بیولوژیکی ضروری است. این به عنوان پایه ای برای سنتز هدفمند مواد جدید و عملا مهم با خواص از پیش تعیین شده عمل می کند. در تعدادی از موارد (به عنوان مثال، هنگام مطالعه پپتیدهایی که بر فعالیت تأثیر می گذارند سیستم عصبی) مواد به دست آمده از این طریق در مقایسه با نمونه اولیه طبیعی اصلی که در جهت مورد نظر تغییر کرده است، فعالیت به طور قابل توجهی افزایش یافته است.

شیمی بیورگانیک ارتباط نزدیکی با محلول دارد مشکلات عملیدارو و کشاورزی(دریافت ویتامین ها، هورمون ها، آنتی بیوتیک ها و سایر داروها، محرک های رشد گیاهی، تنظیم کننده های رفتار حیوانات از جمله حشرات)، صنایع شیمیایی، غذایی و میکروبیولوژیکی. در نتیجه ترکیب روش‌های شیمی بیورگانیک و مهندسی ژنتیک، حل عملی مشکل تولید صنعتی مواد پیچیده و بیولوژیکی مهم با طبیعت پروتئین پپتیدی، از جمله مواد با مولکولی بالا مانند انسولین انسانی، α، ممکن شده است. - اینترفرون های β و γ و هورمون رشد انسانی.

موضوع: دوگاس جی.، پنی کی. شیمی بیورگانیک. م.، 1983; Ovchinnikov Yu. A. شیمی بیورگانیک. م.، 1996.

“ … حوادث شگفت انگیز زیادی وجود داشت،

که اکنون هیچ چیز برای او ممکن به نظر نمی رسید ”

ال. کارول "آلیس در سرزمین عجایب"

شیمی بیورگانیک در مرز بین دو علم توسعه یافت: شیمی و زیست شناسی. در حال حاضر پزشکی و فارماکولوژی به آنها پیوسته است. همه این چهار علم استفاده می کنند روش های مدرنتحقیق فیزیکی، تجزیه و تحلیل ریاضیو مدلسازی کامپیوتری

در سال 1807م جی.یا. برزلیوسپیشنهاد کرد که موادی مانند روغن زیتون یا شکر که در طبیعت زنده رایج هستند باید نامیده شوند ارگانیک. آلی.

در این زمان، بسیاری از ترکیبات طبیعی از قبل شناخته شده بودند که بعداً به عنوان کربوهیدرات ها، پروتئین ها، لیپیدها و آلکالوئیدها تعریف شدند.

در سال 1812 شیمیدان روسی K.S. Kirchhoffنشاسته را با حرارت دادن با اسید به قند تبدیل می کند که بعدها گلوکز نامیده می شود.

در سال 1820 یک شیمیدان فرانسوی A. براکونووی با درمان پروتئین با ژلاتین ماده گلیسین را بدست آورد که متعلق به دسته ای از ترکیبات است که بعدا برزلیوستحت عنوان آمینو اسید.

تاریخ تولد شیمی آلی را می توان اثری دانست که در سال 1828 منتشر شد اف.ولرا، که اولین کسی بود که ماده ای با منشاء طبیعی را سنتز کرد – اوره- از ترکیب غیر آلی آمونیوم سیانات.

در سال 1825، فیزیکدان فارادیبنزن جدا شده از گازی که برای روشنایی شهر لندن استفاده می شد. وجود بنزن ممکن است شعله های دودی لامپ های لندن را توضیح دهد.

در سال 1842 N.N. زینینسنتز انجام شد z آنیلین,

در سال 1845 A.V. کلبه، شاگرد F. Wöhler، اسید استیک - بدون شک یک ترکیب آلی طبیعی - را از عناصر اولیه (کربن، هیدروژن، اکسیژن) سنتز کرد.

در سال 1854 پی ام برتلوگلیسیرین را با اسید استئاریک گرم کرد و تری استئارین به دست آورد که با ترکیب طبیعی جدا شده از چربی ها یکسان بود. به علاوه P.M. برتلوتاسیدهای دیگری که از چربی های طبیعی جدا نشده بودند را گرفت و ترکیباتی بسیار شبیه به چربی های طبیعی به دست آورد. با این کار، شیمیدان فرانسوی ثابت کرد که می توان نه تنها آنالوگ های ترکیبات طبیعی، بلکه همچنین موارد جدید، مشابه و در عین حال متفاوت از موارد طبیعی ایجاد کنید.

بسیاری از دستاوردهای عمده در شیمی آلی در نیمه دوم قرن نوزدهم با سنتز و مطالعه مواد طبیعی مرتبط است.

در سال 1861، شیمیدان آلمانی فردریش آگوست ککوله فون استرادونیتز (که در ادبیات علمی همیشه به آن ککوله گفته می شود) کتاب درسی منتشر کرد که در آن شیمی آلی را به عنوان شیمی کربن تعریف کرد.

در دوره 1861-1864. شیمیدان روسی A.M. باتلروف یک نظریه واحد در مورد ساختار ترکیبات آلی ایجاد کرد که امکان انتقال تمام دستاوردهای موجود را به یک واحد فراهم کرد. مبنای علمیو راه را برای توسعه علم شیمی آلی باز کرد.

در همان دوره، D.I. مندلیف. در سراسر جهان به عنوان دانشمندی که کشف و فرموله کرد شناخته می شود قانون دوره ایتغییرات در خواص عناصر، کتاب درسی "شیمی آلی" را منتشر کرد. ما نسخه دوم آن را در اختیار داریم (تصحیح و گسترش یافته، انتشارات مشارکت «منافع عمومی»، سن پترزبورگ، 1863. 535 ص.)

این دانشمند بزرگ در کتاب خود به وضوح ارتباط بین ترکیبات آلی و فرآیندهای حیاتی را تعریف کرد: ما می‌توانیم بسیاری از فرآیندها و موادی را که توسط ارگانیسم‌ها به‌طور مصنوعی در خارج از بدن تولید می‌شوند، بازتولید کنیم. بنابراین، مواد پروتئینی که در حیوانات تحت تأثیر اکسیژن جذب شده توسط خون از بین می روند، به نمک های آمونیوم، اوره، قند مخاطی، اسید بنزوئیک و سایر موادی که معمولاً از طریق ادرار دفع می شوند، تبدیل می شوند. نتیجه نیروی خاصی است، اما توسط قوانین عمومیطبیعت" در آن زمان، شیمی بیورگانیک و بیوشیمی هنوز به عنوان پدیدار نشده بود

جهت های مستقل، در ابتدا آنها متحد شدند شیمی فیزیولوژیکی، اما به تدریج بر اساس همه دستاوردها به دو علم مستقل تبدیل شدند.

علم مطالعات شیمی زیست آلیارتباط بین ساختار مواد آلی و عملکردهای بیولوژیکی آنها، عمدتاً با استفاده از روش‌های شیمی آلی، تحلیلی، شیمی فیزیک و همچنین ریاضیات و فیزیک

وجه تمایز اصلی این موضوع مطالعه فعالیت بیولوژیکی مواد در ارتباط با تجزیه و تحلیل ساختار شیمیایی آنها است.

موضوعات مورد مطالعه شیمی زیست آلی: بیوپلیمرهای طبیعی مهم بیولوژیکی - پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، لیپیدها، مواد با وزن مولکولی کم - ویتامین ها، هورمون ها، مولکول های سیگنال، متابولیت ها - مواد دخیل در متابولیسم انرژی و پلاستیک، داروهای مصنوعی.

وظایف اصلی شیمی بیورگانیک عبارتند از:

1. توسعه روش هایی برای جداسازی و خالص سازی ترکیبات طبیعی، با استفاده از روش های پزشکی برای ارزیابی کیفیت یک دارو (به عنوان مثال، یک هورمون بر اساس میزان فعالیت آن).

2. تعیین ساختار یک ترکیب طبیعی. تمام روش های شیمی استفاده می شود: تعیین وزن مولکولی، هیدرولیز، تجزیه و تحلیل گروه های عاملی، روش های تحقیق نوری.

3. توسعه روش هایی برای سنتز ترکیبات طبیعی.

4. مطالعه وابستگی عمل بیولوژیکی به ساختار.

5. روشن شدن ماهیت فعالیت بیولوژیکی، مکانیسم های مولکولی برهمکنش با ساختارهای مختلف سلولی یا با اجزای آن.

توسعه شیمی بیورگانیک در طول دهه ها با نام دانشمندان روسی همراه است: D.I.Mendeleeva، A.M. Butlerov، N.N. Zinin، N.D. Zelinsky A.N. Belozersky N.A. Preobrazhensky M.M. Shemyakin، Yu.A. اووچینیکوا.

بنیانگذاران شیمی بیورگانیک در خارج از کشور دانشمندانی هستند که اکتشافات عمده زیادی انجام داده اند: ساختار ساختار ثانویه پروتئین ها (L. Pauling)، سنتز کامل کلروفیل، ویتامین B 12 (R. Woodward)، استفاده از آنزیم ها در سنتز مواد آلی پیچیده از جمله ژن (G. Koran) و غیره

در اورال در یکاترینبورگدر زمینه شیمی بیورگانیک از سال 1928 تا 1980. به عنوان رئیس بخش شیمی آلی UPI، آکادمیک I.Ya. Postovsky، که به عنوان یکی از بنیانگذاران در کشور ما در جهت علمی جستجو و سنتز داروها شناخته می شود و نویسنده تعدادی از داروها (سولفونامیدها، ضد تومور، ضد تشعشع، ضد سل) تحقیقات او توسط دانشجویانی که تحت رهبری دانشگاهیان O.N. Chupakhin، V.N. چاروشین در USTU-UPI و در موسسه سنتز آلی به نام. و من. پستوفسکی آکادمی روسیهعلمی

شیمی بیورگانیک ارتباط نزدیکی با وظایف پزشکی دارد و برای مطالعه و درک بیوشیمی، فارماکولوژی، پاتوفیزیولوژی و بهداشت ضروری است. همه زبان علمیشیمی بیورگانیک، نماد به کار گرفته شده و روش های استفاده شده هیچ تفاوتی با شیمی آلی که در مدرسه خوانده اید ندارد.

شیمی بیورگانیک علمی است که به مطالعه ساختار و خواص مواد درگیر در فرآیندهای زندگی در ارتباط مستقیم با دانش عملکردهای بیولوژیکی آنها می پردازد.

شیمی بیورگانیک علمی است که ساختار و واکنش پذیری ترکیبات بیولوژیکی مهم را مطالعه می کند. موضوع شیمی زیست آلی بیوپلیمرها و تنظیم کننده های زیستی و عناصر ساختاری آنها می باشد.

بیوپلیمرها شامل پروتئین ها، پلی ساکاریدها (کربوهیدرات ها) و اسیدهای نوکلئیک هستند. این گروه همچنین شامل لیپیدهایی است که BMC نیستند، اما معمولاً با پلیمرهای زیستی دیگر در بدن مرتبط هستند.

تنظیم کننده های زیستی ترکیباتی هستند که متابولیسم را از نظر شیمیایی تنظیم می کنند. اینها شامل ویتامین ها، هورمون ها و بسیاری از ترکیبات مصنوعی، از جمله مواد دارویی است.

شیمی بیورگانیک مبتنی بر ایده ها و روش های شیمی آلی است.

بدون دانش الگوهای عمومیشیمی آلی، مطالعه شیمی زیست آلی دشوار است. شیمی بیورگانیک ارتباط نزدیکی با زیست شناسی دارد، شیمی بیولوژیکی، فیزیک پزشکی.

مجموعه ای از واکنش هایی که در شرایط یک موجود زنده رخ می دهد نامیده می شود متابولیسم

موادی که در طول متابولیسم تشکیل می شوند - متابولیت ها

متابولیسم دو جهت دارد:

کاتابولیسم واکنش تجزیه مولکول های پیچیده به مولکول های ساده تر است.

آنابولیسم فرآیند سنتز مولکول های پیچیده از مواد ساده تر با استفاده از انرژی است.

اصطلاح بیوسنتز به آن اطلاق می شود واکنش شیمیایی IN VIVO (در بدن)، IN VITRO (خارج از بدن)

آنتی متابولیت ها وجود دارد - رقبای متابولیت ها در واکنش های بیوشیمیایی.

کونژوگه به عنوان عاملی در افزایش پایداری مولکول ها. تأثیر متقابل اتم ها در مولکول های ترکیبات آلی و روش های انتقال آن

طرح کلی سخنرانی:

جفت شدن و انواع آن:

p، p - جفت شدن،

r,p - صرف.

انرژی صرف.

سیستم های اتصال مدار باز

ویتامین A، کاروتن.

کونژوگاسیون در رادیکال ها و یون ها

سیستم های مدار بسته جفت شده معطر بودن، معیارهای معطر بودن، ترکیبات آروماتیک هتروسیکلیک.

پیوند کووالانسی: غیرقطبی و قطبی.

اثرات القایی و مزومریک. EA و ED جایگزین هستند.

نوع اصلی پیوندهای شیمیایی در شیمی آلی پیوندهای کووالانسی هستند. در مولکول های آلی، اتم ها با پیوندهای s و p به هم متصل می شوند.

اتم های موجود در مولکول های ترکیبات آلی توسط پیوندهای کووالانسی به هم متصل می شوند که به آنها پیوند s و p می گویند.

باند تک s در حالت هیبرید شده SP 3 با طول l (C-C 0.154 نانومتر)، انرژی الکتریکی (83 کیلوکالری در مول)، قطبیت و قطبش پذیری مشخص می شود. مثلا:

پیوند دوگانه مشخصه ترکیبات غیراشباع است که در آن علاوه بر پیوند مرکزی، یک همپوشانی عمود بر پیوند s نیز وجود دارد که به آن پیوند π می گویند.

پیوندهای دوگانه موضعی هستند، یعنی چگالی الکترون تنها 2 هسته از اتم های پیوند خورده را پوشش می دهد.

اغلب من و شما با آن برخورد خواهیم کرد مزدوجسیستم های. اگر پیوندهای دوگانه با پیوندهای منفرد متناوب باشند (و در حالت کلی، یک اتم متصل به پیوند دوگانه دارای یک اوربیتال p است، آنگاه اوربیتال‌های p اتم‌های همسایه می‌توانند روی یکدیگر همپوشانی داشته باشند و یک سیستم p-الکترون مشترک را تشکیل دهند). چنین سیستم هایی نامیده می شوند مزدوج یا غیرمحلی . به عنوان مثال: بوتادین-1،3

p, p - سیستم های مزدوج

همه اتم های بوتادین در حالت هیبرید شده SP 2 هستند و در یک صفحه قرار دارند (Pz یک اوربیتال هیبریدی نیست). Рz - اوربیتال ها موازی یکدیگر هستند. این شرایط را برای همپوشانی متقابل آنها ایجاد می کند. همپوشانی اوربیتال Pz بین C-1 و C-2 و C-3 و C-4 و همچنین بین C-2 و C-3 رخ می دهد، یعنی رخ می دهد. غیر محلی شدهپیوند کووالانسی. این در تغییرات طول پیوند در مولکول منعکس می شود. طول پیوند بین C-1 و C-2 افزایش می یابد و بین C-2 و C-3 در مقایسه با یک پیوند منفرد کوتاه می شود.

l-C -С، 154 نانومتر l С=С 0.134 نانومتر

l С-N 1.147 نانومتر l С = O 0.121 نانومتر

r، p - جفت شدن

نمونه ای از سیستم مزدوج p، π پیوند پپتیدی است.

r، p - سیستم های مزدوج

پیوند دوگانه C=0 تا 0.124 نانومتر در مقایسه با طول معمول 0.121 گسترش می‌یابد، و پیوند C-N کوتاه‌تر می‌شود و در مقایسه با 0.147 نانومتر در حالت عادی 0.132 نانومتر می‌شود. به این معنا که فرآیند جابجایی الکترون منجر به یکسان شدن طول پیوند و کاهش انرژی داخلی مولکول می شود. با این حال، ر,p - صرف در ترکیبات غیر حلقوی، نه تنها زمانی که متناوب = پیوند با پیوندهای منفرد C-C، بلکه در هنگام متناوب با یک هترواتم نیز رخ می دهد:

یک اتم X با اوربیتال p آزاد ممکن است در نزدیکی پیوند دوگانه قرار گیرد. بیشتر اوقات، اینها هترواتمهای O، N، S و اوربیتالهای p آنها هستند که با پیوندهای p در تعامل هستند و ترکیب p و p را تشکیل می دهند.

مثلا:

CH 2 = CH – O – CH = CH 2

کونژوگه می تواند نه تنها در مولکول های خنثی، بلکه در رادیکال ها و یون ها نیز رخ دهد:

با توجه به موارد فوق، در سیستم های باز جفت شدن تحت شرایط زیر صورت می گیرد:

تمام اتم های شرکت کننده در سیستم مزدوج در حالت هیبرید شده SP 2 هستند.

Pz - اوربیتال های همه اتم ها بر صفحه اسکلت s عمود هستند، یعنی موازی با یکدیگر.

هنگامی که یک سیستم چند مرکزی مزدوج تشکیل می شود، طول پیوند برابر می شود. هیچ پیوند "خالص" منفرد و دوگانه در اینجا وجود ندارد.

جابجایی الکترون های p در یک سیستم مزدوج با آزاد شدن انرژی همراه است. سیستم به سطح انرژی پایین تری حرکت می کند، پایدارتر و پایدارتر می شود. بنابراین، تشکیل یک سیستم مزدوج در مورد بوتادین - 1،3 منجر به آزاد شدن انرژی به مقدار 15 کیلوژول بر مول می شود. به دلیل کونژوگاسیون است که پایداری رادیکال های یونی از نوع آلیلیک و شیوع آنها در طبیعت افزایش می یابد.

هر چه زنجیر مزدوج طولانی تر باشد، آزاد شدن انرژی حاصل از تشکیل آن بیشتر می شود.

این پدیده در ترکیبات مهم بیولوژیکی کاملاً گسترده است. مثلا:

ما دائماً در درس شیمی زیست آلی با مسائل پایداری ترمودینامیکی مولکول‌ها، یون‌ها و رادیکال‌ها مواجه خواهیم شد که شامل تعدادی یون و مولکول گسترده در طبیعت است. مثلا:

سیستم های جفت شده حلقه بسته

معطر بودن. در مولکول های حلقوی، تحت شرایط خاصی، یک سیستم مزدوج می تواند ایجاد شود. نمونه ای از سیستم مزدوج p، p بنزن است، که در آن ابر الکترونی p اتم های کربن را می پوشاند، چنین سیستمی نامیده می شود - معطر

انرژی حاصل از کونژوگه در بنزن 150.6 کیلوژول بر مول است. بنابراین بنزن تا دمای 900 درجه سانتیگراد از نظر حرارتی پایدار است.

وجود یک حلقه الکترونی بسته با استفاده از NMR ثابت شد. اگر یک مولکول بنزن در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار گیرد، یک جریان حلقه القایی رخ می دهد.

بنابراین، معیار معطر بودن توسط هوکل این است:

مولکول دارای ساختار حلقوی است.

همه اتم ها در حالت هیبرید شده SP 2 هستند.

یک p غیر محلی وجود دارد - سیستم الکترونیکی، حاوی 4n + 2 الکترون است که n تعداد چرخه ها است.

مثلا:

جایگاه ویژه ای در شیمی بیورگانیک توسط این سوال اشغال شده است معطر بودن ترکیبات هتروسیکلیک.

در مولکول های حلقوی حاوی هترواتم ها (نیتروژن، گوگرد، اکسیژن)، یک ابر الکترون p تک با مشارکت اوربیتال های p از اتم های کربن و یک هترواتم تشکیل می شود.

ترکیبات هتروسیکلیک پنج عضوی

سیستم آروماتیک از برهمکنش 4 اوربیتال p و یک اوربیتال هترواتم که دارای 2 الکترون است تشکیل می شود. شش الکترون p اسکلت معطر را تشکیل می دهند. چنین سیستم کونژوگه ای از نظر الکترونیکی اضافی است. در پیرول، اتم N در حالت هیبرید شده SP 2 است.

پیرول بخشی از بسیاری از مواد مهم بیولوژیکی است. چهار حلقه پیرول پورفین را تشکیل می دهند، یک سیستم معطر با 26 الکترون p - و انرژی مزدوج بالا (840 کیلوژول بر مول).

ساختار پورفین بخشی از هموگلوبین و کلروفیل است

ترکیبات هتروسیکلیک شش عضوی

سیستم معطر موجود در مولکول های این ترکیبات از برهمکنش پنج اوربیتال p اتم کربن و یک اوربیتال p از اتم نیتروژن تشکیل می شود. دو الکترون در دو اوربیتال SP 2 در تشکیل پیوندهای s با اتم های کربن حلقه نقش دارند. اوربیتال P با یک الکترون در اسکلت آروماتیک گنجانده شده است. SP 2 - یک اوربیتال با یک جفت الکترون تنها در صفحه اسکلت s قرار دارد.

چگالی الکترون در پیریمیدین به سمت N منتقل می شود، یعنی سیستم از الکترون p - خالی می شود، کمبود الکترون دارد.

بسیاری از ترکیبات هتروسیکلیک ممکن است حاوی یک یا چند هترواتم باشند

هسته های پیرول، پیریمیدین و پورین بخشی از بسیاری از مولکول های فعال بیولوژیکی هستند.

تأثیر متقابل اتم ها در مولکول های ترکیبات آلی و روش های انتقال آن

همانطور که قبلاً ذکر شد، پیوندها در مولکول های ترکیبات آلی به دلیل پیوندهای s و p انجام می شوند؛ چگالی الکترون به طور مساوی بین اتم های پیوندی توزیع می شود فقط زمانی که این اتم ها از نظر الکترونگاتیوی یکسان یا نزدیک باشند. چنین اتصالاتی نامیده می شود غیر قطبی

پیوند قطبی CH 3 -CH 2 → CI

اغلب در شیمی آلی با پیوندهای قطبی سروکار داریم.

اگر چگالی الکترون به سمت یک اتم الکترونگاتیو تر منتقل شود، چنین پیوندی قطبی نامیده می شود. بر اساس مقادیر انرژی پیوند، شیمیدان آمریکایی L. Pauling یک مشخصه کمی از الکترونگاتیوی اتم ها را پیشنهاد کرد. در زیر مقیاس پاولینگ آمده است.

Na Li H S C J Br Cl N O F

0,9 1,0 2,1 2,52,5 2,5 2,8 3,0 3,0 3,5 4,0

اتم های کربن در حالت های مختلف هیبریداسیون از نظر الکترونگاتیوی متفاوت هستند. بنابراین، s - پیوند بین اتم های هیبرید شده SP 3 و SP 2 - قطبی است.

اثر القایی

انتقال چگالی الکترون از طریق مکانیسم القای الکترواستاتیک در طول زنجیره ای از پیوندهای s نامیده می شود. توسط القاء، اثر نامیده می شود القائیو با J نشان داده می شود. اثر J، به عنوان یک قاعده، از طریق سه پیوند ضعیف می شود، اما اتم های نزدیک به هم تأثیر نسبتاً قوی دوقطبی مجاور را تجربه می کنند.

جانشین هایی که چگالی الکترون را در امتداد زنجیره پیوند s در جهت خود جابجا می کنند، اثر -J- و بالعکس اثر +J را نشان می دهند.

یک پیوند p جدا شده، و همچنین یک ابر الکترون p منفرد از یک سیستم مزدوج باز یا بسته، می‌تواند به راحتی تحت تأثیر جایگزین‌های EA و ED قطبی شود. در این موارد، اثر القایی به اتصال p منتقل می شود، بنابراین با Jp نشان داده می شود.

اثر مزومریک (اثر کونژوگاسیون)

توزیع مجدد چگالی الکترون در یک سیستم مزدوج تحت تأثیر یک جایگزین که عضوی از این سیستم مزدوج است نامیده می شود. اثر مزومریک(اثر M).

برای اینکه یک جانشین بخشی از یک سیستم مزدوج باشد، باید دارای یک پیوند دوگانه (همراهی p,p) یا یک هترواتم با یک جفت تک الکترون (همراهی r,p) باشد. M - اثر از طریق سیستم جفت شده بدون تضعیف منتقل می شود.

جانشین‌هایی که چگالی الکترون را در یک سیستم مزدوج کاهش می‌دهند (چگالی الکترون در جهت آن جابجا می‌شود) اثر -M را نشان می‌دهند و جایگزین‌هایی که چگالی الکترون را در یک سیستم مزدوج افزایش می‌دهند، اثر +M را نشان می‌دهند.

اثرات الکترونیکی جایگزین ها

واکنش پذیری مواد آلی تا حد زیادی به ماهیت اثرات J و M بستگی دارد. آگاهی از احتمالات نظری اثرات الکترونیکی به ما امکان می دهد تا سیر فرآیندهای شیمیایی خاصی را پیش بینی کنیم.

خواص اسیدی-بازی ترکیبات آلی طبقه بندی واکنش های آلی.

طرح کلی سخنرانی

مفهوم سوبسترا، هسته دوست، الکتروفیل.

طبقه بندی واکنش های آلی

برگشت پذیر و غیر قابل برگشت

رادیکال، الکتروفیل، هسته دوست، سنکرون.

تک و دو مولکولی

واکنش های جایگزینی

واکنش های اضافه

واکنش های حذف

اکسیداسیون و کاهش

فعل و انفعالات اسید و باز

واکنش‌ها انتخابی منطقه‌ای، انتخابی شیمیایی، انتخابی استریو انتخابی هستند.

واکنش های افزودن الکتروفیلیک حکومت مورکونیکف، ضد الحاق مورکونیکف.

واکنش‌های جایگزینی الکتروفیل: جهت‌دهنده‌های نوع 1 و 2.

خواص اسیدی-بازی ترکیبات آلی

اسیدیته و بازی برونستد

اسیدیته و بازی لوئیس

تئوری اسیدها و بازهای سخت و نرم.

طبقه بندی واکنش های آلی

سیستم‌سازی واکنش‌های آلی این امکان را فراهم می‌کند که تنوع این واکنش‌ها را به نسبت کوچک کاهش دهیم تعداد زیادیانواع واکنش های آلی را می توان طبقه بندی کرد:

به سمت: برگشت پذیر و غیر قابل برگشت

به دلیل ماهیت تغییرات در پیوندها در بستر و معرف.

لایه- مولکولی که یک اتم کربن را برای تشکیل پیوند جدید فراهم می کند

معرف- ترکیبی که بر روی بستر اثر می گذارد.

واکنش ها بر اساس ماهیت تغییرات پیوندها در بستر و معرف را می توان به موارد زیر تقسیم کرد:

رادیکال آر

الکتروفیل E

N(Y) هسته دوست

همزمان یا هماهنگ

مکانیسم واکنش های SR

شروع

رشد زنجیره ای

مدار باز

طبقه بندی بر اساس نتیجه نهایی

مطابقت با نتیجه نهایی واکنش:

الف) واکنش های جایگزینی

ب) واکنش های افزودنی

ب) واکنش های حذفی

د) گروه بندی مجدد

د) اکسیداسیون و احیا

ه) فعل و انفعالات اسید و باز

واکنش ها نیز رخ می دهد:

منطقه انتخابی- ترجیحاً در یکی از چندین مرکز واکنش جریان داشته باشد.

شیمیایی انتخابی- واکنش ترجیحی برای یکی از گروه های عاملی مرتبط.

استریو انتخابی- تشکیل ترجیحی یکی از چندین استریو ایزومر.

واکنش پذیری آلکن ها، آلکان ها، آلکادین ها، آرن ها و ترکیبات هتروسیکلیک

اساس ترکیبات آلی هیدروکربن ها هستند. ما فقط واکنش هایی را در نظر خواهیم گرفت که در شرایط بیولوژیکی و بر این اساس، نه با خود هیدروکربن ها، بلکه با مشارکت رادیکال های هیدروکربنی انجام می شوند.

هیدروکربن‌های غیراشباع شامل آلکن‌ها، آلکادین‌ها، آلکین‌ها، سیکلوآلکن‌ها و هیدروکربن های معطر. اصل اتحاد برای آنها π - ابر الکترونی است. در شرایط دینامیکی، ترکیبات آلی نیز تمایل به حمله E+ دارند

با این حال، واکنش‌های متقابل آلکین‌ها و آرن‌ها با معرف‌ها منجر به نتایج متفاوتی می‌شود، زیرا در این ترکیبات ماهیت ابر الکترونی π متفاوت است: موضعی و غیرمحلی.

ما بررسی مکانیسم‌های واکنش را با واکنش‌های A E آغاز می‌کنیم. همانطور که می‌دانیم، آلکن‌ها با آن‌ها تعامل دارند

مکانیسم واکنش هیدراتاسیون

طبق قانون مارکوفنیکوف - افزودن به هیدروکربن های غیر اشباع از یک ساختار نامتقارن از ترکیبات با فرمول کلی HX - اگر جایگزین ED باشد، یک اتم هیدروژن به هیدروژنه ترین اتم کربن اضافه می شود. در افزودن ضد مارکوفنیکوف، اگر جانشین EA باشد، یک اتم هیدروژن به کمترین هیدروژنه شده اضافه می شود.

واکنش های جایگزینی الکتروفیل در سیستم های آروماتیک ویژگی های خاص خود را دارند. اولین ویژگی این است که تعامل با یک سیستم آروماتیک پایدار ترمودینامیکی به الکتروفیل های قوی نیاز دارد که معمولاً با استفاده از کاتالیزور تولید می شوند.

مکانیسم واکنش S E

تأثیر جهت گیری
قائم مقام

اگر جایگزینی در حلقه آروماتیک وجود داشته باشد، لزوماً بر توزیع چگالی الکترونی حلقه تأثیر می گذارد. ED - جانشین ها (جهت های ردیف 1) CH 3، OH، OR، NH 2، NR 2 - جایگزینی را در مقایسه با بنزن جایگزین نشده تسهیل می کنند و گروه ورودی را به موقعیت ارتو و پارا هدایت می کنند. اگر جانشین های ED قوی باشند، پس نیازی به کاتالیزور نیست، این واکنش ها در 3 مرحله انجام می شود.

جایگزین‌های EA (جهت‌های نوع دوم) در مقایسه با بنزن جایگزین‌نشده مانع از واکنش‌های جایگزینی الکتروفیل می‌شوند. واکنش SE در شرایط سخت‌تر رخ می‌دهد؛ گروه ورودی وارد موقعیت متا می‌شود. جایگزین های نوع دوم عبارتند از:

COOH، SO 3 H، CHO، هالوژن ها و غیره

واکنش‌های SE نیز برای هیدروکربن‌های هتروسیکلیک معمول هستند. پیرول، فوران، تیوفن و مشتقات آنها متعلق به سیستم های π- اضافی هستند و به راحتی وارد واکنش های SE می شوند. آنها به راحتی هالوژنه، آلکیله، اسیله، سولفونه و نیترات می شوند. هنگام انتخاب معرف ها، لازم است که ناپایداری آنها را در یک محیط شدیدا اسیدی، یعنی اسیدوفوبیسم، در نظر گرفت.

پیریدین و سایر سیستم‌های هتروسیکلیک با اتم نیتروژن پیریدین، سیستم‌های π ناکافی هستند، ورود آنها به واکنش‌های SE بسیار دشوارتر است، و الکتروفیل ورودی موقعیت β نسبت به اتم نیتروژن را اشغال می‌کند.

خواص اسیدی و اساسی ترکیبات آلی

مهمترین جنبه ها واکنش پذیریترکیبات آلی خواص اسیدی-بازی ترکیبات آلی هستند.

اسیدیته و بازیهمچنین مفاهیم مهمکه بسیاری از خواص عملکردی فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی ترکیبات آلی را تعیین می کند. کاتالیز اسید و باز یکی از رایج ترین واکنش های آنزیمی است. اسیدها و بازهای ضعیف اجزای مشترک سیستم های بیولوژیکی هستند که نقش مهمی در متابولیسم و تنظیم آن دارند.

مفاهیم مختلفی از اسیدها و بازها در شیمی آلی وجود دارد. تئوری برونستد اسیدها و بازها که عموماً در شیمی معدنی و آلی پذیرفته شده است. به گفته برونستد، اسیدها موادی هستند که می توانند یک پروتون اهدا کنند و بازها موادی هستند که می توانند یک پروتون را بپذیرند.

اسیدیته برونستد

در اصل، اکثر ترکیبات آلی را می توان اسید در نظر گرفت، زیرا در ترکیبات آلی H به C، N O S پیوند دارد.

اسیدهای آلی بر این اساس به اسیدهای C – H، N – H، O – H، S-H – تقسیم می شوند.

اسیدیته به شکل Ka یا - log Ka = pKa ارزیابی می شود، هر چه pKa کمتر باشد، اسید قوی تر است.

ارزیابی کمی اسیدیته ترکیبات آلی برای همه مواد آلی تعیین نشده است. بنابراین، توسعه توانایی انجام یک ارزیابی کیفی از خواص اسیدی محل‌های مختلف اسیدی مهم است. برای این منظور از یک رویکرد کلی روش شناختی استفاده می شود.

قدرت اسید با پایداری آنیون (باز مزدوج) تعیین می شود. هرچه آنیون پایدارتر باشد، اسید قوی تر است.

پایداری آنیون با ترکیبی از تعدادی از عوامل تعیین می شود:

الکترونگاتیوی و قطبش پذیری عنصر در مرکز اسید.

درجه جابجایی بار منفی در آنیون.

ماهیت رادیکال مرتبط با مرکز اسید.

اثرات حلالیت (تأثیر حلال)

اجازه دهید نقش همه این عوامل را به ترتیب در نظر بگیریم:

اثر الکترونگاتیوی عناصر

هرچه عنصر الکترونگاتیو بیشتر باشد، بار غیرمحلی تر و آنیون پایدارتر، اسید قوی تر است.

C (2.5) N (3.0) O (3.5) S (2.5)

بنابراین اسیدیته در سری CH تغییر می کند< NН < ОН

برای اسیدهای SH، عامل دیگری غالب است - قطبش پذیری.

اتم گوگرد از نظر اندازه بزرگتر است و دارای d اوربیتال خالی است. بنابراین، بار منفی می‌تواند در حجم زیادی جابجا شود و در نتیجه پایداری آنیون بیشتر شود.

تیول ها، به عنوان اسیدهای قوی تر، با قلیاها و همچنین با اکسیدها و نمک های فلزات سنگین واکنش نشان می دهند، در حالی که الکل ها (اسیدهای ضعیف) تنها می توانند با فلزات فعال واکنش دهند.

اسیدیته نسبتاً بالای تول در پزشکی و در شیمی داروها استفاده می شود. مثلا:

برای مسمومیت با As، Hg، Cr، Bi استفاده می شود که اثر آن به دلیل اتصال فلزات و حذف آنها از بدن است. مثلا:

هنگام ارزیابی اسیدیته ترکیبات با اتم یکسان در مرکز اسید، عامل تعیین کننده جابجایی بار منفی در آنیون است. پایداری آنیون با ظهور امکان جابجایی بار منفی در امتداد سیستم پیوندهای مزدوج به طور قابل توجهی افزایش می یابد. افزایش قابل توجه اسیدیته در فنل ها، در مقایسه با الکل ها، با امکان تغییر مکان در یون ها در مقایسه با مولکول توضیح داده می شود.

اسیدیته بالای کربوکسیلیک اسیدها به دلیل پایداری رزونانس آنیون کربوکسیلات است.

جابجایی بار با حضور جایگزین‌های الکترون‌کشنده (EA) تسهیل می‌شود، آنها آنیون‌ها را تثبیت می‌کنند و در نتیجه اسیدیته را افزایش می‌دهند. به عنوان مثال، وارد کردن یک جایگزین به یک مولکول EA

اثر جایگزین و حلال

الف - اسیدهای هیدروکسی اسیدهای قوی تری نسبت به اسیدهای کربوکسیلیک مربوطه هستند.

ED - جایگزین ها، برعکس، اسیدیته را کاهش می دهند. حلال ها تأثیر بیشتری در تثبیت آنیون دارند؛ به عنوان یک قاعده، یون های کوچک با درجه کم جابجایی بار بهتر حل می شوند.

اثر حلالیت را می توان به عنوان مثال در سری زیر ردیابی کرد:

اگر یک اتم در مرکز اسید دارای بار مثبت باشد، این منجر به افزایش اسیدیته می شود.

سوال از مخاطب: کدام اسید - استیک یا پالمیتیک C 15 H 31 COOH - باید مقدار pKa کمتری داشته باشد؟

اگر اتم در مرکز اسید دارای بار مثبت باشد، منجر به افزایش اسیدیته می شود.

می توان به CH قوی - اسیدیته کمپلکس σ- که در واکنش جانشینی الکتروفیلیک تشکیل می شود اشاره کرد.

پایه برونستد

برای ایجاد پیوند با یک پروتون، یک جفت الکترون مشترک روی هترواتم ضروری است.

یا آنیون باشند. پایه های p و وجود دارد

پایه های π، جایی که مرکز پایه است

الکترون‌های پیوند π موضعی یا الکترون‌های π یک سیستم مزدوج (مولفه‌های π)

استحکام پایه به عواملی مشابه اسیدیته بستگی دارد، اما تأثیر آنها برعکس است. هرچه الکترونگاتیوی یک اتم بیشتر باشد، یک جفت الکترون تنها را محکم تر نگه می دارد و کمتر برای پیوند با پروتون در دسترس است. سپس، به طور کلی، قدرت n-پایه ها با همان جانشین در سری تغییر می کند:

اساسی ترین ترکیبات آلی آمین ها و الکل ها هستند:

نمک های ترکیبات آلی با اسیدهای معدنی بسیار محلول هستند. بسیاری از داروها به شکل نمک استفاده می شوند.

مرکز اسید و باز در یک مولکول (آمفوتریک)

پیوندهای هیدروژنی به عنوان برهمکنش های اسید و باز

برای همه اسیدهای آمینه α غالب اشکال کاتیونی در محیط های شدیدا اسیدی و آنیونی در محیط های به شدت قلیایی وجود دارد.

وجود مراکز ضعیف اسیدی و بازی منجر به برهمکنش ضعیف - پیوندهای هیدروژنی می شود. به عنوان مثال: ایمیدازول با وزن مولکولی کم به دلیل وجود پیوندهای هیدروژنی دارای نقطه جوش بالایی است.

J. Lewis یک نظریه کلی تر از اسیدها و بازها را بر اساس ساختار پوسته های الکترونیکی ارائه کرد.

اسید لوئیس می تواند یک اتم، مولکول یا کاتیونی باشد که دارای یک مدار خالی است که قادر به پذیرش یک جفت الکترون برای تشکیل یک پیوند است.

نمایندگان اسیدهای لوئیس هالیدهای عناصر گروه II و III سیستم تناوبی D.I هستند. مندلیف.

بازهای لوئیس یک اتم، مولکول یا آنیون هستند که قادر به اهدای یک جفت الکترون هستند.

بازهای لوئیس شامل آمین ها، الکل ها، اترها، تیول ها، تیو اترها و ترکیبات حاوی پیوند π است.

برای مثال، برهمکنش زیر را می توان به عنوان برهمکنش اسید-باز لوئیس نشان داد

یک پیامد مهم نظریه لوئیس این است که هر ماده آلی را می توان به عنوان یک کمپلکس اسید-باز نشان داد.

در ترکیبات آلی، پیوندهای هیدروژنی درون مولکولی بسیار کمتر از پیوندهای بین مولکولی اتفاق می افتد، اما در ترکیبات بیورگانیک نیز رخ می دهد و می توان آن را به عنوان برهمکنش اسید و باز در نظر گرفت.

مفاهیم "سخت" و "نرم" با اسیدها و بازهای قوی و ضعیف یکسان نیستند. این دو ویژگی مستقل هستند. ماهیت LCMO این است که اسیدهای سخت با بازهای سخت و اسیدهای نرم با بازهای نرم واکنش می دهند.

بر اساس اصل اسیدها و بازهای سخت و نرم پیرسون (HABP)، اسیدهای لوئیس به سخت و نرم تقسیم می شوند. اسیدهای سخت اتمهای پذیرنده با اندازه کوچک، بار مثبت بزرگ، الکترونگاتیوی بالا و قطبش پذیری کم هستند.

اسیدهای نرم اتمهای پذیرنده بزرگ با بار مثبت کوچک، الکترونگاتیوی کم و قطبش پذیری بالا هستند.

ماهیت LCMO این است که اسیدهای سخت با بازهای سخت و اسیدهای نرم با بازهای نرم واکنش می دهند. مثلا:

اکسیداسیون و احیای ترکیبات آلی

واکنش های ردوکس برای فرآیندهای زندگی از اهمیت بالایی برخوردار است. با کمک آنها، بدن نیازهای انرژی خود را برآورده می کند، زیرا اکسیداسیون مواد آلی انرژی آزاد می کند.

از سوی دیگر، این واکنش ها برای تبدیل غذا به اجزای سلولی عمل می کنند. واکنش های اکسیداسیون باعث سم زدایی و حذف داروها از بدن می شود.

اکسیداسیون فرآیند حذف هیدروژن برای تشکیل یک پیوند چندگانه یا پیوندهای قطبی تر جدید است.

احیا فرآیند معکوس اکسیداسیون است.

اکسیداسیون سوبستراهای آلی آسان‌تر پیش می‌رود و تمایل آن برای رها کردن الکترون‌ها بیشتر می‌شود.

اکسیداسیون و احیا باید در رابطه با کلاس های خاصی از ترکیبات در نظر گرفته شود.

اکسیداسیون پیوندهای C-H (آلکان ها و آلکیل ها)

هنگامی که آلکان ها به طور کامل می سوزند، CO 2 و H 2 O تشکیل شده و گرما آزاد می شود. روش های دیگر اکسیداسیون و کاهش آنها را می توان با طرح های زیر نشان داد:

اکسیداسیون هیدروکربن های اشباع شده در شرایط سخت اتفاق می افتد (مخلوط کروم داغ است)؛ اکسید کننده های نرم تر روی آنها تأثیر نمی گذارد. محصولات اکسیداسیون میانی عبارتند از الکل ها، آلدئیدها، کتون ها و اسیدها.

هیدروپراکسیدهای R – O – OH مهمترین محصولات واسطه اکسیداسیون پیوندهای C – H در شرایط ملایم، به ویژه در داخل بدن هستند.

یک واکنش مهم اکسیداسیون پیوندهای C-H در شرایط بدن، هیدروکسیلاسیون آنزیمی است.

یک مثال می تواند تولید الکل ها از طریق اکسیداسیون مواد غذایی باشد. به دلیل اکسیژن مولکولی و اشکال فعال آن. در داخل بدن انجام شد.

پراکسید هیدروژن می تواند به عنوان یک عامل هیدروکسیل کننده در بدن عمل کند.

پراکسید اضافی باید توسط کاتالاز به آب و اکسیژن تجزیه شود.

اکسیداسیون و کاهش آلکن ها را می توان با تبدیل های زیر نشان داد:

احیای آلکن

اکسیداسیون و احیای هیدروکربن های آروماتیک

بر اساس طرح زیر، اکسید شدن بنزن حتی در شرایط سخت بسیار دشوار است:

توانایی اکسید شدن به طور قابل توجهی از بنزن به نفتالین و بیشتر به آنتراسن افزایش می یابد.

جایگزین های ED اکسیداسیون ترکیبات معطر را تسهیل می کنند. EA - مانع از اکسیداسیون می شود. بازیابی بنزن

C 6 H 6 + 3 H 2

هیدروکسیلاسیون آنزیمی ترکیبات معطر

اکسیداسیون الکل ها

در مقایسه با هیدروکربن‌ها، اکسیداسیون الکل‌ها در شرایط ملایم‌تر اتفاق می‌افتد

مهم ترین واکنش دیول ها در شرایط بدن، تبدیل در سیستم کینون-هیدروکینون است

انتقال الکترون ها از بستر به اکسیژن در متاکندری اتفاق می افتد.

اکسیداسیون و احیای آلدئیدها و کتونها

یکی از دسته های ترکیبات آلی که به راحتی اکسید می شود

2H 2 C = O + H 2 O CH 3 OH + HCOOH به خصوص به راحتی در نور جریان دارد

اکسیداسیون ترکیبات حاوی نیتروژن

آمین ها به راحتی اکسید می شوند؛ محصولات نهایی اکسیداسیون ترکیبات نیترو هستند

کاهش کامل مواد حاوی نیتروژن منجر به تشکیل آمین می شود.

اکسیداسیون آمین ها در داخل بدن

اکسیداسیون و احیای تیول ها

ویژگی های مقایسه ای خواص O-B ترکیبات آلی.

تیول ها و فنل های 2 اتمی به راحتی اکسید می شوند. آلدئیدها به راحتی اکسید می شوند. اکسید شدن الکل ها دشوارتر است و الکل های اولیه آسان تر از الکل های ثانویه و سوم هستند. کتون ها در برابر اکسیداسیون مقاوم هستند یا با برش مولکول اکسید می شوند.

آلکین ها حتی در دمای اتاق به راحتی اکسید می شوند.

اکسید شدن سخت ترین ترکیبات حاوی اتم های کربن در حالت هیبرید شده با Sp3، یعنی قطعات اشباع مولکول ها هستند.

ED - جایگزین‌ها اکسیداسیون را تسهیل می‌کنند

EA - مانع از اکسیداسیون می شود.

خواص ویژه ترکیبات چند و ناهم عملکردی

طرح کلی سخنرانی

چند کارکردی و ناهمگونی به عنوان عامل افزایش واکنش پذیری ترکیبات آلی.

خواص ویژه ترکیبات چند وجهی و غیرعملکردی:

تشکیل آمفوتریسیته نمک های درون مولکولی

چرخه‌سازی درون مولکولی γ، δ، ε - ترکیبات ناهم‌عامل.

چرخه‌سازی بین مولکولی (لاکتیدها و دکتوپی‌پیروزین‌ها)

کیلاسیون

واکنش های حذف بتا-هتروفانکشنال

اتصالات

توتومریسم کتو-انول فسفونول پیرووات، به عنوان

ترکیب ماکرو ارژیک

دکربوکسیلاسیون

استریوایزومریسم

چند کارکردی و ناهمگونی به عنوان دلیل پیدایش خواص ویژه در اسیدهای هیدروکسی، آمینه و اکسو.

وجود چندین گروه عاملی یکسان یا متفاوت در یک مولکول یکی از ویژگی های ترکیبات آلی مهم بیولوژیکی است. یک مولکول ممکن است حاوی دو یا چند گروه هیدروکسیل، گروه آمینه یا گروه کربوکسیل باشد. مثلا:

گروه مهمی از مواد درگیر در فعالیت حیاتی، ترکیبات ناهم عملکردی هستند که ترکیبی جفتی از گروه های عملکردی مختلف دارند. مثلا:

در ترکیبات آلیفاتیک، همه گروه‌های عاملی فوق دارای ویژگی EA هستند. به دلیل تأثیر آنها بر یکدیگر، واکنش پذیری آنها متقابلاً افزایش می یابد. به عنوان مثال، در اکسواسیدها، الکتروفیلی هر یک از دو اتم کربن کربونیل توسط -J گروه عاملی دیگر افزایش می‌یابد که منجر به حمله آسان‌تر توسط معرف‌های هسته دوست می‌شود.

از آنجایی که اثر I پس از 3-4 پیوند محو می شود، یک شرایط مهم نزدیکی محل گروه های عاملی در زنجیره هیدروکربنی است. گروه‌های ناهم‌عامل می‌توانند روی یک اتم کربن (آرایش - α) یا روی اتم‌های کربن مختلف، همسایه (آرایش β) و هم دورتر از یکدیگر (γ، دلتا، اپسیلون) قرار گیرند.

هر گروه هتروعملکردی واکنش‌پذیری خاص خود را حفظ می‌کند؛ به‌طور دقیق‌تر، ترکیبات ناهم‌عامل وارد واکنش‌های شیمیایی «دوبرابر» می‌شوند. هنگامی که آرایش متقابل گروه های ناهمکار به اندازه کافی نزدیک باشد، واکنش پذیری هر یک از آنها به طور متقابل افزایش می یابد.

با حضور همزمان گروه های اسیدی و بازی در مولکول، ترکیب آمفوتر می شود.

به عنوان مثال: اسیدهای آمینه.

تعامل گروه های ناهمکار

مولکول ترکیبات ژئوعاملی ممکن است حاوی گروه هایی باشد که قادر به تعامل با یکدیگر هستند. به عنوان مثال، در ترکیبات آمفوتریک، مانند اسیدهای آمینه α، تشکیل نمک های داخلی امکان پذیر است.

بنابراین، تمام اسیدهای آمینه α به شکل یون های قطبی هستند و در آب بسیار محلول هستند.

علاوه بر فعل و انفعالات اسید و باز، انواع دیگری از واکنش های شیمیایی امکان پذیر می شود. به عنوان مثال، واکنش S N در SP 2 ترکیبی از یک اتم کربن در گروه کربونیل به دلیل برهمکنش با گروه الکل، تشکیل استرها، یک گروه کربوکسیل با یک گروه آمینه (تشکیل آمیدها) است.

بسته به آرایش نسبی گروه های عاملی، این واکنش ها می توانند هم در یک مولکول (داخل مولکولی) و هم بین مولکول ها (بین مولکولی) رخ دهند.

از آنجایی که واکنش منجر به تشکیل آمیدها و استرهای حلقوی می شود. سپس عامل تعیین کننده پایداری ترمودینامیکی چرخه ها می شود. در این راستا محصول نهایی معمولا حاوی حلقه های شش یا پنج عضوی است.

برای اینکه فعل و انفعالات درون مولکولی یک حلقه استر (آمید) پنج یا شش عضوی تشکیل دهد، ترکیب هتروعملکردی باید دارای آرایش گاما یا سیگما در مولکول باشد. سپس در کلاس

طرح 1. موضوع و اهمیت شیمی بیورگانیک 2. طبقه بندی و نامگذاری ترکیبات آلی 3. روش های به تصویر کشیدن مولکول های آلی 4. پیوند شیمیایی در مولکول های بیو آلی 5. اثرات الکترونیکی. تأثیر متقابل اتم ها در یک مولکول 6. طبقه بندی واکنش های شیمیایی و معرف ها 7. مفهوم مکانیسم های واکنش های شیمیایی 2

موضوع شیمی زیست آلی 3 شیمی بیو ارگانیک شاخه ای مستقل از علم شیمی است که به مطالعه ساختار، خواص و عملکردهای بیولوژیکی ترکیبات شیمیایی با منشاء آلی می پردازد که در متابولیسم موجودات زنده نقش دارند.

اهداف مطالعه شیمی بیولوژیکی بیومولکول‌ها و بیوپلیمرهای مولکولی کم (پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک و پلی‌ساکاریدها)، تنظیم‌کننده‌های زیستی (آنزیم‌ها، هورمون‌ها، ویتامین‌ها و غیره)، ترکیبات فعال فیزیولوژیکی طبیعی و مصنوعی، از جمله داروها و مواد با اثرات سمی هستند. بیومولکول‌ها ترکیبات بیوآلیکی هستند که بخشی از موجودات زنده هستند و برای تشکیل ساختارهای سلولی و شرکت در واکنش‌های بیوشیمیایی تخصص دارند و اساس متابولیسم (متابولیسم) و عملکردهای فیزیولوژیکی سلول‌های زنده و به طور کلی موجودات چند سلولی را تشکیل می‌دهند. 4 طبقه بندی ترکیبات زیست آلی

متابولیسم مجموعه ای از واکنش های شیمیایی است که در بدن (in vivo) رخ می دهد. متابولیسم نیز متابولیسم نامیده می شود. متابولیسم می تواند در دو جهت رخ دهد - آنابولیسم و کاتابولیسم. آنابولیسم سنتز در بدن مواد پیچیده از مواد نسبتا ساده است. با صرف انرژی (فرآیند گرماگیر) اتفاق می افتد. کاتابولیسم، برعکس، تجزیه ترکیبات آلی پیچیده به ترکیبات ساده تر است. با آزاد شدن انرژی (فرآیند گرمازا) اتفاق می افتد. فرآیندهای متابولیک با مشارکت آنزیم ها انجام می شود. آنزیم ها نقش کاتالیزورهای زیستی را در بدن بازی می کنند. بدون آنزیم‌ها، فرآیندهای بیوشیمیایی یا اصلاً اتفاق نمی‌افتند یا بسیار کند پیش می‌رفتند و بدن قادر به حفظ حیات نخواهد بود. 5

عناصر زیستی ترکیبات زیست آلی، علاوه بر اتم‌های کربن (C) که اساس هر مولکول آلی را تشکیل می‌دهند، شامل هیدروژن (H)، اکسیژن (O)، نیتروژن (N)، فسفر (P) و گوگرد (S) است. . این عناصر زیستی (ارگانوژن ها) در موجودات زنده در مقادیری بیش از 200 برابر بیشتر از محتوای آنها در اجسام بی جان متمرکز شده اند. عناصر ذکر شده بیش از 99 درصد از ترکیب عنصری زیست مولکول ها را تشکیل می دهند. 6

شیمی بیورگانیک از اعماق شیمی آلی برخاسته و بر اساس ایده ها و روش های آن است. در تاریخ توسعه، شیمی آلی دارای مراحل زیر است: تجربی، تحلیلی، ساختاری و مدرن. دوره از اولین آشنایی انسان با مواد آلی تا پایان قرن هجدهم تجربی تلقی می شود. نتیجه اصلی این دوره این بود که مردم به اهمیت آنالیز عنصری و ایجاد توده های اتمی و مولکولی پی بردند. نظریه حیات گرایی - نیروی حیات (برزلیوس). دوره تحلیلی تا دهه 60 قرن نوزدهم ادامه یافت. با این واقعیت مشخص شد که از اواخر ربع اول قرن نوزدهم تعدادی اکتشاف امیدوارکننده انجام شد که ضربه کوبنده ای به نظریه حیات گرایی وارد کرد. اولین نفر در این مجموعه، شاگرد برزلیوس، شیمیدان آلمانی وولر بود. او در سال 1824 اکتشافات زیادی انجام داد - سنتز اسید اگزالیک از سیانوژن: (CN) 2 HOOC - COOH r. - سنتز اوره از سیانات آمونیوم: NH 4 CNO NH 2 - C - NH 2 O 8

در سال 1853، سی جرارد "نظریه انواع" را توسعه داد و از آن برای طبقه بندی ترکیبات آلی استفاده کرد. به گفته جرارد، ترکیبات آلی پیچیده تری را می توان از چهار نوع ماده اصلی زیر تولید کرد: HHHH نوع HHHH O نوع آب H Cl نوع هیدروژن کلرید HHHHN N نوع آمونیاک از سال 1857، به پیشنهاد F. A. Kekule، هیدروکربن ها شروع به طبقه بندی کردند. به عنوان متان نوع HHHNNHH C 9

مفاد اساسی تئوری ساختار ترکیبات آلی (1861) 1) اتم ها در مولکول ها با پیوندهای شیمیایی مطابق با ظرفیت خود به یکدیگر متصل می شوند. 2) اتم های موجود در مولکول های مواد آلی به ترتیب خاصی به یکدیگر متصل می شوند که ساختار شیمیایی (ساختار) مولکول را تعیین می کند. 3) خواص ترکیبات آلی نه تنها به تعداد و ماهیت اتمهای تشکیل دهنده آنها، بلکه به ساختار شیمیایی مولکولها نیز بستگی دارد. 4) در مولکول‌های آلی برهمکنش بین اتم‌ها وجود دارد، هر دو به یکدیگر متصل هستند و بدون پیوند. 5) ساختار شیمیایی یک ماده را می توان با مطالعه دگرگونی های شیمیایی آن تعیین کرد و برعکس، خواص آن را با ساختار یک ماده مشخص کرد. 10

مفاد اساسی تئوری ساختار ترکیبات آلی (1861) فرمول ساختاری تصویری از توالی پیوندهای اتم ها در یک مولکول است. فرمول ناخالص - CH 4 O یا CH 3 OH فرمول ساختاری فرمول های ساختاری ساده گاهی اوقات فرمول مولکولی منطقی نامیده می شوند - فرمول یک ترکیب آلی که تعداد اتم های هر عنصر در مولکول را نشان می دهد. به عنوان مثال: C 5 H 12 - پنتان، C 6 H 6 - بنزین و غیره. یازده

مراحل توسعه شیمی زیست آلی به عنوان یک رشته دانش جداگانه که ترکیبی از اصول مفهومی و روش شناسی شیمی آلی از یک سو و بیوشیمی مولکولی و فارماکولوژی مولکولی از سوی دیگر است، شیمی زیست آلی در قرن بیستم بر اساس تحولات در جهان شکل گرفت. شیمی مواد طبیعی و پلیمرهای زیستی شیمی بیورگانیک مدرن به لطف کار W. Stein، S. Moore، F. Sanger (تجزیه و تحلیل ترکیب اسیدهای آمینه و تعیین ساختار اولیه پپتیدها و پروتئین ها)، L. Pauling و H. Astbury اهمیت اساسی پیدا کرده است. از ساختار مارپیچ و ساختار و اهمیت آنها در اجرای عملکردهای بیولوژیکی مولکول های پروتئین)، E. Chargaff (رمزگشایی ویژگی های ترکیب نوکلئوتیدی اسیدهای نوکلئیک)، J. Watson، Fr. کریک، ام. ویلکینز، آر. فرانکلین (تثبیت الگوهای ساختار فضایی مولکول DNA)، جی. کورانی (سنتز ژن شیمیایی) و غیره. 14

طبقه بندی ترکیبات آلی بر اساس ساختار اسکلت کربن و ماهیت گروه عاملی تعداد زیاد ترکیبات آلی شیمیدانان را بر آن داشت تا آنها را طبقه بندی کنند. طبقه بندی ترکیبات آلی بر اساس دو معیار طبقه بندی است: 1. ساختار اسکلت کربنی 2. ماهیت گروه های عاملی طبقه بندی بر اساس روش ساختار اسکلت کربن: 1. غیر حلقوی (آلکان ها، آلکن ها، آلکین ها، آلکادین ها)؛ 2. چرخه ای 2.1. کربوسیکلیک (آلیسیکلیک و معطر) 2.2. هتروسیکلیک 15 ترکیبات غیر حلقوی آلیفاتیک نیز نامیده می شوند. اینها شامل موادی با زنجیره کربن باز است. ترکیبات غیر حلقوی به دو دسته اشباع (یا اشباع) C n H 2n+2 (آلکان ها، پارافین ها) و غیر اشباع (غیراشباع) تقسیم می شوند. دومی شامل آلکن‌های CnH2n، آلکین‌های CnH2n-2، آلکادین‌های CnH2n-2 است.

16 ترکیبات حلقوی حاوی حلقه ها (چرخه ها) در مولکول های خود هستند. اگر چرخه ها فقط حاوی اتم های کربن باشند، چنین ترکیباتی کربوسیکلیک نامیده می شوند. به نوبه خود، ترکیبات کربوسیکلیک به alicyclic و معطر تقسیم می شوند. هیدروکربن های آلی حلقوی (سیکلوآلکان ها) شامل سیکلوپروپان و همولوگ های آن - سیکلوبوتان، سیکلوپنتان، سیکلوهگزان و غیره است. اگر سیستم حلقوی، علاوه بر هیدروکربن، شامل عناصر دیگری نیز باشد، این گونه ترکیبات به عنوان هتروسیکلیک طبقه بندی می شوند.

طبقه بندی بر اساس ماهیت یک گروه عاملی گروه عاملی یک اتم یا گروهی از اتم ها است که به روش خاصی به هم متصل شده اند که حضور آنها در یک مولکول یک ماده آلی ویژگی های مشخصه و تعلق آن به یک یا دسته دیگر از ترکیبات را تعیین می کند. . بر اساس تعداد و همگنی گروه های عاملی، ترکیبات آلی به تک، چندکاره و ناهمگن تقسیم می شوند. موادی که دارای یک گروه عاملی هستند، تک عملکردی و موادی با چندین گروه عملکردی یکسان، چند عملکردی نامیده می شوند. ترکیباتی که حاوی چندین گروه عملکردی مختلف هستند ناهم عملکرد هستند. مهم است که ترکیبات یک کلاس در سری های همولوگ ترکیب شوند. سری همولوگ مجموعه‌ای از ترکیبات آلی با گروه‌های عاملی یکسان و ساختار یکسان است؛ هر نماینده سری همولوگ با یک واحد ثابت (CH 2) با سری قبلی تفاوت دارد که به آن اختلاف همولوگ می‌گویند. اعضای یک سری همولوگ همولوگ نامیده می شوند. 17

سیستم های نامگذاری در شیمی آلی - بی اهمیت، منطقی و بین المللی (IUPAC) نامگذاری شیمیایی مجموعه ای از نام های مواد شیمیایی منفرد، گروه ها و طبقات آنها و همچنین قوانینی برای تدوین نام آنها است. نام گذاری شیمیایی مجموعه ای از نام های هر ماده شیمیایی است مواد، گروه ها و طبقات آنها، و همچنین قوانینی که نام آنها را جمع آوری می کند. نامگذاری بی اهمیت (تاریخی) با فرآیند به دست آوردن مواد (پیروگالول - محصول پیرولیز اسید گالیک)، منبع منشأ که از آن به دست آمده است (اسید فرمیک) و غیره مرتبط است. نام های بی اهمیت ترکیبات به طور گسترده ای در شیمی ترکیبات طبیعی و هتروسیکلیک استفاده می شود (سیترال، ژرانیول، تیوفن، پیرول، کینولین، و غیره). اسید گالیک)، منبعی که از آن به دست آمده است (اسید فرمیک) و غیره. نام های بی اهمیت ترکیبات به طور گسترده ای در شیمی ترکیبات طبیعی و هتروسیکلیک (سیترال، ژرانیول، تیوفن، پیرول، کینولین و غیره) استفاده می شود. نامگذاری منطقی بر اساس اصل تقسیم ترکیبات آلی به سری های همولوگ است. همه مواد در یک سری همولوگ خاص به عنوان مشتقات ساده ترین نماینده این سری - اولین یا گاهی اوقات دوم - در نظر گرفته می شوند. به طور خاص، برای آلکان - متان، برای آلکن - اتیلن، و غیره. نامگذاری منطقی بر اساس اصل تقسیم ترکیبات آلی به سری های همولوگ است. همه مواد در یک سری همولوگ خاص به عنوان مشتقات ساده ترین نماینده این سری - اولین یا گاهی اوقات دوم - در نظر گرفته می شوند. به ویژه، برای آلکان ها - متان، برای آلکن ها - اتیلن و غیره. 18

نامگذاری بین المللی (IUPAC). قوانین نامگذاری مدرن در سال 1957 در نوزدهمین کنگره اتحادیه بین المللی شیمی محض و کاربردی (IUPAC) تدوین شد. نامگذاری عملکردی رادیکال. این نام ها بر اساس نام کلاس عملکردی (الکل، اتر، کتون و غیره) است که قبل از آن نام رادیکال های هیدروکربنی وجود دارد، به عنوان مثال: آلیل کلرید، دی اتیل اتر، دی متیل کتون، پروپیل الکل و غیره. نامگذاری جایگزین. قوانین نامگذاری ساختار اصلی قطعه ساختاری مولکول (اسکلت مولکولی) زیر نام ترکیب، زنجیره کربن اصلی اتم‌ها برای ترکیبات آلی‌حلقه‌ای، و چرخه برای ترکیبات کربوسیکلیک است. 19

پیوند شیمیایی در مولکول‌های آلی پیوند شیمیایی پدیده برهمکنش بین لایه‌های الکترونی خارجی (الکترون‌های ظرفیت اتم‌ها) و هسته‌های اتمی است که وجود یک مولکول یا کریستال را به‌عنوان یک کل مشخص می‌کند. به عنوان یک قاعده، یک اتم، با پذیرش یا اهدای یک الکترون یا تشکیل یک جفت الکترون مشترک، تمایل دارد پیکربندی پوسته الکترونی خارجی شبیه به گازهای نجیب را به دست آورد. انواع پیوندهای شیمیایی زیر از ویژگی های ترکیبات آلی است: - پیوند یونی - پیوند کووالانسی - دهنده - پیوند گیرنده - پیوند هیدروژنی انواع دیگری نیز دارد. پیوند شیمیایی(فلزی، یک الکترون، دو الکترون سه مرکزی)، با این حال، آنها عملا هرگز در ترکیبات آلی یافت نمی شوند. 20

انواع پیوند در ترکیبات آلی مشخصه ترین ترکیبات آلی پیوند کووالانسی است. پیوند کووالانسی برهمکنش اتم ها است که از طریق تشکیل یک جفت الکترون مشترک تحقق می یابد. این نوع پیوند بین اتم هایی که دارای مقادیر الکترونگاتیوی قابل مقایسه هستند تشکیل می شود. الکترونگاتیوی خاصیتی از یک اتم است که توانایی جذب الکترون به سمت خود را از اتم های دیگر نشان می دهد. یک پیوند کووالانسی می تواند قطبی یا غیر قطبی باشد. یک پیوند کووالانسی غیر قطبی بین اتم هایی با مقدار الکترونگاتیوی یکسان ایجاد می شود

انواع پیوندها در ترکیبات آلی پیوند کووالانسی قطبی بین اتم هایی که مقادیر الکترونگاتیوی متفاوتی دارند تشکیل می شود. در این حالت، اتم های پیوند خورده بارهای جزئی به دست می آورند δ+δ+ δ-δ- یک زیرگروه خاص از پیوند کووالانسی پیوند دهنده-پذیرنده است. مانند نمونه های قبلی، این نوع برهمکنش به دلیل وجود یک جفت الکترون مشترک است، اما دومی توسط یکی از اتم های تشکیل دهنده پیوند (دهنده) فراهم می شود و توسط اتم دیگر (پذیرنده) پذیرفته می شود.

انواع پیوندها در ترکیبات آلی پیوند یونی بین اتم ها تشکیل می شود که در مقادیر الکترونگاتیوی تفاوت زیادی دارند. در این حالت، الکترون از عنصر کمتر الکترونگاتیو (اغلب یک فلز) به طور کامل به عنصر الکترونگاتیو تر منتقل می شود. این انتقال الکترون باعث ظاهر شدن یک بار مثبت بر روی اتم کم الکترونگاتیو و یک بار منفی در اتم الکترونگاتیو تر می شود. بنابراین، دو یون با بارهای مخالف تشکیل می شوند که بین آنها یک برهمکنش الکترووالانتی وجود دارد. 25

انواع پیوندها در ترکیبات آلی پیوند هیدروژنی یک برهمکنش الکترواستاتیکی بین اتم هیدروژن است که به روشی بسیار قطبی پیوند می‌یابد و جفت‌های الکترونی اکسیژن، فلوئور، نیتروژن، گوگرد و کلر. این نوع تعامل یک تعامل نسبتا ضعیف است. پیوند هیدروژنی می تواند بین مولکولی یا درون مولکولی باشد. پیوند هیدروژنی بین مولکولی (برهمکنش بین دو مولکول اتیل الکل) پیوند هیدروژنی درون مولکولی در سالیسیلیک آلدئید 26

پیوند شیمیایی در مولکول های آلی نظریه مدرن پیوند شیمیایی مبتنی بر مدل مکانیکی کوانتومی یک مولکول به عنوان یک سیستم متشکل از الکترون ها و هسته های اتمی است. مفهوم سنگ بنای نظریه مکانیک کوانتومی اوربیتال اتمی است. اوربیتال اتمی بخشی از فضا است که احتمال یافتن الکترون در آن حداکثر است. بنابراین پیوند را می توان به عنوان برهم کنش ("همپوشانی") اوربیتال هایی که هر کدام یک الکترون را با اسپین های مخالف حمل می کنند در نظر گرفت. 27

هیبریداسیون اوربیتال های اتمی بر اساس نظریه مکانیک کوانتومی، تعداد پیوندهای کووالانسی تشکیل شده توسط یک اتم با تعداد اوربیتال های اتمی یک الکترونی (تعداد الکترون های جفت نشده) تعیین می شود. اتم کربن در حالت پایه خود فقط دو الکترون جفت نشده دارد، اما انتقال احتمالی یک الکترون از 2s به 2 pz، تشکیل چهار پیوند کووالانسی را ممکن می‌سازد. حالت یک اتم کربن که در آن دارای چهار الکترون جفت نشده است "تحریک" نامیده می شود. با وجود نابرابر بودن اوربیتال های کربنی، مشخص شده است که به دلیل هیبریداسیون اوربیتال های اتمی، تشکیل چهار پیوند معادل امکان پذیر است. هیبریداسیون پدیده ای است که در آن تعداد اوربیتال های یک شکل و یکسان از چندین اوربیتال با اشکال مختلف و انرژی مشابه تشکیل می شود. 28

حالت های ترکیبی اتم کربن در مولکول های آلی FIRST HYBRID STATE اتم C در حالت هیبریداسیون sp 3 است، چهار پیوند σ را تشکیل می دهد، چهار اوربیتال هیبریدی را تشکیل می دهد که به شکل یک پیوند σ چهار وجهی (زاویه پیوند) مرتب شده اند.

حالت های ترکیبی اتم کربن در مولکول های آلی حالت هیبریدی دوم اتم C در حالت هیبریداسیون sp 2 قرار دارد، سه پیوند σ را تشکیل می دهد، سه اوربیتال هیبریدی را تشکیل می دهد که به شکل یک مثلث مسطح قرار گرفته اند (زاویه پیوند 120). پیوند σ-پیوند π-پیوند 32

حالت های ترکیبی اتم کربن در مولکول های آلی حالت هیبرید سوم اتم C در حالت هیبریداسیون sp قرار دارد، دو پیوند σ را تشکیل می دهد، دو اوربیتال هیبریدی را تشکیل می دهد که در یک خط (زاویه پیوند 180) پیوند σ-پیوندها قرار گرفته اند. - اوراق قرضه 33

مشخصات پیوندهای شیمیایی مقیاس POLING: F-4.0; O - 3.5; Cl - 3.0; N - 3.0; Br - 2.8; S - 2.5; C-2.5; H-2.1. تفاوت 1.7

ویژگی های پیوندهای شیمیایی قطبی شدن پیوند عبارت است از تغییر چگالی الکترون تحت تأثیر عوامل خارجی. قطبش پذیری پیوند، میزان تحرک الکترون است. با افزایش شعاع اتمی، قطبش پذیری الکترون ها افزایش می یابد. بنابراین، قطبش پذیری پیوند کربن - هالوژن به شرح زیر افزایش می یابد: C-F

جلوه های الکترونیکی تأثیر متقابل اتم ها در یک مولکول 39 طبق مفاهیم نظری مدرن، واکنش پذیری مولکول های آلی با جابجایی و تحرک ابرهای الکترونی که یک پیوند کووالانسی را تشکیل می دهند، از پیش تعیین می شود. در شیمی آلی، دو نوع جابجایی الکترون متمایز می شود: الف) جابجایی های الکترونیکی که در سیستم پیوند رخ می دهد، ب) جابجایی های الکترونیکی منتقل شده توسط سیستم پیوند. در مورد اول، به اصطلاح اثر القایی رخ می دهد، در مورد دوم - یک اثر مزومریک. اثر القایی توزیع مجدد چگالی الکترون (قطبی شدن) ناشی از تفاوت در الکترونگاتیوی بین اتم های یک مولکول در یک سیستم پیوند است. به دلیل قطبی پذیری ناچیز پیوندها، اثر القایی به سرعت محو می شود و پس از 3-4 پیوند تقریباً ظاهر نمی شود.

جلوه های الکترونیکی تأثیر متقابل اتم‌ها در یک مولکول 40 مفهوم اثر القایی توسط K. Ingold معرفی شد، و او همچنین نام‌های زیر را معرفی کرد: -اثر I در مورد کاهش چگالی الکترون توسط یک جانشین +I-اثر در در مورد افزایش چگالی الکترون توسط یک جایگزین اثر القایی مثبت توسط رادیکال های آلکیل (CH 3، C 2 H 5 - و غیره) به نمایش گذاشته شده است. همه جانشین های دیگر متصل به اتم کربن یک اثر القایی منفی از خود نشان می دهند.

جلوه های الکترونیکی تأثیر متقابل اتم ها در یک مولکول 41 اثر مزومریک توزیع مجدد چگالی الکترون در طول یک سیستم مزدوج است. سیستم های مزدوج شامل مولکول های ترکیبات آلی است که در آنها پیوندهای دوگانه و منفرد متناوب می شوند یا زمانی که یک اتم با یک جفت الکترون تنها در اوربیتال p در کنار پیوند دوگانه قرار دارد. در حالت اول، - صرف و در حالت دوم، ص، - صرف انجام می شود. سیستم های جفت شده در تنظیمات مدار باز و بسته ارائه می شوند. نمونه هایی از این ترکیبات عبارتند از 1،3-بوتادین و بنزین. در مولکول‌های این ترکیبات، اتم‌های کربن در حالت هیبریداسیون sp 2 قرار دارند و به دلیل اوربیتال‌های غیر هیبریدی p، پیوندهایی تشکیل می‌دهند که متقابلاً روی هم قرار می‌گیرند و یک ابر الکترونی واحد را تشکیل می‌دهند، یعنی مزدوج صورت می‌گیرد.

جلوه های الکترونیکی تأثیر متقابل اتم ها در یک مولکول 42 دو نوع اثر مزومریک وجود دارد - اثر مزومریک مثبت (+M) و اثر مزومریک منفی (-M). یک اثر مزومریک مثبت توسط جایگزین‌هایی که الکترون‌های p را برای سیستم مزدوج فراهم می‌کنند، نشان داده می‌شود. اینها عبارتند از: -O، -S -NH 2، -OH، -OR، هال (هالوژنها) و جانشینهای دیگری که بار منفی یا یک جفت الکترون دارند. اثر مزومریک منفی مشخصه جانشین هایی است که چگالی الکترون را از سیستم مزدوج جذب می کنند. اینها شامل جانشین هایی هستند که دارای پیوندهای متعدد بین اتم ها با الکترونگاتیوی متفاوت هستند: - N0 2 ; -SO 3 H; >C=O; -COON و دیگران. اثر مزومریک به صورت گرافیکی توسط یک فلش خمیده منعکس می شود که جهت جابجایی الکترون را نشان می دهد.بر خلاف اثر القایی، اثر مزومریک خاموش نمی شود. بدون توجه به طول زنجیره واسط، به طور کامل در سراسر سیستم منتقل می شود. C=O; -COON و دیگران. اثر مزومریک به صورت گرافیکی توسط یک فلش خمیده منعکس می شود که جهت جابجایی الکترون را نشان می دهد.بر خلاف اثر القایی، اثر مزومریک خاموش نمی شود. بدون توجه به طول زنجیره واسط، به طور کامل در سراسر سیستم منتقل می شود.">

انواع واکنش های شیمیایی 43 یک واکنش شیمیایی را می توان به عنوان برهمکنش یک معرف و بستر در نظر گرفت. بسته به روش شکستن و تشکیل پیوند شیمیایی در مولکول ها، واکنش های آلیتقسیم می شود: الف) همولیتیک ب) هترولیتیک ج) واکنش های مولکولی همولیتیک یا رادیکال آزاد در اثر شکاف همولیتیک پیوند ایجاد می شود، زمانی که هر اتم یک الکترون باقی می ماند، یعنی رادیکال هایی تشکیل می شوند. شکاف همولیتیک در دماهای بالا، عمل یک کوانتوم نور یا کاتالیز رخ می دهد.

واکنش های هترولیتیک یا یونی به گونه ای انجام می شود که یک جفت الکترون پیوندی در نزدیکی یکی از اتم ها باقی می ماند و یون ها تشکیل می شوند. ذره ای با یک جفت الکترون هسته دوست نامیده می شود و دارای بار منفی (-) است. ذره ای بدون جفت الکترون، الکتروفیل نامیده می شود و دارای بار مثبت (+) است. 44 انواع واکنش های شیمیایی

مکانیسم یک واکنش شیمیایی 45 مکانیسم یک واکنش مجموعه ای از مراحل ابتدایی (ساده) است که یک واکنش معین را تشکیل می دهد. مکانیسم واکنش اغلب شامل مراحل زیر است: فعال شدن معرف با تشکیل الکتروفیل، هسته دوست یا رادیکال آزاد. برای فعال کردن یک معرف معمولاً به یک کاتالیزور نیاز است. در مرحله دوم، معرف فعال شده با بستر تعامل می کند. در این حالت ذرات میانی (واسطه) تشکیل می شوند. دومی شامل کمپلکس ها، کمپلکس ها (کربوکاتیون ها)، کربانیون ها و رادیکال های آزاد جدید است. در مرحله نهایی، افزودن یا حذف یک ذره به (از) حد واسط تشکیل شده در مرحله دوم با تشکیل محصول نهایی واکنش صورت می گیرد. اگر یک معرف پس از فعال شدن، یک نوکلئوفیل تولید کند، آنگاه این واکنش‌های هسته دوست هستند. آنها با حرف N - (در نمایه) مشخص شده اند. در موردی که معرف یک الکتروفیل تولید می کند، واکنش ها به عنوان الکتروفیل (E) طبقه بندی می شوند. همین را می توان در مورد واکنش های رادیکال آزاد (R) نیز گفت.

نوکلئوفیل ها معرف هایی هستند که دارای بار منفی یا اتم غنی شده با چگالی الکترون هستند: 1) آنیون ها: OH -، CN -، RO -، RS -، Hal - و آنیون های دیگر. 2) مولکول های خنثی با جفت الکترون های تنها: NH 3، NH 2 R، H 2 O، ROH و دیگران. 3) مولکول هایی با چگالی الکترونی اضافی (دارای - پیوند). الکتروفیل ها معرف هایی هستند که بار مثبت یا اتم آنها در چگالی الکترونی تهی شده است: 1) کاتیون ها: H + (پروتون)، HSO 3 + (یون سولفونیوم هیدروژن)، NO 2 + (یون نیترونیم)، NO (یون نیتروزونیوم) و غیره. کاتیون ها 2) مولکول های خنثی با اوربیتال خالی: AlCl 3، FeBr 3، SnCl 4، BF 4 (اسیدهای لوئیس)، SO3. 3) مولکول هایی با چگالی الکترونی تهی شده روی اتم. 46