شیمی بیورگانیک (BOC)، اهمیت آن در پزشکی. موضوع شیمی زیست آلی. طبقه بندی، ساختار، واکنش پذیری ترکیبات آلی جیمز دیوی واتسون جرارد، گرهارت چارلز فردریک. بسته به ماهیت الکترونیکی معرف ها

شیمی بیورگانیک یک علم بنیادی است که به مطالعه ساختار و عملکردهای بیولوژیکی مهم ترین اجزای ماده زنده، در درجه اول پلیمرهای زیستی و تنظیم کننده های زیستی کم مولکولی می پردازد، و بر روشن کردن الگوهای رابطه بین ساختار ترکیبات و اثرات بیولوژیکی آنها تمرکز دارد.

شیمی بیورگانیک علمی است که در تقاطع شیمی و زیست شناسی قرار دارد و به آشکار شدن اصول عملکرد سیستم های زنده کمک می کند. شیمی بیورگانیک جهت گیری عملی مشخصی دارد و مبنای نظری برای به دست آوردن ترکیبات ارزشمند جدید برای صنایع پزشکی، کشاورزی، شیمیایی، غذایی و میکروبیولوژیکی است. دامنه علایق شیمی بیورگانیک به طور غیرمعمول گسترده است - این شامل دنیای مواد جدا شده از طبیعت زنده و نقش مهمی در زندگی است و دنیای ترکیبات آلی مصنوعی تولید شده که دارای فعالیت بیولوژیکی هستند. شیمی بیورگانیک شیمی همه مواد یک سلول زنده، ده ها و صدها هزار ترکیب را پوشش می دهد.

موضوعات مطالعه، روش های تحقیق و وظایف اصلی شیمی زیست آلی

موضوعات مورد مطالعهشیمی زیست آلی پروتئین ها و پپتیدها، کربوهیدرات ها، لیپیدها، بیوپلیمرهای مخلوط - گلیکوپروتئین ها، نوکلئوپروتئین ها، لیپوپروتئین ها، گلیکولیپیدها، و غیره، آلکالوئیدها، ترپنوئیدها، ویتامین ها، آنتی بیوتیک ها، هورمون ها، پروستاگلاندین ها، فرآیندهای تنظیم کننده، فرومون ها و همچنین فرمون ها هستند. داروها، آفت کش ها و غیره

زرادخانه اصلی روش های تحقیقشیمی زیست آلی متشکل از روش‌هایی است. برای حل مسائل ساختاری از روش های فیزیکی، فیزیکوشیمیایی، ریاضی و بیولوژیکی استفاده می شود.

وظایف اصلیشیمی بیورگانیک عبارتند از:

• جداسازی در حالت جداگانه و خالص سازی ترکیبات مورد مطالعه با استفاده از کریستالیزاسیون، تقطیر، انواع مختلفکروماتوگرافی، الکتروفورز، اولترافیلتراسیون، اولتراسانتریفیوژ، و غیره. در این مورد، عملکردهای بیولوژیکی خاص ماده مورد مطالعه اغلب مورد استفاده قرار می گیرد (به عنوان مثال، خلوص یک آنتی بیوتیک با فعالیت ضد میکروبی آن، یک هورمون با اثر آن بر یک ماده خاص کنترل می شود. فرآیند فیزیولوژیکی و غیره)؛
• ایجاد ساختار، از جمله ساختار فضایی، بر اساس رویکردهای شیمی آلی (هیدرولیز، برش اکسیداتیو، برش به قطعات خاص، به عنوان مثال، در باقیمانده‌های متیونین هنگام ایجاد ساختار پپتیدها و پروتئین‌ها، برش در گروه‌های 1،2-دیول کربوهیدرات، و غیره) و فیزیک - شیمی شیمیایی با استفاده از طیف سنجی جرمی، انواع مختلف طیف سنجی نوری (IR، UV، لیزر، و غیره)، تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس، رزونانس مغناطیسی هسته ای، رزونانس پارامغناطیس الکترون، پراکندگی چرخش نوری و دو رنگی دایره ای، سریع روش های سینتیک و غیره در ترکیب با محاسبات کامپیوتری. برای حل سریع مشکلات استاندارد مرتبط با ایجاد ساختار تعدادی از پلیمرهای زیستی، دستگاه های خودکار ایجاد شده و به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند، که اصل عملکرد آن بر اساس واکنش های استاندارد و خواص ترکیبات طبیعی و بیولوژیکی فعال است. اینها آنالایزرهایی برای تعیین ترکیب کمی اسید آمینه پپتیدها، توالی یابی برای تأیید یا ایجاد توالی بقایای اسیدهای آمینه در پپتیدها و توالی نوکلئوتیدی در اسیدهای نوکلئیک و غیره هستند. استفاده از آنزیم هایی که به طور خاص ترکیبات مورد مطالعه را در امتداد پیوندهای کاملاً تعریف شده می شکافند. هنگام مطالعه ساختار بیوپلیمرهای پیچیده مهم است. چنین آنزیم‌هایی در مطالعه ساختار پروتئین‌ها (تریپسین، پروتئینازهایی که پیوندهای پپتیدی را در اسید گلوتامیک، پرولین و سایر باقی مانده‌های اسید آمینه می‌شکنند)، اسیدهای نوکلئیک و پلی نوکلئوتیدها (نوکلئازها، آنزیم‌های محدود کننده)، پلیمرهای حاوی کربوهیدرات (گلیکوزیدازها، از جمله گلیکوزیدازها) استفاده می‌شوند. موارد - گالاکتوزیدازها، گلوکورونیدازها و غیره). برای افزایش اثربخشی تحقیق، نه تنها ترکیبات طبیعی، بلکه مشتقات آنها حاوی گروه‌های مشخصه، به‌ویژه معرفی‌شده و اتم‌های برچسب‌گذاری شده نیز تجزیه و تحلیل می‌شوند. این مشتقات، برای مثال، با رشد تولیدکننده در محیطی حاوی اسیدهای آمینه نشاندار یا سایر پیش سازهای رادیواکتیو، که شامل تریتیوم، کربن رادیواکتیو یا فسفر است، به دست می آیند. اگر این مطالعه همراه با مطالعه ساختار ژن های مربوطه انجام شود، قابلیت اطمینان داده های به دست آمده از مطالعه پروتئین های پیچیده به طور قابل توجهی افزایش می یابد.
• سنتز شیمیایی و اصلاح شیمیایی ترکیبات مورد مطالعه شامل سنتز کل، سنتز آنالوگ ها و مشتقات. برای ترکیبات با وزن مولکولی کم، سنتز ضد هنوز یک معیار مهم برای درستی ساختار ایجاد شده است. توسعه روش‌هایی برای سنتز ترکیبات فعال طبیعی و بیولوژیکی برای حل مشکل مهم بعدی شیمی بیولوژیکی - روشن کردن رابطه بین ساختار و عملکرد بیولوژیکی آنها ضروری است.
• شفاف سازی رابطه بین ساختار و عملکردهای بیولوژیکی بیوپلیمرها و تنظیم کننده های زیستی کم مولکولی. مطالعه مکانیسم های شیمیایی عمل بیولوژیکی آنها. این جنبه از شیمی بیورگانیک به طور فزاینده ای در حال تبدیل شدن است اهمیت عملی. بهبود زرادخانه روش‌های سنتز شیمیایی و شیمیایی-آنزیمی بیوپلیمرهای پیچیده (پپتیدهای فعال بیولوژیکی، پروتئین‌ها، پلی نوکلئوتیدها، اسیدهای نوکلئیک، از جمله ژن‌های فعال) در ترکیب با تکنیک‌های بهبودیافته برای سنتز تنظیم‌کننده‌های زیستی نسبتاً ساده‌تر، و همچنین روش‌ها. برای برش انتخابی بیوپلیمرها، امکان درک عمیق تر وابستگی اثرات بیولوژیکی به ساختار ترکیبات را فراهم می کند. استفاده از فناوری محاسباتی بسیار کارآمد، مقایسه عینی داده های متعدد از محققان مختلف و یافتن الگوهای مشترک را ممکن می سازد. الگوهای خاص و عمومی یافت شده، به نوبه خود، سنتز ترکیبات جدید را تحریک و تسهیل می‌کنند، که در برخی موارد (به عنوان مثال، هنگام مطالعه پپتیدهایی که بر فعالیت مغز تأثیر می‌گذارند) امکان یافتن ترکیبات سنتزی عملاً مهمی را فراهم می‌کند که در فعالیت بیولوژیکی برتر هستند. به آنالوگ های طبیعی خود. مطالعه مکانیسم های شیمیایی عمل بیولوژیکی امکان ایجاد ترکیبات فعال بیولوژیکی با خواص از پیش تعیین شده را باز می کند.
• به دست آوردن داروهای با ارزش عملی.
• آزمایش بیولوژیکی ترکیبات به دست آمده.

تشکیل شیمی بیو آلی. مرجع تاریخی

ظهور شیمی بیورگانیک در جهان در اواخر دهه 50 و اوایل دهه 60 رخ داد، زمانی که اهداف اصلی تحقیق در این زمینه چهار دسته از ترکیبات آلی بودند که نقش کلیدی در زندگی سلول ها و موجودات دارند - پروتئین ها، پلی ساکاریدها و لیپیدها دستاوردهای برجستهشیمی سنتی ترکیبات طبیعی، مانند کشف مارپیچ α توسط L. Pauling به عنوان یکی از عناصر اصلی ساختار فضاییزنجیره پلی پپتیدی در پروتئین ها، ایجاد ساختار شیمیایی نوکلئوتیدها توسط A. Todd و اولین سنتز یک دی نوکلئوتید، توسعه روشی توسط F. Sanger برای تعیین توالی اسید آمینه در پروتئین ها و استفاده از آن برای رمزگشایی ساختار انسولین، R. سنتز وودوارد از چنین ترکیبات طبیعی پیچیده ای مانند رزرپین، کلروفیل و ویتامین در 12، سنتز اولین هورمون پپتیدی اکسی توسین، در اصل، تبدیل شیمی ترکیبات طبیعی به شیمی بیورگانیک مدرن را نشان داد.

با این حال، در کشور ما، علاقه به پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک خیلی زودتر به وجود آمد. اولین مطالعات در مورد شیمی پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک در اواسط دهه 20 آغاز شد. در داخل دیوارهای دانشگاه مسکو، و اولین بار در اینجا بود مدارس علمی، تا به امروز با موفقیت در این زمینه های مهم علوم طبیعی کار می کند. بنابراین، در دهه 20. به ابتکار N.D. زلنسکی تحقیقات سیستماتیک در مورد شیمی پروتئین را آغاز کرد. وظیفه اصلیکه شفاف سازی اصول کلی ساختار مولکول های پروتئین بود. N.D. Zelinsky اولین آزمایشگاه شیمی پروتئین را در کشور ما ایجاد کرد که در آن کار مهمی بر روی سنتز و تجزیه و تحلیل ساختاری اسیدهای آمینه و پپتیدها انجام شد. نقش برجسته ای در توسعه این آثار متعلق به M.M. بوتوینیک و شاگردانش، که در مطالعه ساختار و مکانیسم عمل پیروفسفاتازهای معدنی، آنزیم های کلیدی متابولیسم فسفر در سلول، به نتایج چشمگیری دست یافتند. در پایان دهه 40، زمانی که نقش اصلی اسیدهای نوکلئیک در فرآیندهای ژنتیکی شروع به ظهور کرد، M.A. پروکوفیف و ز.آ. شابارووا کار روی سنتز اجزای اسید نوکلئیک و مشتقات آنها را آغاز کرد و بدین ترتیب آغاز شیمی اسید نوکلئیک در کشور ما بود. اولین سنتز نوکلئوزیدها، نوکلئوتیدها و الیگونوکلئوتیدها انجام شد و سهم بزرگی در ایجاد سنتز کننده های اسید نوکلئیک خودکار داخلی انجام شد.

در دهه 60 این جهت در کشور ما به طور مداوم و سریع و اغلب جلوتر از گام ها و روندهای مشابه در خارج از کشور توسعه یافته است. اکتشافات بنیادی A.N نقش بزرگی در توسعه شیمی بیورگانیک ایفا کرد. بلوزرسکی، که وجود DNA را در گیاهان عالی اثبات کرد و به طور سیستماتیک ترکیب شیمیایی اسیدهای نوکلئیک را مطالعه کرد، مطالعات کلاسیک V.A. انگلهارت و V.A. Belitser در مورد مکانیسم اکسیداتیو فسفوریلاسیون، مطالعات مشهور جهانی توسط A.E. آربوزوف در مورد شیمی ترکیبات فسفر آلی فعال فیزیولوژیکی، و همچنین آثار اساسی I.N. نظروف و N.A. پرئوبراژنسکی در مورد سنتز مواد طبیعی مختلف و آنالوگهای آنها و آثار دیگر. بزرگترین دستاوردها در ایجاد و توسعه شیمی بیورگانیک در اتحاد جماهیر شوروی متعلق به آکادمیک M.M. شمیاکین. به ویژه، او کار بر روی مطالعه پپتیدهای غیر معمول - دپسی پپتیدها را آغاز کرد که متعاقباً در ارتباط با عملکرد آنها به عنوان یونوفورها توسعه گسترده ای دریافت کردند. استعداد، بینش و فعالیت شدید این دانشمندان و سایر دانشمندان به رشد سریع اقتدار بین المللی شیمی بیورگانیک شوروی، تثبیت آن در مرتبط ترین زمینه ها و تقویت سازمانی در کشور ما کمک کرد.

در اواخر دهه 60 - اوایل دهه 70. در سنتز ترکیبات فعال بیولوژیکی با ساختار پیچیده، آنزیم ها شروع به استفاده به عنوان کاتالیزور کردند (به اصطلاح سنتز ترکیبی شیمیایی-آنزیمی). این رویکرد توسط G. Korana برای اولین سنتز ژن استفاده شد. استفاده از آنزیم ها امکان تبدیل کاملاً انتخابی تعدادی از ترکیبات طبیعی و به دست آوردن مشتقات فعال بیولوژیکی جدید از پپتیدها، الیگوساکاریدها و اسیدهای نوکلئیک را با عملکرد بالا ممکن می سازد. در دهه 70 به شدت توسعه یافته ترین زمینه های شیمی بیورگانیک، سنتز الیگونوکلئوتیدها و ژن ها، مطالعات غشای سلولی و پلی ساکاریدها، و تجزیه و تحلیل ساختارهای اولیه و فضایی پروتئین ها بود. ساختار آنزیم های مهم (ترانس آمیناز، β-گالاکتوزیداز، RNA پلیمراز وابسته به DNA)، پروتئین های محافظ (γ-گلوبولین ها، اینترفرون ها)، پروتئین های غشایی(آدنوزین تری فسفاتازها، باکتریورودوپسین). پراهمیتکار بر روی مطالعه ساختار و مکانیسم عمل تنظیم کننده های پپتید به دست آورد فعالیت عصبی(به اصطلاح نوروپپتیدها).

شیمی زیست آلی داخلی مدرن

در حال حاضر، شیمی زیست آلی داخلی در تعدادی از زمینه های کلیدی جایگاه های پیشرو در جهان را به خود اختصاص داده است. پیشرفت‌های عمده‌ای در مطالعه ساختار و عملکرد پپتیدهای فعال بیولوژیکی و پروتئین‌های پیچیده، از جمله هورمون‌ها، آنتی‌بیوتیک‌ها و نوروتوکسین‌ها انجام شده است. نتایج مهمی در شیمی پپتیدهای فعال غشایی به دست آمده است. دلایل انتخاب منحصر به فرد و اثربخشی عمل دیسپپسید-یونوفورها مورد بررسی قرار گرفت و مکانیسم عملکرد در سیستم های زنده روشن شد. آنالوگ های مصنوعی یونوفورها با خواص مشخص به دست آمده اند که چندین برابر موثرتر از نمونه های طبیعی هستند (V.T. Ivanov، Yu.A. Ovchinnikov). از خواص منحصر به فرد یونوفورها برای ایجاد حسگرهای انتخابی یون بر اساس آنها استفاده می شود که به طور گسترده در فناوری استفاده می شود. موفقیت های به دست آمده در مطالعه گروه دیگری از تنظیم کننده ها - نوروتوکسین ها، که مهارکننده های انتقال تکانه های عصبی هستند، منجر به استفاده گسترده از آنها به عنوان ابزاری برای مطالعه گیرنده های غشایی و سایر ساختارهای خاص غشای سلولی (E.V. Grishin) شده است. توسعه کار روی سنتز و مطالعه هورمون های پپتیدی منجر به ایجاد آنالوگ های بسیار مؤثر هورمون های اکسی توسین، آنژیوتانسین II و برادی کینین شده است که مسئول انقباض عضلات صاف و تنظیم فشار خون هستند. یک موفقیت بزرگ کامل بود سنتز شیمیاییآماده سازی انسولین، از جمله انسولین انسانی (N.A. Yudaev، Yu.P. Shvachkin، و غیره). تعدادی از آنتی بیوتیک های پروتئینی کشف و مورد مطالعه قرار گرفتند، از جمله gramicidin S، پلی میکسین M، اکتینوکسانتین (G.F. Gause، A.S. Khokhlov و غیره). کار به طور فعال برای مطالعه ساختار و عملکرد پروتئین های غشایی که عملکردهای گیرنده و انتقال را انجام می دهند در حال توسعه است. پروتئین های گیرنده نوری رودوپسین و باکتریورودوپسین به دست آمدند و اساس فیزیکوشیمیایی عملکرد آنها به عنوان پمپ های یونی وابسته به نور مورد مطالعه قرار گرفت (V.P. Skulachev، Yu.A. Ovchinnikov، M.A. Ostrovsky). ساختار و مکانیسم عملکرد ریبوزوم ها، سیستم های اصلی بیوسنتز پروتئین در سلول، به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است (A.S. Spirin، A.A. Bogdanov). چرخه های بزرگ تحقیقات با مطالعه آنزیم ها، تعیین ساختار اولیه و ساختار فضایی آنها، مطالعه عملکردهای کاتالیزوری (آمینوترانسفرازهای آسپارتات، پپسین، کیموتریپسین، ریبونوکلئازها، آنزیم های متابولیسم فسفر، گلیکوزیدازها، کولین استرازها و غیره) مرتبط است. روش هایی برای سنتز و اصلاح شیمیایی اسیدهای نوکلئیک و اجزای آنها توسعه یافته است (D.G. Knorre، M.N. Kolosov، Z.A. Shabarova)، رویکردهایی برای ایجاد داروهای نسل جدید بر اساس آنها برای درمان بیماری های ویروسی، انکولوژیکی و خودایمنی در حال توسعه است. استفاده كردن خواص منحصر به فرداسیدهای نوکلئیک و بر اساس آنها داروهای تشخیصی و حسگرهای زیستی، تحلیلگرهای تعدادی از ترکیبات فعال بیولوژیکی (V.A. Vlasov، Yu.M. Evdokimov و غیره) ایجاد می شود.

پیشرفت قابل توجهی در شیمی مصنوعی کربوهیدرات ها (سنتز آنتی ژن های باکتریایی و ایجاد واکسن های مصنوعی، سنتز بازدارنده های خاص جذب ویروس ها در سطح سلول، سنتز مهار کننده های خاص سموم باکتریایی (N.K. Kochetkov, A. بله خورلین)). پیشرفت قابل توجهی در مطالعه لیپیدها، اسیدهای لیپوآمینه، لیپوپپتیدها و لیپوپروتئین ها حاصل شده است (L.D. Bergelson، N.M. Sisakyan). روش هایی برای سنتز بسیاری از اسیدهای چرب فعال بیولوژیکی، لیپیدها و فسفولیپیدها ایجاد شده است. توزیع گذرنده لیپیدها در انواع مختلف لیپوزوم ها، در غشاهای باکتریایی و در میکروزوم های کبد مورد مطالعه قرار گرفت.

یکی از حوزه های مهم شیمی بیورگانیک، مطالعه انواع مواد طبیعی و مصنوعی است که می توانند فرآیندهای مختلفی را که در سلول های زنده رخ می دهند، تنظیم کنند. اینها دافع ها، آنتی بیوتیک ها، فرمون ها، مواد سیگنال دهنده، آنزیم ها، هورمون ها، ویتامین ها و غیره (به اصطلاح تنظیم کننده های کم مولکولی) هستند. روش هایی برای سنتز و تولید تقریباً تمام ویتامین های شناخته شده، بخش قابل توجهی از هورمون های استروئیدی و آنتی بیوتیک ها ایجاد شده است. روش‌های صنعتی برای تولید تعدادی از کوآنزیم‌های مورد استفاده به عنوان فرآورده‌های دارویی (کوآنزیم Q، پیریدوکسال فسفات، تیامین پیروفسفات و غیره) توسعه یافته‌اند. عوامل آنابولیک قوی جدید پیشنهاد شده اند که از نظر عملکرد نسبت به داروهای شناخته شده خارجی (I.V. Torgov، S.N. Ananchenko) برتر هستند. بیوژنز و مکانیسم های عمل استروئیدهای طبیعی و تبدیل شده مورد مطالعه قرار گرفته است. پیشرفت قابل توجهی در مطالعه آلکالوئیدها، گلیکوزیدهای استروئیدی و تری ترپن و کومارین ها حاصل شده است. تحقیقات اولیه در زمینه شیمی آفت کش ها انجام شد که منجر به انتشار تعدادی از داروهای ارزشمند (I.N. Kabachnik، N.N. Melnikov و غیره) شد. جستجوی فعال برای داروهای جدید مورد نیاز برای درمان بیماری های مختلف در حال انجام است. داروهایی به دست آمده اند که اثربخشی خود را در درمان تعدادی از بیماری های انکولوژیک (دوپان، سارکولیزین، فتورافور و غیره) ثابت کرده اند.

جهت گیری های اولویت دار و چشم انداز توسعه شیمی بیورگانیک

جهت های اولویت دار تحقیق علمیدر زمینه شیمی بیورگانیک عبارتند از:

• مطالعه وابستگی ساختاری-عملکردی ترکیبات فعال بیولوژیکی؛
• طراحی و سنتز داروهای فعال بیولوژیکی جدید، از جمله ایجاد داروها و محصولات محافظت از گیاهان؛
• تحقیق در مورد فرآیندهای بیوتکنولوژیکی بسیار کارآمد؛
• مطالعه مکانیسم‌های مولکولی فرآیندهایی که در یک موجود زنده رخ می‌دهند.

جهت دار تحقیقات پایهدر زمینه شیمی بیورگانیک با هدف مطالعه ساختار و عملکرد مهم ترین پلیمرهای زیستی و تنظیم کننده های زیستی کم مولکولی از جمله پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها، لیپیدها، آلکالوئیدها، پروستاگلاندین ها و سایر ترکیبات می باشد. شیمی بیورگانیک ارتباط نزدیکی با وظایف عملیپزشکی و کشاورزی (تولید ویتامین ها، هورمون ها، آنتی بیوتیک ها و سایر داروها، محرک های رشد گیاهی و تنظیم کننده رفتار حیوانات و حشرات)، صنایع شیمیایی، غذایی و میکروبیولوژیکی. نتایج تحقیقات علمی مبنایی برای ایجاد یک پایگاه علمی و فنی برای فناوری‌های تولید تشخیص‌های ایمنی پزشکی مدرن، معرف‌های تحقیقات ژنتیکی پزشکی و معرف‌هایی برای تجزیه و تحلیل بیوشیمیایی، فناوری‌هایی برای سنتز مواد دارویی برای استفاده در سرطان‌شناسی، ویروس‌شناسی، غدد درون‌ریز، گوارش، و همچنین حفاظت از گیاهان شیمیایی و فن آوری برای کاربرد آنها در کشاورزی.

حل مسائل اصلی شیمی بیورگانیک برای پیشرفت بیشتر زیست شناسی، شیمی و تعدادی از علوم فنی مهم است. بدون توضیح ساختار و خواص مهم‌ترین بیوپلیمرها و تنظیم‌کننده‌های زیستی، درک ماهیت فرآیندهای زندگی غیرممکن است، چه رسد به یافتن راه‌هایی برای کنترل پدیده‌های پیچیده مانند تولید مثل و انتقال ویژگی‌های ارثی، رشد طبیعی و بدخیم سلولی، ایمنی، حافظه، انتقال تکانه های عصبی و موارد دیگر. در همان زمان، مطالعه بسیار تخصصی بیولوژیکی مواد فعالو فرآیندهایی که با مشارکت آنها اتفاق می افتد می تواند فرصت های اساسی جدیدی را برای توسعه شیمی، فناوری شیمیایی و مهندسی باز کند. مشکلاتی که راه حل آنها با تحقیقات در زمینه شیمی بیورگانیک مرتبط است شامل ایجاد کاتالیزورهای کاملاً خاص بسیار فعال (بر اساس مطالعه ساختار و مکانیسم عمل آنزیم ها)، تبدیل مستقیم انرژی شیمیایی به انرژی مکانیکی (بر اساس مطالعه انقباض عضلانی)، و استفاده از اصول ذخیره سازی شیمیایی در فناوری و انتقال اطلاعات انجام شده در سیستم های بیولوژیکی، اصول خود تنظیمی سیستم های سلولی چند جزئی، در درجه اول نفوذپذیری انتخابی غشاهای بیولوژیکی، و موارد دیگر. مشکلات بسیار فراتر از مرزهای خود شیمی بیورگانیک قرار دارند، با این حال، پیش نیازهای اساسی برای توسعه این مشکلات ایجاد می کند و نقاط حمایتی اصلی را برای توسعه تحقیقات بیوشیمیایی در حال حاضر مرتبط با این زمینه فراهم می کند. زیست شناسی مولکولی. گستردگی و اهمیت مسائل حل شده، تنوع روش ها و ارتباط نزدیک با سایر رشته های علمی، توسعه سریع شیمی بیورگانیک را تضمین می کند.بولتن دانشگاه مسکو، سری 2، شیمی. 1999. ت 40. شماره 5. ص 327-329.

Bender M.، Bergeron R.، Komiyama M. شیمی بیورگانیک کاتالیز آنزیمی. مطابق. از انگلیسی م.: میر، 1987. 352 س.

یاکوویشین L.A. منتخب فصول شیمی زیست آلی. سواستوپل: Strizhak-press, 2006. 196 pp.

نیکولایف A.Ya. شیمی بیولوژیکی. م.: آژانس اطلاعات پزشکی، 1380. 496 ص.

موضوع شیمی زیست آلی.
ساختار و ایزومری آلی
اتصالات
پیوند و برهمکنش شیمیایی
اتم ها در ترکیبات آلی
انواع واکنش های شیمیایی.
چندکاره و ناهمکار
اتصالات
کتاب درسی پایه - Tyukavkina N.A., Baukov Yu.I.
شیمی بیورگانیک
متن سخنرانی و کتابچه راهنمای شیمی زیست آلی در
پرسش و پاسخ" را در وب سایت TSU http://tgumed.ru ببینید
برگه "راهنمای دانش آموز"، بخش "سخنرانی ها در
رشته ها برنامه تحصیلی" و البته VK

شیمی بیورگانیک ساختار و خواص مواد درگیر در فرآیندهای زندگی را در ارتباط با دانش بیولوژیکی آنها مطالعه می کند.

شیمی بیورگانیک ساختار و خواص مواد را مطالعه می کند
شرکت در فرآیندهای زندگی، در ارتباط با
آگاهی از عملکردهای بیولوژیکی آنها
موضوعات اصلی مطالعه بیولوژیکی هستند
پلیمرها (بیوپلیمرها) و تنظیم کننده های زیستی.
پلیمرهای زیستی
–
وزن مولکولی بالا
طبیعی
ترکیباتی که اساس ساختاری همه موجودات زنده هستند
موجودات زنده و ایفای نقش خاصی در فرآیندها
فعالیت زندگی بیوپلیمرها شامل پپتیدها و
پروتئین ها، پلی ساکاریدها (کربوهیدرات ها)، اسیدهای نوکلئیک. که در
این گروه شامل لیپیدها نیز می شود که خود چنین نیستند
ترکیبات با وزن مولکولی بالا هستند، اما در
بدن معمولاً با پلیمرهای زیستی دیگر همراه است.
تنظیم کننده های زیستی ترکیباتی هستند که از نظر شیمیایی
متابولیسم را تنظیم می کند. اینها شامل ویتامین ها،
هورمون ها، بسیاری از بیولوژیکی فعال مصنوعی
ترکیبات، از جمله داروها.

مجموعه ای از واکنش های شیمیایی که در بدن رخ می دهد متابولیسم یا متابولیسم نامیده می شود. مواد تولید شده در سلول ها

مجموعه ای از واکنش های شیمیایی که در بدن رخ می دهد
متابولیسم یا متابولیسم نامیده می شود. مواد
در سلول ها، بافت ها و اندام های گیاهان و حیوانات تشکیل می شود
در طول متابولیسم متابولیت نامیده می شود.
متابولیسم شامل دو جهت است - کاتابولیسم و
آنابولیسم
کاتابولیسم به واکنش های تجزیه موادی که وارد می شوند اشاره دارد
با غذا وارد بدن می شود. به عنوان یک قاعده، آنها با اکسیداسیون ترکیبات آلی همراه هستند و با انتشار ادامه می یابند
انرژی.
آنابولیسم سنتز مولکول های پیچیده از
ساده تر، در نتیجه شکل گیری و تجدید عناصر ساختاریموجود زنده
فرآیندهای متابولیک با مشارکت آنزیم ها اتفاق می افتد،
آن ها پروتئین های خاصی که در سلول ها یافت می شوند
ارگانیسم و ​​نقش کاتالیزورهای بیوشیمیایی را ایفا می کنند
فرآیندها (زیست کاتالیزورها).

متابولیسم

کاتابولیسم
آنابولیسم
تجزیه بیوپلیمرها
با برجسته سازی
انرژی
سنتز پلیمرهای زیستی
با جذب
انرژی
گلیسیرین و
اسید چرب

اصول اولیه تئوری ساختار ترکیبات آلی A.M. باتلروف

1. اتم ها در یک مولکول در یک معین قرار دارند
توالی با توجه به ظرفیت آنها.
ظرفیت اتم کربن در آلی
اتصالات برابر با چهار است.
2. خواص مواد نه تنها به چه چیزی بستگی دارد
اتم ها و در چه مقادیری در ترکیب گنجانده شده اند
مولکول‌ها، بلکه به ترتیبی که در آن قرار دارند
به یکدیگر متصل می شوند.
3. اتم ها یا گروه هایی از اتم ها که تشکیل می دهند
مولکول ها متقابلاً بر یکدیگر تأثیر می گذارند و باعث می شوند
به فعالیت و واکنش شیمیایی بستگی دارد
توانایی مولکول ها
4. مطالعه خواص مواد به ما امکان تعیین آنها را می دهد
ساختار شیمیایی.

H o m o l o g h i c y r a y d

همولوگ
ردیف
تعدادی از ترکیبات مشابه ساختاری که دارند
خواص شیمیایی مشابه، که در آن فرد
اعضای یک سری فقط از نظر کمیت با یکدیگر تفاوت دارند
گروه -CH2- یک سری همسانی نامیده می شود و گروه
CH2 - تفاوت همسانی.
اعضای هر سری همولوگ دارای تعداد زیادی هستند
بیشتر واکنش ها به همین ترتیب انجام می شود (به استثنای
فقط اولین اعضای مجموعه را تشکیل می دهند). بنابراین، دانستن
واکنش های شیمیایی تنها یکی از اعضای سری، امکان پذیر است
با درجه بالایی از احتمال ادعا می کند که یکسان است
نوع تبدیل نیز با اعضای باقی مانده رخ می دهد
سری همولوگ
برای هر سری همولوگ می توان استخراج کرد
فرمول کلی منعکس کننده رابطه بین اتم ها
کربن و هیدروژن در اعضای این سری؛ این فرمول است
تماس گرفت فرمول کلیسری همولوگ

طبقه بندی ترکیبات آلی بر اساس ساختار اسکلت کربنی

طبقه بندی ترکیبات آلی بر اساس وجود گروه های عاملی

گروه عملکردی
کلاس
مثال
اتم های هالوژن (F، Cl، Br، I) مشتقات هالوژن CH3CH2Cl (کلرواتان)
هیدروکسیل (–OH)
الکل ها (فنول ها)
CH3CH2OH (اتانول)
تیول یا مرکاپتو- (- تیول ها (مرکاپتان ها) CH3CH2SH (اتانتیول)
SN)
اثیری (–O–)
اترها
CH3CH2–O–CH2CH3
(دی اتیل
اتر)
استر
کربوکسیل – C UN
استرها
CH3CH2COOCH3 (متیل استات)
اسیدهای کربوکسیلیک CH3COOH (اسید استیک)
آمید –С ОНН2
آمیدها
کربونیل (–C=O)
سولفو- (-SO3H)
آمینو (-NH2)
آلدئیدها و
کتون ها
اسیدهای سولفونیک
آمین ها
نیترو (–NO2)
ترکیبات نیترو
اسیدها
CH3CONH2 (استامید)
CH3CHO (اتانال)
CH3COCH3 (پروپانون)
СН3SO3Н (اسید متان سولفونیک)
CH3CH2NH2
(اتیلامین،
آمین اولیه)
CH3NHCH3
(دی متیل آمین،
آمین ثانویه)
CH3CH2NO2 (نیترواتان)

نامگذاری ترکیبات آلی

ایزومریسم ترکیبات آلی

اگر دو یا چند ماده منفرد داشته باشند
همان ترکیب کمی (فرمول مولکولی)،
اما در توالی اتصال با یکدیگر تفاوت دارند
اتم ها و (یا) مکان آنها در فضا، سپس به طور کلی
در این حالت به آنها ایزومر می گویند.
از آنجایی که ساختار این ترکیبات متفاوت است، پس
خواص شیمیایی یا فیزیکی ایزومرها
متفاوت هستند.
انواع ایزومر: ساختاری (ایزومرهای ساختاری) و
استریوایزومریسم (فضایی).
ایزومری ساختاری می تواند سه نوع باشد:
- ایزومر اسکلت کربن (ایزومرهای زنجیره ای)،
- موقعیت ایزومرها (پیوندهای چندگانه یا عملکردی
گروه ها)،
- ایزومرهای گروه عاملی (بین کلاسی).
استریوایزومریسم به صورت فرعی تقسیم می شود
پیکربندی
بر
ساختاری
و

این ایزومریسم هندسی است

نور پلاریزه هواپیما

علائم فعالیت نوری:
- وجود یک اتم کربن نامتقارن؛
- عدم وجود عناصر تقارن مولکولی

انانتیومرهای آدرنالین
پروتئین
آنیونیک
تخت
مرکز
سطح
اشغال نشده است
تخت
آنیونیک
سطح
مرکز
مشغول
(+) - آدرنالین
(-)- آدرنالین
ناقص
مکاتبات
کم
فعالیت
کامل
مکاتبات
بالا
فعالیت

فعالیت بیولوژیکی انانتیومرها

آسپاراژین
داروون
ضد درد
NOVRAD
داروی ضد سرفه
آینه
ال آسپاراژین
دی آسپاراژین
(از مارچوبه)
(از نخود فرنگی)
مزه تلخ
طعم شیرین
انانتیومرها
قربانیان تالیدومید

اسیدیته و بازی ترکیبات آلی

اسیدهای برونستد (اسیدهای پروتیک) -
مولکول ها یا یون های خنثی که می توانند
یک پروتون (اهداکننده پروتون) اهدا کنید.
اسیدهای برونستد معمولی اسیدهای کربوکسیلیک هستند
اسیدها آنها خواص اسیدی ضعیف تری دارند
گروه های هیدروکسیل فنل ها و الکل ها، و همچنین تیو،
گروه های آمینو و ایمینو
پایه های برونستد مولکول های خنثی یا
یون هایی که قادر به پذیرش پروتون هستند (پذیرنده ها
پروتون ها).
پایه های برونستد معمولی آمین ها هستند.
آمفولیت ها - ترکیبات، در مولکول ها
که حاوی هر دو اسیدی و
گروه های اصلی

انواع اسیدها و بازها از نظر برونستد

مراکز اصلی در مولکول نووکائین

استفاده از خواص اساسی برای به دست آوردن اشکال محلول در آب داروها

پایه ای
خواص
دارویی
مواد مخدر
برای به دست آوردن اشکال محلول در آب آنها استفاده می شود.
هنگام تعامل با اسیدها، ترکیبات با
پیوندهای یونی - نمک هایی که در آب بسیار محلول هستند.
بله نووکائین برای تزریق
به شکل هیدروکلراید استفاده می شود.
قوی ترین مرکز اصلی،
که پروتون به آن پیوست

خواص اسیدی و باز مواد و ورود آنها به بدن

لیپید
غشاء
PH معده 1
UNS
لیپید
غشاء
پلاسمای خون
pH 7.4
UNS
OSOSN3
PH معده 1
+
OSOSN3
NH3
SOOOOSCH3
خیلی-
NH2
NH2
OSOSN3
PH روده 7-8
پلاسمای خون
pH 7.4
PH روده 7-8
داروهای اسیدی بهتر از معده جذب می شوند (PH 1-3).
و جذب داروها یا بازهای بیگانه بیوتیک فقط اتفاق می افتد
پس از عبور آنها از معده به روده (pH 7-8). در حین
در عرض یک ساعت تقریبا 60 درصد اسید استیل سالیسیلیک از معده موش ها جذب می شود.
اسید و تنها 6٪ آنیلین از دوز تجویز شده است. در روده موش ها
56 درصد از دوز تجویز شده آنیلین قبلاً جذب شده است. چنین پایه ضعیفی
مانند کافئین (рKВH + 0.8)، در همان زمان در مقدار بسیار بیشتری جذب می شود
درجه (36%)، زیرا حتی در محیط بسیار اسیدی معده، کافئین
عمدتاً در حالت غیر یونیزه است.

انواع واکنش ها در شیمی آلی

واکنش های آلی بر اساس طبقه بندی می شوند
علائم زیر:
1. با توجه به ماهیت الکترونیکی معرف ها.
2. با تغییر تعداد ذرات در طول واکنش.
3. بر اساس ویژگی های خاص.
4. با توجه به مکانیسم های ابتدایی
مراحل واکنش ها

بسته به ماهیت الکترونیکی معرف ها، واکنش ها متمایز می شوند: هسته دوست، الکتروفیل و رادیکال آزاد.

رادیکال های آزاد ذرات خنثی الکتریکی هستند
داشتن یک الکترون جفت نشده، به عنوان مثال: Cl، NO2.
واکنش های رادیکال آزاد مشخصه آلکان ها است.
معرف های الکتروفیل کاتیون ها یا مولکول ها هستند
که به خودی خود یا در حضور کاتالیزور
تمایل بیشتری به یک جفت الکترون دارند یا
مراکز دارای بار منفی مولکول ها این شامل
کاتیون های H+، Cl+، +NO2، +SO3H، R+ و مولکول های آزاد
مدارهای AlCl3، ZnCl2 و غیره
واکنش های الکتروفیلی مشخصه آلکن ها، آلکین ها،
ترکیبات معطر (افزودن در یک پیوند دوگانه،
جایگزینی پروتون).
معرف های نوکلئوفیل آنیون ها یا مولکول هایی هستند که
دارای مراکزی با چگالی الکترونی افزایش یافته است. به آنها
شامل آنیون ها و مولکول هایی مانند
HO-، RO-، Cl-، Br-، RCOO-، CN-، R-، NH3، C2H5OH، و غیره.

با تغییر
تعداد ذرات در طول
واکنش ها متمایز می شوند
واکنش های جایگزینی،
الحاقات،
جدا شدن
(حذف)،
تجزیه

طبقه بندی واکنش ها بر اساس ویژگی های خاص

واکنش پذیری همیشه در نظر گرفته می شود
فقط در رابطه با شریک ارتجاعی.
در طول یک تبدیل شیمیایی، معمولا
کل مولکول تحت تأثیر قرار نمی گیرد، بلکه تنها بخشی از آن -
مرکز واکنش
یک ترکیب آلی ممکن است حاوی
چندین مرکز واکنش نابرابر
واکنش ها می تواند منجر به محصولات ایزومر شود.
گزینش پذیری واکنش - کیفی
مشخصه به معنای غالب
واکنش در یک جهت از
چندین مورد ممکن
انتخاب منطقه وجود دارد،
انتخاب شیمیایی، گزینش‌پذیری واکنش.

گزینش پذیری واکنش ها در شیمی آلی

انتخاب منطقه - واکنش ترجیحی بر اساس
یکی از چندین مرکز واکنش یک مولکول.
CH3-CH2-CH3 + Br2
СН3-СНВr-СН3 + НВr
ایزومر دوم، 1-بروموپروپان، عملاً تشکیل نشده است.
انتخاب شیمیایی - واکنش ترجیحی با توجه به
یکی از گروه های عملکردی مرتبط
استریو انتخاب - تشکیل ترجیحی در یک واکنش
یکی از چندین استریو ایزومر ممکن

ترکیبات چند منظوره حاوی
چندین گروه عملکردی یکسان
ترکیبات ناهم عملکردی شامل
چندین گروه عملکردی مختلف
ناهمگن
ترکیبات حاوی هر دو هستند
متفاوت و یکسان
گروه های عاملی.

خواص ترکیبات چند و ناهم عملکردی

هر گروه در چند و هترو
ترکیبات می توانند واکنش های مشابهی را انجام دهند
گروه مربوطه در تک عملکردی
اتصالات

خواص ویژه پلی و
ترکیبات ناهم عملکردی
واکنش های چرخه سازی
تشکیل کمپلکس های کلات

ترکیبات چند عملکردی به عنوان پادزهر
اثر سمی فلزات سنگین است
اتصال گروه های تیول پروتئین ها در نتیجه آنها مهار می شوند
آنزیم های حیاتی بدن
اصل عمل پادزهرها تشکیل قوی است
کمپلکس هایی با یون های فلزات سنگین

سخنرانی 1

شیمی بیورگانیک (BOC)، اهمیت آن در پزشکی

HOC علمی است که به مطالعه عملکرد بیولوژیکی مواد آلی در بدن می پردازد.

BOH در نیمه دوم قرن بیستم به وجود آمد. اهداف مطالعه آن بیوپلیمرها، تنظیم کننده های زیستی و متابولیت های فردی هستند.

بیوپلیمرها ترکیبات طبیعی با مولکولی بالا هستند که اساس همه موجودات هستند. اینها پپتیدها، پروتئین ها، پلی ساکاریدها، اسیدهای نوکلئیک (NA)، لیپیدها و غیره هستند.

تنظیم کننده های زیستی ترکیباتی هستند که متابولیسم را از نظر شیمیایی تنظیم می کنند. اینها ویتامین ها، هورمون ها، آنتی بیوتیک ها، آلکالوئیدها، داروها و غیره هستند.

دانش ساختار و خواص بیوپلیمرها و تنظیم کننده های زیستی به ما اجازه می دهد تا ماهیت فرآیندهای بیولوژیکی را درک کنیم. بنابراین، استقرار ساختار پروتئین‌ها و NAs امکان توسعه ایده‌هایی در مورد بیوسنتز پروتئین ماتریکس و نقش NAs در حفظ و انتقال اطلاعات ژنتیکی را فراهم کرد.

BOX نقش مهمی در ایجاد مکانیسم اثر آنزیم ها، داروها، فرآیندهای بینایی، تنفس، حافظه، هدایت عصبی، انقباض عضلانی و غیره دارد.

مشکل اصلی HOC روشن کردن رابطه بین ساختار و مکانیسم اثر ترکیبات است.

BOX بر اساس مواد شیمی آلی است.

شیمی ارگانیک

این علمی است که ترکیبات کربن را مطالعه می کند. در حال حاضر، حدود 16 میلیون ماده آلی وجود دارد.

دلایل تنوع مواد آلی

1. ترکیبات اتم های C با یکدیگر و عناصر دیگر جدول تناوبی D. مندلیف. در این حالت زنجیره ها و چرخه ها تشکیل می شوند:

زنجیره مستقیم زنجیره شاخه دار

پیکربندی مسطح چهار وجهی

پیکربندی اتم C اتم C

2. همسانی وجود موادی با خواص مشابه است که در آن هر یک از اعضای سری همولوگ با گروه قبلی متفاوت است.
–CH 2 –. به عنوان مثال، سری همولوگ هیدروکربن های اشباع:

3. ایزومریسم وجود موادی است که ترکیب کیفی و کمی یکسان، اما ساختار متفاوتی دارند.

صبح. باتلروف (1861) نظریه ای در مورد ساختار ترکیبات آلی ایجاد کرد که تا به امروز در خدمت است. مبنای علمیشیمی ارگانیک.

اصول اولیه تئوری ساختار ترکیبات آلی:

1) اتم های موجود در مولکول ها با پیوندهای شیمیایی مطابق با ظرفیت خود به یکدیگر متصل می شوند.

2) اتم های موجود در مولکول های ترکیبات آلی به ترتیب خاصی به یکدیگر متصل می شوند که ساختار شیمیایی 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 مولکول ها تأثیر متقابل اتم ها وجود دارد ، هم متصل و هم مستقیماً به یکدیگر متصل نیستند.

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.

اجازه دهید برخی از مفاد نظریه ساختار ترکیبات آلی را در نظر بگیریم.

ایزومریسم ساختاری

او به اشتراک می گذارد:

1) ایزومریسم زنجیره ای

2) ایزومری موقعیت پیوندهای متعدد و گروه های عاملی

3) ایزومری گروه های عاملی (ایزومر بین طبقاتی)

فرمول های نیومن

سیکلوهگزان

شکل "صندلی" از نظر انرژی مفیدتر از "وان حمام" است.

ایزومرهای پیکربندی

اینها ایزومرهای استریوئیزومر هستند که مولکولهای آنها آرایشهای متفاوتی از اتمها در فضا دارند بدون در نظر گرفتن ترکیبات.

بر اساس نوع تقارن، تمام استریو ایزومرها به انانتیومرها و دیاسترومرها تقسیم می شوند.

انانتیومرها (ایزومرهای نوری، ایزومرهای آینه ای، آنتی پادها) استریو ایزومرهایی هستند که مولکول های آنها به عنوان یک جسم و یک تصویر آینه ای ناسازگار با یکدیگر مرتبط هستند. این پدیده انانتیومریسم نامیده می شود. تمام خواص شیمیایی و فیزیکی انانتیومرها یکسان است، به جز دو مورد: چرخش صفحه نور پلاریزه (در دستگاه پلاریمتر) و فعالیت بیولوژیکی. شرایط انانتیومریسم: 1) اتم C در حالت هیبریداسیون sp 3 قرار دارد. 2) عدم وجود تقارن؛ 3) وجود یک اتم C نامتقارن (کاایرال)، یعنی. داشتن اتم چهار جایگزین های مختلف

بسیاری از اسیدهای آمینه و هیدروکسی این توانایی را دارند که صفحه قطبش پرتو نور را به چپ یا راست بچرخانند. این پدیده فعالیت نوری نامیده می شود و خود مولکول ها از نظر نوری فعال هستند. انحراف پرتو نور به سمت راست با علامت "+"، به سمت چپ "-" و زاویه چرخش بر حسب درجه مشخص می شود.

پیکربندی مطلق مولکول ها با روش های پیچیده فیزیکوشیمیایی تعیین می شود.

پیکربندی نسبی ترکیبات فعال نوری با مقایسه با استاندارد گلیسرآلدئید تعیین می شود. مواد فعال نوری که دارای پیکربندی گلیسرآلدئید راستگرد یا چپ گرد هستند (M. Rozanov, 1906) موادی از سری D و L نامیده می شوند. مخلوط مساوی از ایزومرهای راست و چپ یک ترکیب راسمات نامیده می شود و از نظر نوری غیر فعال است.

تحقیقات نشان داده است که علامت چرخش نور را نمی توان با تعلق یک ماده به سری D و L مرتبط دانست، بلکه فقط به صورت تجربی در ابزارها - پلاریمترها تعیین می شود. به عنوان مثال، L-لاکتیک اسید دارای زاویه چرخش +3.8 o، D-لاکتیک اسید - 3.8 o است.

انانتیومرها با استفاده از فرمول های فیشر نشان داده می شوند.

ردیف L ردیف D

در بین انانتیومرها ممکن است مولکولهای متقارنی وجود داشته باشند که فعالیت نوری ندارند و مزوایزومر نامیده می شوند.

به عنوان مثال: خانه شراب

D – (+) – ردیف L – (–) – ردیف

Mezovinnaya k-ta

راسمات - آب انگور

ایزومرهای نوری که ایزومرهای آینه ای نیستند و در پیکربندی چندین اتم C متفاوت هستند، اما نه همه آنها نامتقارن، دارای خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی هستند، s- نامیده می شوند. دی-آاستریو ایزومرها

P-Diastereomers (ایزومرهای هندسی) استریومرهایی هستند که دارای پیوند p در مولکول هستند. آنها در آلکن ها، اسیدهای کربنیک غیر اشباع بالاتر، اسیدهای دی کربنیک غیر اشباع یافت می شوند.

فعالیت بیولوژیکی مواد آلی به ساختار آنها مربوط می شود.

مثلا:

سیس بوتندییک اسید، اسید ترانس بوتندییک،

اسید مالئیک - اسید فوماریک - غیر سمی،

بسیار سمی در بدن یافت می شود

تمام ترکیبات غیراشباع کربن بالاتر طبیعی سیس ایزومر هستند.

سخنرانی 2

سیستم های مزدوج

در ساده‌ترین حالت، سیستم‌های مزدوج سیستم‌هایی با پیوندهای دوگانه و منفرد متناوب هستند. آنها می توانند باز یا بسته باشند. یک سیستم باز در هیدروکربن های دی ان (HCs) یافت می شود.

مثال ها:

CH 2 = CH – CH = CH 2

بوتادین-1، 3

کلراتن

CH 2 = CH – Cl

در اینجا پیوند الکترون‌های p با الکترون‌های p اتفاق می‌افتد. این نوع صیغه را p، p-conjugation می نامند.

یک سیستم بسته در هیدروکربن های آروماتیک یافت می شود.

C 6 H 6

بنزن

معطر بودن

این مفهومی است که شامل خواص مختلف ترکیبات معطر است. شرایط برای آروماتیک بودن: 1) حلقه بسته مسطح، 2) همه اتم های C در هیبریداسیون sp 2 هستند، 3) یک سیستم مزدوج منفرد از همه اتم های حلقه تشکیل می شود، 4) قاعده هاکل برآورده می شود: "4n + 2 الکترون p در شرکت می کنند. صرف، که در آن n = 1، 2، 3..."

ساده ترین نماینده هیدروکربن های معطر، بنزن است. هر چهار شرط معطر بودن را برآورده می کند.

قانون هوکل: 4n+2 = 6، n = 1.

تأثیر متقابل اتم ها در یک مولکول

در سال 1861 دانشمند روسی A.M. باتلروف این موضع را بیان کرد: "اتم های موجود در مولکول ها متقابلا بر یکدیگر تأثیر می گذارند." در حال حاضر، این تأثیر به دو طریق منتقل می شود: اثرات القایی و مزومریک.

اثر القایی

این انتقال نفوذ الکترونیکی از طریق زنجیره s-bond است. مشخص است که پیوند بین اتم های با الکترونگاتیوی متفاوت (EO) قطبی شده است، به عنوان مثال. به اتم EO بیشتر منتقل شد. این منجر به ظهور بارهای مؤثر (واقعی) (d) روی اتم ها می شود. این جابجایی الکترونیکی القایی نامیده می شود و با حرف I و فلش ® مشخص می شود.

، X = Hal -، HO -، HS -، NH 2 - و غیره.

اثر استقرایی می تواند مثبت یا منفی باشد. اگر جانشین X الکترون ها را جذب کند پیوند شیمیاییقوی تر از اتم H، سپس آن را نشان می دهد - I. I(H) = O. در مثال ما، X نشان می دهد - I.

اگر جانشین X الکترون های پیوند ضعیف تر از اتم H را جذب کند، آنگاه +I را نشان می دهد. همه آلکیل ها (R = CH 3 -، C 2 H 5 -، و غیره)، Me n + نمایشگاه +I.

اثر مزومریک

اثر مزومریک (اثر کونژوگاسیون) تأثیر یک جایگزین است که از طریق یک سیستم مزدوج از پیوندهای p منتقل می شود. با حرف M و یک فلش خمیده مشخص می شود. اثر مزومریک می تواند "+" یا "-" باشد.

در بالا گفته شد که دو نوع صیغه، p و p، p وجود دارد.

جانشینی که الکترون‌ها را از یک سیستم مزدوج جذب می‌کند، M را نشان می‌دهد و گیرنده الکترون (EA) نامیده می‌شود. اینها جایگزین هایی هستند که دارای دو برابر هستند

ارتباط و غیره

جایگزینی که الکترون ها را به یک سیستم مزدوج اهدا می کند + M را نشان می دهد و به آن دهنده الکترون (ED) می گویند. اینها جایگزین هایی با پیوندهای منفرد هستند که دارای یک جفت الکترون تک هستند (و غیره).

میز 1 اثرات الکترونیکی جایگزین ها

معاونین	مشرق در C 6 H 5 -R	من	م
Alk (R-): CH 3 -، C 2 H 5 -...	جهت‌گیران نوع اول: جانشین‌های ED را به موقعیت‌های عمودی و پارا هدایت می‌کنند	+
– H 2، –NНR، –NR 2	–	+
– N, – N, – R	–	+
– اچ ال	–	+
سخنرانی 3 اسیدیته و بازی برای توصیف اسیدیته و بازی ترکیبات آلی، از نظریه برونستد استفاده می شود. مفاد اصلی این نظریه: 1) اسید ذره ای است که یک پروتون اهدا می کند (H + دهنده). پایه ذره ای است که پروتون را می پذیرد (پذیرنده H+). 2) اسیدیته همیشه در حضور بازها مشخص می شود و بالعکس. A – H + : B Û A – + B – H + اساس CH 3 COOH + NOH Û CH 3 COO – + H 3 O + مزدوج اولیه دارایی ها اساس HNO 3 + CH 3 COOH Û CH 3 COOH 2 + + NO 3 - مزدوج اصلی دارایی ها اساس اسیدهای برونستد 3) اسیدهای برونستد بسته به مرکز اسید به 4 نوع تقسیم می شوند: ترکیبات SН (تیول ها)، ترکیبات OH (الکل ها، فنل ها، ترکیبات کربن)، ترکیبات NH (آمین ها، آمیدها)، SN به شما (UV). در این ردیف از بالا به پایین اسیدیته کاهش می یابد. 4) قدرت ترکیب با پایداری آنیون تشکیل شده تعیین می شود. هرچه آنیون پایدارتر باشد، اثر آن قوی تر است. پایداری آنیون به تغییر مکان (توزیع) بار "-" در سراسر ذره (آنیون) بستگی دارد. هرچه بار "-" غیرمحلی تر باشد، آنیون پایدارتر و بار قوی تر است. جابجایی شارژ بستگی به موارد زیر دارد: الف) روی الکترونگاتیوی (EO) هترواتم. هرچه EO یک هترواتم بیشتر باشد، اثر متناظر قوی‌تر است. به عنوان مثال: R – OH و R – NH 2 الکل ها قوی تر از آمین ها هستند، زیرا EO (O) > EO (N). ب) روی قطبی پذیری هترواتم. هرچه قطبش پذیری هترواتم بیشتر باشد، ولتاژ مربوطه قوی تر است. به عنوان مثال: R – SH و R – OH تیول ها قوی تر از الکل ها هستند، زیرا اتم S قطبی تر از اتم O است. ج) در مورد ماهیت جایگزین R (طول آن، وجود یک سیستم مزدوج، تغییر مکان چگالی الکترون). به عنوان مثال: CH 3 – OH، CH 3 – CH 2 – OH، CH 3 – CH 2 – CH 2 – OH اسیدیته<, т.к. увеличивается длина радикала با همان مرکز اسید، قدرت الکل ها، فنل ها و کربنات ها یکسان نیست. مثلا، CH 3 - OH، C 6 H 5 - OH، قدرت شما افزایش می یابد فنل ها ترکیبات قوی تری نسبت به الکل ها هستند که به دلیل ترکیب p، p (+M) گروه –OH هستند. پیوند O-H در فنل ها قطبی تر است. فنل ها حتی می توانند با نمک ها (FeC1 3) تعامل داشته باشند - یک واکنش کیفی به فنل ها. کربن در مقایسه با الکل های حاوی همان R، آنها قوی تر هستند، زیرا پیوند O-H به دلیل اثر -M گروه > C = O به طور قابل توجهی قطبی شده است: علاوه بر این، آنیون کربوکسیلات به دلیل ترکیب p، p در گروه کربوکسیل پایدارتر از آنیون الکل است. د) از ورود جانشین ها به رادیکال. جایگزین های EA اسیدیته را افزایش می دهند، جایگزین های ED اسیدیته را کاهش می دهند. مثلا: r-نیتروفنول قوی تر از r-aminophenol است، زیرا گروه -NO2 EA است. CH 3 –COOH CCl 3 –COOH pK 4.7 pK 0.65 اسید تری کلرواستیک چندین برابر قوی تر از CH 3 COOH است زیرا اتم های I Cl به عنوان EA هستند. اسید فرمیک H–COOH به دلیل گروه +I CH3 – اسید استیک قویتر از CH 3 COOH است. ه) در مورد ماهیت حلال. اگر حلال پذیرنده خوبی برای پروتون های H + باشد، پس نیرو به شما افزایش می یابد و بالعکس. پایه های برونستد 5) تقسیم بندی می شوند: الف) پایه های p (ترکیبات با پیوندهای متعدد). ب) n-بازها (بازهای آمونیومی حاوی یک اتم، اتم حاوی اکسونیوم، اتم حاوی سولفونیوم) استحکام پایه توسط پایداری کاتیون حاصل تعیین می شود. هرچه کاتیون پایدارتر باشد، پایه قوی تر است. به عبارت دیگر، استحکام پایه بیشتر است، هر چه پیوند با هترواتم (O، S، N) دارای یک جفت الکترون آزاد مورد حمله H + ضعیف‌تر باشد. پایداری کاتیون به عواملی مشابه پایداری آنیون بستگی دارد، اما با اثر معکوس. تمام عواملی که باعث افزایش اسیدیته می شوند، بازی را کاهش می دهند. قوی ترین پایه ها آمین ها هستند، زیرا اتم نیتروژن EO کمتری نسبت به O دارد. در عین حال، آمین های ثانویه بازهای قوی تری نسبت به اولیه هستند، آمین های ثالثی به دلیل عامل فضایی ضعیف تر از ثانویه هستند که مانع از دسترسی پروتون به N می شود. آمین های معطر بازهای ضعیف تری نسبت به آمین های آلیفاتیک هستند که با گروه +M -NH2 توضیح داده می شود. جفت الکترونی نیتروژن که در مزدوج شرکت می کند، غیر فعال می شود. پایداری سیستم کونژوگه، افزودن H+ را دشوار می کند. در اوره NН 2 – СО– NН 2 یک گروه EA > C = O وجود دارد که به طور قابل توجهی خواص اساسی را کاهش می دهد و اوره تنها با یک معادل ماده نمک تشکیل می دهد. بنابراین، هر چه ماده قوی‌تر باشد، پایه ضعیف‌تری تشکیل می‌دهد و بالعکس. الکل ها اینها مشتقات هیدروکربنی هستند که در آنها یک یا چند اتم H با یک گروه –OH جایگزین می شوند. طبقه بندی: I. بر اساس تعداد گروه های OH، الکل های مونوهیدریک، دی هیدریک و پلی هیدریک متمایز می شوند: CH 3 -CH 2 -OH اتانول اتیلن گلیکول گلیسیرین II. با توجه به ماهیت R، آنها متمایز می شوند: 1) محدود کننده، 2) غیر محدود، 3) حلقوی، 4) معطر. 2) CH 2 = CH-CH 2 -OH آلیل الکل 3) الکل های حلقوی غیر اشباع عبارتند از: رتینول (ویتامین A) و کلسترول اینوزیتول ماده ای شبیه ویتامین

III. با توجه به موقعیت gr. –OH بین الکل های اولیه، ثانویه و سوم تمایز قائل می شود.

IV. بر اساس تعداد اتم های C، وزن مولکولی کم و وزن مولکولی بالا متمایز می شوند.

CH 3 - (CH 2) 14 -CH 2 -OH (C 16 H 33 OH) CH 3 - (CH 2) 29 - CH 2 OH (C 31 H 63 OH)

ستیل الکل میریکیل الکل

سیتیل پالمیتات اساس اسپرماستی است، میریکیل پالمیتات در موم زنبور عسل یافت می شود.

نامگذاری:

بی اهمیت، منطقی، MN (ریشه + پایان "ol" + عدد عربی).

ایزومریسم:

زنجیر، gr. موقعیت -اوه، نوری.

ساختار مولکول الکل

مرکز Nu اسید CH

مرکز الکتروفیلیک اسیدی

مرکز مرکز پایه

محلول های اکسیداسیون

1) الکل ها اسیدهای ضعیفی هستند.

2) الکل ها پایه های ضعیفی هستند. آنها H+ را فقط از اسیدهای قوی اضافه می کنند، اما قوی تر از Nu هستند.

3) –I effect gr. -OH تحرک H را در اتم کربن همسایه افزایش می دهد. کربن d+ (مرکز الکتروفیل، S E) را به دست می آورد و به مرکز حمله هسته دوست (Nu) تبدیل می شود. پیوند C-O راحت تر از پیوند H-O می شکند، به همین دلیل است که واکنش های SN مشخصه الکل ها است. آنها معمولاً در یک محیط اسیدی می روند زیرا ... پروتونه شدن اتم اکسیژن d+ اتم کربن را افزایش می دهد و شکستن پیوند را آسان تر می کند. این نوع شامل محلول هایی برای تشکیل اترها و مشتقات هالوژن است.

4) تغییر چگالی الکترون از H در رادیکال منجر به ظهور یک مرکز اسید CH می شود. در این مورد، فرآیندهای اکسیداسیون و حذف (E) وجود دارد.

مشخصات فیزیکی

الکل های پایین تر (C 1 - C 12) مایع هستند، الکل های بالاتر جامد هستند. بسیاری از خواص الکل ها با تشکیل پیوند H توضیح داده می شود:

خواص شیمیایی

I. اسید-باز

الکل ها ترکیبات آمفوتریک ضعیفی هستند.

2R–OH + 2Na® 2R–ONa + H2

الکل مصرف کنید

الکل ها به راحتی هیدرولیز می شوند که نشان می دهد الکل ها اسیدهای ضعیف تری نسبت به آب هستند:

R–Она + НОН ® R–ОН + NaОН

مرکز اصلی الکل ها هترواتم O است:

CH 3 -CH 2 -OH + H + ® CH 3 -CH 2 - -H ® CH 3 -CH 2 + + H 2 O

اگر محلول با هالیدهای هیدروژن همراه باشد، یون هالید به هم می پیوندد: CH 3 -CH 2 + + Cl - ® CH 3 -CH 2 Cl

HC1 ROH R-COOH NH 3 C 6 H 5 ONa

C1 - R-O - R-COO - NH 2 - C 6 H 5 O -

آنیون ها در چنین محلول هایی به دلیل بار "-" یا جفت الکترون تنها به عنوان هسته دوست (Nu) عمل می کنند. آنیون ها بازها و معرف های هسته دوست قوی تری نسبت به خود الکل ها هستند. بنابراین در عمل از الکل ها و نه خود الکل ها برای به دست آوردن اترها و استرها استفاده می شود. اگر نوکلئوفیل یک مولکول الکل دیگر باشد، به کربوکاتیون اضافه می کند:

اتر

CH 3 -CH 2 + + ® CH 3 -CH 2 + - - H CH 3 -CH 2 -O-R

این یک محلول آلکیلاسیون (معرفی آلکیل R به یک مولکول) است.

جایگزین –OH gr. روی هالوژن تحت تأثیر PCl 3، PCl 5 و SOCl 2 امکان پذیر است.

الکل های ثالثی با این مکانیسم راحت تر واکنش نشان می دهند.

نسبت S E نسبت به مولکول الکل، نسبت تشکیل استرها با آلی و ترکیبات معدنی:

R – O N + H O – R – O – + H 2 O

استر

این روش آسیلاسیون است - ورود یک آسیل به مولکول.

CH 3 -CH 2 -OH + H + CH 3 -CH 2 - -H CH 3 -CH 2 +

با بیش از حد H 2 SO 4 و دمای بالاتر نسبت به حالت تشکیل اترها، کاتالیزور بازسازی می شود و یک آلکن تشکیل می شود:

CH 3 -CH 2 + + HSO 4 - ® CH 2 = CH 2 + H 2 SO 4

محلول E برای الکل های سوم ساده تر، برای الکل های ثانویه و اولیه دشوارتر است، زیرا در موارد دوم، کاتیون های کمتر پایدار تشکیل می شود. در این مناطق، قانون A. Zaitsev دنبال می شود: "در طول کم آبی الکل ها، اتم H از اتم C همسایه با محتوای کمتر اتم H جدا می شود."

CH 3 -CH = CH -CH 3

بوتانول-2

در بدن گر. -OH با تشکیل استرها با H 3 PO 4 به آسان برای ترک تبدیل می شود:

CH 3 -CH 2 -OH + HO–PO 3 H 2 CH 3 -CH 2 -ORO 3 H 2

IV. محلول های اکسیداسیون

1) الکل های اولیه و ثانویه توسط CuO، محلول های KMnO 4، K 2 Cr 2 O 7 هنگامی که حرارت داده می شوند اکسید می شوند تا ترکیبات حاوی کربونیل مربوطه را تشکیل دهند:

3)

نیتروگلیسیرین یک مایع روغنی بی رنگ است. به شکل محلول های الکلی رقیق شده (1%) برای آنژین صدری استفاده می شود، زیرا اثر گشاد کننده عروق دارد. نیتروگلیسیرین یک ماده منفجره قوی است که می تواند در اثر ضربه یا حرارت دادن منفجر شود. در این حالت در حجم کمی که ماده مایع اشغال می کند، فورا حجم بسیار زیادی از گازها تشکیل می شود که باعث ایجاد موج انفجار شدید می شود. نیتروگلیسیرین بخشی از دینامیت و باروت است.

نمایندگان پنتیتول و هگزیتول زایلیتول و سوربیتول هستند که به ترتیب الکل های پنتا و هگزا هیدریک با زنجیره باز هستند. تجمع گروه های –OH منجر به ظاهر طعم شیرین می شود. زایلیتول و سوربیتول جایگزین قند برای بیماران دیابتی هستند.

گلیسروفسفات ها قطعات ساختاری فسفولیپیدها هستند که به عنوان یک تونیک عمومی استفاده می شوند.

الکل بنزیل

ایزومرها را تعیین کنید

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 بیورگانیک چگونه منطقه جداگانهدانش 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 توسعه شیمی مواد طبیعی و بیوپلیمرها شکل گرفت. 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 دو اساس است ویژگی های طبقه بندی: 1. ساختار اسکلت کربن 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 شیمیاییمجموعه ای از نام های تک تک مواد شیمیایی، گروه ها و طبقات آنها و همچنین قوانینی برای تدوین نام آنها نامگذاری شیمیایی مجموعه ای از نام های مواد شیمیایی منفرد، گروه ها و طبقات آنها و همچنین قوانینی برای تدوین نام آنها است. 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 در نظر گرفته می شوند این سریال- اولی یا گاهی دومی. 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 به به دست آوردن پیکربندی یک خارجی دارد. پوسته الکترونیمشابه گازهای بی اثر انواع پیوندهای شیمیایی زیر از ویژگی های ترکیبات آلی است: - پیوند یونی - پیوند کووالانسی - پیوند دهنده - پیوند گیرنده - پیوند هیدروژنی، همچنین برخی از انواع دیگر پیوندهای شیمیایی (فلزی، یک الکترونی، دو الکترونی سه مرکزی) وجود دارد. ، اما عملاً 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. که در در این مورداتم های پیوند دار بارهای جزئی به دست می آورند δ+δ+ δ-δ- یک زیرگروه خاص از پیوند کووالانسی پیوند دهنده-گیرنده 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 کاملاً است تعامل ضعیف. 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 مدرنپیوند شیمیایی بر اساس مدل مکانیکی کوانتومی 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 تشکیل می شوند از پیش تعیین می شود. پیوند کووالانسی. 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

49

50

51

52

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. تولید شده توسط او ترکیبات شیمیاییترکیبات و مواد مختلف 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 .... جهت گیری های اصلی توسعه صنایع شیمیایی مدرن عبارتند از: تولید ترکیبات و مواد جدید و افزایش راندمان تولید موجود.

که در دانشکده پزشکیدانش آموزان به مطالعه عمومی، بیو ارگانیک، شیمی بیولوژیکیو همچنین بیوشیمی بالینی. 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 و ​​انرژی اساس حیات موجودات است و یکی از مهمترین آنهاست نشانه های خاصماده زنده 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 بدان معنا نیست که مواد شیمیایی تشکیل دهنده بدن دستخوش تغییر و تحول نمی شوند. برعکس، آنها به طور مداوم و کاملاً فشرده تجدید می شوند، همانطور که می توان با سرعتی که ایزوتوپ ها و رادیونوکلئیدهای پایدار وارد سلول به عنوان بخشی از مواد پیش ساز ساده تر در مواد پیچیده بدن وارد می شوند، قضاوت کرد.

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 مطالعاتدگرگونی های متقابل انواع مختلف انرژی مرتبط با انتقال انرژی بین اجسام به شکل گرما و کار است. 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 های شیمی دارد شیمی تجزیه; 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؛ مواد خالص منفرد سیستم های ناهمگن دارای سطوح طبیعی در درون خود هستند. نمونه‌هایی از سیستم‌های ناهمگن سیستم‌هایی هستند که از موادی با حالت‌های مختلف تجمع تشکیل شده‌اند: فلز و اسید، گاز و جامد، دو مایع نامحلول در یکدیگر.
فاز- این یک بخش همگن از یک سیستم ناهمگن است که دارای ترکیبات، خواص فیزیکی و شیمیایی یکسانی است که با یک سطح از سایر قسمت های سیستم جدا می شود و پس از عبور از آن ویژگی های 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 درونی شامل انرژی حرکات انتقالی، چرخشی و ارتعاشی و همچنین انرژی پتانسیل ناشی از نیروهای جاذبه و دافعه بین مولکول ها، اتم ها و ذرات درون اتمی است. 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 سیستم تبادل انرژی حرارتی Q و انرژی مکانیکی(کار) A، و در همان زمان از حالت 1 به حالت 2 منتقل می شود، مقدار انرژی که توسط سیستم اشکال گرما Q یا کار A آزاد یا جذب می شود برابر با کل انرژی سیستم در طول انتقال است. از حالتی به حالت دیگر و ثبت می شود.