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化学構造理論の基本規定 A. テーマ「有機化合物の構造理論の基本規定 A」

スウェーデンの科学者 J. Ya. Berzelius が有機物質と有機化学の概念を初めて導入した 19 世紀初頭に、科学はどのように形成されたのか。有機化学の最初の理論はラジカルの理論です。化学者たちは、化学変化の際、元素の原子が分子から分子に移行するのと同じように、いくつかの原子のグループが変化せずに、ある物質の分子から別の物質の分子に移行することを発見しました。このような「不変」の原子グループはラジカルと呼ばれます。

しかし、すべての科学者がこの急進的な理論に同意したわけではありません。多くの人は一般的に原子主義の考え、つまり原子論の考えを拒否しました。複雑な構造分子とその構成部分である原子の存在。今日では議論の余地のないことが証明されており、19世紀には少しの疑問も生じません。激しい論争の対象となった。

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有機化合物の化学的性質、無機化合物と区別する特性、およびその多様性は、1861 年にブトレロフによって定式化された化学構造理論で説明されています (§ 38 を参照)。

この理論によれば、化合物の特性は、その定性的および定量的な組成、化学構造、つまり分子を形成する原子間の接続順序、およびそれらの相互影響によって決定されます。有機化合物の構造理論。原子や分子の化学および物理学の分野における最新の見解、特に分子の空間構造、化学結合の性質、相互影響の性質に関する考え方によって開発および補足されています。原子は有機化学の理論的基礎を形成します。

現代の有機化合物の構造理論では、次のような規定が基本となっています。

1. 有機化合物のすべての特徴は、まず炭素という元素の性質によって決まります。

周期表で炭素が占める位置に従って、その原子の外側の電子層 (-殻) には 4 つの電子があります。電子を供与したり獲得したりする顕著な傾向は示さず、この点で金属と非金属の中間的な位置を占め、共有結合を形成する顕著な能力を特徴としています。炭素原子の外側の電子層の構造は、次の図で表すことができます。

励起された炭素原子は 4 つの共有結合の形成に関与することができます。したがって、その化合物の大部分において、炭素は 4 つの共有価数を示します。

したがって、最も単純な有機化合物である炭化水素メタンは、次の組成を持ちます。その構造は、構造式 (a) または電子構造 (または電子) 式 (b) で表すことができます。

電子式は、メタン分子の炭素原子には安定な 8 電子の外殻 (電子八重項) があり、水素原子には安定な 2 電子の殻 (電子二重項) があることが示されています。

メタン (および他の同様の化合物) における 4 つの炭素共有結合はすべて等しく、空間内で対称的な方向を向いています。炭素原子はいわば四面体（正四面体ピラミッド）の中心に位置し、それに接続する 4 つの原子（メタンの場合は四面体の頂点にある 4 つの原子）です（図 120）。どの結合の方向間の角度 (炭素結合角) も同じで、109 ° 28" になります。

これは、炭素原子が 1 つの s 軌道と 3 つの p 軌道からなる他の 4 つの原子と共有結合を形成すると、 - 混成の結果として、空間内に対称的に位置する 4 つの混成 - 軌道が形成されるという事実によって説明されます。四面体の頂点に向かって伸びています。

米。 120. メタン分子の四面体モデル。

米。 121. メタン分子における - 結合の形成スキーム。

炭素のハイブリッド電子雲と他の原子の電子雲（メタンでは水素原子の球状電子雲）が重なり合った結果、4 つの四面体配向の共有結合が形成されます（図 121; p.121 も参照）。 131）。

メタン分子の四面体構造は、その空間モデル - 球状 (図 122) またはセグメント状 (図 123) によって明確に表現されます。白いボール（セグメント）は水素原子を表し、黒いボールは炭素原子を表します。ボールモデルは原子の相対的な空間配置のみを特徴づけますが、セグメントモデルは相対的な原子間距離（原子核間の距離）のアイデアも与えます。図122に示すように、メタンの構造式は次の投影として考えることができます。その空間モデルを図面平面上に配置します。

2. 有機化合物の種類を決定する炭素の例外的な特性は、その原子が互いに強力な共有結合で結合し、ほぼ無制限の長さの炭素鎖を形成する能力です。

相互結合を受けなかった炭素原子の原子価は、他の原子または基を結合するために使用されます (炭化水素では水素の付加のため)。

したがって、炭化水素のエタンとプロパンには、それぞれ 2 個と 3 個の炭素原子の鎖が含まれています。

米。 122. メタン分子のボールモデル。

米。 123. メタン分子のセグメントモデル。

それらの構造は、次の構造式および電子式で表されます。

鎖中に数百以上の炭素原子を含む化合物が知られています。

炭素鎖が炭素原子 1 つ増えると、グループごとの組成が増加します。組成におけるそのような量的変化は、わずかに異なる特性を有する新しい化合物をもたらす。つまり、元の化合物とはすでに定性的に異なる。ただし、接続の一般的な性質は残ります。したがって、炭化水素のメタン、エタン、プロパンに加えて、ブタン、ペンタンなどが存在します。このように、多種多様な有機物質の中で、一連の類似した化合物を同定することができます。その中で、後続の各メンバーは前のメンバーとは次の点で異なります。グループ。このような系列は相同系列と呼ばれ、そのメンバーは相互に相同であり、このような系列の存在は相同現象と呼ばれます。

したがって、メタン、ステージ、プロパン、ブタンなどの炭化水素は、飽和または飽和炭化水素（アルカン）の系列、または最初の代表者によるとメタン系列と呼ばれる同じ系列の同族体です。

炭素結合は四面体配向であるため、鎖に含まれる原子は直線ではなくジグザグのパターンで配置され、結合軸の周りで原子が回転する可能性があるため、空間内の鎖はさまざまな形（立体構造）をとります。

この鎖の構造により、末端 (b) または他の隣接しない炭素原子 (c) が互いに近づくことが可能になります。これらの原子間の結合が形成された結果、炭素鎖が閉じて環 (サイクル) を形成することがあります。次に例を示します。

したがって、有機化合物の多様性は、分子内の炭素原子の数が同じであれば、炭素原子が開いた鎖状になった化合物が存在する可能性があること、および分子内に環を含む物質 (環状化合物) が存在することによっても決定されます。。

3. 1 対の一般化された電子によって形成される炭素原子間の共有結合は、単純 (または通常) 結合と呼ばれます。

炭素原子間の結合は、1 つではなく、2 つまたは 3 つの共有電子対によって行われることがあります。次に、複数の二重結合または三重結合を持つ鎖が得られます。これらの接続は次のように表すことができます。

複数の結合を含む最も単純な化合物は、炭化水素のエチレン (二重結合を持つ) とアセチレン (三重結合を持つ) です。

複数の結合を持つ炭化水素は不飽和または不飽和と呼ばれます。エチレンとアセチレンは、2 つの同族系列、エチレン炭化水素とアセチレン炭化水素の最初の代表です。

米。 124. エタン分子における - 結合の形成スキーム。

単純な共有結合 (または C:C) は、例えばエタンのように (結合軸に沿って) 原子の中心を結ぶ線に沿った 2 つのハイブリッド電子雲の重なりによって形成されます (図 124)。 -結合 (§ 42 を参照)。結合は - 結合でもあり、C 原子の - 混成雲と H 原子の - 電子の球状雲の結合軸に沿った重なりによって形成されます。

複数の炭素-炭素結合の性質は多少異なります。したがって、エチレン分子では、各炭素原子に二重共有結合 (or) が形成されると、1 つの - 軌道と 2 つの p - 軌道だけがハイブリダイゼーションに参加します (-ハイブリダイゼーション)。各 C 原子の p 軌道の 1 つはハイブリッド形成しません。その結果、3つの結合の形成に関与する3つのハイブリッド電子雲が形成されます。エチレン分子には合計 5 つの結合があります (4 つと 1 つ)。それらはすべて、互いに約 120°の角度で同じ平面内に配置されています (図 125)。

したがって、結合内の電子対の 1 つは - 結合を実行し、2 番目の電子対はハイブリダイゼーションに関与しない p-電子によって形成されます。それらの雲は体積測定の 8 の字の形状を保持し、結合が位置する平面に対して垂直に配向され、この平面の上下に重なり (図 126)、結合を形成します (§ 42 を参照)。

米。 125. エチレン分子における - 結合の形成スキーム。

米。 126. エチレン分子における - 結合の形成のスキーム。

したがって、二重結合 C=C は 1 つと 1 つの - 結合の組み合わせです。

三重結合 (または ) は、1 つの - 結合と 2 つの - 結合の組み合わせです。たとえば、アセチレン分子が各炭素原子で形成されるとき、1 つの - 軌道と 1 つの p- 軌道のみ (- ハイブリダイゼーション) がハイブリダイゼーションに参加します。その結果、2つの - ハイブリッド電子雲が形成され、2つの - 結合の形成に関与します。各 C 原子の 2 つの p 電子の雲はハイブリダイズせず、その構成を保持し、2 つの - 結合の形成に関与します。したがって、アセチレンには、1つの直線に沿って配向された - 結合が3つ（1と2）のみ、および2つの相互に垂直な平面に配向された - 結合が2つだけ存在します（図127）。

複数の (つまり、二重および三重) 結合は、反応中に簡単に単純な結合に変換されます。最初のトリプルはダブルに変わり、最後のトリプルは単純なものに変わります。これは反応性が高いためであり、多重結合でつながった一対の炭素原子に原子が付加されると発生します。

複数の結合が単純な結合に変化することは、通常、 - 結合の強度が低いため、 - 結合に比べて不安定性が大きいという事実によって説明されます。 β 結合が形成されるとき、平行な軸を持つ p 電子雲は、結合軸に沿って重なる電子雲 (つまり、ハイブリッド、β 電子、または結合軸配向の p 電子雲) よりもはるかに少ない範囲で重なり合います。

米。 127. アセチレン分子における - 結合の形成スキーム。

米。 128. エチレン分子のモデル: a - 球形。 b - 部分的。

複数の結合は単純な結合よりも強力です。したがって、結合を切断するエネルギーは、、結合、および結合のみです。

上記のことから、式では、接続内の 3 つのダッシュのうち 2 つのダッシュと、接続内の 2 つのダッシュのうち 1 つのダッシュは、単純な接続よりも強度の低い接続を表すことがわかります。

図では、図１２８および１２９は、二重（エチレン）結合および三重（アセチレン）結合を有する化合物の球状およびセグメント化された空間モデルを示す。

4. 構造理論は、有機化合物における異性の多くの事例を説明しました。

炭素原子の鎖は直鎖または分枝鎖になります。

したがって、組成物には、異なる鎖構造を持つ 3 つの飽和炭化水素 (ペンタン) が含まれます。1 つは直鎖 (通常の構造)、2 つは分岐鎖 (イソ構造) です。

この組成には 3 つの不飽和炭化水素が含まれており、2 つは通常の構造ですが二重結合の位置が異性体であり、1 つは等構造です。

米。 129. アセチレン分子のモデル: 球形。 b - 部分的。

これらの不飽和化合物は 2 つの環状炭化水素の異性体であり、これらも組成を持ち、環サイズの点で互いに異性体です。

同じ組成でも、炭素鎖やその他の非炭素原子の位置が異なるため、化合物の構造が異なる場合があります。次に例を示します。

異性体は、原子の結合順序の違いだけによって引き起こされるわけではありません。いくつかのタイプの空間異性（立体異性）が知られています。これは、同じ組成および原子の結合順序を持つ対応する異性体（立体異性体）が、空間内の原子（または原子団）の配置が異なることで異なるという事実にあります。

したがって、化合物が 4 つの異なる原子または原子団 (非対称原子) に結合した炭素原子を含む場合、そのような化合物には 2 つの空間異性体が存在する可能性があります。図では、図１３０は、乳酸の２つの四面体モデルを示しており、不斉炭素原子（式中でアスタリスクでマークされている）が四面体の中心に位置している。これらのモデルを空間内で組み合わせることができないことは容易にわかります。これらのモデルは鏡のように構築されており、いくつかの物理的特性、主に生物学的特性が異なる 2 つの異なる物質 (この例では乳酸) の分子の空間構成を反映しています。。このような異性をミラー立体異性といい、対応する異性体をミラー異性体といいます。

米。 130. 乳酸の鏡像異性体の分子の四面体モデル。

ミラー異性体の空間構造の違いは、不斉原子における原子団の配置の違いを示す構造式を使用して表すこともできます。たとえば、図に示されているものについては、乳酸の130の鏡像異性体:

すでに示したように、炭素原子。二重結合で接続されており、他の原子と接続している 4 つの結合と同じ平面にあります。これらの接続方向の間の角度はほぼ同じです (図 126)。異なる原子または基が二重結合の各炭素原子に結合している場合、いわゆる幾何学的立体異性、またはシス-トランス異性が発生する可能性があります。例としては、ジクロロエチレンの空間幾何異性体があります。

一方の異性体の分子では、塩素原子は二重結合の一方の側に位置し、もう一方の異性体の分子では反対側に位置します。最初の配置はシスと呼ばれ、2 番目の配置はトランスと呼ばれます。幾何異性体は物理的および化学的特性が互いに異なります。

それらの存在は、二重結合が結合軸の周りで接続された原子の自由回転の可能性を排除しているという事実によるものです（そのような回転には - 結合の切断が必要です。図 126 を参照）。

5. 有機物質の分子間の相互影響は、主に互いに直接結合した原子によって現れます。この場合、それはそれらの間の化学結合の性質、相対電気陰性度の差の程度、そして結果として結合の極性の程度によって決まります。

たとえば、要約式から判断すると、メタン分子とメチルアルコール分子では、4 つの水素原子はすべて同じ特性を持つはずです。しかし、後で示すように、メチルアルコールでは水素原子の 1 つがアルカリ金属で置換されることができますが、メタンでは水素原子はこの能力を示しません。これは、アルコールでは水素原子が炭素ではなく酸素に直接結合しているという事実によって説明されます。

与えられた構造式において、結合線上の矢印は通常、原子の電気陰性度の違いにより共有結合を形成する電子対の変位を示します。メタンでは、炭素の電気陰性度 (2.5) が表中の水素の電気陰性度をわずかに超えるだけであるため、このような結合のシフトは小さいです。 6、118ページ）。この場合、メタン分子は対称です。アルコール分子では、酸素 (電気陰性度 3.5) が電子対をより強く引き寄せるため、結合は著しく分極しています。したがって、酸素原子に結合した水素原子はより大きな移動度を獲得します。つまり、プロトンの形で切り離されやすくなります。

有機分子では、直接つながっていない原子同士の相互影響も重要です。したがって、メチルアルコールでは、酸素の影響下で、酸素に結合している水素原子だけでなく、酸素に直接結合していないが炭素に結合している水素原子の反応性も増加します。このため、メチルアルコールは非常に酸化されやすいのに対し、メタンは酸化剤に対して比較的耐性があります。これは、ヒドロキシル基の酸素が、より低い電気陰性度を有する炭素と結合する結合において、一対の電子をそれ自身に著しく引き寄せるという事実によって説明される。

その結果、炭素原子の有効電荷はより正になり、メタン分子の同じ結合と比較して、メチルアルコールの結合でも電子対の追加の置換が発生します。酸化剤の作用下では、OH 基が結合しているのと同じ炭素原子に結合している H 原子は、炭化水素よりもはるかに簡単に切り離され、酸素と結合して水が形成されます。この場合、OH 基に結合した炭素原子はさらに酸化を受けます (§ 171 を参照)。

互いに直接接続していない原子の相互影響は、炭素原子の鎖に沿ってかなりの距離を越えて伝わる可能性があり、異なる電気陰性度の原子またはグループの影響下での分子全体の電子雲の密度の変化によって説明されます。その中に存在します。接近する原子の電子雲が重なり合う結果として、相互影響が分子の周囲の空間を介して伝わることもあります。

水素の種類:

このような公式は、現代のものといくぶん似ています。しかし、タイプ理論の支持者は、タイプ理論が物質の実際の構造を反映しているとは考えておらず、多くの論文を書きました。さまざまな公式これらの式を使用して記述しようとした化学反応に応じて 1 つの化合物が決まります。彼らは、分子の構造は根本的に不可知であり、それが科学の発展に有害であると考えていました。

3. 1830 年に J. Berzelius によって、異なる特性を持つ同じ組成の物質が存在する現象を表す用語「異性化」が導入されました。

4. 有機化合物の合成の進歩、その結果として生気主義の学説、つまり「活力」、その影響下で、生物の体内で有機物質が形成されると考えられています。

1828 年、F. ヴェーラーは無機物質 (シアン酸アンモニウム) から尿素を合成しました。

1842 年、ロシアの化学者 N.N. ジニンがアニリンを入手しました。

1845 年、ドイツの化学者 A. コルベが酢酸を合成しました。

1854 年、フランスの化学者 M. ベルトロが脂肪を合成し、最終的に

1861年、A.M.ブトレロフ自身が砂糖のような物質を合成しました。

5. 18世紀半ば。化学はより厳密な科学になります。 E. フランクランドと A. ケクレの研究の結果、原子価の概念が確立されました。化学元素。ケクレは炭素四価のアイデアを開発しました。カニッツァーロの研究のおかげで、原子および分子の質量の概念がより明確になり、その意味と決定方法が明確になりました。

1860 年に、140 人以上の主要な化学者がさまざまな国ヨーロッパの人々がカールスルーエでの国際会議に集まりました。この会議は化学の歴史において非常に重要な出来事となった。科学の成功が総括され、有機化学の発展における新たな段階、つまりA. M. ブトレロフの有機物質の化学構造理論の出現（1861年）に向けた条件が準備された。、および D. I. メンデレーエフの基本的な発見 - 化学元素の周期法則と系 (1869)。

1861年、A.M.ブトレロフはシュパイヤーで開催された医師と自然科学者の会議で「体の化学構造について」という報告書を発表しました。その中で、彼は有機化合物の化学構造に関する理論の基礎を概説しました。科学者は化学構造によって、分子内の原子の結合順序を理解しました。

A.M.ブトレロフの個人的な資質

A. M. ブトレロフは、百科事典的な化学知識、事実を分析して一般化して予測する能力によって際立っていました。彼はブタン異性体の存在を予測し、それを入手し、またブチレン異性体であるイソブチレンも得ました。

ブトレロフアレクサンダー・ミハイロヴィチ (1828-1886)

ロシアの化学者、サンクトペテルブルク科学アカデミー会員（1874年～）。カザン大学卒業（1849年）。彼はそこで働きました（1857年から教授、1860年と1863年に学長）。現代化学の基礎となる有機化合物の化学構造理論の創始者。彼は、分子内の原子の相互影響という考えを実証しました。多くの有機化合物の異性を予測し、説明しました。化学構造理論に基づいた科学史上初のマニュアル「有機化学完全研究入門」（1864年）を執筆。ロシア物理化学協会化学部会長（1878年～1882年）。

A.M.ブトレロフはロシアで最初の有機化学者の学校を設立し、そこからV.V.マルコフニコフ、D.P.コノヴァロフ、A.E.ファヴォルスキーなどの優秀な科学者が輩出しました。

D.I.メンデレーエフが次のように書いたのも不思議ではありません。ブトレロフ氏はロシアで最も偉大な科学者の一人であり、科学教育においても作品の独創性においてもロシア人である。」

化合物の構造理論の基本原理

前世紀後半 (1861 年) に A. M. ブトレロフによって提唱された有機化合物の化学構造の理論は、ブトレロフの学生や彼自身を含む多くの科学者の研究によって確認されました。これに基づいて、異性、相同性、有機物質中の炭素原子による四価の発現など、まだ解釈されていない多くの現象を説明できることが判明しました。この理論は予測機能も果たしました。科学者はその理論に基づいて、まだ未知の化合物の存在を予測し、その特性を記述し、それらを発見しました。

つまり、1862年から1864年にかけてです。 A. M. ブトレロフは、プロピル、ブチル、アミルアルコールの異性を調べ、考えられる異性体の数を決定し、これらの物質の式を導き出しました。それらの存在は後に実験的に証明され、異性体の一部はブトレロフ自身によって合成されました。

20世紀中。化合物の化学構造理論の規定は、原子構造の理論、化学結合の理論、化学反応のメカニズムについての考え方など、科学に広まった新しい見解に基づいて開発されました。現在、この理論は普遍的であり、有機物だけでなく無機物にも当てはまります。

最初の位置。分子内の原子は、その価数に応じて特定の順序で結合します。すべての有機化合物およびほとんどの無機化合物の炭素は 4 価です。

明らかに、理論の最初の立場の最後の部分は、化合物中では炭素原子が励起状態にあるという事実によって簡単に説明できます。

a) 四価の炭素原子は互いに結合して、異なる鎖を形成することができます。

開いた分岐
- 分岐せずに開く
- 閉まっている

b）分子内の炭素原子の接続順序は異なる場合があり、炭素原子間の共有化学結合の種類（単一または複数（二重および三重））によって異なります。

2番目の位置。物質の特性は、その定性的および定量的な組成だけでなく、分子の構造にも依存します。

この立場は異性現象を説明します。同じ組成を持つが、化学的または空間的構造が異なり、したがって異なる特性を持つ物質は、異性体と呼ばれます。異性体の主な種類:

構造異性とは、物質の分子内の原子の結合順序が異なるものです。

1) 炭素骨格の異性

3) 相同系列の異性(クラス間)

物質の分子が原子の結合の順序ではなく、空間内の位置が異なる空間異性: シス-トランス異性 (幾何学的)。

この異性は、アルケンやシクロアルカンなど、分子が平らな構造を持つ物質に特徴的です。

空間異性には光学（鏡）異性も含まれます。

ご存知のとおり、炭素原子の周りにある 4 つの単結合は四面体状に配置されています。炭素原子が 4 つの異なる原子または基に結合している場合、空間内でのこれらの基の異なる配置、つまり 2 つの空間異性体が可能です。

アミノ酸アラニン (2-アミノプロパン酸) の 2 つの鏡像を図 17 に示します。

アラニン分子が鏡の前に置かれたと想像してください。 -NH2 グループは鏡に近いため、反射では前にあり、-COOH グループは背景にあります (右の画像を参照)。アランヤは 2 つの空間形式で存在し、重ね合わせても互いに結合しません。

化合物の構造理論の 2 番目の立場の普遍性は、無機異性体の存在を裏付けています。

したがって、ヴェーラー (1828) によって行われた最初の有機物質の合成である尿素の合成は、無機物質であるシアン酸アンモニウムと有機物質である尿素が異性体であることを示しました。

尿素の酸素原子を硫黄原子に置き換えると、Fe 3+ イオンのよく知られた試薬であるチオシアン酸アンモニウムの異性体であるチオ尿素が得られます。明らかに、チオ尿素はこの定性的な反応を示しません。

3番目の位置。物質の性質は分子内の原子の相互影響によって決まります。

たとえば、酢酸では、4 つの水素原子のうち 1 つだけがアルカリと反応します。これに基づいて、酸素に結合している水素原子は 1 つだけであると仮定できます。

一方、酢酸の構造式から、酢酸には可動性の水素原子が 1 つ含まれている、つまり一塩基性であると結論付けることができます。

有機化合物だけでなく無機化合物にも存在する、物質の性質が分子内の原子の相互影響に依存するという構造理論の立場の普遍性を検証するために、水素原子の性質を比較してみましょう。非金属の水素化合物。これらは分子構造を持ち、通常の状態では気体または揮発性の液体です。 D.I.メンデレーエフの周期表における非金属の位置に応じて、そのような化合物の特性の変化のパターンを特定できます。

メタンは水と相互作用しません。メタンの基本的特性の欠如は、炭素原子の原子価の可能性が飽和していることによって説明されます。

アンモニアは基本的な性質を示します。その分子は、窒素原子の孤立電子対への引力により、自身に水素イオンを結合することができます (結合形成のドナー-アクセプター機構)。

ホスフィン PH3 は、リン原子の半径に関連する塩基性特性を弱く発現します。リン原子は窒素原子の半径よりもはるかに大きいため、リン原子は水素原子をあまり強く引き付けません。

左から右の期間では、原子核の電荷が増加し、原子の半径が減少し、部分的に正電荷 §+ を持つ水素原子の反発力が増加します。したがって、非金属の水素化合物の酸性特性が増加します。

主要なサブグループでは、元素の原子の半径が上から下に増加し、5- の弱い非金属原子は 5+ の水素原子を引き付け、水素化合物の強度が低下し、容易に解離するため、酸性の性質が増加します。。

溶液中の水素カチオンを除去または追加する非金属の水素化合物の異なる能力は、非金属原子が水素原子に及ぼす影響が不均等であることによって説明されます。

水酸化物分子内の原子のさまざまな影響、要素によって形成されるある時代では、酸塩基特性の変化も説明されています。

中心原子の酸化状態が増加するにつれて、ヒドロキシルオキシドの基本的性質は減少し、酸性の性質は増加します。したがって、酸素原子との結合エネルギー（8-）と水素原子の反発エネルギー（8+）が増加します。が増加します。

水酸化ナトリウムNaOH。水素原子の半径は非常に小さいため、酸素原子により強く引き付けられ、水素原子と酸素原子の結合はナトリウム原子と酸素原子の結合よりも強くなります。水酸化アルミニウム Al(OH)3 は両性特性を示します。

過塩素酸 HClO 4 では、比較的大きな正電荷を持つ塩素原子が酸素原子とより強く結合し、6+ を持つ水素原子をより強く反発します。酸の種類に応じて解離が起こります。

化合物の構造理論の発展の主な方向とその意義

A.M. ブトレロフの時代、有機化学では経験的（分子）式と構造式が広く使用されていました。後者は、ダッシュで示される原子価に応じた分子内の原子の接続順序を反映しています。

記録を容易にするために、省略された構造式がよく使用されます。ダッシュは炭素原子または炭素と酸素の間の結合のみを示します。

構造式の略称

その後、化学結合の性質と、有機物質の分子の電子構造がその特性に及ぼす影響に関する知識が発展するにつれて、共有結合を従来 2 つの点で表す電子式を使用し始めました。このような式は、分子内の電子対の変位の方向を示すことがよくあります。

メソメリック効果と誘導効果を説明するのは物質の電子構造です。

誘導効果は、電気陰性度の違いにより、ある原子から別の原子へガンマ結合の電子対が移動することです。 (->)で表されます。

原子 (または原子団) の誘導効果は、その原子が高い電気陰性度 (ハロゲン、酸素、窒素) を持ち、ガンマ結合電子を引き付け、部分的に負の電荷を獲得する場合、負 (-/) になります。原子 (または原子団) がガンマ結合電子を反発する場合、正の誘導効果 (+/) が生じます。一部の飽和ラジカル C2H5 にはこの特性があります。水素とハロゲン化水素のハロゲンがアルケン (プロペン) にどのように付加されるかに関するマルコフニコフの法則を思い出してください。この規則が特殊な性質のものであることが理解できるでしょう。これら 2 つの反応方程式の例を比較してください。

[[化学化合物の構造理論 A._M._Butlerov| ]]

個々の物質の分子では、誘導効果とメソメリック効果の両方が同時に現れます。この場合、それらは（アルデヒド、カルボン酸の場合）互いに強め合うか、（塩化ビニルの場合）互いに弱めます。

分子内の原子の相互影響の結果、電子密度の再分布が生じます。

化学結合の空間的方向についての考えは、1874 年にフランスの化学者 J. A. ルベルとオランダの化学者 J. X. ヴァントホフによって最初に表明されました。科学者の仮定は量子化学によって完全に確認されました。物質の性質は分子の空間構造に大きく影響されます。たとえば、ブテン-2 のシス異性体とトランス異性体の式はすでに示しましたが、これらは性質が異なります (図 16 を参照)。

ある形態から別の形態に変換するときに切断しなければならない平均結合エネルギーは約 270 kJ/mol です。室温ではこれほど大きなエネルギーは存在しません。ブテン-2 の形式をある形式から別の形式に相互に遷移するには、1 つの共有結合を切断し、代わりに別の共有結合を形成する必要があります。言い換えれば、このプロセスは化学反応の一例であり、議論されているブテン-2 の両方の形態は異なる化合物です。

ゴムの合成における最も重要な問題は、立体規則的な構造を持つゴムを得ることであったことを覚えているでしょう。ゴムの弾性などの重要な特性はこれに依存するため、構造単位が厳密な順序で配置されたポリマー（たとえば、天然ゴムはシス単位のみで構成されています）を作成する必要がありました。

現代の有機化学は、構造異性（鎖異性、多重結合の位置の異性、相同系列の異性、官能基の位置の異性）と立体異性（幾何異性またはシストランス異性、光学異性または鏡異性）の 2 つの主なタイプの異性を区別します。）。

つまり、A.M. ブトレロフによって明確に定式化された化学構造理論の 2 番目の立場が不完全であることを確認できました。現代的な観点から見ると、この規定には次の追加が必要です。
物質の特性は、その定性的および定量的な組成だけでなく、次の要素にも依存します。

化学薬品、

電子、

空間構造。

物質の構造理論の創造は、有機化学の発展において重要な役割を果たしました。主に記述的な科学から、創造的な総合科学に変わり、さまざまな物質の分子内の原子の相互影響を判断することが可能になりました (表 10 を参照)。構造理論は、有機分子のさまざまなタイプの異性、および化学反応の方向とメカニズムを説明および予測するための前提条件を作成しました。

この理論に基づいて、有機化学者は天然のものを置き換えるだけでなく、その特性においてそれを大幅に上回る物質を作成します。したがって、合成染料は、古くから知られていたアリザリンやインディゴなどの多くの天然染料よりもはるかに優れており、安価です。さまざまな特性を持つ合成ゴムが大量に生産されています。プラスチックと繊維は広く使用されており、その製品はテクノロジー、日常生活、医療、農業に使用されています。

有機化学における A.M. ブトレロフの化学構造理論の重要性は、無機化学における D.I. メンデレーエフの周期律と元素周期表の重要性と比較できます。両方の理論がその形成方法、発展の方向性、一般的な科学的意義において多くの共通点を持っているのは当然のことです。しかし、他の主要な科学理論 (チャールズダーウィンの理論、遺伝学、量子論など) の歴史の中で、そのような一般的な段階を見つけることができます。

1. 以下の特徴に従って、2 つの主要な化学理論、D. I. メンデレーエフの元素の周期律と周期表、および A. M. ブトレロフの有機化合物の化学構造理論の類似点を確立します。前提条件の共通点、共通の前提条件予知の役割に共通する、その発達の方向性。

2. 周期律の形成において、化合物の構造理論はどのような役割を果たしましたか?

3. 化合物の構造理論の各規定の普遍性を裏付ける無機化学の例は何ですか?

4. 亜リン酸 H3PO3 は二塩基酸です。その構造式を提案し、この酸の分子内の原子の相互影響を考慮します。

5. 異性体は C3H8O という組成で書きます。体系的な命名法を使用してそれらに名前を付けます。異性の種類を決定します。

6. 塩化クロム(III) 結晶水和物の次の式が知られています。 [Cr(H2O)5Cl]Cl2H2O； [Cr(H20)4 * C12]Cl 2H2O。説明されている現象を何と呼びますか?

1. 化学構造理論の基本原理 A.M. ブトレロフ

1. 分子内の原子は、その価数に応じて特定の順序で互いに接続されます。分子内の原子間結合の順序は化学構造と呼ばれ、1 つの構造式 (構造式) に反映されます。

2. 化学構造は化学的方法を使用して決定できます。 (現在では最新の物理的手法も使用されています)。

3. 物質の性質はその化学構造に依存します。

4. 与えられた物質の特性に基づいて、その分子の構造を決定することができ、分子の構造に基づいて特性を予測することができます。

5. 分子内の原子および原子団は相互に影響を及ぼします。

有機化合物の分子は、通常は共有結合によって特定の順序で結合された原子の集合です。この場合、結合した原子の電気陰性度は異なる可能性があります。電気陰性度の値は、極性や強度 (形成エネルギー) などの重要な結合特性を主に決定します。次に、分子内の結合の極性と強さが、分子が特定の分子に入る能力を大きく左右します。化学反応.

炭素原子の電気陰性度は、その混成状態に依存します。これは、混成軌道における s 軌道の割合によるものです。sp3 では少なく、sp2 および sp 混成原子では多くなります。

分子を構成するすべての原子は相互に接続されており、相互に影響を与えています。この影響は、いわゆる電子効果を使用して、主に共有結合のシステムを通じて伝達されます。

電子効果は、置換基の影響下での分子内の電子密度の変化と呼ばれます。

極性結合で接続された原子は部分電荷を持ち、ギリシャ文字のデルタ (d) で示されます。 s 結合の電子密度をその方向に「引っ張る」原子は、負の電荷 d- を獲得します。共有結合によって結合された一対の原子を考えるとき、より電気陰性度の高い原子を電子受容体と呼びます。したがって、その s 結合パートナーは同じ大きさの電子密度欠損を持ちます。部分的な正電荷 d+ は電子供与体と呼ばれます。

s 結合の鎖に沿った電子密度のシフトは誘導効果と呼ばれ、I で表されます。

2. 異性化- 元素組成と分子量は同一であるが、物理的および化学的性質が異なる化合物（主に有機物）の存在。このような化合物は異性体と呼ばれます。

構造異性- 化学構造の違いの結果。このタイプには次のものが含まれます。

炭素原子の結合順序の違いによる炭素骨格の異性。最も単純な例は、ブタン CH3-CH2-CH2-CH3 およびイソブタン (CH3)3CH です。他の例: アントラセンとフェナントレン (それぞれ式 I と II)、シクロブタンとメチルシクロプロパン (III と IV)。

原子価異性は、結合の再分配によってのみ異性体が相互に変換できる特殊なタイプの構造異性です。たとえば、ベンゼン (V) の原子価異性体は、ビシクロヘキサ-2,5-ジエン (VI、「デュワーベンゼン」)、プリズマン (VII、「ラーデンブルグベンゼン」)、およびベンズバレン (VIII) です。

官能基異性 - 官能基の性質が異なります。たとえば、エタノール (CH3-CH2-OH) やジメチルエーテル (CH3-O-CH3) などです。

位置異性- 構造異性の一種。同じ炭素骨格を持つ同一の官能基または二重結合の位置の違いを特徴とします。例: 2-クロロブタン酸および4-クロロブタン酸。

エナンチオマー (光学異性体、ミラー異性体) は、光学対掌体のペアであり、他のすべての物理的および化学的特性 (他の光学活性体との反応を除く) と同一の光の偏光面の符号が反対で大きさが等しい回転を特徴とする物質です。キラル環境における物質と物理的特性)。光学対掌体が現れる必要かつ十分な理由は、その分子が点対称グループ Cn、Dn、T、O、I (キラリティー) のいずれかに属していることです。もっと頻繁に私たちが話しているのは不斉炭素原子、つまり 4 つの異なる置換基に結合した原子について。

3. sp3-ハイブリダイゼーション - 1 つの s 軌道と 3 つの p 軌道が混合されるときに発生します。 4 つの同一の軌道が現れ、互いに四面体角 109° 28' (109.47°)、長さ 0.154 nm に位置します。

第 2 周期の炭素原子およびその他の要素の場合、このプロセスは次のスキームに従って発生します。

2s + 2px + 2py + 2pz = 4 (2sp3)

アルカン(飽和炭化水素、パラフィン、脂肪族化合物) - 単純な結合のみを含み、一般式 CnH2n+2 と同族列を形成する、直鎖または分岐構造の非環式炭化水素 .アルキンの化学構造最も単純なアルカン (メタン、エタン、プロパン) の (分子内の原子の接続順序) は、セクション 2 に示されている構造式で示されています。これらの式から、アルカンには 2 種類の化学結合があることが明らかです。

S-S と S-N。 C-C 結合は非極性の共有結合です。 S-N接続- 共有結合性が弱いため、極性が低い炭素と水素は電気陰性度が近い

ハイブリダイゼーションに関与せず、平面に垂直に位置する p 軌道 σ結合、他の原子とπ結合を形成するために使用されます。この炭素の形状はグラファイト、フェノールなどに特徴的です。

結合角- 1 つの原子から発せられる化学結合の方向によって形成される角度。分子の幾何学形状を決定するには、結合角の知識が必要です。結合角は両方に依存します個々の特性結合原子、および中心原子の原子軌道の混成から。単純な分子の場合、結合角は、分子の他の幾何学的パラメータと同様に、量子化学手法を使用して計算できます。それらは、回転スペクトルを分析することによって得られる分子の慣性モーメントの値から実験的に決定されます（赤外線分光法、分子スペクトル、マイクロ波分光法を参照）。複雑な分子の結合角は回折構造解析法によって決定されます。

4. sp2-ハイブリダイゼーション (平面-三角) 1 つの s 軌道と 2 つの p 軌道が混合して、同じ平面上に 120° の角度で位置する 3 つの等価な sp2 混成軌道を形成します (青で強調表示)。それらは 3 つの σ 結合を形成できます。 3 番目の p 軌道は混成されないままであり、混成軌道の位置平面に対して垂直に配向されています。このp-AOはπ結合の形成に関与します。 . 第 2 周期の要素の場合、sp2 ハイブリダイゼーションのプロセスは次のスキームに従って発生します。

2s + 2px + 2py = 3 (2sp2)

炭素原子の 2 番目の価数状態。炭素原子が4価のまま、隣接する4つの原子ではなく3つの原子と結合している有機物があります。

5. sp-ハイブリダイゼーション (線形) 1 つの s 軌道と 1 つの p 軌道が混合して、180 度の角度に位置する 2 つの等しい sp 軌道を形成します。 1つの軸上で。混成 sp 軌道は 2 つの σ 結合の形成に関与します。 2 つの p 軌道は混成しておらず、互いに垂直な面に位置しています。 -軌道は化合物中で 2 つの π 結合を形成します。

第 2 周期の要素では、sp ハイブリダイゼーションは次のスキームに従って発生します。

2s + 2px= 2 (2sp)

2py-AO と 2pz-AO は変わりません。

アセチレン— 不飽和炭化水素 C2H2。炭素原子間に三重結合を持ち、アルキンのクラスに属します。

アセチレンの炭素原子はsp混成されています。それらは最大 1 つまたは 2 つの結合によって接続されています。その密度は 2 つの相互に直交する領域に位置し、円筒形を形成します。電子密度雲。その外側にはH原子があります。

メチルアセチレン(プロピン、アリレン) CH3C=CH。化学によると Holy M. はアセチレン炭化水素の代表的なものです。電気泳動、核泳動に容易に侵入します。例えば三重結合へのラジカル付加などです。やりとりするときメタノールと反応させてメチルイソプロペニルエーテルを形成します。

6. 通信タイプ -金属結合、共有結合、イオン結合、水素結合

イオン結合- 電気陰性度の差が大きい原子間に形成される強力な化学結合。共有電子対が電気陰性度のより高い原子に完全に移動します。一例は、「イオン性度」が 97% である化合物 CsF です。

極性共有結合の極性化の極端なケース。一般的な金属と非金属の間に形成されます。この場合、金属からの電子は完全に非金属に転送されます。イオンが形成されます。

電気陰性度の差が非常に大きい原子間で化学結合が形成される場合 (ポーリングによれば EO > 1.7)、共通の電子対はより高い EO を持つ原子に完全に移動します。この結果、逆に帯電したイオンの化合物が形成されます。

共有結合(原子結合、ホメオポーラ結合) - 一対の価電子雲の重なり合い (共有) によって形成される化学結合。通信を行う電子雲（電子）は共通電子対と呼ばれます。

単純な共有結合は、各原子から 1 つずつ、2 つの不対価電子から形成されます。

社会化の結果、電子は満たされたエネルギー準位を形成します。このレベルでの合計エネルギーが初期状態よりも小さい場合、結合が形成されます (エネルギーの差は結合エネルギーにすぎません)。

H2 分子の原子 (端) および分子 (中心) 軌道を電子で満たします。縦軸はエネルギー準位に対応し、電子はそのスピンを反映する矢印で示されます。

分子軌道の理論によれば、最も単純な場合、2 つの原子軌道の重なりにより、結合性 MO と反結合性 (反結合性) MO の 2 つの分子軌道 (MO) が形成されます。共有電子は、より低エネルギーの結合 MO 上に位置します。

7. アルカン- 単純な結合のみを含み、一般式 CnH2n+2 と同族列を形成する、直鎖または分岐構造の非環式炭化水素。

アルカンは飽和炭化水素であり、可能な最大数の水素原子を含みます。アルカン分子の各炭素原子は sp3 混成状態にあります。C 原子の 4 つの混成軌道はすべて形状とエネルギーが等しく、4 つの電子雲は 109°28 インチの角度で四面体の頂点に向けられています。炭素結合の種類は σ 結合であり、炭素結合の長さは 0.154 nm です。

飽和炭化水素の異性は、最も単純なタイプの構造異性、つまり炭素骨格の異性によるものです。相同違い - -CH2-。炭素数が 3 つを超えるアルカンには異性体があります。炭素原子の数が増加するにつれて、これらの異性体の数は驚異的な速度で増加します。 n = 1...12 のアルカンの場合、異性体の数は 1、1、1、2、3、5、9、18、35、75、159、355 です。

命名法 -合理的な。炭素鎖の原子の 1 つが選択され、それがメタンで置換されていると見なされ、それに関連して名前アルキル 1 アルキル 2 アルキル 3 アルキル 4 メタンが構築されます。

レシート。ハロゲン化アルカンの還元。アルコールの削減。カルボニル化合物の削減。不飽和炭化水素の水素化。コルベ合成。固体燃料のガス化。ウルツの反応。フィッシャー・トロプシュ合成。

8. アルカン化学活性が低い。これは、C-H および C-C の単結合が比較的強く、切断するのが難しいという事実によって説明されます。

ラジカル置換反応。

アルカンのハロゲン化根本的なメカニズムで進行します。反応を開始するには、アルカンとハロゲンの混合物に UV 光を照射するか、加熱する必要があります。メタンの塩素化は、塩化メチルを得る段階で止まらず（等モル量の塩素とメタンが採取された場合）、塩化メチルから四塩化炭素まで、考えられるすべての置換生成物の形成につながります。

ニトロ化（コノバロフ反応）

アルカンは、気相中で硝酸または窒素酸化物 N2O4 の 10% 溶液と反応してニトロ誘導体を形成します。

RH + HNO3 = RNO2 + H2O

入手可能なデータはすべて、フリーラジカルのメカニズムを示しています。反応の結果として、生成物の混合物が形成されます。

酸化反応。燃焼

燃料としての使用を決定する飽和炭化水素の主な化学的特性は燃焼反応です。例:CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q

酸素が欠乏すると、二酸化炭素の代わりに一酸化炭素または石炭が生成されます（酸素濃度に応じて）。

一般に、任意の炭化水素の燃焼反応方程式 CxHy は次のように書くことができます: CxHy + (x + 0.5y)O2 → xCO2 + 0.5yH2O

接触酸化

アルコール、アルデヒド、カルボン酸が生成される可能性があります。

アルカンの熱変化。分解

分解反応は高温の影響下でのみ発生します。温度が上昇すると、炭素結合が切断され、フリーラジカルが生成されます。

例: CH4 → C + 2H2 (t > 1000 °C); C2H6 → 2C + 3H2

ひび割れ

500 °C 以上に加熱すると、アルカンは熱分解を受けて生成物の複雑な混合物を形成します。その組成と比率は温度と反応時間によって異なります。

脱水素反応

アルケンの生成と水素の発生

流動条件: 400 ～ 600 °C、触媒 - Pt、Ni、Al2O3、Cr2O3;C2H6 → C2H4 + H2

異性化 -触媒 (AlCl3 など) の影響下で、次のようなアルカンの異性化が発生します。

ブタン (C4H10) は、塩化アルミニウム (AlCl3) と相互作用して、n-ブタンから 2-メチルプロパンに変換されます。

メタン変換

CH4 + H2O → CO + H2 - Ni触媒 (「CO + H2」「合成ガス」)

アルカンは過マンガン酸カリウム (KMnO4) および臭素水 (Br2) と相互作用しません。

9.アルケン(またはオレフィンまたはエチレン炭化水素) は、炭素原子間に 1 つの二重結合を含む非環式不飽和炭化水素で、一般式 CnH2n と同族列を形成します。二重結合の炭素原子は sp2 混成状態にあり、結合角は 120°です。最も単純なアルケンはエテン (C2H4) です。 IUPAC の命名法によれば、アルケンの名前は、対応するアルカンの名前の接尾辞「-ane」を「-ene」に置き換えて形成されます。二重結合の位置はアラビア数字で示されている。

炭素数が 3 つを超えるアルケンには異性体があります。アルケンは、炭素骨格の異性、二重結合の位置、クラス間異性、空間異性によって特徴付けられます。エテン（エチレン）C2H4、プロペンC3H6、ブテンC4H8、ペンテンC5H10、ヘキセンC6H12、

アルケンを取得する方法 -アルケンを製造する主な工業的方法は、石油および天然ガス炭化水素の接触および高温分解です。低級アルケンを生成するには、対応するアルコールの脱水反応も使用されます。

実験室での実践では、通常、強鉱酸の存在下でのアルコールの脱水、脱ハロゲン化水素、および対応するハロゲン誘導体の脱ハロゲン化の方法が使用されます。ホフマン、チュガエフ、ウィッティヒ、コープの合成。

10. アルケンの化学的性質アルケンは化学的に活性です。それらの化学的性質は主に二重結合の存在によって決まります。アルケンの最も一般的な反応は、求電子付加反応とラジカル付加反応です。求核付加反応は通常、強力な求核試薬の存在を必要とし、アルケンでは典型的ではありません。

アルケンは付加環化反応とメタセシス反応によっても特徴付けられます。

アルケンは容易に酸化反応を受け、強力な還元剤またはアルカンへの触媒の作用下で水素により水素化され、アリルラジカル置換も可能です。

求電子付加反応。これらの反応では、攻撃種は求電子剤です。詳細記事: 求電子付加反応。

アルケンのハロゲン化ラジカル反応開始剤の非存在下で起こる、典型的な求電子付加反応です。これは、非極性不活性溶媒 (例: CCl4) の環境で実行されます。

ハロゲン化反応は立体特異的であり、付加はアルケン分子の平面に対して反対側で起こります。

ハロゲン化水素化。アルケンへのハロゲン化水素の求電子付加は、マルコフニコフの法則に従って起こります。

ヒドロホウ素化。付加は中間の環状活性錯体の形成を伴う多段階で行われ、ホウ素の付加はマルコフニコフの法則に反して、最も水素化された炭素原子に行われます。

水分補給。アルケンへの水の付加は硫酸の存在下で起こります。

アルキル化。酸触媒 (HF または H2SO4) の存在下、低温でアルカンをアルケンに付加すると、より高い分子量の炭化水素が形成され、産業でよく使用されます。

11. アルキン(またはアセチレン炭化水素) は、炭素原子間に三重結合を含む炭化水素であり、一般式 CnH2n-2 で表されます。三重結合の炭素原子はsp-混成状態にあります。

アルキンは付加反応によって特徴付けられます。求電子付加反応を受けるアルケンとは異なり、アルキンは求核付加反応も受けることができます。これは、結合の顕著な S 特性と、その結果として炭素原子の電気陰性度の増加によるものです。さらに、三重結合における水素原子の高い移動性が、置換反応におけるアルキンの酸性特性を決定します。

主な産業 入手方法アセチレンはメタンの電気分解または熱分解、天然ガスおよびカーバイドの熱分解法です

12. ジエン炭化水素(ジエン)、2 つの二重結合を持つ不飽和炭化水素。アリファティッチ。ジエンСnН2n_2と呼ばれるアルカジエン、脂環式 СnН2n_4 - シクロアルカジエン。この記事では、共役二重結合を持つジエン炭化水素 [共役ジエン; 表を参照]。化学によると、孤立した二重結合を持つジエン。主にあなたにとって神聖ですオレフィンと変わりません。接続について累積二重結合については、Allens を参照してください。ジエン炭化水素では、共役系の 4 つの炭素原子すべてが sp2 混成を起こし、同じ平面上にあります。 4 つの p-電子 (各炭素原子から 1 つずつ) が結合して 4 つの p 分子軌道 (結合性が占有されている 2 つと反結合が存在しない 2 つ) を形成します。そのうちの最も低いものだけがすべての炭素原子にわたって非局在化されています。 p電子の部分的な非局在化は共役効果を引き起こし、系のエネルギーの減少（孤立した二重結合の系と比較して13〜17 kJ/mol）、原子間距離の均等化として現れます：二重結合はわずかに長くなります（ 0.135 nm）、単結合は共役のない分子（それぞれ 0.133 および 0.154 nm）よりも短く（0.146 nm）、分極率の増加、分子の屈折の上昇などの物理的特徴があります。効果。ジエン炭化水素は 2 つの立体配座で存在し、相互に変化し、s-trans 体の方が安定します。

13. アルコール 1 つ以上のヒドロキシル基を含む化合物です。アルコールはその数に応じて、一価、二価、三価などに分類されます。メチルアルコールの結合長と結合角。

アルコールの名前の付け方はいくつかあります。現代の IUPAC 命名法では、アルコールの名前の炭化水素の名前に語尾の「ol」が追加されます。 OH 官能基を含む最長の鎖には、ヒドロキシル基に最も近い末端から番号が付けられ、置換基は接頭辞で示されます。

レシート。アルケンの水和。アルケンが希酸水溶液と反応すると、主生成物はアルコールになります。

アルケンのヒドロキシ水銀化 - 脱水銀化。この反応は転位を伴わず、個々のアルコールの形成につながります。反応の方向はマルコフニコフの法則に一致しており、反応は穏やかな条件下で行われ、収率はほぼ定量的になります。

アルケンのヒドロホウ素化とその後の酸化ボランをアルカリ性媒体中の過酸化水素溶液と反応させると、最終的に二重結合に水が付加した反マルコフニコフ生成物が生成されます。

水素化アルミニウムリチウムまたは水素化ホウ素ナトリウムによるアルデヒドおよびケトンの還元

LiAlH4 と NaBH4 はアルデヒドを第一級アルコールに、ケトンを第二級アルコールに還元します。水素化ホウ素ナトリウムは、取り扱いの安全性が高いため好まれます。水溶液やアルコール溶液でも使用できます。水素化アルミニウムリチウムは水やアルコールと爆発的に反応し、乾燥状態で 120°以上に加熱すると爆発的に分解します。

エステルおよびカルボン酸の第一級アルコールへの還元。第一級アルコールは、エーテルまたは THF 中で水素化アルミニウムリチウムを用いてエステルとカルボン酸を還元することによって生成されます。水素化アルミニウムリチウムを用いてエステルを還元する方法は、調製の観点から特に便利である。水素化ホウ素ナトリウムはエステル基とカルボキシル基を還元しないことに注意してください。これにより、エステル基とカルボキシル基の存在下で、NaBH4 によるカルボニル基の選択的還元が可能になります。回収生成物の収率が 80% を下回ることはほとんどありません。 NaBH4 とは異なり、水素化ホウ素リチウムはエステルを第一級アルコールに還元します。

14. 多価アルコール。グリセロール- 式HOCH2CH(OH)-CH2OHまたはC3H5(OH)3の化合物。三価アルコールの最も単純な代表。粘性がある透明な液体。天然（植物または動物）脂肪および油（トリグリセリド）の加水分解によって容易に生成され、1779 年にカールシェーレによって脂肪のケン化中に初めて得られました。

物理的特性。グリセロール- 無色、粘性、吸湿性の液体で、水に無限に溶けます。甘い味がするので、その名前が付けられました（グリコス - 甘い）。多くの物質をよく溶解します。

化学的特性グリセロールは多価アルコールに典型的であり、グリセロールとハロゲン化水素またはハロゲン化リンとの相互作用により、グリセロールがカルボン酸および鉱酸でエステル化され、対応するエステルが形成されます。したがって、硝酸を使用すると、グリセリンは三硝酸塩 - ニトログリセリン (1847 年にアスカニオソブレロによって取得) を形成し、現在無煙火薬の製造に使用されています。

脱水するとアクロレインが形成されます。

HOCH2CH(OH)-CH2OH H2C=CH-CHO + 2H2O、

エチレングリコール, HO-CH2-CH2-OH は多価アルコールの最も単純な代表です。精製すると、わずかに油状の粘度を持つ無色透明の液体になります。無臭で、甘い味がします。有毒。エチレングリコールまたはその溶液を摂取すると、身体に不可逆的な変化が生じ、死に至る可能性があります。

産業界ではエチレングリコール 水分補給によって得られる 0.1～0.5%の硫酸(またはリン酸)の存在下、10気圧および190～200℃、または1気圧および50～100℃でエチレンオキシドを生成させ、収率90%に達します。副生成物は、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、および少量のエチレングリコールの高級ポリマー同族体です。

15. アルデヒド- 水素を含まないアルコール。 1 つの置換基を持つカルボニル基 (C=O) を含む有機化合物。

アルデヒドとケトンは非常に似ていますが、後者はカルボニル基に 2 つの置換基を持っているという違いがあります。メソメリック共役の原理に従った炭素-酸素二重結合の分極により、次の共鳴構造を書くことができます。

この電荷分離は物理的研究方法によって確認されており、顕著な求電子試薬としてのアルデヒドの反応性を主に決定します。一般に、アルデヒドの化学的性質はケトンと似ていますが、アルデヒドはより高い活性を示し、これはより大きな結合分極に関連しています。さらに、アルデヒドは、水溶液中での水和など、ケトンの特徴ではない反応によって特徴付けられます。メタナールでは、さらに大きな分極により結合は完全ですが、他のアルデヒドでは結合は部分的です。

RC(O)H → RC(OH)2H、ここで R は H、任意のアルキルまたはアリールラジカルです。

最も単純なアルデヒドは、鋭い独特の臭気を持っています（たとえば、ベンズアルデヒドはアーモンドの香りがあります）。

ヒドロキシルアミンの影響下で、それらはオキシムに変換されます: CH3CHO + NH2OH = CH3C(=NOH)H + H2O

ホルムアルデヒド（ラテン語のformica - antに由来）、ギアルデヒド, CH2O、脂肪族アルデヒドの同族系列の最初のメンバー。刺激臭のある無色の気体で、水とアルコールによく溶け、沸点は19℃。産業では、リンはメチルアルコールまたはメタンを大気中の酸素で酸化することによって生成されます。 F.は容易に重合する（特に100℃までの温度で）ため、主にホルムアルデヒドと固体の低分子ポリマー、トリオキサン（トリオキシメチレンを参照）およびパラホルム（パラホルムアルデヒドを参照）の形で保管、輸送、使用されます。

F.は非常に反応的です。その反応の多くは、多くの物質を得る工業的方法の基礎となっています。重要な製品。したがって、アンモニアと相互作用すると、F.はウロトロピン（ヘキサメチレンテトラミンを参照）、尿素と - 尿素 - ホルムアルデヒド樹脂、メラミン - メラミン - ホルムアルデヒド樹脂、フェノール - フェノール - ホルムアルデヒド樹脂（フェノール - ホルムアルデヒド樹脂を参照）、フェノール -ナフタレンスルホン酸 - ケテンを含むなめし剤 - b-プロピオラクトン。 F. は、ポリビニルホルマール (ポリビニルアセタールを参照)、イソプレン、ペンタエリスリトール、医薬品、染料、革のなめし、消毒剤および消臭剤として。ポホルムアルデヒドを重合させることにより、ポリホルムアルデヒドが得られる。 F.は有毒です。空気中の最大許容濃度は 0.001 mg/l です。

アセトアルデヒド、アセトアルデヒド、CH3CHO有機化合物で、刺激臭のある無色の液体。沸点20.8℃。融点 - 124 °C、密度 783 kg / m3 "、水、アルコール、エーテルとあらゆる点で混和します。A. アルデヒドの典型的な特性をすべて備えています。鉱酸の存在下では、重合して液体の三量体パラアルデヒド (CH3CHO) になります。 )3 と結晶性四量体メタアルデヒド (CH3CHO)4 の両方のポリマーが硫酸の存在下で加熱されると、A が放出されます。

古くから知られている主要なものの 1 つ 入手方法 A. 水銀塩の存在下、約95℃の温度でアセチレンに水を添加することからなる

16. ケトン体- これらは、分子内のカルボニル基が 2 つの炭化水素ラジカルと結合している有機物質です。

ケトンの一般式は R1-CO-R2 です。他のカルボニル化合物の中でも、正確に 2 個の炭素原子がカルボニル基に直接結合したケトンの存在により、ケトンはカルボン酸およびその誘導体、さらにはアルデヒドと区別されます。

物理的特性。ケトンは、水とよく混合する揮発性液体または可融性固体です。分子間水素結合を形成できないため、揮発性は同じ分子量のアルコールやカルボン酸よりわずかに大きくなります。

合成方法。第二級アルコールの酸化。

クリーゲ転位による第三級ペルオキソエーテルから。

シクロケトンは、Ružička の環化によって調製できます。

芳香族ケトンはフリーデルクラフツ反応によって調製できます

化学的特性。ケトン反応には主に 3 つのタイプがあります。

1 つ目は、カルボニル基の炭素原子に対する求核攻撃に関連しています。たとえば、ケトンとシアン化物陰イオンまたは有機金属化合物との相互作用です。同じタイプ (求核付加) にはカルボニル基とアルコールの相互作用が含まれ、アセタールとヘミアセタールが生成されます。

アルコールとの相互作用:

CH3COCH3 + 2C2H5OH → C2H5-OC(CH3)2-OC2H5

グリニャール試薬を使用した場合:

C2H5-C(O)-C2H5 + C2H5MgI → (C2H5)3OMgI → (C2H5)3OH、第三級アルコール。アルデヒドとの反応、特にメタナールとの反応は著しく活性化し、アルデヒドと二級アルコールが形成され、メタナールと一級アルコールが形成されます。

ケトンは窒素含有塩基、たとえばアンモニアや第一級アミンとも反応してイミンを形成します。

CH3-C(O)-CH3 + CH3NH2 → CH3-C(N-CH3)-CH3 + H2O

2 番目のタイプの反応は、カルボニル基に対するベータ炭素原子の脱プロトン化です。生成したカルアニオンはカルボニル基と共役することで安定化し、プロトンの脱離容易性が高まるため、カルボニル化合物は比較的強いS-N酸。

3 番目は、酸素原子の非共有電子対における求電子剤の配位です。たとえば、AlCl3 などのルイス酸です。

別のタイプの反応には、ケトンの還元、つまり定量に近い収率のロイカート還元が含まれます。

17.質問15と16を比較してください。

18. 一塩基性飽和カルボン酸(一塩基性飽和カルボン酸) - 飽和炭化水素基が 1 つのカルボキシル基 -COOH に結合しているカルボン酸。彼らは皆持っています一般式СnH2n+1COOH、n = 0、1、2、...

命名法。一塩基性飽和カルボン酸の系統名は、対応するアルカンの名前に接尾辞 -ova と酸という単語を追加したもので与えられます。

炭化水素ラジカルの骨格異性は、次の 2 つの異性体を持つブタン酸から始まります。

CH3-CH2-CH2-COOH n-ブタン酸; CH3-CH(CH3)-COOH 2-メチルプロパン酸。

クラス間異性は酢酸から始まります。

CH3-COOH 酢酸; H-COO-CH3 ギ酸メチル (ギ酸のメチルエステル); HO-CH2-COH ヒドロキシエタナール (ヒドロキシ酢酸アルデヒド); HO-CHO-CH2 ヒドロキシエチレンオキシド。

19. エステル- 有機化合物、カルボン酸または鉱酸の誘導体。酸性官能基のヒドロキシル基 -OH がアルコール残基で置き換えられています。これらは、2 つの炭化水素ラジカルが酸素原子 (R1-O-R2) によって結合されているエーテルとは異なります。

脂肪またはトリグリセリド- 天然有機化合物、グリセロールと一塩基性脂肪酸の完全エステル; 脂質のクラスに属します。炭水化物やタンパク質と並んで、脂肪は動物、植物、微生物の細胞の主成分の 1 つです。植物由来の液体脂肪は通常、バターと同様に油と呼ばれます。

炭酸- 分子に 1 つ以上の官能性カルボキシル基 -COOH が含まれる有機化合物のクラス。酸性の性質は、この基が比較的容易にプロトンを引き抜くことができるという事実によって説明されます。まれな例外を除き、カルボン酸は弱いです。たとえば、酢酸 CH3COOH の酸性定数は 1.75・10-5 です。ジカルボン酸およびトリカルボン酸はモノカルボン酸よりも強力です。

脂肪は優れた断熱材であるため、多くの温血動物では皮下脂肪組織に脂肪が蓄積され、熱損失が減少します。皮下脂肪層が特に厚いのが特徴です。水生哺乳類（クジラ、セイウチなど）。同時に、暑い気候に住む動物（ラクダ、トビネズミ）では、脂肪が蓄えられます。

構造機能

リン脂質は二重層の基礎を形成します細胞膜、コレステロール - 膜流動性の調節因子。古細菌の膜にはイソプレノイド炭化水素の誘導体が含まれています。ワックスは植物の地上器官（葉や若芽）の表面にクチクラを形成します。それらは多くの昆虫によっても生成されます（たとえば、ミツバチはそれらから蜂の巣を作り、カイガラムシとカイガラムシは保護カバーを形成します）。

規制

ビタミン - 脂質 (A、D、E)

ホルモン（ステロイド、エイコサノイド、プロスタグランジンなど）

補因子（ドリコール）

シグナル伝達分子 (ジグリセリド、ジャスモン酸、MP3 カスケード)

保護（衝撃吸収）

厚い脂肪層が保護します内臓多くの動物が衝撃による被害を受けます（たとえば、体重1トンにもなるアシカは、高さ4〜5メートルの崖から岩だらけの海岸に飛び降りることができます）。

20-21-22。一塩基性不飽和酸- 1 個の水素原子がカルボキシル基で置き換えられた不飽和炭化水素の誘導体。

命名法、異性化。不飽和酸のグループで最もよく使用される経験名は、CH2=CH-COOH - アクリル (プロペン) 酸、CH2=C(CH3)-COOH - メタクリル (2-メチルプロペン) 酸です。不飽和一塩基酸のグループにおける異性は、以下と関連しています。

a) 炭素骨格の異性。 b) 二重結合の位置。 c) シス-トランス異性。

入手方法.1。ハロゲン化酸の脱ハロゲン化水素:

CH3-CH2-CHCl-COOH ---KOH(濃)---> CH3-CH=CH-COOH

2. ヒドロキシ酸の脱水: HO-CH2-CH2-COOH -> CH2=CH-COOH

物理的特性。低級不飽和酸は、強い刺激臭を持つ水溶性の液体です。より高い - 固体、水不溶性、無臭の物質。

化学的特性不飽和カルボン酸は、カルボキシル基の性質と二重結合の性質の両方によるものです。特定の特性カルボキシル基の近くに二重結合を持つ酸、つまりアルファ、ベータ不飽和酸を持っています。これらの酸では、ハロゲン化水素の添加と水和はマルコフニコフの法則に反します: CH2 = CH-COOH + HBr -> CH2Br-CH2-COOH

注意深く酸化すると、ジヒドロキシ酸が形成されます: CH2 = CH-COOH + [O] + H2O -> HO-CH2-CH(OH)-COOH

激しい酸化中に二重結合が切断され、異なる生成物の混合物が形成され、そこから二重結合の位置が決定されます。オレイン酸 C17H33COOH は、最も重要な高級不飽和酸の 1 つです。無色の液体で、冷えると固まります。その構造式: CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH。

23. 二塩基性飽和カルボン酸(二塩基性飽和カルボン酸) - 飽和炭化水素基が 2 つのカルボキシル基 -COOH に結合しているカルボン酸。それらはすべて一般式 HOOC(CH2)nCOOH を持ちます。ここで、n = 0、1、2、...

命名法。二塩基性飽和カルボン酸の体系的な名前は、対応するアルカンの名前に接尾辞 -dioic と酸という単語を追加して与えられます。

炭化水素ラジカルの骨格異性は、2 つの異性体があるブタン二酸から始まります。

HOOC-CH2-CH2-COOH n-ブタン二酸 (エタン-1,2-ジカルボン酸);

CH3-CH(COOH)-COOH エタン-1,1-ジカルボン酸。

24-25。オキシ酸（ヒドロキシカルボン酸）、例えば、分子内にカルボキシル基 - COOH とともにヒドロキシル基 - OH があります。 HOCH2COOH（グリコール酸）。動植物に含まれています（乳酸、クエン酸、酒石酸、その他の酸）。

自然界における分布

ヒドロキシ酸は非常に広く普及しています。したがって、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、乳酸、その他の酸はヒドロキシ酸に属し、それらの名前は主な酸を反映しています。天然温泉、その物質が発見されました。

合成方法

Reformatsky 反応は、β-ヒドロキシカルボン酸エステルを合成する方法です。

「フルーツ酸」。多くのヒドロキシ酸が角質溶解剤として化粧品に使用されています。しかし、マーケティング担当者はその名前を少し変更しました。化粧品の分野でより魅力的にするために、それらは「フルーツ酸」と呼ばれることが多いです。

26-27. オキシ酸（アルコール酸）)、水性残基とカルボキシル基の両方を含む、アルコールと酸の両方の二重機能化合物。 COOH に対する OH の位置 (隣り合って、1 か所、2 か所、3 か所) に応じて、α-、β-、γ-、β-ヒドロキシ酸が区別されます。酸素を得るには多くの方法がありますが、最も重要なのはグリコールを注意深く酸化することです: CH3.CH(OH).CH2.OH + O2 = CH3。 .CH(OH).COOH; オキシニトリルのケン化 CH3・CH(OH)・CN -* CH3・CH(OH)・COOH; ハロゲン化物酸中のハロゲンとOHの交換: CH2C1.COOH + KOH = CH2(OH).COOH + + KS1、アミノ酸に対するHNO2の効果: CH2(NH2)。 COOH + HNO2 = CH2(OH) + N2 + + H20。動物の体内では、アミノ酸の脱アミノ化 (参照) や酸化の際にヒドロキシ酸が形成されます。脂っこいもの(アセトン体、代謝 - タンパク質を参照)、解糖中 (参照)、発酵 (参照)、およびその他の化学物質。プロセス。ヒドロキシ酸は濃厚な液体または結晶です。物質。化学では。 Oとの関係では、彼らはアルコールのように、また薬物のように反応します。たとえば、彼らは与えます。エーテルとエステルの両方。リンのハロゲン化合物の影響下で、両方のOHがハロゲンに置き換えられます。ハロゲン化水素酸はアルコール OH とのみ反応します。α-、i)-、y-、b-ヒドロキシ酸は特殊な反応を特徴とし、α-ヒドロキシ酸は 2 つの分子から水を失い、環状エステル、ラクチド、2CH2(OH) を生成します。 = 2H2O + CH2.O.CO (グリコリド); с.о.сн2 /З-О.、水を放出すると、不飽和化合物を形成します: CH2(OH).CH2.COOH-H20 = CH2:CH。 .COOH; y-およびd-ヒドロキシ酸は無水物-ラクトンを形成します: CH3.CH(OH).CH2.CH2.COOH= =H2O+CH3.CH.CH2.CH2.CO。 O. は動植物に広く分布しています。脂肪族a-Oの代表。グリコール酸、CH2OH・COOH(ヒドロキシ酢酸)、乳酸です。 p-ヒドロキシ酸 - ヒドロアクリル酸、CH 2 OH.CH 2 COOH、p-ヒドロキシ酪酸から; うおー。水分を失ってラクトンになるため、遊離形態では不明です。二塩基性 O の中で。重要リンゴの風味（ヒドロキシアンバー）があります。 COOH.CHON.CH2.COOH、植物に広く分布。左回転あり弱い解決策、まさに強い。合成医薬品は効果がありません。二塩基性四原子酸には、酒石酸（ジオキシコハク酸）が含まれます。もう 1 つの O.—レモン、HO.CO.CH2。 .(SON)(COOH).CH2.COOH、植物界（ブドウ、レモン）で非常に一般的であり、動物（牛乳）でも見られます。クエン酸鉄の形で医学に使用されます。芳香族酸（フェノール酸）の中でも、サリチル酸、没食子酸、およびそれらの誘導体は医学において重要です。サリチル酸のフェニルエステル（サロール）、スルホサリチル酸、C6H3.OH.SO3H.COOH（タンパク質試薬）、アセチルサリチル酸（アスピリン）。植物には、芳香族系列のさまざまな O. が数多く存在し、その誘導体には、とりわけ、技術的に重要なタンニンが含まれます。バイオルについて。個々の O. の重要性とその定量的決定方法については、を参照してください。アセトン体、ブロ解糖、脱アミノ化、血液、乳酸、尿、筋肉、ベータ(^)-ヒドロキシ酪酸。

28-29。アンモニア分子内で水素原子を炭化水素ラジカルに順次置き換えると、アミンのクラスに属する化合物が得られます。したがって、アミンは第一級 (RNH2)、第二級 (R2NH)、第三級 (R3N) になります。 -NH2 基はアミノ基と呼ばれます。

どのラジカルが窒素原子に結合しているかに応じて、脂肪族、芳香族、脂環式、および複素環式アミンが存在します。

アミンの名前は、対応する炭化水素 (第一級アミン) の名前に接頭辞 amino- を追加するか、窒素原子に関連するラジカルのリスト名 (アミンの場合) に末尾 - アミンを追加することによって作成されます。

入手方法：1．ホフマンの反応。第一級アミンを製造するための最初の方法の 1 つは、ハロゲン化アルキルによるアンモニアのアルキル化でした。 . 2. ジニンの反応- 芳香族ニトロ化合物を還元して芳香族アミンを得る便利な方法。以下が還元剤として使用されます: H2 (触媒上)。金属（亜鉛、鉄）を希酸で処理すると、反応時に直接水素が発生することがあります。

アミンの物理的性質。窒素原子上に孤立電子対が存在すると、対応するアルカンの沸点よりも高い沸点が生じます。アミンには不快な刺激臭があります。室温および大気圧では、多くの第一級アミンの代表的なものは、水によく溶ける気体です。炭素ラジカルが増加すると沸点が上昇し、水への溶解度が低下します。

アミンの化学的性質。アミンの基本特性

アミンが塩基であるのは、窒素原子が電子対を提供して、ドナー-アクセプター機構（塩基性のルイスの定義を満たす）を通じて電子欠乏種との結合を形成できるためです。したがって、アミンはアンモニアと同様に、酸および水と相互作用し、プロトンを付加して対応するアンモニウム塩を形成することができます。

アンモニウム塩は水にはよく溶けますが、有機溶媒にはほとんど溶けません。アミンの水溶液はアルカリ反応を起こします。

アミンの基本特性は置換基の性質によって異なります。特に、芳香族アミンは脂肪族アミンよりも弱い塩基です。窒素の自由電子対は芳香族核の  系と共役し、窒素原子上の電子密度が減少します (-M 効果)。逆に、アルキル基は電子密度の優れた供与体です (+I 効果)。

アミンの酸化。アミンの燃焼には、二酸化炭素、窒素、水の生成が伴います: 4CH3NH2+9O2=4СO2+2N2+10Н2О

芳香族アミンは空気中で自然に酸化します。したがって、アニリンは空気中で酸化により急速に茶色に変化します。

ハロゲン化アルキルの付加アミンはハロアルカンを付加して塩を形成します

アミンと亜硝酸の相互作用亜硝酸ナトリウムと塩酸の反応によってその場で得られる、亜硝酸の影響下での第一級芳香族アミンのジアゾ化反応は非常に重要です。

第一級脂肪族アミンは亜硝酸と反応してアルコールを形成し、第二級脂肪族および芳香族アミンは N-ニトロソ誘導体を生成します。 R-NH2 + NaNO2+HCl=R-OH+N2+NaCl+H2O; NH+NaNO2+HCl=R2N-N=O+NaCl+H2O

芳香族アミンでは、アミノ基はベンゼン環のオルト位とパラ位での置換を促進します。したがって、アニリンのハロゲン化は触媒の不在下で迅速に起こり、ベンゼン環の 3 つの水素原子が一度に置換され、2,4,6-トリブロモアニリンの白色沈殿物が沈殿します。

この臭素水との反応はアニリンの定性反応として使用されます。

応用

アミンは製薬産業や有機合成 (CH3NH2、(CH3)2NH、(C2H5)2NH など) で使用されます。ナイロン (NH2-(CH2)6-NH2 - ヘキサメチレンジアミン) の製造。染料やプラスチック（アニリン）の製造原料として。

30. アミノ酸（アミノカルボン酸）- 分子中にカルボキシル基とアミン基を同時に含む有機化合物。アミノ酸は、1 つ以上の水素原子がアミン基で置き換えられたカルボン酸の誘導体と考えることができます。

一般的な化学的性質。 1. アミノ酸は、分子内のカルボキシル基 -COOH の存在による酸性特性と、アミノ基 -NH2 による塩基性特性の両方を示すことができます。このため、アミノ酸の水溶液は緩衝液の性質を持ちます。

両性イオンとは、アミノ基が-NH3+、カルボキシ基が-COO-で表されるアミノ酸分子です。このような分子は、正味電荷がゼロで大きな双極子モーメントを持っています。ほとんどのアミノ酸の結晶はそのような分子から作られます。

一部のアミノ酸は複数のアミノ基とカルボキシル基を持っています。これらのアミノ酸について、特定の両性イオンについて話すのは困難です。

2. 重要な機能アミノ酸は重縮合する能力であり、ペプチド、タンパク質、ナイロン 66 などのポリアミドの形成につながります。

3. アミノ酸の等電点は、アミノ酸分子の最大割合が電荷ゼロになる pH 値です。この pH では、アミノ酸は電場中で最も移動しにくく、この特性を利用してアミノ酸だけでなく、タンパク質やペプチドも分離できます。

4. アミノ酸は通常、カルボン酸とアミンに特徴的なすべての反応を受けることができます。

光学異性。グリシンを除く生体内のすべてのα-アミノ酸は不斉炭素原子を含み（スレオニンとイソロイシンは2つの不斉原子を含む）、光学活性を持ちます。天然に存在するα-アミノ酸はほとんどがL体であり、リボソーム上で合成されるタンパク質にはL-アミノ酸のみが含まれます。

「生きた」アミノ酸のこの特徴は、説明が非常に難しい。なぜなら、光学的に不活性な物質またはラセミ化合物（古代地球上では明らかに有機分子で表されていた）間の反応では、L 体と D 体が同量形成されるからである。多分。形式 (L または D) のいずれかの選択は、単にランダムな偶然の結果です。テンプレート合成が開始される最初の分子は特定の形状を有しており、対応する酵素がそれらに「適応」したのです。

31. アミノ酸は有機両性化合物です。これらは、分子内に反対の性質を持つ 2 つの官能基、つまり塩基性の性質を持つアミノ基と酸性の性質を持つカルボキシル基を含んでいます。アミノ酸は酸と塩基の両方と反応します。

H2N-CH2-COOH + HCl→ Cl[H3N-CH2-COOH]、

H2N-CH2-COOH + NaOH → H2N-CH2-COONa + H2O。

アミノ酸が水に溶解すると、カルボキシル基が水素イオンを除去し、アミノ基に結合できるようになります。この場合、分子が双極性イオンである内部塩が形成されます。

H2N-CH2-COOH +H3N-CH2-COO-。

アミノ酸の水溶液は、官能基の数に応じて中性、アルカリ性、または酸性の環境になります。したがって、グルタミン酸は酸性溶液 (-COOH 基 2 つ、-NH2 基 1 つ) を形成し、リジンはアルカリ性溶液 (-COOH 基 1 つ、-NH2 基 2 つ) を形成します。

第一級アミンと同様に、アミノ酸は亜硝酸と反応し、アミノ基がヒドロキソ基に、アミノ酸がヒドロキシ酸に変換されます: H2N-CH(R)-COOH + HNO2 → HO-CH(R)-COOH + N2+ H2O

放出された窒素の量を測定することにより、アミノ酸の量を決定することができます (Van-Slyke 法)。

アミノ酸は塩化水素ガスの存在下でアルコールと反応し、エステル (より正確にはエステルの塩酸塩) に変化します: H2N-CH(R)-COOH + R"OH H2N-CH(R)-COOR 「+H2O。

アミノ酸エステルは双極性構造を持たず、揮発性の化合物です。アミノ酸の最も重要な特性は、凝縮してペプチドを形成する能力です。

32. カルボキシル基カルボニル =CO とヒドロキシル -OH という 2 つの官能基が結合し、相互に影響を与えます。

カルボン酸の酸性の性質は、電子密度のカルボニル酸素へのシフトと、その結果として生じる (アルコールと比較して) O-H 結合の追加の分極によるものです。

水溶液中では、カルボン酸はイオンに解離します: R-COOH = R-COO- + H+

水への溶解性と酸の沸点が高いのは、分子間水素結合の形成によるものです。

アミノ基 - 1価の基 -NH2、アンモニア残基(NH3)。アミノ基は、アミン、アミノ酸、アミノアルコールなどの多くの有機化合物に含まれています。 -NH2 基を含む化合物は、窒素原子上に孤立電子対が存在するため、一般に塩基性です。

芳香族化合物の求電子置換反応では、アミノ基は第一の種類の配向剤です。ベンゼン環のオルト位とパラ位を活性化します。

33.重縮合- 多官能性（ほとんどの場合は二官能性）化合物からポリマーを合成するプロセスで、通常は低分子量化合物の単離を伴います。副産物(水、アルコールなど) 官能基の相互作用により。

重縮合プロセス中に形成されるポリマーの分子量は、出発成分の比率と反応条件によって異なります。

重縮合反応には、2 つの異なる官能基を持つ 1 つのモノマーが含まれる場合があります。たとえば、ε-アミノカプロン酸からのポリ-ε-カプロアミド (ナイロン-6、カプロン) の合成、または異なる官能基を持つ 2 つのモノマーの合成などです。アジピン酸とヘキサメチレンジアミンの重縮合によるナイロン-6 66の製造。この場合、線状構造のポリマーが形成されます (線状重縮合、図 1 を参照)。モノマーが 3 つ以上の官能基を有する場合、三次元網目構造を持つ架橋ポリマーが形成されます (三次元重縮合)。このようなポリマーを得るために、「架橋」多官能性成分がモノマーの混合物に添加されることが多い。

特に注目すべきは、開環機構を使用した環状モノマーからのポリマー合成の反応です。たとえば、カプロラクタム（ε-アミノカプロン酸の環状アミド）からのナイロン-6の合成などです。低分子フラグメントの放出は起こらないという事実にもかかわらず、このような反応は重縮合と呼ばれることが多いです。

ペプチド結合- あるアミノ酸のα-アミノ基（-NH2）と別のアミノ酸のα-カルボキシル基（-COOH）の相互作用の結果として、タンパク質やペプチドの形成中に発生するアミド結合の一種。

ペプチド結合の C-N 結合は本質的に部分的に二重になっており、これは特にその長さが 1.32 オングストロームに減少することで明らかです。これにより、次のようなプロパティが得られます。

4 つの結合原子 (C、N、O、H) と 2 つのα-炭素が同一平面上にあります。アミノ酸の R 基と α 炭素の水素は、この平面の外側にあります。

ペプチド結合の H と O、および 2 つのアミノ酸の α 炭素はトランス配向です (トランス異性体の方が安定です)。すべての天然タンパク質およびペプチドに当てはまる L-アミノ酸の場合、R 基もトランス配向です。

C-N 結合を中心とした回転は不可能ですが、C-C 結合を中心とした回転は可能です。

ペプチド (ギリシャ語 πεπτος - 栄養価の高い) - 分子がペプチド (アミド) 結合 -C(O)NH- によって鎖に結合した α-アミノ酸残基から構築される物質のファミリー。

34. タンパク質（タンパク質、ポリペプチド）) - アミノ酸がペプチド結合によって鎖状に結合した高分子有機物質。生物では、タンパク質のアミノ酸組成は遺伝暗号によって決定され、ほとんどの場合、合成時に 20 個の標準アミノ酸が使用されます。それらの組み合わせの多くは、タンパク質分子のさまざまな特性を与えます。さらに、タンパク質内のアミノ酸は翻訳後修飾を受けることが多く、タンパク質がその機能を発揮し始める前と、細胞内での「作業」中に発生する可能性があります。多くの場合、生物では、いくつかのタンパク質分子が光合成複合体などの複雑な複合体を形成します。

タンパク質高分子の複雑なレイアウト (アーキテクトニクス) を理解するには、いくつかの点を考慮する必要があります。 組織のレベル。最も単純な主要な構造はポリペプチド鎖、つまりペプチド結合によって結合した一連のアミノ酸です。一次構造では、アミノ酸間の結合はすべて共有結合であるため、強力です。次のより高いレベルの組織は二次構造で、タンパク質の糸がらせん状にねじれています。水素結合は、ヘリックスの一方のターンにある -COOH 基と、もう一方のターンにある -NH2 基の間に形成されます。それらは水素から発生し、ほとんどの場合 2 つの負の原子の間に見られます。水素結合は共有結合より弱いですが、水素結合の数が多いと、かなり強力な構造が確実に形成されます。次に、一連のアミノ酸 (ポリペプチド) が凝固し、各タンパク質に特有のボール、フィブリル、または小球を形成します。これにより、三次構造と呼ばれる複雑な構造が形成されます。通常、X 線回折分析の方法を使用して決定されます。これにより、結晶および複雑な化合物内の原子および原子団の空間内での位置を確立することができます。

タンパク質の三次構造を支える結合も弱いです。それらは、特に疎水性相互作用によって発生します。これらは、水性環境における非極性分子間、または分子の非極性領域間の引力です。水溶液中の一部のアミノ酸の疎水性残基は互いに接近して「くっつき」、タンパク質の構造が安定します。疎水力に加えて、アミノ酸残基の電気陰性ラジカルと電気陽性ラジカル間の静電結合は、タンパク質の三次構造の維持に重要な役割を果たします。三次構造は、硫黄含有アミノ酸の硫黄原子間に生じる少数の共有ジスルフィド -S-S 結合によっても維持されます。それは三次的なものでもあると言わざるを得ません。タンパク質の構造は有限ではありません。同じタンパク質の高分子または他のタンパク質の分子がタンパク質高分子に結合していることがよくあります。たとえば、赤血球に含まれるタンパク質であるヘモグロビンの複雑な分子は、4 つのグロビン高分子、つまり 2 つのアルファ鎖と 2 つのベータ鎖で構成されており、それぞれが鉄含有ヘムに結合しています。それらの結合の結果として、機能するヘモグロビン分子が形成されます。このようなパッケージ内でのみヘモグロビンは十分に機能し、酸素を運ぶことができます。いくつかのタンパク質分子が互いに結合することにより、四次構造が形成されます。ペプチド鎖が球状に配置されている場合、そのようなタンパク質は球状タンパク質と呼ばれます。ポリペプチド鎖が糸の束状に配置されている場合、それらは線維状タンパク質と呼ばれます。二次構造から始めて、タンパク質高分子の空間構造（立体構造）は、主に弱い化学結合によって維持されていることがわかっています。外的要因（温度、環境の塩組成、pHの変化、放射線やその他の要因の影響）の影響下で、高分子を安定化する弱い結合が破壊され、タンパク質の構造とその特性が破壊されます。、変化。このプロセスは変性と呼ばれます。いくつかの弱い結合の切断、タンパク質の立体構造および特性の変化は、生理学的要因の影響下でも (たとえば、ホルモンの影響下で) 発生します。このようにして、酵素、受容体、トランスポーターなどのタンパク質の特性が調節されます。タンパク質構造のこうした変化は通常、簡単に元に戻すことができます。多数の弱い結合が切断されると、タンパク質の変性が生じ、不可逆的な場合があります（フォールディングなど）。卵白卵をゆでるとき）。タンパク質の変性には生物学的な意味がある場合があります。たとえば、クモは分泌物を一滴分泌し、それを何らかの支持体に貼り付けます。次に、分泌物を分泌し続けながら、糸をわずかに引っ張ります。この弱い張力は、タンパク質を変性させ、可溶性の形態から不溶性の形態に移行させるのに十分であり、糸は強度を獲得します。

35-36. 単糖類（ギリシャ語のmonos：単一、sacchar：砂糖に由来）、 - 有機化合物、炭水化物の主要なグループの1つ。砂糖の最も単純な形。通常は無色、水溶性、透明な固体です。単糖類の中には甘味をもつものもあります。二糖類 (スクロースなど) および多糖類 (セルロースやデンプンなど) が合成される構成要素である単糖類には、ヒドロキシル基とアルデヒド基 (アルドース) またはケト基 (ケトース) が含まれています。ヒドロキシル基が結合している各炭素原子 (最初と最後の炭素原子を除く) はキラルであり、多くの異性体が生じます。たとえば、ガラクトースとグルコースはアルドヘキソースですが、異なる化学的および物理的特性を持っています。単糖類は、他の炭水化物と同様に、3 つの元素 (C、O、H) のみを含みます。

単糖類が分かれるトリオース、テトロース、ペントース、ヘキソースなど（鎖内の炭素原子が 3、4、5、6 個など）に変換されます。 9 個を超える炭素原子を含む炭素鎖を持つ天然の単糖は見つかっていません。 5員環を含む単糖はフラノースと呼ばれ、6員環を含む単糖はピラノースと呼ばれます。

異性化。 n 個の不斉炭素原子を含む単糖の場合、2n 個の立体異性体が存在する可能性があります (異性を参照)。

38. 化学的性質。単糖類は、カルボニル基とヒドロキシル基に特徴的な化学反応を起こします。単糖類の特徴は、開いた (非環状) 形と環状形で存在し、それぞれの形の誘導体を与える能力です。ほとんどのモノサックは水溶液中で環化し、アルコールと同じ糖のカルボニル基の間でヘミアセタールまたはヘミケタール（アルドースかケトースかに応じて）を形成します。たとえば、グルコースは、その C1 と O5 が結合してピラノシドと呼ばれる 6 員環を形成することにより、容易にヘミアセタールを形成します。同じ反応が C1 と O4 の間で起こり、5 員環のフラノシドが形成されます。

自然界に存在する単糖類。単糖類に含まれるのは、複合炭水化物（グリコシド、オリゴ糖、多糖）および混合炭水化物含有生体高分子（糖タンパク質、糖脂質など）。この場合、単糖はグリコシド結合によって互いに結合され、また分子の非炭水化物部分にも結合されます。酸や酵素によって加水分解されると、これらの結合が切断されて単糖が放出されます。自然界では、D-グルコースと D-フルクトースを除いて、遊離の単糖はまれです。植物では二酸化炭素と水からの単糖類の生合成が起こります（光合成を参照）。単糖類の活性化誘導体（ヌクレオシド二リン酸糖）の関与により、通常、複合炭水化物の生合成が起こります。体内の単糖類の分解（アルコール発酵、解糖など）はエネルギーの放出を伴います。

応用。一部の遊離単糖類とその誘導体 (たとえば、グルコース、フルクトースおよびその二リン酸など) は食品産業や医薬品で使用されています。

37. グルコース (C6H12O6) (« ブドウ糖ブドウ糖）は、ブドウを含む多くの果物やベリーのジュースに含まれており、このタイプの砂糖の名前の由来となっています。 6-ヒドロキシ糖（ヘキソース）です。

物理的特性。甘味のある白色の結晶性物質で、水によく溶け、エーテルに溶けず、アルコールに溶けにくい。

分子構造

CH2(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-C=O

グルコースはサイクル（αおよびβグルコース）の形で存在できます。

αおよびβグルコース

フィッシャー投影からハワース投影へのグルコースの遷移グルコースは、ほとんどの二糖類および多糖類の加水分解の最終生成物です。

生物学的な役割。グルコースは光合成の主な生成物であり、カルビン回路で形成されます。

人間および動物の体において、グルコースは代謝プロセスの主要かつ最も普遍的なエネルギー源です。動物の体のすべての細胞はグルコースを代謝する能力を持っています。同時に、体のすべての細胞ではなく、その種類の一部のみが他のエネルギー源、たとえば遊離脂肪酸やグリセロール、フルクトース、乳酸などを使用する能力を持っています。

外部環境から動物細胞へのグルコースの輸送は、特別なタンパク質分子であるヘキソーストランスポーターの助けを借りた能動的な膜貫通輸送によって行われます。

細胞内のグルコースは解糖を受けて ATP の形でエネルギーを生成します。解糖系の最初の酵素はヘキソキナーゼです。細胞のヘキソキナーゼ活性はホルモンの調節影響を受けています。したがって、インスリンはヘキソキナーゼ活性を急激に増加させ、その結果、細胞によるグルコースの利用が増加し、グルココルチコイドはヘキソキナーゼ活性を減少させます。

グルコース以外の多くのエネルギー源は、肝臓で直接グルコースに変換できます。たとえば、乳酸、多くの遊離脂肪酸とグリセロール、または遊離アミノ酸、特にアラニンなどの最も単純なアミノ酸です。肝臓で他の化合物からグルコースを生成するプロセスは、糖新生と呼ばれます。

グルコースへの直接的な生化学的変換がないこれらのエネルギー源は、肝細胞によって ATP を生成し、その後の糖新生プロセス、乳酸からのグルコースの再合成、またはグリコーゲン多糖類の合成プロセスのためのエネルギー供給を生成するために使用されます。グルコースモノマーからの埋蔵量。グルコースは、単純な分解によってグリコーゲンから再び簡単に生成されます。

安定した血糖値を維持することは非常に重要であるため、人間や他の多くの動物は、複雑なシステム炭水化物代謝パラメーターのホルモン調節。 1 グラムのグルコースが二酸化炭素と水に酸化されると、17.6 kJ のエネルギーが放出されます。 -4 炭素原子 (C-4) 酸化状態の形でグルコース分子に保存されている最大の「位置エネルギー」は、次の時点で減少する可能性があります。代謝プロセス C+4 (CO2 分子内) に。以前のレベルへの復元は独立栄養生物によって実行できます。

フルクトース、または果糖 C6H12O6- ほぼすべての甘いベリーや果物に遊離形態で存在する単糖類。多くの人は砂糖を合成薬物ではなく天然フルクトースに置き換えることを好みます。

普遍的なエネルギー源として機能するグルコースとは異なり、フルクトースはインスリン依存性の組織には吸収されません。それは肝細胞によってほぼ完全に吸収され、代謝されます。事実上、人体の他の細胞（精子を除く）はフルクトースを使用できません。肝細胞では、フルクトースはリン酸化されてトリオースに分解され、トリオースは肥満やトリグリセリド値の上昇（ひいてはアテローム性動脈硬化のリスクを高める）の原因となる脂肪酸合成に使用されるか、グリコーゲンとして使用されます。合成（糖新生中に部分的にグルコースにも変換されます）。しかし、フルクトースからグルコースへの変換は複雑な多段階のプロセスであり、フルクトースを処理する肝臓の能力には限界があります。フルクトースは吸収にインスリンを必要としないため、糖尿病患者の食事にフルクトースを含めるべきかどうかという問題が、近年集中的に研究されている。

健康な人ではフルクトースは血糖値を上昇させません（またはわずかにしか上昇しません）が、糖尿病患者の場合、フルクトースは血糖値を上昇させることがよくあります。一方、細胞内のグルコースが不足しているため、糖尿病患者の体は脂肪を燃焼し、脂肪貯蔵量の枯渇につながる可能性があります。この場合、脂肪に変換されやすく、インスリンを必要としないフルクトースを使用してそれらを復元できます。フルクトースの利点は、砂糖と同じカロリー量（380 kcal/100 g）で 1.2 ～ 1.8 倍甘いため、比較的少量のフルクトースで料理に甘味を与えることができることです。しかし、研究によると、フルクトース消費者はカロリー摂取量を減らさず、代わりに甘い食べ物を食べます。

39. オリゴ糖- これらは、いくつか（20 個以下）のモノマーから構成されるオリゴマーです。 - 数十、数百、または数千の単糖で構成される多糖とは対照的に、単糖。 - グリコシド結合によって結合されたいくつかの単糖残基 (2 ～ 10) から構成される化合物。

オリゴ糖の非常に重要で広く普及している特殊なケースは、二糖類、つまり 2 つの単糖分子からなる二量体です。

トライ、テトラなどについても話すことができます。糖類

40. 二糖類- 分子が 2 つのモノマー (単糖) で構成されているオリゴ糖のサブクラスの一般名。二糖類は、2 つの単糖類 (通常はヘキソース) 間の縮合反応によって形成されます。縮合反応には水の除去が含まれます。縮合反応によって生じる単糖間の結合はグリコシド結合と呼ばれ、通常、この結合は隣接する単糖単位の 1 番目と 4 番目の炭素原子間で形成されます (1,4-グリコシド結合)。

縮合プロセスは無数に繰り返されることがあり、その結果、巨大な多糖分子が形成されます。単糖単位が結合すると、それらは残基と呼ばれます。最も一般的な二糖類は乳糖とスクロースです。

ミュータロテーション（ラテン語の muto-change と rotatio-回転から）、光学的値の変化。光学活性化合物のエピマー化による溶液の回転。単糖類、還元性オリゴ糖、ラクトンなどの特徴。変旋性は酸と塩基によって触媒されます。グルコースの場合、突然変異回転は平衡状態の確立によって説明されます。平衡状態では、38% のアルファ型と 62% のベータ型が存在します。中級アルデヒド型は無視できるほど低い濃度で含まれています。 b 型の形成の利点は、熱力学的に安定しているという事実によって説明されます。

「銀の鏡」と「銅の鏡」の反応はアルデヒドの特徴です

1) 「銀鏡」反応、試験管の壁に Ag 沈殿物が形成される

2) 「銅鏡」反応、赤色の Cu2O 沈殿物の沈殿

40. 次に、場合によっては二糖類が発生します。 多糖類の加水分解（デンプンの加水分解ではマルトース、セルロースの加水分解ではセロビオース）、または遊離形態で体内に存在するもの（ラクトース、スクロース、トレハロースなど）は、o-およびp-グリコシダーゼの触媒作用により加水分解されて個々の単糖になります。。トレハラーゼ (オムレハロースグルコヒドロキシガス) を除くすべてのグリコシダーゼは、幅広い特異性によって区別され、α- または (3- 単糖) の誘導体であるほぼすべてのグリコシドの加水分解を促進します。 -グルコシダーゼは、マルトースを含むα-グルコシドの加水分解反応を促進します。β-グルコシダーゼ - セロビオースを含むβ-グルコシド、特に乳糖など。先に与えられた。

41. 失敗に応じて 二糖類の化学構造トレハロース型 (グリコシド-グリコシド) とマルトース型 (グリコシド-グルコース) は、化学的性質が大きく異なります。前者は、アルデヒドまたはケトン基に特徴的な反応をまったく示しません。つまり、酸化せず、還元せず、オサゾンを形成しません。マルトースのような二糖類の場合、逆に、上記の反応はすべて非常に特徴的です。この違いの理由は、2 種類の二糖構造とその組成に含まれる単糖残基の特性について上で述べたことから、非常に明らかです。それは、マルトースのような二糖類においてのみ環状互変異性が可能であり、その結果として遊離のアルデヒドまたはケトン基が形成され、その特徴的な特性が示されるという事実にある。

アルコールヒドロキシルの場合、どちらのタイプの二糖でも同じ反応が起こります。エーテルとエステルを形成し、金属酸化物水和物と相互作用します。

自然界には多数の二糖類が存在します。それらの中で最も重要なものは、上記のトレハロースとマルトース、さらにスクロース、セロビオース、ラクトースです。

42.マルトース（英語のモルト - モルトから） - 麦芽糖、2つのグルコース残基からなる天然の二糖類。大麦、ライ麦、その他の穀物の発芽穀物（麦芽）に大量に含まれています。トマト、花粉、多くの植物の花蜜にも含まれています。 M.は水に溶けやすく、甘い味がします。は、非置換のヘミアセタールヒドロキシル基を持っているため、還元糖です。 b-D-グルコピラノシルリン酸とD-グルコースからのM.の生合成は、一部の細菌種でのみ知られています。動植物では、マグネシウムはデンプンとグリコーゲンの酵素分解によって形成されます（アミラーゼを参照）。 M. の 2 つのグルコース残基への分解は、動物や人間の消化液、発芽穀物、カビ、酵母などに含まれる酵素α-グルコシダーゼまたはマルターゼの作用の結果として起こります。人間の腸粘膜にこの酵素が遺伝的に存在しないことが遺伝的に決定されているため、M.に対する先天性不耐症が引き起こされます。この重篤な疾患では、M.、デンプン、グリコーゲンを食事から排除するか、酵素マルターゼを食品に添加する必要があります。

マルトースを希酸で煮沸し、酵素の作用下に置くと、マルターゼが加水分解されます (2 つのグルコース分子 C6H12O6 が形成されます)。マルトースは人体に容易に吸収されます。分子量 - 342.32 T 融点 - 108 (無水)

43. 乳糖（ラテン語の lactis - ミルクに由来） C12H22O11 - 牛乳や乳製品に含まれる二糖類グループの炭水化物。ラクトース分子は、グルコース分子とガラクトース分子の残基から構成されます。乳糖は乳糖と呼ばれることもあります。

化学的特性。乳糖は希酸で煮ると加水分解されます。

乳糖は乳清から得られます。

応用。ペニシリンの製造などで培地を調製するために使用されます。使用されます賦形剤製薬業界における（賦形剤）。

乳糖からは、便秘などの腸疾患の治療に貴重な薬であるラクツロースが得られます。

44. スクロース C12H22O11、またはてんさい糖、きび砂糖、日常生活では単なる砂糖、つまりα-グルコースとβ-フルクトースの2つの単糖からなる二糖類です。

スクロースは、自然界では非常に一般的な二糖類であり、多くの果物、果物、果実に含まれています。スクロース含有量は、食用砂糖の工業生産に使用されるテンサイとサトウキビに特に多く含まれています。

スクロースは溶解度が高い。化学的には、フルクトースは非常に不活性です。ある場所から別の場所に移動するとき、それは代謝にほとんど関与しません。スクロースは予備栄養素として保存される場合があります。

腸に入ったスクロースは、小腸内のα-グルコシダーゼによってすぐにグルコースとフルクトースに加水分解され、その後血液に吸収されます。アカルボースなどのα-グルコシダーゼ阻害剤は、スクロースのほか、α-グルコシダーゼによって加水分解される他の炭水化物、特にデンプンの分解と吸収を阻害します。 2 型糖尿病の治療に使用されます。同義語: α-D-グルコピラノシル-β-D-フルクトフラノシド、甜菜糖、蔗糖。

化学的および物理的特性。分子量342.3amu。総式（ヒルシステム）：C12H22O11。味は甘めです。溶解度 (100 グラムあたりのグラム数): 水中 179 (0°C) および 487 (100°C)、エタノール中 0.9 (20°C)。メタノールにわずかに溶ける。ジエチルエーテルに不溶。密度 1.5879 g/cm3 (15°C)。ナトリウム D 線の比旋光度: 66.53 (水; 35 g/100 g; 20°C)。液体空気で冷却し、明るい光で照らすと、ショ糖結晶が燐光します。還元特性を示さず、Tollens 試薬および Fehling 試薬とは反応しません。スクロース分子内のヒドロキシル基の存在は、金属水酸化物との反応によって簡単に確認できます。スクロース溶液を水酸化銅(II)に添加すると、明るい青色のスクロース銅溶液が形成されます。スクロースにはアルデヒド基がありません。酸化銀(I)のアンモニア溶液と一緒に加熱しても、水酸化銅(II)と一緒に加熱しても「銀鏡」は形成されず、赤い酸化銅(I)は形成されません。。分子式 C12H22O11 を持つスクロースの異性体のうち、マルトースとラクトースは区別できます。

スクロースと水の反応。数滴の塩酸または硫酸でショ糖の溶液を沸騰させ、酸をアルカリで中和してから溶液を加熱すると、アルデヒド基を持った分子が現れ、水酸化銅(II)を酸化銅(I)に還元します。この反応は、酸の触媒作用によりスクロースが加水分解を受け、その結果グルコースとフルクトースが生成されることを示しています: C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6

自然源と人為起源。サトウキビ、テンサイ（乾物最大28％）、植物ジュース、果物（カバノキ、カエデ、メロン、ニンジンなど）に含まれています。ビートまたはサトウキビからのスクロースの供給源は、炭素の安定同位体 12C と 13C の含有量の比率によって決まります。テンサイには（ホスホグリセリン酸を介して）二酸化炭素を同化するための C3 メカニズムがあり、12C 同位体を優先的に吸収します。サトウキビには（オキサロ酢酸を介して）二酸化炭素を吸収するための C4 メカニズムがあり、13C 同位体を優先的に吸収します。

45. セロビオース- 二糖類のグループに属する炭水化物で、β-グルコシド結合によって結合された 2 つのグルコース残基から構成され、セルロースの主要な構造単位です。

白色の結晶性物質で、水によく溶けます。セロビオースは、アルデヒド (ヘミアセタール) 基とヒドロキシル基が関与する反応を特徴としています。酸加水分解中、または酵素 β-グルコシダーゼの作用下で、セロビオースは分解されて 2 つのグルコース分子を形成します。

セロビオースはセルロースの部分加水分解によって得られます。セロビオースは、いくつかの木の樹液中に遊離形態で存在します。

46. 多糖類- 複雑な高分子炭水化物のクラスの一般名で、その分子は数十、数百、または数千のモノマーである単糖で構成されています。

多糖類は動物が生きていくために必要なものであり、植物生物。それらは体の代謝の結果として生成される主要なエネルギー源の 1 つです。それらは免疫プロセスに参加し、組織内で細胞接着を提供し、生物圏の有機物の大部分を構成します。

植物由来の多糖類の多様な生物学的活性が確立されています: 抗生物質、抗ウイルス、抗腫瘍、解毒剤 [出典は特定されていません 236 日]。植物由来の多糖類は、血漿中のタンパク質やリポタンパク質と複合体を形成する能力があるため、脂肪血症や血管性アテローム症の軽減に重要な役割を果たします。

多糖類には、特に次のものが含まれます。

デキストリンは多糖類であり、デンプンの加水分解生成物です。

デンプンは植物生物のエネルギー貯蔵として蓄積される主要な多糖類です。

グリコーゲンは、動物の細胞内にエネルギー貯蔵として蓄積される多糖類ですが、植物組織にも少量存在します。

セルロースは植物細胞壁の主要な構造多糖類です。

ガラクトマンナン - ガラナやローカストビーンガムなどのマメ科のいくつかの植物の貯蔵多糖類。

グルコマンナンはこんにゃく塊茎から得られる多糖類で、グルコースとマンノースの交互単位で構成されており、食欲を低下させる可溶性食物繊維です。

アミロイド - クッキングシートの製造に使用されます。

セルロース（緯度から。 cellula - 細胞、繊維と同じ） - [C6H7O2(OH)3]n、多糖類。すべての高等植物の細胞膜の主成分。

セルロースは、セルロースの酸加水分解中に形成されるグルコース分子の残基で構成されています。

(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6

セルロースは、側枝のない、300 ～ 2500 個のグルコース残基を含む長い糸です。これらの糸は多くの水素結合によって相互接続されており、これによりセルロースに優れた機械的強度が与えられます。哺乳類は（他のほとんどの動物と同様に）セルロースを分解できる酵素を持っていません。しかし、多くの草食動物（反芻動物など）の消化管には共生細菌が存在し、宿主がこの多糖類を分解して吸収するのを助けます。

工業的方法では、セルロースはコンビナート（工場）の一部であるパルプ工場で蒸解することによって製造されます。使用する試薬の種類に基づいて、パルプの調理方法は次のように区別されます。

亜硫酸塩。調理溶液には、亜硫酸とその塩、たとえば次亜硫酸ナトリウムが含まれています。この方法は、樹脂の少ない木材種（トウヒ、モミ）からセルロースを得るために使用されます。

アルカリ性:

ナトロニー。水酸化ナトリウム溶液が使用されます。ソーダ法は、落葉樹や一年生植物からセルロースを得るために使用できます。

硫酸塩。現在最も一般的な方法。使用する試薬は白液と呼ばれる水酸化ナトリウムと硫化ナトリウムを含む溶液です。この方法の名前は、パルプ工場で白液用の硫化物が得られる硫酸ナトリウムに由来しています。この方法は、あらゆる種類の植物材料からセルロースを製造するのに適しています。その欠点は、副作用の結果として、メチルメルカプタン、硫化ジメチルなどの悪臭のある硫黄化合物が大量に放出されることです。

調理後に得られる工業用セルロースには、リグニン、ヘミセルロースなどのさまざまな不純物が含まれています。セルロースが化学処理（たとえば、人工繊維の製造）を目的としている場合、ヘミセルロースを除去するための冷アルカリ溶液または熱アルカリ溶液による精製処理が行われます。

残留リグニンを除去してパルプを白くするために、パルプを漂白します。従来の塩素漂白には 2 つのステップが含まれます。

塩素処理 - リグニン高分子を破壊します。

アルカリ処理 - リグニンの破壊生成物を抽出します。

47.でんぷん- アミロースとアミロペクチンの多糖類。その単量体はα-グルコースです。光の影響下でさまざまな植物によって合成されるデンプン (光合成) は、いくつかの異なる組成と粒子構造を持っています。

生物学的特性。デンプンは光合成の産物の 1 つであり、自然界に広く存在します。植物にとって、それは栄養素の供給源であり、主に果物、種子、塊茎に含まれています。穀類の穀物にはデンプンが最も多く含まれており、米 (最大 86%)、小麦 (最大 75%)、トウモロコシ (最大 72%)、およびジャガイモ塊茎 (最大 24%) です。

人体にとって、デンプンはスクロースとともに、食品の最も重要な成分の 1 つである炭水化物の主な供給源として機能します。酵素の作用により、デンプンはグルコースに加水分解され、細胞内で二酸化炭素と水に酸化され、生物の機能に必要なエネルギーが放出されます。

生合成。光合成中に緑色植物で生成されるグルコースの一部はデンプンに変換されます。

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

nC6H12O6(グルコース) → (C6H10O5)n + nH2O

で一般的な見解これは、6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n 6nO2 と書くことができます。

でんぷんは、塊茎、果物、植物の種子に保存食として蓄積されます。したがって、ジャガイモ塊茎には最大24％のデンプン、最大64％の小麦粒、75％の米、70％のトウモロコシが含まれています。

グリコーゲンは多糖類です、グルコース残基によって形成されます。人間や動物の主な貯蔵炭水化物。グリコーゲン (この用語は不正確ですが、動物デンプンとも呼ばれます) は、動物細胞におけるグルコースの主な貯蔵形態です。多くの種類の細胞（主に肝臓と筋肉）の細胞質に顆粒の形で沈着します。グリコーゲンは、突然のグルコース不足を補うために必要に応じてすぐに動員できるエネルギー貯蔵量を形成します。ただし、グリコーゲン貯蔵量は、トリグリセリド (脂肪) 貯蔵量ほどグラム当たりのカロリー密度が高くありません。肝細胞 (肝細胞) に貯蔵されているグリコーゲンのみが、体全体のエネルギーとなるブドウ糖に変換できます。また、肝細胞は、重量の最大 8 パーセントをグリコーゲンの形で貯蔵できます。これは、あらゆる種類の細胞の中で最高濃度です。肝臓内のグリコーゲンの総量は、成人では100〜120グラムに達することがあります。筋肉では、グリコーゲンは局所消費のためにのみグルコースに変換され、はるかに低い濃度（総筋肉量の 1% 未満）で蓄積されますが、同時にその筋肉の総貯蔵量は肝細胞に蓄積される貯蔵量を超える可能性があります。腎臓には少量のグリコーゲンが存在しますが、腎臓にはさらに少ない量のグリコーゲンが存在します。特定のタイプ脳細胞（グリア）と白血球。

48.キチン(C8H13O5N)）（フランス語のキチン、ギリシャ語のキトンから：キトン-衣服、皮膚、貝殻）-窒素含有多糖類のグループからの天然化合物。化学名: ポリ-N-アセチル-D-グルコース-2-アミン、b-(1,4)-グリコシド結合によって結合されたN-アセチルグルコサミン残基のポリマー。節足動物や他の多くの無脊椎動物の外骨格 (表皮) の主成分であり、真菌や細菌の細胞壁の一部です。

自然界での分布。キチンは自然界で最も一般的な多糖類の 1 つであり、地球上では毎年約 10 ギガトンのキチンが生物体内で生成および分解されます。

真菌の細胞壁に見られる、保護機能とサポート機能を実行し、細胞の剛性を確保します。

節足動物の外骨格の主成分。

キチンは、他の多くの動物（さまざまな線虫、腔腸動物など）の体内でも形成されます。

キチンを生成および使用するすべての生物では、キチンは純粋な形ではなく、他の多糖類と結合して存在し、タンパク質と結合していることが非常に多いです。キチンは構造、物理化学的性質、生物学的役割がセルロースと非常によく似た物質であるにもかかわらず、セルロースを形成する生物（植物、一部の細菌）にはキチンは見つかりませんでした。

キチンの化学。自然な形では、さまざまな生物に由来するキチンの組成と特性は多少異なります。キチンの分子量は26万に達します。

キチンは水に溶けず、希酸、アルカリ、アルコール、その他の有機溶媒に対して耐性があります。一部の塩 (塩化亜鉛、チオシアン酸リチウム、カルシウム塩) の濃縮溶液に溶解します。

鉱酸の濃縮溶液と一緒に加熱すると、それは破壊（加水分解）され、アセチル基が除去されます。

実用。キチンから工業的に得られる誘導体の 1 つがキトサンです。その製造の原材料は、甲殻類の殻（オキアミ、タラバガニ）および微生物学的合成産物です。

49. 芳香族炭化水素, 炭素と水素から構成され、ベンゼン核を含む有機化合物。 A.u.の最も単純で最も重要な代表者。 - ベンゼン (I) およびその同族体: メチルベンゼン、トルエン (II)、ジメチルベンゼン、キシレンなど。不飽和側鎖を持つベンゼン誘導体、たとえばスチレン (III) も含まれます。知られているA.u.がたくさんあります。分子内にいくつかのベンゼン核を持ち、たとえばジフェニルメタン (IV)、ジフェニル C6H5 ～ C6H5 では、両方のベンゼン核が互いに直接結合しています。ナフタレン (V) では、両方の環が 2 つの炭素原子を共有します。このような炭化水素はA.u.と呼ばれます。凝縮した核を持つ。

ベンゼン C6H6、PhH）は有機化合物であり、心地よい甘い香りを持つ無色の液体です。芳香族炭化水素。ベンゼンはガソリンの成分であり、工業的に広く使用されており、医薬品、各種プラスチック、合成ゴム、染料の製造原料としても使用されています。ベンゼンは原油の構成成分ですが、工業的には他の成分から合成されます。有毒、発がん性物質。

相同体- 同じクラスに属しているが、CH2 基の整数だけ組成が異なる化合物。すべての相同体の全体が相同系列を形成します。

物理的特性。特有の刺激臭のある無色の液体。融点 = 5.5 °C、沸点 = 80.1 °C、密度 = 0.879 g/cm3、分子量 = 78.11 g/mol。すべての炭化水素と同様に、ベンゼンは燃焼して大量のすすを生成します。空気と爆発性混合物を形成し、エーテル、ガソリン、その他の有機溶媒とよく混合し、水と混合すると沸点 69.25 °C の共沸混合物を形成します。水への溶解度 1.79 g/l (25 °C)。

構造。組成中のベンゼンは不飽和炭化水素（同族列CnH2n-6）に属しますが、エチレン系の炭化水素とは異なり、C2H4は過酷な条件下で飽和炭化水素に固有の特性を示しますが、ベンゼンは置換反応を起こしやすいです。ベンゼンのこの「挙動」は、その特殊な構造、つまり構造内に共役した 6π 電子雲が存在することによって説明されます。現代的なパフォーマンスベンゼンの結合の電子的性質については、ライナス・ポーリングの仮説に基づいています。ライナス・ポーリングは、ベンゼン分子を内接円のある六角形として描くことを提案し、それによって固定二重結合が存在せず、すべてを覆う単一の電子雲の存在を強調しました。環の 6 つの炭素原子。

50. 芳香族化合物（アレーン）- 芳香族結合系を含む環状有機化合物。それらは飽和または不飽和側鎖を有する場合があります。

最も重要な芳香族炭化水素には、ベンゼン C6H6 とその同族体、トルエン C6H5CH3、キシレン C6H4(CH3)2 などが含まれます。ナフタレン C10H8、アントラセン C14H10 およびそれらの誘導体。 独特の化学的性質- 芳香核の安定性の増加と置換反応の傾向。芳香族炭化水素の主な供給源は、コールタール、石油、石油製品です。合成的な製造方法は非常に重要です。芳香族炭化水素は、ケトン、アルデヒド、芳香族酸、その他多くの物質を製造するための出発生成物です。複素環アレーンもあり、純粋な形および化合物の形で最もよく見られるのは、ピリジン、ピロール、フラン、チオフェン、インドール、プリン、キノリンです。

ボラゾール (「無機ベンゼン」) も芳香族ですが、その特性は有機アレーンの特性とは著しく異なります。

求電子置換反応」(eng. 置換求電子反応) - 攻撃が求電子試薬によって行われる置換反応 - 正に帯電している、または電子が欠損している粒子。新しい結合が形成されると、出ていく粒子であるエレクトロファージは電子対なしで分離されます。最も一般的な脱離基は H+ プロトンです。

51-52。芳香族求電子置換反応

芳香族系の場合、実際には求電子置換機構の 1 つである SEAr が存在します。 SE1 メカニズム (SN1 メカニズムに類似) は非常にまれであり、SE2 (SN2 メカニズムに類似) はまったく見つかりません。

SEArの反応機構芳香族求電子置換反応（英語: substitution electricphilic aromatic）は、芳香族化合物の置換反応の中で最も一般的かつ最も重要であり、2 段階で構成されます。第 1 段階では求電子試薬が添加され、第 2 段階では電気分離器が分離されます。

反応中に、正に帯電した中間体が形成されます (図 2b)。それはウエランド中間体、アロニウムイオンまたはσ錯体と呼ばれます。この錯体は一般に非常に反応性が高く、容易に安定化し、カチオンをすぐに除去します。 SEAr 反応の大部分における律速段階は、最初の段階です。

反応速度 = k**

通常、攻撃種は比較的弱い求電子剤であるため、ほとんどの場合、SEAr 反応は触媒であるルイス酸の作用下で進行します。最も一般的に使用されるのは、AlCl3、FeCl3、FeBr3、ZnCl2 です。

この場合の反応機構は次のようになります（ベンゼンの塩素化、FeCl3 触媒の例を使用）。

1. 第 1 段階では、触媒が攻撃粒子と相互作用して活性な求電子剤を形成します。

実際、第 2 段階では SEAr メカニズムが実装されます。

53. 複素環式化合物(複素環) は環を含む有機化合物であり、炭素とともに他の元素の原子も含まれています。これらは、環内にヘテロ置換基 (ヘテロ原子) を持つ炭素環式化合物と考えることができます。最も多様でよく研究されているのは、芳香族含窒素複素環式化合物です。複素環式化合物の限定的なケースは、環に炭素原子を含まない化合物 (ペンタゾールなど) です。

ピロール- 芳香族の 5 員窒素複素環で、弱い塩基性を持っています。骨油（骨を乾留して得られる）やコールタールに含まれています。ピロール環は、植物のクロロフィル、ヘモグロビンやシトクロムのヘム、その他多くの生物学的に重要な化合物であるポルフィリンの一部です。

構造と特性。ピロールはクロロホルムに似た臭気を持つ無色の液体で、空気に触れると徐々に暗色になります。わずかに吸湿性があり、水にわずかに溶け、ほとんどの有機溶媒によく溶けます。ピロールの構造は、クロム酸によるマレイミドへの酸化と亜鉛末によるコハク酸イミドの蒸留中の生成に基づいて、1870 年にバイエルによって提案されました。

酸性度と金属化。ピロールは弱NH酸（水中でpKa 17.5）であり、液体アンモニアまたは不活性溶媒中でアルカリ金属およびそのアミドと反応し、1位で脱プロトン化して対応する塩を形成します。グリニャール試薬との反応も同様に進行し、N-マグネシウム塩が形成されます。 N-置換ピロールはブチルおよびフェニルリチウムと反応し、α-位で金属化します。

54. インドール（ベンゾ[b]ピロール））、モル。 m.117.18; 無色微かなナフタレン臭のある結晶。 mp 52.5℃、沸点。 254℃; d456 1.0718; 加熱すると昇華します。 150℃まで。 m 7.03.10-30 Kl.m (ベンゼン、25 °C); 水蒸気、ジエチルエーテル、NH3 を加えて蒸留します。まあソル。組織内で。溶剤、熱水、液体NH3。分子は平らな構造をしています。

インドールは弱塩基（pKa -2.4）です。プロトン化されると、相互作用により 3H-インドリウムカチオン (フォーム I) を形成します。中性分子を結合すると、インドールは二量体 (II) を生成します。弱い化合物 (pKa 17) として、液体 NH3 中の Na とインドールは、130°C で KOH と反応して N-ナトリウムインドール、つまり N-カリウムインドールを形成します。芳香があります。聖なるあなたよ。エレクトロフ。置換は Ch になります。ああ。ニトロ化は通常、硝酸ベンゾイルで行われ、ピリジンスルホトリオキシドでスルホン化、二臭化ジオキサンで臭素化、SO2Cl2で塩素化、活性ハロゲン化アルキルでアルキル化が行われる。酢酸の存在下では、酢酸のアセチル化も 3 位で起こります。 CH3COONa - 位置 1 へ。 1,3-ジアセチルインドールは無水酢酸中で生成されます。インドールは、α,β-不飽和ケトンやニトリルの二重結合に容易に結合します。

穏やかな条件下でのアミノメチル化 (マンニッヒ溶液) は 1 位で起こり、厳しい条件下では 3 位で起こります。ベンゼン環への置換 (主に 4 位と 6 位) は、酸性環境ロック位置 3. 現在。 H2O2、過酸、または光の中で、インドールはインドキシルに酸化され、その後変換されます。トリマーまたはインディゴで。 O3、MnO2 の影響下でより激しい酸化が起こると、ピロール環が破壊され、2-ホルムアミドベンズアルデヒドが形成されます。穏やかな条件下でインドールが水素で水素化されると、ピロール環が還元され、より過酷な条件下ではベンゼン環も還元されます。

インドールはジャスミンや柑橘類のエッセンシャルオイルに含まれており、Kam.-ug.の一部です。樹脂。インドール環は重要な天然分子の断片です。化合物（例えば、トリプトファン、セロトニン、メラトニン、ブフォテニン）。通常、インドールは Kam.-Ug のナフタレン部分から単離されます。樹脂、または最後のo-エチルアニリンの脱水素化によって得られます。得られた生成物の環化。インドールとその誘導体は、カルボニル化合物のアリールヒドラゾンの環化によっても合成されます。 (フィッシャー地区)、相互作用。 α-ハロ-またはα-ヒドロキシカルボニル化合物を有するアリールアミン。インドールコアはインドールアルカロイドの一部です。インドール自体は香水の臭気固定剤です。その誘導体は生物学的に活性な化合物の製造に使用されます。（ホルモン、幻覚剤）および薬。水（インドパン、インドメタシンなど）。

55.イミダゾール- 複素環クラスの有機化合物。環内に 2 つの窒素原子と 3 つの炭素原子を持つ 5 員環で、ピラゾールの異性体。

プロパティ。無置換のイミダゾールでは、互変異性により 4 位と 5 位 (炭素原子) が同等になります。芳香性があり、ジアゾニウム塩（組み合わせ）と反応します。酸性環境では 4 位でのみニトロ化およびスルホン化され、アルカリ性環境では 2 位にハロゲンが入り、酸性環境では 4 位でイミン N が容易にアルキル化およびアシル化され、イミン N と相互作用すると開環します。ソリューション強酸そして過酸化物。けん化が困難なカルボン酸のエステルおよびアミドの加水分解を触媒します。

多数の異なるイオン液体がイミダゾールに基づいて生成されます。

受け取り方法。オルト-フェニレンジアミンからベンズイミダゾールおよび4,5-イミダゾールジカルボン酸を経由します。

グリオキサール (オキサルアルデヒド) とアンモニアおよびホルムアルデヒドとの相互作用。

生物学的な役割。イミダゾール回路は必須アミノ酸ヒスチジンの一部です。ヒスタミン、プリン塩基、ジバゾールの構造フラグメント。

56. ピリジン- 窒素原子を 1 つ含む 6 員芳香族複素環で、強い不快臭のある無色の液体。水や有機溶剤と混和します。ピリジンは弱塩基であり、強い鉱酸と塩を形成し、複塩や複雑な化合物を容易に形成します。

レシート。ピリジンの主な供給源はコールタールです。

化学的特性。ピリジンは、第三級アミンに特徴的な特性を示します。N-オキシド、N-アルキルピリジニウム塩を形成し、シグマ供与体配位子として機能します。

同時に、ピリジンは明らかな芳香族特性を持っています。しかし、共役環に窒素原子が存在すると、電子密度の深刻な再分布が生じ、求電子芳香族置換反応におけるピリジンの活性が大幅に低下します。このような反応では、環のメタ位が主に反応します。

ピリジンは、主に環のオルト-パラ位で起こる芳香族求核置換反応を特徴としています。この反応性はピリジン環の電子欠損の性質を示しており、これは次の経験則に要約できます。芳香族化合物としてのピリジンの反応性は、ニトロベンゼンの反応性にほぼ対応します。

応用。染料、医薬品、殺虫剤の合成、分析化学、多くの有機物質や一部の無機物質の溶媒、アルコールの変性などに使用されます。

安全性。ピリジンは有毒で、神経系や皮膚に影響を与えます。

57. 生物学的役割。ニコチン酸はピリジン誘導体です。胃と十二指腸で吸収され、アミノ化されてニコチンアミドが生成され、体内でタンパク質と結合して 80 以上の酵素を形成します。これがビタミン B5 の主な生理学的役割です。したがって、ニコチン酸は、酸化された有機物質からの水素の除去を触媒する脱水素反応などの重要な酸化還元酵素の一部です。こうして除去された水素は、これらの酵素によってリボフラビンなどの酸化還元酵素に渡されます。さらに、哺乳動物の体内では、補酵素 NAD および NADP として機能するニコチンアミド (ナイアシン) とニコチン酸からピリジンヌクレオチドが形成されます。動物におけるこれらの前駆体の欠乏は、皮膚、胃腸管、および皮膚の症状によって現れる病気であるペラグラを引き起こします。神経系（皮膚炎、下痢、認知症）。補酵素として、ナイアシン前駆体である NAD および NADP は、デヒドロゲナーゼによって触媒される多くの酸化還元反応に関与します。ニコチン酸の生物学的効果は、胃や腸の分泌機能の刺激という形で現れます。消化腺（胃内に存在すると遊離塩酸の濃度が増加します）。ビタミンB5の影響下で、グリコーゲン生合成が増加し、高血糖が減少し、肝臓の解毒機能が増加し、血管が拡張し、血液微小循環が改善されます。

ニコチン酸と含硫アミノ酸の間には関連性があります。タンパク質欠乏症の場合のメチルニコチンアミドの尿中排泄の増加は、食事に硫黄含有アミノ酸を含めることによって正常化されます。同時に、肝臓内のホスホピリヌクレオチドの含有量も正常化されます。

58. ピリミジン (C4N2H4)、ピリミジン、1,3- または m-ジアジン、ミアジン）は、平坦な分子を持つ複素環式化合物であり、1,3-ジアジンの最も単純な代表です。

物理的特性。ピリミジンは、特有の臭気のある無色の結晶です。

化学的特性。ピリミジンの分子量は 80.09 g/mol です。ピリミジンは、窒素原子がドナー-アクセプター結合を介してプロトンを追加し、それによって正電荷を獲得できるため、弱い二酸塩基の特性を示します。ピリミジンの求電子置換反応における反応性は、環内に 2 つの窒素原子が存在することによって引き起こされる 2、4、6 位の電子密度の減少により低下します。置換は電子供与性置換基が存在する場合にのみ可能となり、最も不活性化されていない位置 5 に向けられます。ただし、対照的に、ピリミジンは、環の炭素 2、4、および 6 を攻撃する求核試薬に対して活性です。

レシート。ピリミジンは、ハロゲン化ピリミジン誘導体の還元によって得られます。または、バルビツール酸を塩化リンで処理することによって得られる 2,4,6-トリクロロピリミジンから。

ピリミジン誘導体それらは生きた自然界に広く分布しており、そこで多くの重要な生物学的プロセスに関与しています。特に、シトシン、チミン、ウラシルなどの誘導体は、核酸の構造単位であるヌクレオチドの一部であり、ピリミジンコアは、一部のビタミンB、特にB1、補酵素、抗生物質の一部です。

59. プリン (C5N4H4、プリン)- 複素環式化合物、イミダゾピリミジンの最も単純な代表。

プリン誘導体は、天然化合物 (プリン塩基 DNA および RNA、補酵素 NAD、アルカロイド、カフェイン、テオフィリン、テオブロミン、毒素、サキシトキシンおよび関連化合物、その他) の化学において重要な役割を果たします。尿酸）そしてそのおかげで医薬品にも応用されています。

アデニン- 窒素含有塩基、プリンのアミノ誘導体 (6-アミノプリン)。ウラシルおよびチミンと 2 つの水素結合を形成します (相補性)。

物理的特性。アデニンは無色の結晶で、360 ～ 365 ℃の温度で融解します。アデニンは 266 mmk (pH 7) で特性吸収極大 (λmax) を持ち、モル吸光係数 (εmax) は 13500 です。

化学式 C5H5N5、分子量１３５．１４ｇ／ｍｏｌ。アデニンは基本的な特性 (pKa1 = 4.15; pKa2 = 9.8) を示します。硝酸と相互作用すると、アデニンはアミノ基を失い、ヒポキサンチン (6-ヒドロキシプリン) に変わります。水溶液中では、3 つの水分子を含む結晶水和物に結晶化します。

溶解性。アデニンは水、特に熱水によく溶けます。水の温度が下がると、アデニンの溶解度は低下します。アルコール、クロロホルム、エーテル、酸、アルカリに難溶、不溶。

自然界における蔓延と重要性。アデニンは、アデニン、アデノシンホスファターゼ、アデノシンリン酸、核酸、アデニンヌクレオチドなど、生物にとって不可欠な多くの化合物の一部です。アデニンは、これらの化合物の形で生物界に広く分布しています。

グアニン- 窒素含有塩基、プリンのアミノ誘導体 (6-ヒドロキシ-2-アミノプリン) は、核酸の不可欠な部分です。 DNA では、複製および転写中にシトシンと 3 つの水素結合を形成します (相補性)。最初にグアノから分離されました。

物理的特性。無色の非晶質の結晶性粉末。融点365℃。グアニンの HCl 溶液は蛍光を発します。アルカリ性および酸性環境では、紫外線スペクトルに 2 つの吸収極大 (λmax) があります: 275 および 248 mmk (pH 2)、および 246 および 273 mmk (pH 11)。

化学的特性。化学式 - C5H5N5O、分子量 - 151.15 g/mol。基本的な特性、pKa1= 3.3 を示します。 pKa2=9.2; pKa3=12.3。酸やアルカリと反応して塩を形成します。

溶解性。酸とアルカリによく溶けるが、エーテル、アルコール、アンモニア、中性溶液に溶けにくく、水に溶けない .

定性的な反応。グアニンを測定するには、メタリン酸とピクリン酸を使用してグアニンを沈殿させ、Na2CO3 溶液中でジアゾスルホン酸を使用すると赤色になります。

性質と重要性における分布。核酸の一部。

60. ヌクレオシド糖（リボースまたはデオキシリボース）に結合した窒素含有塩基を含むグリコシルアミンです。

ヌクレオシドは細胞キナーゼによって糖の一級アルコール基でリン酸化され、対応するヌクレオチドが形成されます。

ヌクレオチド- ヌクレオシドのリンエステル、ヌクレオシドリン酸。遊離ヌクレオチド、特に ATP、cAMP、ADP は、エネルギーと情報の細胞内プロセスで重要な役割を果たし、核酸や多くの補酵素の成分でもあります。

ヌクレオチドは、ヌクレオシドとリン酸のエステルです。ヌクレオシドは、窒素原子を介して糖残基の C-1 原子に結合した複素環フラグメントを含む N-グリコシドです。

ヌクレオチドの構造。自然界では、最も一般的なヌクレオチドはプリンまたはピリミジンの β-N-グリコシドとペントース、つまり D-リボースまたは D-2-リボースです。ペントースの構造に応じて、リボヌクレオチドとデオキシリボヌクレオチドが区別されます。これらは、それぞれ、複雑な生体ポリマー (ポリヌクレオチド)、つまり RNA または DNA の分子のモノマーです。

ヌクレオチドのリン酸残基は通常、リボヌクレオシドの 2"、3"、または 5" ヒドロキシル基とエステル結合を形成します。2" デオキシヌクレオシドの場合、3" または 5" ヒドロキシル基がエステル化されます。

2 つのヌクレオチド分子からなる化合物はジヌクレオチド、3 つのヌクレオチドはトリヌクレオチド、少数のヌクレオチドはオリゴヌクレオチド、多数のヌクレオチドはポリヌクレオチドまたは核酸と呼ばれます。

ヌクレオチドの名前は、標準的な 3 文字または 4 文字のコードの形式の略語です。

略語が小文字の「d」（英語の d）で始まる場合は、デオキシリボヌクレオチドを意味します。文字「d」がない場合はリボヌクレオチドを意味します。略語が小文字の「c」(英語の c) で始まる場合は、ヌクレオチドの環状形式 (cAMP など) について話しています。

略語の最初の大文字は、特定の窒素塩基または考えられる核酸塩基のグループを示し、2 番目の文字は構造内のリン酸残基の数を示します (M - モノ-、D - ジ-、T - トリ-)。 3 番目の大文字は常に文字 F (「-phosphate」、英語の P) です。

核酸塩基のラテン語およびロシア語コード:

A - A: アデニン。 G - G: グアニン。 C - C: シトシン。 T - T: チミン (5-メチルウラシル) は RNA には存在せず、DNA ではウラシルの代わりになります。 U - U: ウラシルは DNA には存在せず、RNA ではチミンの代わりになります。

化学と薬理学

物質の化学構造は、分子内の原子の結合順序です。分子内の原子および原子団の相互影響。この場合、炭素原子の４価と水素原子の１価は厳密に守られる。物質の性質は、定性的および量的な組成だけでなく、分子内の原子の結合順序、つまり異性現象にも依存します。

§1.3。 A.M. ブトレロフによる有機化合物の化学構造理論の基本原理。物質の化学構造は、分子内の原子の結合順序です。物質の特性が分子の化学構造に依存すること。分子内の原子および原子団の相互影響。
前世紀の 60 年代までに、有機化学は説明を必要とする膨大な量の事実資料を蓄積しました。実験事実の継続的な蓄積を背景として、有機化学の理論的概念の不十分さが特に深刻でした。理論は実践や実験に遅れをとっていた。この遅れは、研究所での実験研究の進行に痛ましい影響を及ぼしました。化学者は、合成した物質の性質やその生成につながる反応の本質を理解することなく、ほとんど無作為に、盲目的に研究を行っていました。ヴェーラーが適切に表現したように、有機化学は素晴らしいもので満たされた密林、出口も終わりもない巨大な茂みに似ていました。「有機化学は深い森のようなもので、入るのは簡単ですが、抜け出すのは不可能です。」したがって、明らかに、「有機化学の密林」に入るのが怖くない羅針盤を世界に与えたのはカザンだったことが運命づけられていたようです。そして、今日でも使用されているこのコンパスは、ブトレロフの化学構造理論です。前世紀の 60 年代から今日に至るまで、有機化学に関する世界中の教科書は、ロシアの偉大な化学者アレクサンドルミハイロヴィチブトレロフの理論の仮定から始まります。
化学構造理論の基本原理午前。ブトレロフ
1位
分子内の原子は、その価数に応じて特定の順序で互いに接続されています。分子内の原子間結合の順序は化学構造と呼ばれ、1 つの構造式 (構造式) に反映されます。

この規定は、すべての物質の分子の構造に適用されます。飽和炭化水素の分子では、炭素原子が互いに結合して鎖を形成しています。この場合、炭素原子の４価と水素原子の１価は厳密に守られる。

2位。物質の性質は、定性的および量的な組成だけでなく、分子内の原子の結合順序にも依存します。（異性化現象）。
A.M. ブトレロフは、炭化水素分子の構造を研究して、これらの物質はブタン (C 4N10 )、同じ分子組成でも原子の異なる順序の接続が可能であるため、ブタンでは炭素原子の二重配置、つまり直鎖 (非分岐鎖) と分岐鎖の形が可能です。

これらの物質は分子式は同じですが、構造式や性質（沸点）が異なります。したがって、これらは異なる物質です。このような物質は異性体と呼ばれます。

そして、同じ組成、同じ分子量を持ちながら、分子構造や性質が異なる複数の物質が存在する現象を「現象」といいます。異性主義。さらに、炭化水素分子の炭素原子の数が増加すると、異性体の数が増加します。たとえば、式 C に対応する異性体 (異なる物質) は 75 種類あります。 10N22 、式 C の 1858 個の異性体１４Ｎ３０．

組成 C 5 H 12 の場合次の異性体が存在する可能性があります (そのうち 3 つがあります) -

3位。特定の物質の特性に基づいて、その分子の構造を決定することができ、その構造に基づいて、その特性を予測することができます。この命題の証明この命題は、無機化学の例を使用して証明できます。
例。この物質が紫色のリトマスの色をピンクに変え、水素の前にある金属、塩基性酸化物、塩基と相互作用する場合、この物質は酸のクラスに属すると仮定できます。水素原子と酸残基が含まれています。そして逆に、この物質が酸の種類に属する場合は、上記の性質を示します。例: N 2SO4 - 硫酸

4位。物質の分子を構成する原子や原子団は相互に影響し合っています。
この点の証明

この立場は、無機化学の例を使用して証明できます。これを行うには、水溶液の特性を比較する必要があります。 NH3、HC1、N2 O (インジケーターアクション)。 3 つのケースすべてにおいて、物質には水素原子が含まれていますが、それらは異なる原子に結合しています。異なる影響力水素原子になるので物質の性質が異なります。
ブトレロフの理論は有機化学の科学的基礎であり、有機化学の急速な発展に貢献しました。理論の規定に基づいて、A.M. ブトレロフは異性体の現象を説明し、さまざまな異性体の存在を予測し、それらのいくつかを初めて取得しました。
1850 年の秋、ブトレロフは化学の修士号の試験に合格し、すぐに博士論文「精油について」に着手し、翌年初めにそれを擁護しました。

1858 年 2 月 17 日、ブトレロフはパリ化学会で報告を行い、そこで初めて物質の構造に関する理論的考え方を概説しました。この報告は一般の関心を呼び起こし、活発な議論を呼び起こしました。。この点で特に興味深いのは炭素であり、アウグスト・ケクレによれば炭素は四価である」とブトレロフ氏は報告書で述べた。

今まで誰もそのような考えを表明しませんでした。おそらく、私たちの研究が物質の化学構造の新しい理論の基礎となるべき時が来たのだとブトレロフは続けた。この理論は数学的法則の正確さによって際立っており、有機化合物の特性を予測できるようになります。」

数年後、ブトレロフは二度目の海外旅行中に、議論のために作成した理論をシュパイヤーで開催されたドイツの博物学者と医師の第36回会議で報告した。会議は 1861 年 9 月に開催されました。彼は化学セクションにプレゼンテーションを行いました。このトピックには「物体の化学構造について」という控えめ以上のタイトルが付けられており、その報告書の中でブトレロフは有機化合物の構造に関する理論の主な規定を述べた。
A.M.の作品ブトレロフ

A.M.のオフィスブトレロフ

化学構造理論は、19 世紀後半の初めに有機化学に蓄積された多くの事実を説明することを可能にし、化学的方法 (合成、分解、その他の反応) の助けを借りて、次のことが可能であることを証明しました。分子内の原子の結合順序を確立する（これにより、構造物質を知ることができることが証明されました）。

彼女は原子分子科学 (分子内の原子の順序、原子の相互影響、物質の分子の構造に対する特性の依存性) に何か新しいものを導入しました。この理論では、物質の分子は相互作用する原子の力学を備えた秩序あるシステムであると考えられていました。これに関連して、原子分子教育はさらに発展しました。非常に重要化学の科学のため。

有機化合物の性質を構造から予測し、計画通りに新物質を合成できるようになった。

有機化合物の多様性について説明できました。

これは、有機化合物の合成と有機合成産業（アルコール、エーテル、染料、医薬品などの合成）の発展に強力な推進力を与えました。

理論を発展させ、新しい化合物の合成によってその正しさを確認したA.M. ブトレロフは理論が絶対的で不変であるとは考えていませんでした。彼はそれが発展しなければならないと主張し、この発展は理論的知識と新たな事実との間の矛盾を解決することによって進むだろうと予見した。

A.M. によって予測された化学構造の理論ブトレロフは変わらなかった。そのさらなる開発は、主に 2 つの相互に関連する方向に進みました。

それらの最初のものはA.M.ブトレロフ自身によって予測されました。

彼は、将来の科学は分子内の原子の接続順序だけでなく、それらの空間的配置も確立できるだろうと信じていました。分子の空間構造の研究は、立体化学 (ギリシャ語の「ステレオ」-空間) と呼ばれ、前世紀の 80 年代に科学に参入しました。これまでの理論概念の枠組みに収まらない新たな事実の説明や予測が可能になった。
第 2 の方向は、20 世紀の物理学で開発された原子の電子構造の理論の有機化学への応用に関連しています。この理論により、原子の化学結合の性質を理解し、それらの相互影響の本質を明らかにし、物質による特定の化学的特性の発現の理由を説明することが可能になりました。

詳細かつ簡潔な構造式

有機化合物の多様性の理由

炭素原子は単結合、二重結合、三重結合を形成します。

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異性体:

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