Читать онлайн «Шпаргалка по органической химии». Страница 25

Они выделены как промежуточные продукты гидролиза, когда процесс разложения не дошел до образования конечных продуктов.

Структурные формулы нуклеотидов.

Мононуклеотиды представляют собой фосфаты нуклеозидов, в которых фосфорная кислота связана сложноэфирной связью с одной из свободных гидроксильных групп пентозы.

Нуклеозиды – это N-гликозиды пиримидиновых или пуриновых оснований, в которых первый углеродный атом пентозы (атом углерода, обозначаемый 1) связан гликозидной связью с N-1-пиримидина или N-9-пурина.

Особенности строения полинуклеотидов:

1) основную структурную линию макромолекулы ДНК образуют последовательно соединенные друг с другом только звенья пентозы и ортофосфорной кислоты;

2) азотистые основания присоединены сбоку к углеводным звеньям;

3) они образуют «бахрому» макромолекулы нуклеиновой кислоты;

4) остатки ортофосфорной кислоты соединяют между собой углеводные звенья, образуя химические связи (за счет выделения молекул воды) с гидроксилом третьего атома углерода одной молекулы пентозы и гидроксилом пятого углеродного атома другой молекулы пентозы.

При этом у остатков фосфорной кислоты сохраняется еще по одной гидроксильной группе, способной диссоциировать, что и обусловливает кислотные свойства макромолекул;

5) самое существенное в строении нуклеиновых кислот – последовательность азотистых (пиримидиновых и пуриновых) оснований, «прицепленных» к основной цепи, которая состоит из остатков пентозы и фосфорной кислоты, т. е. последовательность нуклеотидов в макромолекуле.

С определенной последовательностью нуклеотидов, т. е. первичной структурой нуклеиновых кислот, связаны их биологические функции в клетке.

Двойная спираль ДНК, ее особенности.

Дезоксирибонуклеиновые кислоты, в молекулах которых зашифрована в виде различной последовательности нуклеотидов вся наследственная информация биологического строения.

1. Макромолекулы ДНК представляют собой спираль, которая состоит из двух цепей, закрученных вокруг общей оси.

2. Это их вторичная структура.

3. В поддержании вторичной структуры, как и в белках, важная роль принадлежит водородным связям.

4. Образуются они здесь между пиримидиновыми и пуриновыми основаниями разных цепей макромолекулы, располагающимися, в отличие от радикалов белковых молекул, не снаружи, а внутри спирали.

5. Водородные связи образуются между атомами водорода, имеющими значительный (хотя и частичный) положительный заряд, и отрицательно заряженными атомами кислорода.

Происхождение положительных и отрицательных зарядов на атомах, между которыми образуются водородные связи:

1) азотистые основания соединяются по определенному принципу, дополняя друг друга, – пиримидиновое обязательно с пуриновым и наоборот, при этом между цепями молекулы всегда находятся одинаковые ступеньки из трех гетероциклов (а не из двух и не из четырех);

2) это обеспечивает равномерность в построении всей молекулы ДНК.

Химия и биохимия белков и нуклеиновых кислот в своем развитии привели к созданию новых наук: а) биоорганической химии; б) молекулярной биологии.

Низкомолекулярное вещество, из которого синтезируют полимер, называется мономером. Многократно повторяющиеся в макромолекуле группы атомов называются структурными звеньями. Молекула мономера и структурное звено макромолекулы одинаковы по составу, но различны по строению:

1) в данном случае в молекуле пропилена имеется двойная связь между атомами;

2) в структурном звене полипропилена она отсутствует;

3) число n в формуле полимера показывает, сколько молекул мономера соединяется в макромолекулу. Она называется степенью полимеризации.

Макромолекулы полимеров могут иметь различную геометрическую форму:

а) линейную (зигзагообразную), когда структурные звенья соединены в длинные цепи последовательно одно за другим;

б) разветвленную (с ними мы встречались на примере крахмала);

в) пространственную, когда линейные молекулы соединены между собой химическими связями (например, в вулканизированном каучуке – резине).

Геометрическая форма полимеров существенно сказывается на их свойствах.

Свойства полимеров:

1) полимеры могут иметь кристаллическое и аморфное строение;

2) молекулярная масса для полимеров имеет некоторые особенности.

Характерные особенности молекулярной массы.

1. В процессе полимеризации в макромолекулы соединяется различное число молекул мономера в зависимости от того, когда произойдет обрыв растущей полимерной цепи.

2. При этом образуются макромолекулы разной длины и разной массы.

3. Указываемая для такого вещества молекулярная масса – это лишь ее среднее значение, от которого масса отдельных молекул существенно отклоняется в ту или иную сторону.

Например, если молекулярная масса полимера 28 000, то в нем могут быть молекулы с относительной массой 26 000, 28 000, 30 000 и т. д.

Свойства, которые вытекают из особенностей строения полимеров:

1) низкомолекулярные вещества характеризуются определенными температурами плавления, кипения и другими константами;

2) если нагревать какой-нибудь полимер линейной структуры, то будет видно, что он сначала размягчится, а потом, по мере дальнейшего повышения температуры, начнет постепенно плавиться, образуя вязкотекучую жидкость;

3) многие полимеры характеризуются плохой растворимостью;

4) вещества линейной структуры все же могут, хотя и с трудом, растворяться в тех или иных растворителях, образуя весьма вязкие растворы;

5) пространственные полимеры совершенно не растворимы.

Некоторые из них, например резина, могут только набухать в растворителях.

Характерные особенности пластмасс:

1) пластмассами называют материалы, изготовляемые на основе полимеров, способные принимать при нагревании заданную форму и сохранять ее после охлаждения;

2) по масштабу производства они занимают первое место среди полимерных материалов;

3) в пластмассах сочетаются большая механическая прочность, малая плотность, высокая химическая стойкость, хорошие теплоизоляционные и электроизоляционные свойства и т. п.;

4) пластмассы производятся из доступного сырья, они легко поддаются переработке в самые разнообразные изделия;

5) кроме полимера (называемого часто смолой), в пластмассах почти всегда содержатся другие компоненты, придающие материалу определенные качества:

а) полимерное вещество для них является связующим;

б) в пластмассы входят:

– наполнители (древесная мука, ткань, асбест, стекловолокно и др.), снижающие стоимость материала и улучшающие его механические свойства, пластификаторы (например, высококипящие сложные эфиры), повышающие эластичность, устраняющие хрупкость, стабилизаторы (антиоксиданты, светостабилизаторы), которые способствуют сохранению свойств пластмасс в процессе их переработки и использования;

– красители, сообщающие материалу требуемую окраску, и другие вещества.

Для правильного обращения с пластмассами нужно знать, термопластичными или термореактивными являются образующие их полимеры.

Термопластичные полимеры (например, полиэтилен):

1) при нагревании размягчаются и в этом состоянии легко изменяют форму;

2) при охлаждении они снова затвердевают и сохраняют приданную форму;

3) при следующем нагревании они снова размягчаются, принимают новую форму и т. д.;

4) из термопластичных полимеров посредством нагревания и давления можно формовать различные изделия и при необходимости подвергать их повторно такой же переработке.

Термореактивные полимеры:

1) при нагревании сначала становятся пластичными, но потом утрачивают пластичность, становятся неплавкими и нерастворимыми, так как в них происходит химическое взаимодействие между линейными макромолекулами, образуется пространственная структура полимера (подобно превращению каучука в резину);

2) повторно переработать такой материал в новое изделие уже невозможно: он приобрел пространственную структуру и утратил необходимое для этого свойство пластичности.

На основе приведенных общих сведений о полимерах рассмотрим некоторые наиболее распространенные пластмассы.

Пластмассы на основе полимеров являются ценными заменителями многих природных материалов (металла, дерева, кожи, клеев и т. д.).

Особенности полиэтилена и его строения:

1) структурная формула полиэтилена: (-СН2-СН2-)n;