NAJWAŻNIEJSZE WŁAŚCIWOŚCI ZWIAZKÓW ORGANICZNYCH

Węglowodory i ich pochodne

Wzór ogólny węglowodorów nasyconych (alkanów) przedstawia się następująco:

C_nH_2n+2

Związki te ulegają następującym reakcjom:

• Podstawiania (substytucji) wolnorodnikowego

Przykład: chlorowanie metanu

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

Reakcja ta przebiega w 4 etapach:

• • • Etap 1: inicjowanie łańcucha:

Cl₂→2Cl*

• • • Etap 2 i 3: wzrost łańcucha:

Cl* + CH₄→*CH₃ + HCl

*CH3 + Cl₂→CH₃Cl + Cl*

• • • Etap 4: zakończenia łańcucha

*CH₃ + Cl*→CH₃Cl

Cl* + Cl*→Cl₂

*CH₃ + *CH₃→C₂H₆

• Spalania

• • • Przykład: reakcja spalania butanu (całkowitego):

2C₄H₁₀ + 130₂ →8CO₂ + 10 H₂O

• • • Przykład: reakcja spalania butanu (niecałkowitego - do tlenku węgla(II) albo samego węgla):

C₄H₁₀ + 9/2O₂ →4CO + 5H₂O

C₄H₁₀ + 5/2O₂→4C + 5H₂O

• Nie reaguje z roztworem manganianu (VII) potasu oraz z wodą bromową

Mechanizm reakcji substytucji (podstawienia)

Reakcja podstawienia jest charakterystyczna dla związków nasyconych, np. alkanów. Jak wspomniano wyżej składa się z kilku etapów. Prześledzony zostanie tutaj proces chlorowania.

W początkowym etapie (zwanym inicjacją, zapoczątkowaniem) cząsteczka chloru Cl₂ rozpada się pod wpływem światła na dwa wolne rodniki:

Cl₂ → 2Cl*

Rodnik chlorkowy atakuje następnie cząsteczkę, np. węglowodoru nasyconego, prowadząc do powstania rodnika alkilowego oraz kwasu chlorowodorowego:

Cl* + R-H→R* + HCl

Wzbudzona cząsteczka związku nasyconego wchodzi w reakcje z cząsteczką chloru, w wyniku, czego powstaje monochloropochodna, w tym etapie następuje wzrost łańcucha:

R* + Cl₂ → R-Cl +Cl*

Zainicjowana przez światło reakcja ulega przerwaniu wówczas, gdy rodniki utworzą niewzbudzone cząsteczki. Mogą to być: cząsteczka chloru, monoalkilopochodna czy związek powstały przez kondensację dwóch rodników alkilowych:

Cl* + Cl* → Cl₂

R* + Cl* → R-Cl

R* + R* → R - R

Mechanizm powyższej reakcji wykazuje podobieństwo do procesu adddycji wolnorodnikowej.

Do węglowodorów nienasyconych należą alkeny oraz alkiny, odpowiednio o wzorach ogólnych:

C_nH_2n oraz C_nH_2n-2

Substancje te ulegają następującym reakcjom:

• Przyłączenie cząsteczki fluorowca:

Przykład:

Reakcja etenu z chlorem

CH₂=CH₂ + Cl₂ = Cl-CH-CH-Cl

• Addycji (przyłączenia) fluorowcowodoru

Przykłady:

• • • Kwasu solnego do etenu elektrofilowe przyłączenie:

CH₃-CH=CH₂ +HCl →CH₃-CHCl-CH₃

• • • Przyłączenie wolnorodnikowe:

CH₃-CH=CH₂ + HCl→CH₃-CH₂-CH₂Cl

• • • Chlorowodoru do acetylenu:

CHºCH + HCl = CH₂ = CH-Cl

chlorek winylu

CH₂=CH-Cl + HCl = Cl₂-CH-CH₃

1,1-dichloroetan

• Addycja wodoru:

Przykłady:

• • • Do etenu:

CH₂=CH₂ + H₂ = CH₃-CH₃

• • • Do acetylenu:

CHºCH + H₂ = CH₂=CH₂

CH₂=CH₂ + H₂ = CH₃-CH₃

• Przyłączenie cząsteczki wody:

Przykłady:

• • • Do etenu:

CH₂=CH₂ + H₂O = CH₃-CH₂-OH

• • • Do acetylenu:

CHºCH + H₂O = CH₃-CH₂-OH

• Polimeryzacji:

Przykłady:

• • • Etenu:

n CH₂=CH₂ = ( -CH₂-CH₂-) _n

reakcja ta może przebiegać dwojako: według mechanizmu jonowego albo wolnorodnikowego

• • • Acetylenu:

CHºCH + CHºCH = CH₂=CH-CºCH

Ulega polimeryzacji do benzenu

• Utleniania przy użyciu manganianu (VII) potasu albo wody bromowej

• Spalania

Osobną grupą związków nienasyconych są cykloalkeny, które mogą ulegać reakcjom podstawiania czy eposkydowania. Ta ostatnia zachodzi pod wpływem kwasu nadbenzoesowego, a w jej wyniku tworzy się tlenek odpowiedniego cykloalkanu.

Mechanizm reakcji addycji (przyłączania)

Proces przyłączania jest specyficzny dla związków nienasyconych, a więc takich, które posiadają wielokrotne wiązania: podwójne lub potrójne.

Związki, mogące przyłączyć się do wielokrotnego wiązania to:

• Fluorowcowodory (HF, HCl, HBr)
• Woda
• Wodór

Ogólny schemat reakcji addycji to:

>C=C< + X-Y → -C-C-

Przy rozpatrywaniu związków zawierających wiązanie podwójne, na początku do pierwszy atom węgla atakuje tzw. czynnik elektrofilowy, którym jest kation. Czynnik nukleofilowy, którym może być anion albo cząsteczka posiadająca wolną parę elektronową atakuje drugi atom węgla.

Przykłady:

• Przyłączanie bromowodoru HBr do cząsteczki etylenu.

CH₂=CH₂ + HBr→CH₃-CH₂Br

Pod wpływem wody cząsteczka bromowodoru ulega dysocjacji elektrolitycznej, powstają jony: wodorkowy H⁺ oraz bromkowy Br^-. Kation, jako czynnik elektrofilowy, przyłącza się do atomu węgla. W oddziaływaniu uczestniczy jedna para elektronowa wiązania. Drugi atom węgla atakuje czynnik nukleofilowy - anion bromkowy. Finalnym produktem jest bromoetan.

Dla związków typu HX przy reakcji addycji stosuje się regułę Markownikowa (gdy do wiązania podwójnego lub przyłącza się związek typu HX ( gdzie X to Cl, Br, I, F, OH) to atom wodoru przyłącza się do atomu węgla, który zawiera więcej atomów wodoru).

• Przyłączanie cząsteczki bromu do etenu.

CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂Br-CH₂Br

Inicjatorem reakcji jest cząsteczka etenu, która powoduje polaryzacje cząsteczkowego bromu. Atomowy brom

o cząstkowym ładunku dodatnim ulega przyłączeniu do atomu węgla. Czynnik nukleofilowy (Br^-) atakuje tak utworzony kompleks. W wyniku reakcji tworzy się 1,2-dibromoetan.

• Addycja cząsteczki chloru do propenu:

H₂O₂→2HO*

HO* + HCl→H₂O + HCl*

CH₃-CH=CH₂+Cl*→CH₃-CH*-CH₂Cl

CH₃-CH*-CH₂Cl + HCl→CH₃-CH₂-CH₂Cl + Cl*

CH₃-CH*-CH₂Cl + Cl*→CH₃-CHCl-CH₂Cl

• Addycja cząsteczki bromu do propenu:

H₂O₂→2HO*

HO* + HBr→H₂O + Br*

CH₃-CH=CH₂ + Br*→CH₃-CH-CH₂Br

CH₃-CH-CH₂Br + HBr→CH₃-CH₂-CH₂Br + Br*

CH₃-CH*-CH₂Br + Br*→CH₃-CHBr-CH₂Br

Monofluorowcopochodne węglowodorów alifatycznych

Budowa

Są to związki, w których jeden atom wodoru jest podstawiony atomem florowca, o wzorze ogólnym:

R-X

Gdzie R -grupa alkilowa

X = F, Cl, Br, I

Przykłady:

• CH3Cl-chlorek metylu
• CH3CH2CH2Cl-1-chloropropan
• C2H2-Cl-chlorek etylu
• CH3CHClCH3-2-chloropropan

Najbardziej znane są pochodne, które posiadają 1 - 5 atomów węgla.

Można je podzielić ze względu na to, z jakimi rodzajami atomów węgla są połączone:

• Pierwszorzędowe
• Drugorzędowe
• Trzeciorzędowe

Należą do substancji polarnych

Własności fizyczne:

• Nie rozpuszczają się w wodzie
• Rozpuszczają się w typowych rozpuszczalnikach organicznych, np. alkoholu, eterze
• Maja niższą temperaturę wrzenia niż związki, z których się wywodzą

Otrzymywanie:

• W wyniku substytucji fluorowcowodoru albo cząsteczki fluorowca do parafin
• Addycji fluorowcowodoru do olein
• W wyniku reakcjo kwasów fluorowcopochodnych z alkoholami

Difluorowcopochodne węglowodorów alifatycznych

Najczęściej wykorzystywane są związki pochodzące od:

• Metanu, etenu - CH₂X₂
• Polietylenowe

Otrzymywanie:

• Chlorowcopochodne metylowe (CH₂X₂) można otrzymać z jodku metylenu:

CHI₃ + Na₃AsO₃ + NaOH → CH₂I₂ + Na₃AsO₄ + NaI

• Dichlorowcopochodne etanu oraz etenu:

CH₂=CH₂ + Cl₂ → CH₂Cl - CH₂Cl

chlorek etylenu

• Chlorowcopochodne polietylenowe można uzyskać z glicerolu

Chlorek etylenu jest powszechnie stosowany jako rozpuszczalnik organiczny za względu na niską cenę.

Trifluorowcopochodne węglowodorów alifatycznych

Najpowszechniej używanymi związkami trójpodstawnymi stanowią pochodne metanu, które uzyskuje się w wyniku reakcji haloformowania.

Do najważniejszych należą:

• Chloroform
• Bromoform
• Jodoform

Cechy charakterystyczne tych substancjo oraz ich zastosowanie przedstawiono w Tabeli 1.

Nazwa, wzór chemiczny	Chloroform, CCl4	Bromoform CHBr3	Jodoform CHI3
Własności fizyczne	Bezbarwna ciecz Specyficzny zapach Piekący, słodkawy smak	Bezbarwna ciecz	Żółte ciało stałe Krystaliczna struktura Charakterystyczny zapach
Otrzymywanie	W wyniku rozpadu związku tetrachloropodstawnego: CCl4→CHCl3 + HCl W reakcji chlorowania metanu	W analogiczny sposób jak chloroform	W analogiczny sposób jak chloroform
Zastosowanie	Jako środek dezynfekujący oraz usypiający w medycynie Stosowany w przemyśle do rozpuszczania, np. tłuszczów, kauczuku, jodu		Jako środek do dezynfekcji

Tabela 1. Charakterystyka trichloropochodnych metanu

Alkohole jednowodorotlenowe

Właściwości chemiczne:

• Wodne roztwory alkoholi posiadają odczyn obojętny
• Ulegają reakcjom z rozerwaniem wiązania C-O (wskazujące na charakter zasadowy alkoholi)
• reakcja z kwasami chlorowcopochodnymi

• dehydratacja alkoholi do alkenów lub eterów (w zależności od środowiska reakcji: temperatury i stężenia kwasu oraz budowy alkoholu):

• Ulegają reakcjom z rozerwaniem wiązania O-H

• reakcja substytucji wodoru alkalicznym metalem (reakcja wskazująca na kwasowe właściwości alkoholi - oprócz metanolu):

• reakcja estryfikacji (reakcja z kwasami karboksylowymi)

Jak widać alkohole zachowują się jak słaby kwas lub słaba zasada, posiadają więc właściwości amfoteryczne.

• Utlenianie alkoholi

• alkohole pierwszorzędowe utleniają się do aldehydów lub kwasów karboksylowych:

• alkohole drugorzędowe utleniają się do ketonów

• alkohole trzeciorzędowe nie utleniają się

Fenole

Związki te są pochodnymi węglowodorów aromatycznych, posiadających grupę wodorotlenową.

Substancje te ulegają reakcjom:

• Z wodnymi roztworami wodorotlenków, z utworzeniem fenolanów

Przykład:

• Acylowania, z chlorkami kwasowymi czy bezwodnikami, w wyniku której tworzą się estry

Przykład:

• Substytucji elektrofilowej

• bromowaniu:

• nitrowaniu:

• Hydratacji do cykloheksanolu

Związki aromatyczne

Budowa

Substancje te mają postać cykliczną. Według reguły Hekla posiadają 4n+2 (n = 1, 2, 3, ...) elektronów zdelokalizowanych na orbitalach π. W związkach aromatycznych występują wiązania mające charakter pośredni pomiędzy pojedynczymi a podwójnymi. Elektrony nie są ściśle przyporządkowane danemu wiązaniu, co często zaznacza się jako okrąg w środku wzoru (Rys.1.):

 

Rys.1. Benzen

Konsekwencje aromatyczności:

• Duża stabilność chemiczna
• Tworzenie chinonów
• Tworzenie soli diazoniowych
• Stabilne pochodne fluorowcopochodne oraz enoli

Benzen, jako najprostszy oraz najpowszechniejszy przedstawiciel związków aromatycznych, ulega reakcjom:

• Substytucji elektrofilowej

Przykład nitrowanie benzenu:

Proces ten zachodzi pod wpływem mieszaniny nitrującej, czyli mieszaniny stężonych kwasów: siarkowego (VI) oraz azotowego (V):

Wytworzony jon nitroniowy NO₂⁺ atakuje cząsteczkę benzenu:

• Alkilowania (według metody Friedla-Craftsa):

C₆H₆ + RCl → C₆H₅R + HCl

• Acylowania (według Friedla-Craftsa):

C₆H₆ + RCOCl → C₆H₅COR + HCl

• Sulfonowania

C₆H₆ + H₂SO₄ → C₆H₅SO₃H + H₂O

kw.benzenosulfonowy

• Halogenowania:

C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl

chlorobenzen

• Hydratacji

• Hydrogenacji do cykloheksanu

Aldehydy

Wzór ogólny:

Aldehydy ulegają reakcjom:

• Utleniania:

Przykład: próba Tollensa:

AgNO₃ + NH₄OH = AgOH ↓+ NH₄NO

Biały osad, rozpuszczalny w nadmiarze NH₃aq

2AgOH = Ag₂O + H₂O

H-CHO + Ag₂O = 2Ag + H-COOH

• Redukcji do alkoholi albo węglowodorów

• Addycji w wyniku, której powstają acetale

• Z fenylohydrazyną, w reakcji powstają fenylohydrazony

Ketony

Ketony ulegają reakcjom:

• Utleniania

Przykład:

CH₃COCH₃ + 3OJ¯→CH₃COO¯ + CHJ₃ + 2OH¯

• Redukcji
• Powstawania ketali

• Halogenowania

Reakcje utleniania związków organicznych

Procesy te podlegają tym samym zasadom, co równania redoks (utleniania - redukcji). Atomy podczas reakcji zmieniają swoje stopnie utlenienia.

Przykłady:

• 5CH₃CH₂CHO + 2MnO₄¯ + 6H⁺→ 5CH₃CH₂COOH+ 2Mn²⁺ + 6H₂O

Równania połówkowe:

CH₃CH₂CHO + H₂O → CH₃CH₂COOH + 2e¯+ 2H⁺

MnO₄¯ + 5e¯ + 8H⁺→Mn²⁺ + 4H₂O

5CH₃CH₂CHO + (5H₂O) + 2MnO₄ + (10e¯)+(16H⁺)→5CH₃CH₂COOH + (10e) + (8 H)+ 2 Mn²⁺ +(8H₂O)

5CH₃CH₂CHO + 2 MnO₄^- + 6H⁺ → 5CH₃CH₂COOH + 2Mn²⁺ + 3H₂O

• CH₃CH₂CHO + Cu²⁺ +OH^- → CH₃CH₂COO^- + Cu₂O + H₂O

Równania połówkowe:

CH₃CH₂CHO + 3OH^- → CH₃CH₂COO^- + 2e^- + 2H₂O

2Cu²⁺ + 2e^- + 2OH^- → Cu₂O + H₂0

CH₃CH₂CHO + 30H^- + 2Cu²⁺ + (2e^-) + 20H^- → CH₃CH₂COO^- + (2e^-) + Cu₂O + 3H₂0

CH₃CH₂CHO + 2Cu²⁺ + 50H^- → CH₃CH₂COO^- + Cu₂O + 3H₂0

• C₂H₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ + H₂0 → C₂H₄(OH)₂ + K₂SO₄ +MnSO₄

Równania połówkowe:

C₂H₄ + 2H₂0 → C₂H₄(OH)₂ + 2e^- + 2H⁺

2KMnO₄ + 1Oe^- + 3H₂SO₄ + 10H⁺ → 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O

5C₂H₄ + 10H₂O + KMnO₄ +(10e^-) + 3H₂SO₄ + (10H⁺) → 5C₂H₄(OH)₂ + (10e^-) + (10H⁺) + K₂SO₄ + 8H₂0

5C₂H₄ + KMnO₄ + 3H₂SO₄ + 2H₂O → 5C₂H₄(OH)₂ + K₂SO₄ +MnSO₄

Siarczany alkilowe

Związki te należą do rodziny estrów, czyli połączeń alkoholi z kwasem siarkowym (VI). Siarczany (VI) mogą być obojętne (gdy postawione zostaną dwa atomy wodoru przez grupy alkilowe) oraz kwaśne (jedna grupa).

Właściwości fizyczne oraz chemiczne dla najważniejszych z nich podano w Tabeli 2.

Związek	Wodorosiarczan etylowy, Kwaśny siarczan etylowy, Kwas etylosulfonowy C2H5OSO3H	Siarczan dwuetylu Siarczan etylowy (C2H5)2SO4	Siarczan (VI) metylowy (CH3)2SO4
Własności fizyczne	Ciecz o oleistej konsystencji Sole, np. C2H5OSO3K mają postać krystaliczną	Nie posiada własności toksycznych
Zastosowanie	Dawniej do wytwarzania etylenu Przy produkcji eteru etylowego	Jako środek acylujący
Otrzymywanie		W reakcji jodku etylu z siarczanem (VI) srebra Działając na etanol dymiącym kwasem siarkowym: 2C2H5OH+2H2SO4→ C2H5-O3-O-C2H5+2H2O	Jako środek etylujacy w syntezie estrów metylowych W reakcjach metylacji amin

Tabela 2. Charakterystyka wybranych siarczanów (VI) alkilowych

Kardynalne znaczenie w procesie wytwarzania alkoholi mają oleiny, które są absorbowane prze kwas siarkowy (VI). W wyniku zachodzącej reakcji powstają kwaśne siarczany (VI) alkilowe.

Nieorganiczne sole mogą przyłączyć się do wiązania podwójnego w alkenach. Przykładem jest addycja chlorku siarki do etylenu. W procesie takim zostaje wytworzony silnie parzący środek bojowy - iperyt.

Aminy

Substancje organiczne posiadają atom azotu w postaci grupy aminowej: NH₂

Aminy cechuje reagowanie z:

• Kwasami, w wyniku, czego powstają sole aminowe

Przykład:

CH₃COOH + CH₃NH₂ → CH₃COO^-CH₃NH₃⁺

• Pochodnymi acylowymi, prowadząc do powstania amidów N-podstawnych

Przykład: reakcja z chlorkami kwasowymi:

CH₃COCl + CH₃NH₂ → CH₃CONHCH₃

CH₃COCl + CH₃CONHCH₃ → CH₃CON(CH₃)₂ + HCl

• Ulegają reakcji alkilowania z utworzeniem wyższych amin

Fluorowcopochodne alkoholi, eterów, aldehydów, ketonów, kwasów karboksylowych, estrów

Pochodne alkoholowe

Alkohole jako donory protonów reagują z kwasami. Łatwość zachodzenia procesu zależy od rzędowości alkoholu, co wynika z występowania hiperkoniguacji. W przypadku alkoholi trzeciorzędowych reakcja z kwasem chlorowodorowym następuje szybciej niż dla pierwszorzędowych czy drugorzędowych. Alkohole z atomem węgla związanym z trzema innymi atomami węgla posiadają nieobsadzony orbital p. Struktura powstałego karbokationu jest stabilizowana dzięki cząstkowemu wysyceniu sąsiednich wiązań

(z grup CH₃) przez atom węgla, mający ładunek dodatni.

Przykład:

C₂H₅OH + HBr → C₂H₅Br + H₂O

Pochodne eterowe

Największe znaczenie ma eter dichloroetylowy (eter β,β -2chloroetylowy), stanowi pochodną iperytu (środka bojowego wywołującego oparzenia), lecz nie stanowi zagrożenia dla człowieka. Pomimo, że stanowi on bardzo dobry rozpuszczalnik wielu związków organicznych (często w metodzie ekstrakcji), jego zastosowanie jest ograniczone ze względu na wybuchowość. Otrzymuje się go z chlorochydryny w środowisku kwasu siarkowego (VI):

ClCH₂CH₂OH + HOCH₂CH₂Cl → ClCH₂CH₂OCH₂CH₂Cl + H₂O

Fluorowcopochodne aldehydów oraz ketonów

Atom wodoru w aldehydach czy ketonach bardzo łatwo ulega podstawieniu przez atom fluorowca.

Pochodne ketonów

Najważniejszym z nich jest monobromooctan, posiadający działanie łzawiące, powstający w wyniku działania na propanon ciekłym bromem:

CH₃-CO-CH₃ + Br₂ → Br-CH₂-CO-CH₃ + HBr

Innym, niekorzystnie wpływającym na organizm ludzki związkiem jest chlorek karbonylu, Cl-CO-Cl. Występuje w postaci gazowej, jest bezbarwny. Substancje tą otrzymuje się sposobem Davy'ego, z tlenku węgla (II) oraz chloru, używając węgla sproszkowanego oraz światła, jako katalizatorów.

Pochodne aldehydów

Duże znaczenie mają chloral (aldehyd trójchlorooctowy) oraz bromel. Pierwszy z nich jest postaci ciekłej

o konsystencji oleistej, posiada ostry, specyficzny zapach. Został odkryty dzięki pracom Liebig'a, a można otrzymać go z etanolu:

CH₃-CH₂-OH → CH₃-CHCl-OH → CH₃COH

CH₃-CHO + 3Cl₂ → CCl₃-CHO + 3HCl

Drugi z nich, bromel, otrzymuje się z paraaldehydu:

(CH₃-CHO)₃ + 9Br₂ → 3CBr₃-CHO + 9HBr

Pochodne kwasowe

Budowa

Chlorki kwasowe posiadają wzór ogólny:

R-CO-Cl

Gdzie R - grupa alkilowa

Substancje te mają postać hybrydy rezonansowej.

Pochodne to również związki, w których atom fluorowca zastąpił atom wodoru w grupie alkilowej.

Własności fizyczne na przykładzie chlorków kwasowych:

• Postać ciekła
• Drażniący, specyficzny zapach

Otrzymywanie:

• Chlorków kwasowych - powstają w wyniku działania na kwasy karboksylowe chlorków nieorganicznych takich jak: chlorek fosforu (III), chlorek fosforu (V) czy chlorek tionylu.

Przykłady:

3R-CO-OH + PCl₃ → 3R-CO-Cl +H₃PO₃

R-CO-OH + PCl₅ → R-CO-Cl +POCl₃ +HCl

R-CO-OH + SOCl₂ → R-CO-Cl + SO₂ + HCl

Szybkość oraz łatwość zachodzenia procesu jest uzależniona od temperatur wrzenia reagentów.

• Kwasów chlorowcowych - dzięki reakcji kwasów tłuszczowych z chlorem albo chlorkami. Proces katalizuje światło oraz jod lub trójchlorek fosforu:

CH₃-COOH + Cl2→Cl-H₂-COOH + HCl

α-chlorowcokwas

Gdy działa się nadmiarem kwasu chlorowodorowego można doprowadzić do podstawienia wszystkich atomów wodoru:

Zastosowanie (Tabela 3)

Nazwa	Kwas chlorooctowy	Chlorki kwasowe
Zastosowanie	Do syntezy w przemyśle	Jako środki acetylujące Do syntezy aldehydów Do syntezy chlorowcokwasów Do otrzymywania amidów

Tabela 3. Zastosowanie pochodnych chlorowych kwasów karboksylowych

Pochodne estrów na przykładzie chlorowęglanu etylowego (ClCOOC₂H₅)

Właściwości chemiczne:

• W wyniku działania na ten ester alkoholu otrzymuje się estry kwasu węglowego:

Cl-CO-OC₂H₅ + C₄H₉OH→HCl + C₂H₅O-OC-OC₄H₉HCl + C₂H₅O-OC-OC₄H₉

• Dodanie amoniaku powoduje powstanie uretanów

Otrzymywanie

Substancja ta jest estrem kwasu chlorowęglowego, należącego do związków nietrwałych. Synteza polega na działaniu na alkohol chlorku karbonylu, przy czym musi być utrzymana temperatura do 20 ^oC.

Hydroliza związków organicznych

Hydroliza to reakcja charakterystyczna dla soli. Polega na oddziaływaniu jonów soli (dlatego musza być one rozpuszczalne w wodzie) z wodą.

Rodzaje hydrolizy:

• Kwasowa, gdy sól pochodzi od mocnego kwasu oraz słabej zasady; roztwór ma odczyn kwaśny (niezwiązane jony H⁺)
• Zasadowa, gdy sól pochodzi od słabego kwasu oraz mocnej zasady; roztwór ma odczyn alkaliczny (niezwiązane jony OH^-)
• Obojętna, kiedy sól pochodzi od słabego i kwasu i zasady; roztwór posiada odczyn obojętny

Podczas pisania równań reakcji stosuje się zasadę zgodnie, z którą związki niedysocjujące zapisuje się w postaci cząsteczkowej, a ulegające reakcji dysocjacji - w postaci jonowej.

Przykłady hydrolizy:

• Octanu sodu:

CH₃COO^- + H₂O→CH₃COOH + OH^-

• Etanolanu sodu:

CH₃-CH₂-ONa + H₂O→CH₃-CH₂-OH + Na⁺ + OH^-

• Octanu amonu:

CH₃COONH₄→CH₃COO^- + NH₄⁺

CH₃COO^- + H₂O→CH₃COOH + OH^-

NH₄⁺ + H₂O→NH₄OH + H⁺

Lipidy

Tłuszcze ulegają następującym reakcjom:

• Zmydlania (hydrolizie zasadowej), w wyniku której powstają mydła (sole sodowe lub potasowe) wyższych kwasów tłuszczowych):

tłuszcz + zasada sodowa albo potasowa = mydło + gliceryna

• Hydrogenacji (utwardzanie tłuszczów), w przypadku tłuszczów nienasyconych (płynnych) do nasyconych (ciała stałe)

• Wymiany wewnątrzcząsteczkowej albo międzycząsteczkowej reszt kwasów tłuszczowych triacyloglicerolu

• Polimeryzacji, dla lipidów nienasyconych

• Autooksydacji, charakterystycznej dla lipidów, które posiadają wiązania wielokrotne, z utworzeniem aldehydów:

Przykład:

CH₃-(CH₂)₇-CH=CH-(CH₂)₇-COOH → CH₃-(CH₂)₇-CHO + OHC-(CH₂)₇-COOH

Kwas oleinowy Kwas 9-okso-nonanowy

Węglowodany (cukry, sacharydy)

Posiadają wzór ogólny:

C_m(H₂O)_n

Cukry proste (monosacharydy)

Najprostszym cukrem jest aldehyd glicerynowy (aldotrioza) tworzy 2 izomery optyczne (enancjomery):

Do najważniejszych z nich należy glukoza oraz fruktoza:

Monosacharydy ulegają reakcjom:

• Mutarotacji, czyli przejścia formy pierścieniowej w łańcuchową albo odwrotnie

Przykład: glukoza

Postać pierścieniowa może zostać utworzona prze monocukry zawierające więcej niż 3 atomy węgla

w cząsteczce. Zamknięcie formy łańcuchowej łączy się z utworzeniem wiązania półacetalowego (hemiacetalowego) pomiędzy grupą wodorotlenkową przedostatniego atomu węgla a grupą aldehydową

lub ketonową. Cząsteczki pierścieniowe również tworzą izomery. W przypadku heksoz wyróżniamy dwa anomery (rodzaje cząsteczek różniące się położeniem grupy OH przy atomie węgla C1 glukozy lub C2 fruktozy) dla rodziny D: α, w którym grupa hydroksylowa leży pod płaszczyzną pierścienia i β, w którym grupa hydroksylowa leży ponad płaszczyzną pierścienia.

Obydwa anomery wstępują równocześnie w różnych ilościach. Ich obecność wpływa na własność fizyczną jaką wykazują cukry, a mianowicie: skręcalność właściwą. Przechodzenie jednej formy w drugą w celu ustalenia stanu równowagi nosi nazwę mutarotacji.

• Glukoza pod wpływem enzymów ulega fermentacji alkoholowej:

• Epimeryzacji

Glukoza oraz fruktoza są izomerami, czyli związkami o takim samym wzorze strukturalnym, a różnej budowie. Jeśli w cząsteczce jest n atomów węgla asymetrycznych, wówczas związek ten ma 2ⁿ/2 par enancjomerów, czyli 2ⁿ stereoizomerów.

Wszystkie cukry występujące w organizmie posiadają konfigurację D (co wiąże się z rozmieszczeniem podstawników przy atomie węgla chiralnym).

Dwucukry (bisacharydy)

Zbudowane są one z dwóch cukrów prostych połączonych wiązaniem glikozydowym. Ich wzór ogólny przedstawia się następująco:

C₁₂H₂₂O₁₁

Przykład: sacharoza, w której występuje wiązanie α ,β-1,2-glikozydowe

Bisacharydy ulegają hydrolizie do cukrów prostych

Przykład:

Wielocukry (polisacharydy)

Najpowszechniejsze z nich to skrobia oraz celuloza (błonnik).

Skrobia

Ten wielocukier o wzorze ogólnym (C₆H₁₂O₅)_n (gdzie n wynosi od paruset do paru dziesięciu tysięcy) składa się z cząsteczek glukozy tworzącej proste lub rozgałęzione łańcuchy połączone wiązaniami α-1,4 (w amylazie stanowiąc 20%) albo α-1,6 (w amylopektynie - 80%).

Hydrolizuje zgodnie z równaniem reakcji:

(C₆H₁₀O₅)_n +nH₂O = n C₆H₁₂O₆

Skrobia nie ulega rozpuszczeniu w wodzie. Po ogrzaniu tworzy z nią koloid, potocznie zwany krochmalem.

Celuloza

Ten cukier nierozpuszczalny w wodzie, składający się z glukozy połączonej wiązaniami β-1,4, hydrolizuje według równania:

(C₆H₁₀O₅))_x + xH₂O = x C₆H₁₂O₆

Białka

Związki te składają się z łańcucha węglowodorowego oraz kilku grup funkcyjnych, z których zasadnicze znaczenie maja grupa karboksylowa oraz aminowa. Najmniejszym składowym elementem jest aminokwas. Znanych jest 20 podstawowych tego typu związków.

Sekwencja aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym nosi nazwę struktury pierwszorzędowej.

Oddziaływanie łańcucha ze sobą poprzez wiązania wodorowe, mostki disiarczkowe tworzy strukturę drugorzędową. Może przyjmować ona formę α - prawoskrętnej helisy albo β - posiadającej kształt harmonijki. Struktura trzeciorzędowa, natomiast, determinowana jest przez dalsze oddziaływanie międzycząsteczkowe, takie jak: jonowe pomiędzy resztami przeciwnie naładowanymi czy hydrofobowe, występujące pomiędzy niepolarnymi resztami węglowodorowymi.

W niektórych białkach, składających się z kilku łańcuchów można mówić o strukturze czwartorzędowej (oddziaływanie różnych łańcuchów polipeptydowych).

Prawidłowe pofałdowanie łańcucha polipeptydowego zasadniczo wpływa na jego funkcję, nawet najmniejszy "błąd" ma zazwyczaj tragiczne skutki. Przykładem mogą być choroby genetyczne, które polegają na niemożności syntezy jakiegoś enzymu czy hormonu. Żywy organizm do prawidłowego działania potrzebuje wiele tysięcy prawidłowych struktur białkowych, a brak którejkolwiek z nich zaburza jego homeostazę.

Kwasy nukleinowe

Do tego rodzaju kwasów, stanowiących polinukleotydy, zalicza się DNA oraz RNA. Kolejne nukleotydy zespolone są za pomocą wiązań diestrowych. W przypadku DNA są to wiązania 5'-3', natomiast

w RNA - 3'-5'.

Kwasy nukleinowe zawierają także zasady:

• Purynowe, do których zalicza się:
  • Adeninę
  • Guaninę
• Pirymidynowe, a więc:
  • Cytozyna
  • Tymina (w DNA)
  • Uranyl (w RNA)

Strukturę DNA opracowali Watson oraz Crick. Składa się ono z dwóch polinukleotydowych łańcuchów, przeciwstawnie ułożonych. Zasady (adermina, guanina, tymina, cytozyna) położone są pomiędzy obydwoma łańcuchami, naprzeciwko siebie, oddziałując przy udziale wiązań wodorowych. Na zewnątrz struktury występują reszty cukrów. Cała konstrukcja ma postać spiralną, prawoskrętną. W jednym skręcie znajduje się 10 zasad.

RNA, w odróżnieni od DNA, posiada parę pętli.