Азотсодержащие органические соединения общая характеристика. Общие особенности строения аминов

Соединения, содержащие в структуре своих молекул атомы азота, широко распространены в природе (белковые вещества, физиологически активные соединения, полимерные материалы и т.д.). К наиболее простым относятся:

а) нитрозосоединения

б) нитросоединения

в
) амины:

г) диазосоединения

д) азосоединения

ж) нитрилы

з) аминоспирты, аминокислоты, аминосахара и т.д.

Нитросоединения

Нитросоединения – вещества, содержащие в своем составе нитрогруппу –NO 2 (может быть одна или несколько). В зависимоси от углеводоодного радикала различают алифатические (насыщенные и ненасыщенные), ациклические, ароматические, гетероциклические. По типу углерода, с которым связана нитрогруппа – первичные, вторичные, третичные нитросоединения.

Стронение нитрогруппы отличается рядом особенностей, которые влияют на физические и химические свойства нитросоединений. Установлено, что оба атома кислорода в нитрогруппе абсолютно равноценны и строение нитрогруппы может быть изображено в виде:

т.е электронная плотность распределена равномерно

При названии нитросоединений к названию соответствующего углеводорода добавляется приставка нитро-:

Изомерия связана со строением углеводородного радикала и положением нитрогруппы.

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ

1. Нитрование алканов (реакция Коновалова)

2. Нитрование аренов

3. Алкилирование нитритов галогенопроизводными

4. Окисление первичных ароматических аминов перкислотами

Физические свойства

Нитросоединения алифатические – высококипящие жидкости с приятным запахом, плохо или совсем не растворимые в воде. Начиная с С 4 – ρ>1. Ароматические нитросоединения – жидкости или твердые вещества, имеющие запах горького миндаля, ядовиты. Из-за наличия семиполярной связи в молекулах нитросоединения обладают повышенной полярностью, высокими t кип. и t пл. , большим электрическим дипольным моментом. При накоплении в молекуле нитрогрупп полинитросоединения становятся взрывчатыми.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Химические свойства обусловлены наличием нитрогруппы, строением углеводородного радикала и влиянием их друг на друга.

1. Восстановление. Проводится в кислой, щелочной либо нейтральной среде до образования первичных аминов. В зависимости от условий и характера восстановителя образуются различные промежуточные продукты.

1.1. Восстановление в кислой среде Fe или Sn. Промежуточные продукты выделить не удается:

1.2. Восстановление в нейтральной среде осуществляется Zn. Можно остановить реакцию и выделить фенилгидроксиламин (стадии 1, 2, 3).

1.3. Восстановление в щелочной среде позволяет выделить промежуточно образующиеся азоксибензол, азобензол и гидразобензол:

Любые продукты реакции восстановления можно получить электрохимическим путем, подобрав соответствующий режим электролиза.

2. Окислительно-восстановительные реакции . Так как нитрогруппа обладает достаточно сильным окислительным действием, которое может проявляться внутримолекулярно при подборе соответствующих условий. При этом атом азота – восстанавливается, а соседний с ним атом углерода – окисляется.

Первичные нитросоединения под действием концентрированных минеральных кислот при нагревании образуют карбоновую кислоту и гидроксиламин:

Под действием разбавленных минеральных кислот из первичных аминов образуются альдегиды, из вторичных – кетоны (реакция Нефа):

В ароматических аминах окисляется углеводородная цепочка (если такая имеется), находящаяся в о -положении по отношению к нитрогруппе:

3. Действие щелочей (таутомерия нитросоединений). Реакция протекает только для первичных и вторичных нитросоединений (третичные со щелочами не реагируют). Так как группа –NO 2 обладает сильными акцепторными свойствами, водород в α-положении по отношению к ней обладает повышенной подвижностью. Поэтому нитросоединения могут медленно растворяться в щелочах с образованием соли аци-формы, которая при дальнейшем подкислении переходит в аци-нитроформу (нитроновую кислоту), а последняя – в нитроформу. Такой переход форм друг в друга называется таутомерным.

4. Действие азотистой кислоты . Позволяет различить первичные и вторичные нитросоединения (третичные – не реагируют). Реакция также обусловлена подвижностью водорода в α-положении. Первичные при взаимодействии с HNO 2 образуют α-нитрозонитросоединения, таутомерные с нитроловыми кислотами:

Щелочные соли нитроловых кислот имеют ярко-красный цвет.

Вторичные нитросоединения с HNO 2 образуют псевдонитролы:

Растворы псевдонитролов в эфире и хлороформе имеют синий цвет.

5. Конденсация с альдегидами . Подвижность водорода в α-положении позволяет провести реакции конденсации с альдегидами по альдольно-кротоновому типу.

Если для конденсации используется бензальдегид, промежуточный альдоль из-за своей неустойчивости практически сразу переходит в β-нитростиролов:

6. Реакции углеводородных радикалов . Алифатические нитросоединения могут быть прогалогенированы в присутствии щелочей в α-положение.

Непредельные нитросоединения проявляют все свойства кратных связей (кроме реакции восстановления). Присоединение к α, β-кратным связям идет против правила Марковникова, так как группа –NO 2 проявляет сильные акцепторные свойства.

Для ароматических нитросоединений реакции электрофильного замещения протекают более трудно, чем для бензола, так как нитрогруппа является заместителем 2-го рода (электроноакцепторный заместитель), затрудняет реакции с электрофильными реагентами.

Реакции с нуклеофильными реагентами нитрогруппа облегчает. При кипячении с КОН образуется смесь о - и п -нитрофенолятов калия:

При увеличении числа нитрогрупп, стоящих в м -положении по отношению друг к другу, нитросоединения проявляют еще большую реакционноспособность по отношению к нуклеофильным реагентам. Тринитробензол в щелочной среде окисляется очень слабыми окислителями (железосинеродистым калием) до пикриновой кислоты:

Азот, как и кислород, часто входит в состав органических веществ, и его соединения необходимы для живых организмов.

Соединения, содержащие азот, отличаются большим разнообразием, чем кислородсодержащие. Это связано с тем, что у азота валентность выше и при этом он имеет три гибридных состояния, подобно атому углерода. Соединения с одинарной связью С-Ы называются амины, с двойной связью С=Ы - имины, с тройной связью С=К - нитрилы.

Существенное отличие азота от кислорода заключается в том, что азот может входить в органические соединения как в восстановленном, так и в окисленном состоянии. Электроотрицательность азота (х = 3,0) выше, чем у углерода (х = 2,5), и ниже, чем у кислорода (х = 3,5). Если азот связан с углеродом и водородом, то его степень окисления -3. В соединениях, содержащих нитрогруппу -Ж) 2 , азот связан с кислородом и углеродом и находится в степени окисления +3. Органические соединения с окисленным азотом содержат внутренний запас окислителя. При наличии нескольких нитрогруп в молекуле соединение становится взрывчатым. К веществам такого типа принадлежит 2,4,6-тринитротолуол (тротил).

Восстановленный азот придает органическим соединениям те же свойства, что и кислород: полярность, основность и кислотность, способность

образовывать водородные связи. Однако полярность азотсодержащих соединений меньше, а водородные связи слабее, чем у кислородсодержащих. Поэтому по некоторым физическим свойствам амины оказываются между углеводородами и спиртами. В то время как все спирты при обычных условиях являются жидкостями, некоторые амины газообразные вещества:

Азот в состоянии вр 3 -гибридизации - хороший донор электронной пары. Поэтому, как мы уже знаем, амины проявляют довольно сильные основные свойства. В меньшей мере донорные свойства выражены у азота в состоянии $р 2 -гибридизации. Кислотные свойства азотсодержащих органических соединений гораздо слабее, чем кислородсодержащих. Но при участии электронов азота в сопряжении с тг-электронам и углерода кислотные свойства проявляются.

Один из классов азотсодержащих веществ - амины. Так называются азотсодержащие органические вещества, в которых атом азота соединен с углеводородными радикалами и соответствующим числом атомов водорода. В зависимости от числа радикалов различают:

- первичные амины ЯМН 2 ;
- вторичные амины КИ/ЫН;
- третичные амины КК"К"Ы.

Следует обратить внимание, что понятия первичных, вторичных и третичных аминов не совпадают с соответствующими понятиями для спиртов.

Различают гомологические ряды предельных, непредельных и ароматических аминов. Здесь также имеется различие в терминологии, если сравнивать спирты и амины. В ароматических спиртах гидроксогруппа должна быть связана с атомом углерода в радикале, а не в ароматическом цикле. В случае азотсодержащих соединений вещество с группой ЫН 2 , связанной с ароматическим циклом, тоже считается амином.

Амины с небольшой молекулярной массой представляют собой жидкие или газообразные вещества, хорошо растворимые в воде. Они имеют неприятный запах, напоминающий запах аммиака. Специфический запах рыбы также связан с присутствием аминов. У высших аминов появляются те же особенности, какие отмечались у спиртов и кислот, - растворимость в воде уменьшается и появляется поверхностная активность.

Получение аминов. Один из способов получения аминов аналогичен получению спиртов. Это реакции галогенпроизводных углеводородов с аммиаком, идущие по механизму нуклеофильного замещения:

Амин здесь не может оказаться непосредственным продуктом реакции, так как образующийся хлороводород реагирует с ним как с основанием.

давая соль амина. Для выделения свободного амина полученную соль обрабатывают щелочью:

Галогенпроизводное углеводорода реагирует не только с аммиаком, но и с первичным амином. При этом образуется вторичный амин, а на следующей стадии - третичный амин:

Амины получаются также гидрогенизацией нитрилов:

Ароматические амины получаются восстановлением нитросоединений. В качестве восстановителей используются металлы в кислой среде:

Этот ароматический амин называется анилин. Реакция восстановления нитросоединений открыта Н. Н. Зининым в 1842 г. В промышленности нитробензол восстанавливают водородом на никелевом катализаторе при ~300°С. Анилин стал очень важным промежуточным продуктом, применяемым для производства красителей, полимеров, лекарств и др. Мировое производство анилина - свыше 1 млн т в год.

Химические свойства аминов. Амины относятся к числу веществ, способных гореть с образованием С0 2 , Н 2 0 и азота Ы 2 .

Как основания амины подобны аммиаку, от которого производятся замещением водорода на углеводородные радикалы. Эти радикалы влияют на силу оснований. Воздействие индуктивного и мезомерного эффектов на основные свойства в целом противоположно их воздействию на кислотные свойства. Предельные спирты по кислотным свойствам слабее воды, а предельные амины по основным сильнее аммиака; фенолы по кислотным свойствам значительно сильнее спиртов, а анилин по основным свойствам значительно слабее предельных аминов.

В предельных аминах +/-эффект радикала повышает электронную плотность на азоте, поэтому увеличивается способность азота отдавать электронную пару для образования донорно-акцепторной связи. В анилине электронная пара азота участвует в сопряжении с ароматическими тт-электронами и становится менее доступной для образования донорноакцепторной связи. Поэтому вещества располагаются в следующий ряд по ослаблению основных свойств:

предельные амины > ЫН 3 > ароматические амины.

Пример 22.15. В каком направлении смещено равновесие реакции между этил- амином и гидрохлоридом анилина?

Решение. Этиламин более сильное основание, чем анилин. Поэтому равновесие смещено в сторону образования анилина:

Амины в качестве оснований реагируют с ионами металлов, образуя комплексные соединения. Ион металла выступает акцептором электронной пары азота, как и в случае реакций с аммиаком. Известно очень много комплексных соединений металлов (/-блока с разнообразными аминами. При смешивании растворов сульфата меди и метиламина образуется интенсивно окрашенный раствор более чистого синего оттенка, чем в случае реакции с аммиаком (параграф 210):

диамины типа гШ 2 СН 2 СН 2 1Н 2 дают более прочные комплексы, чем моноамины, так как каждая молекула имеет два донорных атома азота и присоединяется двумя донорно-акцепторными связями.

Первичные амины под действием азотистой кислоты (или нитрита натрия в кислой среде) дезаминируются, превращаясь в спирты:

В первичных и вторичных аминах водород аминогруппы замещается на углеводородные радикалы при реакциях с галогенпроизводными (см. получение аминов). Амин с галогенангидридом дает амид кислоты, в котором имеется радикал, связанный с азотом:

Третичные амины присоединяют галогенпроизводные углеводородов с образованием четырехзамещенных (четвертичных) солей аммония:

Это кристаллические, хорошо растворимые в воде вещества. В отличие от обычных солей аммония они не гидролизуются и не разлагаются щелочами.

В анилине и других ароматических аминах группа ЫН 2 проявляет положительный мезомерный эффект, ускоряя реакции электрофильного замещения в ароматическом радикале. Анилин обесцвечивает бромную воду, образуя при этом белый осадок триброманилина.

Аминами называются производные аммиака NH 3 , в молекуле которого один или несколько атомов водорода замещены остатками углеводородов.

Аминами можно рассматривать и как производные углеводородов, образованные замещением атомов водорода в углеводородах на группы

 NH 2 (первичный амин);  NHR (вторичный амин);  NR " R " (третичный амин).

В зависимости от числа атомов водорода у атома азота, замещенных радикалами, амины называют первичными, вторичными или третичными.

Группа - NH 2 , входящая в состав первичных аминов, называется аминогруппой. Группа >NH во вторичных аминах называется иминогруппой .

Номенклатура аминов

Обычно амины называют по тем радикалам, которые входят в их молекулу, с прибавлением слова амин.

СН 3 NH 2 – метиламин; (СН 3) 2 NH – диметиламин; (СН 3) 3 N – триметиламин.

Ароматические амины имеют особенности номенклатуры.

С 6 Н 5 NH 2 – фениламин или анилин.

Физические свойства аминов

Первые представители аминов – метиламин, диметиламин, триметиламин – представляют собой при обычной температуре газообразные вещества. Остальные низшие амины – жидкости. Высшие амины – твердые вещества.

Первые представители, подобно аммиаку, растворяются в воде в больших количествах; высшие амины в воде нерастворимы.

Низшие представители обладают сильным запахом. Метиламин CH 3 NH 2 содержится в некоторых растениях, имеет запах аммиака; триметиламин в концентрированном состоянии имеет запах, сходный с запахом аммиака, но в малых концентрациях, с которыми обычно приходится встречаться, имеет очень неприятный запах гнилой рыбы.

Триметиламин (CH 3) 3 N в довольно больших количествах содержится в селедочном рассоле, а также в ряде растений, например, в цветах одного вида боярышника.

Диамины – это группа соединений, которые можно рассматривать как углеводороды, в молекулах которых два атома водорода замещены аминогруппами (NH 2).

Путресцин был впервые найден в гное. Он представляет собой тетраметилендиамин:

Н 2 С – СН 2 – СН 2 – СН 2

  тетраметилендиамин

Кадаверин, гомолог путресцина, был найден в разлагающихся трупах (cadaver – труп), он является пентаметилендиамином:

Н 2 С – СН 2 – СН 2 – СН 2 – СН 2

  пентаметилендиамин

Путресцин и кадаверин образуются из аминокислот при гниении белковых веществ. Оба вещества – сильные основания.

Органические основания, образующиеся при гниении трупов (в том числе путресцин и кадаверин), объединяют общим названием птомаины . Птомаины ядовиты.

Следующий представитель диаминов – гексаметилендиамин – применя-ется для получения ценного синтетического волокна – найлона.

Н 2 С – СН 2 – СН 2 – СН 2 – СН 2 – СН 2

  гексаметилендиамин

Способы получения аминов

1. Действие аммиака на алкилгалогениды (галогенуглеводороды) - реакция Гофмана.

Начальная реакция:

СН 3 I+NH 3 = I

I+NH 3 CH 3 NH 2 +NH 4 I

метиламин

CH 3 NH 2 + СН 3 I[(CH 3) 2 NH 2 ]I

диметиламмонийиодид

[(CH 3) 2 NH 2 ]I + NH 3  (CH 3) 2 NH + NH 4 I

диметиламин

(CH 3) 2 NH + СН 3 I  [(CH 3) 3 NH]I

триметиламмонийиодид

[(CH 3) 3 NH]I + NH 3  (CH 3) 3 N + NH 4 I

триметиламин

(CH 3) 3 N + СН 3 I  [(CH 3) 4 N]I

тетраметиламмонийиодид –

соль четырехзамещенного аммония

Исходный метиламин может быть получен и следующим образом:

I + NaOH = CH 3 NH 2 + NaI + H 2 O

метиламин

В результате этих реакций получается смесь замещенных солей аммония (на первых стадиях реакцию остановить невозможно).

Подобная реакция позволяет получать так называемые инвертные мыла , мыла, которые используются в кислой среде.

(CH 3) 3 N+ С 16 Н 33 Cl[(CH 3) 3 NС 16 Н 33 ]Cl

триметилцетиламмоний хлорид

Моющим действием здесь обладает не анион, как в обычных мылах, а катион. Особенность этого мыла в том, что они используются в кислой среде.

Такие мыла не сушат кожу, имеющую, как известно, кислую среду с

В структуру инвертного мыла можно ввести заместитель, проявляющий антимикробную активность. В этом случае синтезируют бактерицидные мыла, используемые в хирургической практике.

2. Восстановление нитросоединений (катализатор никель)

СН 3 NO 2 + 3H 2 =CH 3 NH 2 + 2Н 2 О

3. В природных условиях алифатические амины образуются в результате гнилостных бактериальных процессов разложения азотистых веществ – в первую очередь при разложении аминокислот, образующихся из белков. Такие процессы происходят в кишечнике человека и животных.

Химические свойства аминов

1. Взаимодействие с кислотами

Амин + кислота = соль

Реакция аналогична реакции образования солей аммония:

NH 3 +HCl=NH 4 Cl

аммиак хлорид аммония

CH 3 NH 2 +HCl= Cl

метиламин хлорид метиламмония

2. Реакция с азотистой кислотой

Эта реакция дает возможность различать первичные, вторичные и третичные алифатические, а также ароматические амины, т.к. они по-разному относятся к действию азотистой кислоты.

Азотистая кислота используется в момент выделения по реакции разбавленной соляной кислоты с нитритом натрия, проводимой на холоду:

NaNO 2 (тв) +HCl(водн)NaCl(водн) +HON=O(водн)

Амины. Эти органические соединения являются производными аммиака. Их можно рассматривать как продукты замещения одного, двух или трех атомов водорода в молекуле аммиака углеводородными радикалами:

H ─ N: CH 3 ─ N: CH 3 ─ N: CH 3 ─ N:

аммиак метиламин диметиламин триметиламин

Амины представляют собой органические основания. За счет неподеленной пары электронов у атома азота их молекулы, подобно молекуле аммиака, могут присоединять протоны:

CH 3 ─ N: + Н─О─Н → СН 3 ─ N─Н ОН -

гидроксид метиламмония

Аминокислоты и белки

Большое биологическое значение имеют аминокислоты - соединения со смешенными функциями, в которых, как в аминах, содержатся аминогруппы ─ NН 2 и одновременно, как в кислотах, - карбоксильные группы ─СООН.

Строение аминокислот выражается общей формулой (где R- углеводородный радикал, который может содержать и различные функциональные группы):

Н 2 N─CH ─ C─OH

Н 2 N─CH 2 ─ C─OH Н 2 N─CH ─ C─OH

глицин аланин

Аминокислоты - амфотерные соединения: они образуют соли с основаниями (за счет карбоксильной группы) и с кислотами (за счет аминогруппы).

Ион водорода, отщепляющийся при диссоциации от карбоксила аминокислоты, может переходить к ее аминогруппе с образованием аммониевой группировки. таким образом, аминокислоты существуют и вступают в реакции также в виде биполярных ионов (внутренних солей):

Н 2 N─CH ─ COOH ↔ Н 3 N + ─CH ─ COO -

аминокислота биполярный ион

(внутренняя соль)

Этим объясняется, что растворы аминокислот, содержащих одну карбоксильную и одну аминогруппу, имеют нейтральную реакцию.

Из молекул аминокислот строятся молекулы белковых веществ, или белков, которые при полном гидролизе под влиянием минеральных кислот, щелочей или ферментов распадаются, образуя смеси аминокислот.

Белки - природные высокомолекулярные азотсодержащие органические соединения. Они играют первостепенную роль во всех жизненных процессах, являются носителями жизни.

В состав белков входят углерод, водород, кислород, азот и, часто сера, фосфор, железо. Молекулярные массы белков очень велики - от 1500 до нескольких миллионов.

Структуру молекулы белка можно представить следующим образом:

R R′ R R" R"′

│ │ │ │ │

Н 2 N─CH ─ C─... НN─CH ─ C─.... НN─CH ─ C─... НN─CH ─ C─.... НN─CH ─ C─ОН

║ ║ ║ ║ ║

В молекулах белков многократно повторяются группы атомов ─СО─NH─; их называют амидными, или в химии белков - пептидными группами.

Задачи, контрольные вопросы

1. Сколько м 3 оксида углерода (IV) образуется при сжигании: а) 5 м 3 этана; б) 5 кг этана (н.у.)?

2. Напишите структурные формулы алкенов нормального строения, содержащих: а) четыре; б) пять; в) шесть атомов углерода.

3. Напишите структурную формулу н-пропанола.

4. Какие соединения относятся к карбонильным? Приведите примеры, напишите структурные формулы и укажите в них карбонильную группу.

5. Что такое углеводы? Приведите примеры.

Важнейшие органические и неорганические полимеры,

их строение и классификация

Высокомолекулярными соединениями, или полимерами , называют сложные вещества с большими молекулярными массами (порядка сотен, тысяч, миллионов), молекулы которых построены из множества повторяющихся элементарных звеньев, образующихся в результате взаимодействия и соединения друг с другом одинаковых или разных простых молекул - мономеров.

Олигомер - молекула в виде цепочки из небольшого числа одинаковых составных звеньев. Этим олигомеры отличаются от полимеров, в которых число звеньев теоретически неограниченно. Верхний предел массы олигомера зависит от его химических свойств. Свойства олигомеров сильно зависят от изменения количества повторяющихся звеньев в молекуле и природы концевых групп; с момента, когда химические свойства перестают изменяться с увеличением длины цепочки, вещество называют полимером.

Мономер - вещество, состоящее из молекул, каждая из которых может образовывать одно или несколько составных звеньев.

Составное звено - атом или группа атомов, входящих в состав цепи молекулы олигомера или полимера.

Степень полимеризации - число мономерных звеньев в макромолекуле.

Молекулярная масса является важной характеристикой высокомолекулярных соединений - полимеров, определяющая их физические (и технологические) свойства. Число мономерных звеньев, входящих в состав различных молекул одного и того же полимерного вещества различно, вследствие чего молекулярная масса макромолекул полимера также неодинакова. Поэтому при характеристике полимера говорят о среднем значении молекулярной массы. В зависимости от способа усреднения - принципа, лежащего в основе метода определения молекулярной массы, различают три основных типа молекулярных масс.

Среднечисловая молекулярная масса - усреднение по числу макромолекул в полимере:

v i -числовая доля макромолекул с молекулярной массой M i , N - число фракций

Среднемассовая молекулярная масса - усреднение по массе молекул в полимере:

Где w i - массовая доля молекул с молекулярной массой M i .

Молекулярно-массовое распределение (ММР) полимера (или его полидисперсность) - является его важнейшей характеристикой и определяется соотношением количеств n i макромолекул c различной молекулярной массой M i в данном полимере. ММР оказывает существенное влияние на физические характеристики полимеров, и, прежде всего, на механические свойства.

ММР характеризуют числовой и массовой долей макромолекул, чьи молекулярные массы (М), лежат в интервале от M до M+dM . Определяют числовую и массовую дифференциальные функции ММР:

dN M - число макромолекул в интервале dM ;

dm M - масса макромолекул в интервале dM ;

N 0 - общее число макромолекул в образце массой m 0 .

Для количественного сравнения ММР различных полимеров пользуются соотношениями средних значений их молекулярных масс.

Классификация полимеров

По происхождению полимеры делятся на:

природные (биополимеры ), например белки, нуклеиновые кислоты, смолы природные,

и синтетические , например, полиэтилен, полипропилен, феноло-формальдегидные смолы.

Атомы или атомные группы могут располагаться в макромолекуле в виде:

открытой цепи или вытянутой в линию последовательности циклов (линейные полимеры , например каучук натуральный);

цепи с разветвлением (разветвленные полимеры , например амилопектин),

трехмерной сетки (сшитые полимеры , сетчатыми, или пространственными, называются полимеры, построенные из длинных цепей, соединенных друг с другом в трехмерную сетку поперечными химическими связями; например отверждённые эпоксидные смолы). Полимеры, молекулы которых состоят из одинаковых мономерных звеньев, называются гомополимерами (например поливинилхлорид, поликапроамид, целлюлоза).

Макромолекулы одного и того же химического состава могут быть построены из звеньев различной пространственной конфигурации. Если макромолекулы состоят из одинаковых стереоизомеров или из различных стереоизомеров, чередующихся в цепи в определенной периодичности, полимеры называются стереорегулярными .

Полимеры, макромолекулы которых содержат несколько типов мономерных звеньев, называются сополимерами .

Сополимеры, в которых звенья каждого типа образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах макромолекулы, называются блоксополимерами .

К внутренним (неконцевым) звеньям макромолекулы одного химического строения могут быть присоединены одна или несколько цепей другого строения. Такие сополимеры называются привитыми .

Полимеры, в которых каждый или некоторые стереоизомеры звена образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах одной макромолекулы, называются стереоблоксополимерами .

В зависимости от состава основной (главной) цепи полимеры, делят на: гетероцепные , в основной цепи которых содержатся атомы различных элементов, чаще всего углерода, азота, кремния, фосфора,

и гомоцепные , основные цепи которых построены из одинаковых атомов.

Из гомоцепных полимеров наиболее распространены карбоцепные полимеры, главные цепи которых состоят только из атомов углерода, например полиэтилен, полиметилметакрилат, политетрафторзтилен.

Примеры гетероцепных полимеров - полиэфиры (полиэтилентерефталат, поликарбонаты), полиамиды, мочевино-формальдегидные смолы, белки, некоторые кремнийорганические полимеры.

Полимеры, макромолекулы которых наряду с углеводородными группами содержат атомы неорганогенных элементов, называются элементоорганическими . Отдельную группу полимеров образуют неорганические полимеры, например пластическая сера, полифосфонитрилхлорид.

Важнейшие природные и искусственные полимеры. Биополимеры.

Примерами природных высокомолекулярных соединений (биополимеров) могут служить крахмал и целлюлоза, построенные из элементарных звеньев, являющихся остатками моносахарида (глюкозы), а также белки, элементарные звенья которых представляют собой остатки аминокислот; сюда же относятся природные каучуки.

В настоящее время создано огромное количество искусственных полимеров. На основе их получают пластические массы (пластмассы ) - сложные композиции, в которые вводят различные наполнители и добавки, придающие полимерам необходимый комплекс технических свойств, - а также синтетические волокна и смолы.

Полиэтилен - полимер, образующийся при полимеризации этилена, например, при сжатии его до 150 -250 МПа при 150-200 0 С (полиэтилен высокого давления)

СН 2 =СН 2 + СН 2 =СН 2 + СН 2 =СН 2 → ... ─СН 2 ─СН 2 ─СН 2 ─СН 2 ─СН 2 ─СН 2 ─СН 2 ─...

полиэтилен

или n СН 2 =СН 2 →(─СН 2 ─СН 2 ─) n

Полиэтилен - предельный углеводород с молекулярной массой от 10 000 до 400 000. Он представляет собой бесцветный полупрозрачный в тонких и белый в толстых слоях, воскообразный, но твердый материал с температурой плавления 110-125 0 С. Обладает высокой химической стойкостью и водонепроницаемостью, малой газопроницаемостью.

Полипропилен - полимер пропилена

СН 3 СН 3 СН 3

пропилен полипропилен

В зависимости от условий полимеризации получают полипропилен, различающийся по структуре макромолекул, а. следовательно, и по свойствам. По внешнему виду это каучукоподобная масса, более или менее твердая и упругая. Отличается от полиэтилена более высокой температурой плавления.

Полистирол

n СН 2 =СН → ─СН 2 ─СН─СН 2 ─СН─

С 6 Н 5 С 6 Н 5 С 6 Н 5

стирол полистирол

Поливинилхлорид

n СН 2 =СН → ─СН 2 ─СН─СН 2 ─СН─

винилхлорид поливинилхлорид

Это эластичная масса, очень стойкая к действию кислот и щелочей.

Политетрафторэтилен

n СF 2 =С F 2 → (─ СF─СF─) n

тетрафторэтилен политетрафторэтилен

Политетрафторэтилен выпускается в виде пластмассы, называемой тефлоном, или фторопластом. Весьма стоек по отношению к щелочам и концентрированным кислотам, по химической стойкости превосходит золото и платину. Негорюч, обладает высокими диэлектрическими свойствами.

Каучуки - эластичные материалы, из которых путем специальной обработки получают резину.

Натуральный (природный) каучук представляет собой высокомолекулярный непредельный углеводород, молекулы которого содержат большое количество двойных связей, состав его может быть выражен формулой (С 6 Н 8) n (где величина n составляет от 1000 до 3000); он является полимером изопрена:

n СН 2 =С─СН=СН 2 → ─ СН 2 ─С=СН─СН 2 ─

СН 3 СН 3 n

натуральный каучук (полиизопрен)

В настоящее время производится много различных видов синтетических каучуков. Первый синтезированный каучук (способ предложен Лебедевым С.В. в 1928 г.) - полибутадиеновый каучук:

n СН 2 =СН─СН=СН 2 → (─СН 2 ─СН=СН─СН 2 ─) n

Амины - органические производные аммиака NH 3 , в молекуле которого один, два или три атома водорода замещены на углеводородные радикалы:

Простейший представитель - метиламин:

Классификация. Амины классифицируют по двум структурным признакам:

по количеству радикалов, связанных с атомом азота, различают: первичные (один радикал), вторичные (два радикала), третичные (три радикала) (табл. 7.2);
по характеру углеводородного радикала амины подразделяются на алифатические (жирные) - производные алканов, ароматические и смешанные (или жирноароматические).

Таблица 7.2

Номенклатура аминов. Названия большинства аминов образуются из названий углеводородного радикала (радикалов в порядке увеличения) и суффикса -амин. Первичные амины также часто называют как производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на аминогруппы NH 2 . Аминогруппа при этом рассматривается как заместитель, а ее местоположение указывается цифрой в начале названия. Например:

Аминокислотами называются соединения, молекулы которых содержат одновременно амино- и карбоксильную группы. Простейшим представителем их является аминоуксусная кислота (глицин):

В составе молекулы аминокислоты могут содержаться несколько карбоксильных или аминогрупп, а также другие функциональные группы. В зависимости от положения аминогруппы по отношению к карбоксилу различают альфа- (а), бетта- (Р), гамма- (у), дельта- (Д), элсмлол-аминокислоты (е) и т.д.:

2-аминопропановая кислота (сс-аминопропиновая, аланин);

Альфа-аминокислоты играют важнейшую роль в процессах жизнедеятельности живых организмов, так как являются теми соединениями, из которых строится молекула любого белка. Все а-аминокислоты, часто встречающиеся в живых организмах, имеют тривиальные названия, которые обычно и употребляются. (Представители некоторых альфа-аминокислот приведены в табл. 7.3.)

Таблица 7.3

Аминокислоты - твердые кристаллические вещества с высокой температурой плавления, при плавлении разлагаются. Хорошо растворимы в воде, водные растворы электропроводны. Важнейшим химическим свойством амнокислот является межмолекулярное взаимодействие а-аминокислот, которое приводит к образованию пептидов. При взаимодействии двух а-аминокислот образуется дипептид. Межмолекулярное взаимодействие трех а-аминокислот приводит к образованию трипептида и т.д. Фрагменты молекул аминокислот, образующие пептидную цепь, называются аминокислотными остатками, а связь СО-NH - пептидной связью.

Аминокислоты находят применение во многих сферах. Их используют в качестве пищевых добавок. Так, лизином, триптофаном и треонином обогащают растительные белки, а метионин включают в блюда из сои. При выработке пищевых продуктов аминокислоты находят применение в роли усилителей вкуса и добавок. Благодаря выраженному мясному вкусу широко используется L-энантиомер мо- нонатриевой соли глутаминовой кислоты. Глицин добавляют как подсластитель, бактериостатическое вещество и антиоксидант. Являясь не только структурными элементами белков и других эндогенных соединений, аминокислоты имеют большое функциональное значение, некоторые из них выступают в качестве нейромедиаторных веществ, другие нашли самостоятельное применение в качестве лекарственных средств. Аминокислоты применяются в медицине в качестве парентерального (т.е., минуя желудочно-кишечный тракт) питания больных, с заболеваниями пищеварительных и других органов. Их также применяют для лечения заболеваний печени, малокровия, ожогов (метионин), язв желудка (гистидин), при нервно-психических заболеваниях (глутаминовая кислота и т.п.). Аминокислоты применяются в животноводстве и ветеринарии для питания и лечения животных, а также в микробиологической, и химической промышленности.

Возможно, будет полезно почитать: