CHEMIA ORGANICZNA 2

CHEMIA ORGANICZNA Notatki – ciąg dalszy Do sprawdzianu, powtórki, do matury

~1~

Zawartość I WĘGLOWODORY.............................................................................................................................. 3 Alkany .................................................................................................................................................. 6 Cykloalkany........................................................................................................................................ 10 Alkeny ................................................................................................................................................ 11 Alkadieny ........................................................................................................................................... 15 Cykloalkeny........................................................................................................................................ 15 Alkiny ................................................................................................................................................. 16 Związki aromatyczne ......................................................................................................................... 18 II JEDNOPOCHODNE ...................................................................................................................... 21 II IZOMERIA....................................................................................................................................... 36 III WIELOPOCHODNE ..................................................................................................................... 39 Hydroksykwasy .................................................................................................................................. 39 Aminokwasy ...................................................................................................................................... 42 IV BIAŁKA ........................................................................................................................................... 46 V WĘGLOWODANY .......................................................................................................................... 49 VI DOŚWIADCZENIA W CHEMII ORGANICZNEJ: .................................................................... 52

~2~

I WĘGLOWODORY 1.

Chemia organiczna – chemia naturalnych i syntetycznych związków węgla, poza:  CO,  CO2,  H2CO3,  węglanów,  węglików,  kwasu HCN, HOCN, HSCN,  cyjanianów,  cyjanków;

2. Teoria strukturalna:  każdy atom węgla w związku organicznym jest IV-wartościowy;  atomy mogą łączyć się w długie łańcuchy wiązaniem pojedynczym, podwójnym lub potrójnym;  łańcuchy są proste lub rozgałęzione;  mogą tworzyć się pierścienie;  atomy węgla mogą łączyć się też z wodorem, azotem, siarką, fosforem, metalami, tlenem. 3. Szereg homologiczny – grupa związków o podobnych właściwościach chemicznych i fizycznych, różniących się grupą –CH2. 4. Przyczyny dużej ilości związków organicznych:  atomy węgla zdolne do katenacji – łączenia się w łańcuchy;  izomeria – zjawisko występowania związku o takim samym składzie chemicznym w różnych postaciach wzorów strukturalnych, różniących się właściwościami chemicznymi i fizycznymi. 5. Rzędowość atomów węgla - zależy od tego, z iloma atomami węgla połączony jest dany atom węgla. Im wyższa rzędowość, tym z większą wydajnością zachodzi reakcja podstawienia.

~3~

6. Rodziaje wzorów stosowanych w chemii organicznej:

a) wzór sumaryczny, inaczej wzór empiryczny – przedstawia liczbę atomów wchodzących w akład danego związku; b) wzór strukturalny – pokazuje wszystkie wiązania pomiędzy poszczególnymi atomami w cząsteczce; c) wzór półstrukturalny – przedstawia tylko wiązania pomiędzy atomami węgla, resztę zwijamy; d) wzór szkieletowy – ma formę rysunku, jest bardzo uproszczony – domyślnie przyjmuje się, że w każdym węźle, oraz na przecięciu wiązań znajduje się atom węgla oraz domyślnie każdy atom węgla otrzymuje tyle atomów wodoru, by spełniona była reguła czterowartościowości dla atomu węgla. 7. Reguła Markownikowa – w reakcji niesymetrycznych reagentów z węglowodorami nienasyconymi, atom wodoru przyłącza się do tego atomu, który jest związany z większą ilością atomów wodoru. (Jak powiedziała pani na chemii: „Już w Biblii powiedziane jest, że każdemu bowiem, kto ma, będzie dodane, tak że nadmiar mieć będzie.”)

~4~

8. Podział węglowodorów:

a) związki nasycone – związki organiczne, w cząsteczkach których pomiędzy atomami węgla występują jedynie wiązania pojedyncze; b) związki nienasycone – związki organiczne, w cząsteczkach których pomiędzy atomami węgla występują wiązania wielokrotne.

9. Metody otrzymywania węglowodorów:

a)

nC

+ (n+1) H2

b)

n CO

CnH2n+2

+ (2n+1) H2

CnH2n+2 + n H2O

c) synteza Wurtza: R1-Cl + R2-Cl + 2Na

2NaCl + R1-R2

~5~

Alkany 1. Alkany – węglowodory nasycone, miedzy atomami węgla mają wiązania pojedyncze. Szereg homologiczny:  metan  etan  propan  butan  pentan  heksan  heptan  oktan  nonan  dekan    

Wzór ogólny:

temperatura wrzenia alkanów rośnie wraz ze wzrostem liczby atomów węgla w cząsteczce; słabo rozpuszczalne w wodzie, pływają po wodzie; dobrze rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych; pierwsze 4 związki szeregu to gazu, cząsteczki zawierające od 5 do 15 atomów węgla to ciecze, a dalej to ciała stałe.

2. Metan: a) właściwości:  gaz bezbarwny, bezwonny;  słabo rozpuszczalny w wodzie;  rozpuszczalny w alkoholu;  palny – pali się niebieskim płomieniem;  nie reaguje z wodą bromową i KMnO4;  zmieszany z powietrzem tworzy mieszaninę wybuchową;  zawartość w atmosferze – 1 część na milion;  gaz ziemny, gaz błotny, biogaz;  cząsteczka metanu to tetraedr –kąty pomiędzy wiązaniami wynoszą 109°28';  jest cząsteczką niepolarną, moment dipolowy = 0;

b) metody otrzymywania:  CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3  Al4C3 +12H2O → 3CH4 + 4Al(OH)3  Al4C3 +12HCl → 3CH4 + 4AlCl3 

CH3COOH

CH4 + CO2

~6~

c) reakcje metanu:

~7~

3. Reakcja chlorowania ( a także bromowania, jodowania – ogólnie halogenowania) to reakcja substytucji. substytucja – reakcja podstawienia, reakcja, podczas której atom lub grupa atomów jest zastąpiona innym atomem lub inną grupą atomów. W reakcji tej nie można zapomnieć o dopisaniu nad strzałką światła, gdyż jest to warunek konieczny do zajścia reakcji!

4. Alkany o łańcuchach rozgałęzionych. izomeria szkieletowa – cząsteczki różnią się położeniem węgla w cząsteczce.

n-butan

izobutan

5. Nomenklatura związków organicznych: 1) Należy wyznaczyć najdłuższy łańcuch węglowy. 2) Należy ponumerować atomy węgla w głównym łańcuchu węglowym tak, aby lokant atomu węgla z pierwszym podstawnikiem była jak najmniejszy (lokant – numer atomu węgla połączonego z podstawnikiem). 3) Należy wymieniać podstawniki w kolejności alfabetycznej, poprzedzając je lokantami i przedrostkami di-, tri-, tetra-, itd. oznaczającymi, ile razy dany podstawnik występuje w związku. PODSTAWNIKI ALKILOWE – tworzy się je przez odjęcia jednego atomu wodoru z węglowodoru nasyconego. 

CH3



C2H5

-CH2-CH3



C3H7

-CH2-CH2-CH3 CH3-CH-CH3

HALOGENOWE

metylo

-F

fluoro

etylo

-Cl

chloro

propylo

-Br

bromo

-I

jodo

izopropylo

~8~

a) Izomery heptanu

~9~

Cykloalkany 6. Cykloalkany – węglowodory nasycone, które zawierają pierścień utworzony z atomów węgla. Związki zawierające przynajmniej 3 atomy węgla.

Wzór ogólny:

CnH2n

a) szereg homologiczny:

b) Nomenklatura związków organicznych: 1) Stosujemy te same zasady, co dla alkanów. 2) Łańcuchem głównym jest cykloalkan. 3) Numerujemy atom węgla z jednym z podstawników i numerację prowadzimy tak, aby lokanty podstawników były możliwie najmniejsze.

~ 10 ~

Alkeny 1. Alkeny – węglowodory nienasycone, między atomami węgla jedno wiązanie podwójne.

Wzór ogólny:

CnH2n

2. Reakcje alkenów: a) reakcje addycji do etenu:



addycja wodoru:

CH2=CH2 + H2 

addycja chloru:

CH2=CH2 + Cl2 

CH3-CH3 CH2Cl-CH2Cl

addycja HCl do propenu (reagent niesymetryczny):

CH2=CH-CH3 + HCl

CH3-CHCl-CH3 produkt główny CH2Cl-CH2-CH3 produkt uboczny



addycja wody do alkenów:

CH2=CH2 + H2O

CH3-CH2-OH ~ 11 ~

3. Nazewnictwo: 1) Łańcuch główny musi zawierać wiązanie wielokrotne. 2) Końcówkę „an” zamieniamy na „en”., podając przed nią lokant atomu węgla rozpoczynającego wiązanie wielokrotne. 3) Atomy węgla numerujemy tak, aby atom węgla rozpoczynający wiązanie wielokrotne miał najniższy lokant.

4. Otrzymywanie alkenów: a) dehydratacja alkoholi (reakcja eliminacji):

C2H5OH

CH2=CH2 + H2O

b) dehydrohalogenacja (reakcja eliminacji):

CH3-CH2Br + KOH c)

KBr + CH2=CH2 + H2O

reakcja dihalogenoetanu z cynkiem:

ClCH2-CH2Cl + Zn CH2=CH2 + ZnCl2 CH3-CHBr-CH2Br + Zn CH3-CH=CH2 + ZnBr2 d) uwodornienie alkinów:

CH3C CH + H2

CH3-CH=CH2

e) depolimeryzacja:

-[-CH2-CH2-]-n → n C2H4↑

5. Eten: a) właściwości:  gaz bezbarwny  słodkawy, charakterystyczny zapachl  słabo rozpuszcza się w wodzie;  rozpuszcza się dobrze w rozpuszczalnikach organicznych;  palny, wybuchowy;  gęstość równa gęstości azotu;  cząsteczka etenu jest cząsteczką płaską;  wiązanie pęka jako pierwsze;

~ 12 ~

b) reakcje:

~ 13 ~

6. Izomeria alkenów:    

alkeny mogą występować w różnych formach izomerycznych dzięki izomerii geometrycznej; warunkiem występowania izomerii geometrycznej w alkenach są różne podstawniki przy atomach węgla połączonych wiązaniem podwójnym; izomeria zachodzi dzięki zahamowaniu rotacji wokół wiązania podwójnego; izomeria cis, trans – izomeria geometryczna, należy do stereoizomerii czyli izomerii przestrzennej.

7. Polimeryzacja – otrzymywanie związków wielkocząsteczkowych (polimerów) ze związków monocząsteczkowych (monomerów) bez powstawania produktów ubocznych.

~ 14 ~

Alkadieny 1. Alkadieny – węglowodory nienasycone zawierające dwa łańcuchy podwójne: układ skumulowany:

układ sprzężony:

układ izolowany:

-C=C=C-

-C=C-C=C-

-C=C-C-C=C-

2. Nazewnictwo: 1) Stosujemy te same zasady co przy alkanach. 2) Do rdzenia nazwy dodajemy końcówkę –a, numery atomów węgla rozpoczynających wiązanie wielokrotne i końcówkę –dien. CH2=C-CH=CH2 CH3

2-metylobuta-1,3-dien

3. Reakcje:

Cykloalkeny 1. Cylkoalkeny - węglowodory nienasycone, które zawierają pierścień utworzony z atomów węgla i jedno wiązanie podwójne.

Wzór ogólny:

CnH2n ~ 15 ~

Alkiny 1. Alkiny – węglowodory nienasycone, między atomami węgla jedno wiązanie potrójne.

Wzór ogólny:

CnH2n-2

2. Reakcje alkinów:

CHCH + Cl2 CHCl=CHCl CHCH + 2Cl2 CHCl2-CHCl2 CHCH + HCl CH2=CHCl CH2=CH2 + H2 CH3-CH3 CH2=CH2 + H2O CH3-CH2-OH  CH3-CH=CH2 + H2O CH3-CH(OH)-CH3    

3. Nazewnictwo: 1) Łańcuch główny musi zawierać wiązanie wielokrotne. 2) Końcówkę „an” zamieniamy na „yn” lub „in”, podając przed nią lokant atomu węgla rozpoczynającego wiązanie wielokrotne. 3) Atomy węgla numerujemy tak, aby atom węgla rozpoczynający wiązanie wielokrotne miał najniższy lokant. 4) Jeżeli łańcuch główny zawiera wiązanie podwójne i potrójne, to atom węgla rozpoczynający wiązanie podwójne ma niższy lokant, a w nazwie wymienia się najpierw końcówkę –en.

4. Reakcje otrzymywania: a) Otrzymywanie acetylenu:  z karbidu: CaC2 + 2H2O CHCH + Ca(OH)2 

synteza z pierwiastków 2C + H2 C2H2 (reakcja silnie egzotermiczna)



z metanu (temperatura 1500 C) 2CH4 C2H2 + 3H2

b) Otrzymywanie dłuższych alkinów:  reakcja eliminacji halogenowodoru w środowisku alkoholu: CH3-CHBr-CH2Br + 2KOH CH3-CCH + 2KBr + 2H2O 

reakcja eliminacji halogenów cynkiem: CH3-CCl2-CHCl2 + 2Zn CH3CCH + 2ZnCl2

~ 16 ~

5. Acetylen a) właściwości:  gaz bezbarwy, bezwonny;  temperatura płomienia = 3000 ;  palny, spala się kopcącym płomieniem;  w postaci ciekłej i ctałej jest silnie wybuchowy;  bardzo słabo rozpuszczalny w wodzie ;  rozpuszcza się bardzo dobrze w acetonie;  cząsteczka acetylenu jest cząsteczką płaską, kąt między wiązaniami wynosi 180 , moment dipolowy jest równy 0.

b) raekacje acetylenu:

~ 17 ~

Związki aromatyczne 1. Związki aromatyczne – mają cząsteczki o budowie pierścienia i zaierają wiązanie zdelokalizowane oimiędzy atomamie węgla. 2. Właściwości benzenu:        

bezbarwna ciecz; charakterystyczny zapach; palny – pali się kopcącym płomieniem; z powietrzem wybuchowy; lotny; nie odbarwia roztworu nadmanganainu (VII) potasu i wody bromowej; lżejszy od wody; rozpuszcza się w rozpuszczalnikach organicznych;

3. Właściwości toluenu:    

bezbarwna, klarowna ciecz; przyjemny, intensywny zapach; palny – spala się żółtym, kopcącym płomieniem; szkodliwy dla układu oddechowego, krwionośnego, rozrodczego, nerwowego i immunologicznego, nerek i wątroby;

~ 18 ~

4. Reakcje benzenu:

~ 19 ~

5. Reakcje toluenu:

~ 20 ~

II JEDNOPOCHODNE

~ 21 ~

~ 22 ~

~ 23 ~

~ 24 ~

~ 25 ~

~ 26 ~

~ 27 ~

~ 28 ~

~ 29 ~

~ 30 ~

~ 31 ~

~ 32 ~

~ 33 ~

~ 34 ~

Grupa związków

Grupa funkcyjna

Odczyn

Reakcja charakterystyczna

alkohole monohydroksylowe alkohole polihydroksylowe fenole

hydroksylowa – OH

obojętny

reakcja z Na

hydroksylowa – OH

obojętny

reakcja z Cu(OH)2

aldehydy

obojętny

ketony

aldehydowa (formylowa) karbonylowa

kwasy karboksylowe

karboksylowa

kwaśny

kwaśny

obojętny

estry

obojętny

aminy

zasadowy

amidy

obojętny

alkoholany

zasadowy

fenolany

zasadowy

sole kwasów karboksylowych mydła

zasadowy

tłuszcze

obojętny

zasadowy

~ 35 ~

II IZOMERIA 1. Izomeria – występowanie kilku związków chemicznych o tej samej liczbie atomów jednego rodzaju, ale różnie ułożonych. IZOMERIA

KONSTYTUCYJNA



STEREOIZOMERIA

szkieletowa – różne ułożenie atomów węgla w cząsteczce

DIASTEREOIZOMERIA



podstawienia





metameria – izomeria grupy funkcyjnej



ENANCJOMERIA = IZOMERIA OPTYCZNA

izomeria geometryczna (cis, trans) izomeria konformacyjna

a) izomeria optyczna – zjawisko występowania związków stanowiących nienakładane na siebie odbicia lustrzane. Warunkiem koniecznym i wystarczającym jest chiralność cząsteczki; b) enancjomery – związki izomeryczne, których cząsteczki stanowią nienakładane na siebie odbicia lustrzane; c) chiralność – nieidentyczność przedmiotów z własnym odbiciem lustrzanym; d) achiralność – identyczność przedmiotów z własnym odbiciem lustrzanym Żeby przedmiot był chiralny, nie może mieć płaszczyzny i środka symetrii, a może mieć oś symetrii. Chiralne są np. ludzkie dłonie czy inne niesymetryczne przedmioty:

~ 36 ~

2. Chiralność a) Przyczyny chiralności w chemii – występowanie asymetrycznego atomu węgla, czyli atomu połączonego z czterema różnymi podstawnikami.

To są enancjomery. Gwiazdką zaznaczamy węgiel asymetryczny.

b) Właściwości enencjomerów:  identyczne temperatury topnienia i wrzenia;  mogą różnić się od siebie smakiem lub zapachem;  w otoczeniu chiralnym zachowują się identycznie, a w otoczeniu chiralnym różnie;  różnią się wartością kąta skręcalności płaszczyzny światła spolaryzowanego. c) racemat, mieszanina racemiczna – równomolowa mieszanina enencjomerów, niewykazująca czynności optycznej;

~ 37 ~

d) epimery – diastereoizomery różniące się konfiguracją przy jednym i tylko jednym centrum chiralnym. Przykład: Mamy następujący związek: H HO

C

Cl

C2H5

C

H

H

C

Br

Idąc od góry, szukamy węgla asymetrycznego. Pierwszy węgiel ma 4 różne podstawniki, więc jest asymetryczny, podobnie jak drugi, jednak trzeci węgiel ma w dwóch miejscach podstawiony wodór, zatem ma trzy różne podstawniki, czyli nie jest węglem asymetrycznym.

H Możemy więc dla tego związku napisać jego enencjomer i epimer: a) rysując enencjomer przerysowujemy cząsteczkę w odbiciu lustrzanym: H

H

HO

C

Cl

Cl

C

OH

C2H5

C

H

H

C

C2H5

H

C

Br

Br C

H

H

H

b) rysując epimer zamieniamy tylko jeden podstawnik przy tylko jednym węglu asymetrycznym: H

H

HO

C

Cl

C2H5

C

H

H

C

Br

H

HO

C

Cl

H

C

C2H5

H

C

Br

H

~ 38 ~

III WIELOPOCHODNE Hydroksykwasy 1. Hydroksykwasy – kwasy karboksylowe posiadające w łańcuchu bocznym grupę hydroksylową –OH; np.: CH2 – COOH OH CH3 – CH – COOH OH

kwas hydroksyetanowy (kwas glikolowy)

kwas 2-hydroksypropanowy (kwas mlekowy)

2. Kwas mlekowy a) budowa kwasu mlekowego:

wzory stereochemiczne

wzory w projekcji Fischera (wzory rzutowe Fischera)

Jeżeli grupa –OH znajduje się po lewej stronie to mamy do czynienia z kwasem L-mlekowym, a jeżeli po prawej – to z kwasem D-mlekowym. Tak jest też z innymi związkami (np. L-glukoza, D-glukoza itd.)

~ 39 ~

b) metody otrzymywania:  fermentacja mlekowa: C6H12O6 _bakterie mlekowe 2CH3-CH(OH)COOH  w wyniku przemian: CH3CH2COOH

CH3CHClCOOH

CH3-CH(OH)COONa

CH3CH(OH)COOH

c) właściwości:  bezbarwna, oleista ciecz;  dobrze rozpuszczalny w wodzie;  higroskopijny;  jest konserwantem;  reaguje z tym, co kwasy karboksylowe i alkohole;

d) reakcja charakterystyczna: FeCl3

(pomarańczowy)

Pojawia się roztwór o cytrynowym zabarwieniu.

kwas mlekowy

CH3CH(OH)COOH + Na  CH3CH(OH)COONa + ½ H2 mleczan sodu

CH3CH(OH)COOH + 2Na  CH3CH(ONa)COONa + H2 mleczan disodu

~ 40 ~

3. Kwas salicylowy.

4. Kwas winowy.

~ 41 ~

Aminokwasy 1. Aminokwasy – pochodne węglowodorów, mają grupę –NH2 i –COOH; 2. Doświadczenie: Badanie właściwości chemicznych kwasu amino octowego. oranż metylowy

glicyna

HCl pojawia się czerwone zabarwienie

zmiana zabarwienia z czerwonej na pomarańczową

fenoloftaleina glicyna

NaOH pojawia się malinowe zabarwienie

Kwas amino octowy ma właściwości amfoteryczne.

~ 42 ~

roztwór odbarwia się

3. Punkt izoelektryczny – wartość pH, przy której stężenie jonu obojnaczego jest największe. Jon obojnaczy – cząsteczka obojętna elektrycznie, która posiada charakter jonowy, co wynika z tego, że:  grupa karboksylowa wykazuje zdolność do oddawania jonu H+;  grupa –NH2 może przyłączać jon H+;  następuje przeniesienie jonu w obrębie cząsteczki;

W środowisku kwaśnym, pod wpływem jonów H+, czyli wtedy, gdy pH pI ma postać kationu

W środowisku zasadowym, pod wpływem jonów OH-, czyli wtedy, gdy pH pI ma postać anionu

4. Podział aminokwasów: a) aminokwasy:  białkowe (α-aminokwasy),  niebiałkowe (inne); b) podział ze względu na miejsce syntezy:  endogenne (wytwarzane w organizmie),  egzogenne (wytwarzane poza organizmem); c) podział ze względu na szereg:  szeregu L,  szeregu D; d) podział ze względu na resztę węglowodorową:  polarne grupy boczne bez ładunku –CONH2, -SH, -OH;  grupy boczne o ładunku dodatnim –NH2;  grupy boczne o ładunku ujemnym –COOH;  niepolarne grupy boczne -S-CH3; e) podział ze względu na obecność pierścienia aromatycznego:  zawierające pierścień aromatyczny: fenyloalanina, tyrozyna, tryptofan, histydyna,  niezawierające pierścienia aromatycznego; f) podział ze względu na odczyn:  kwasowe,  obojętne,  zasadowe.

~ 43 ~

5. Wzory:

~ 44 ~

6. Jak nazywamy aminokwasy? Od strony grupy –COOH. Węgiel w grupie karboksylowej jest węglem nr 1! 7. Wskazówka przy rysowaniu aminokwasów: Różnie można rysować aminokwasy, ale chcę tu podpowiedzieć sposób, który ułatwia życie, a na pewno kondensację, która za chwilę się pojawi. Każdy aminokwas ma grupę –COOH i –NH2. Zatem zamiast rysować tak:

Rysuję tak:

W linii prostej zapisuje to, co w aminokwasie musi się znaleźć, a potem do drugiego węgla dorysowuje brakujące elementy ;) Dużo łatwiej jest wtedy napisać reakcję kondensacji – spójrzmy na kondensację dwóch cząsteczek seryny:

Tu łatwo się pogubić i zapomnieć o jakimś podstawniku lub połączyć coś źle…

A tu wystarczy przepisać jak leci ;) 8. Reakcja kondensacji – reakcja, w czasie której grupa aminowa jednej cząsteczki reaguje z grupą karboksylową drugiej cząsteczki, tworzy się wiązanie peptydowe, powstaje też woda.

Grupa –OH łączy się z wodorem 1.grupy –NH2 kolejnej cząsteczki tworząc wodę.

Z reszty grupy karboksylowej (zostaje –C=O) i reszty grupy aminowej (zostaje –NH) powstaje wiązanie peptydowe.

~ 45 ~

IV BIAŁKA 1. Białka – wielocząsteczkowe polimery występujące naturalnie w organizmach żywych, zbudowane z reszt aminokwasów połączonych ze sobą wiązaniami peptydowymi -CONH. Umownie są to substancje, których łańcuchy składają się z co najmniej 100 jednostek aminokwasowych, więc ich masa molowa jest bardzo duża. Głównymi pierwiastkami wchodzącymi w skład białek są C, O, H, N, S, P oaz niekiedy kationy metali (Mn2+, Zn2+, Mg2+, Fe2+, Cu2+). Skład ten nie pokrywa się ze składem aminokwasów. Wynika to stąd, że większość białek tzw. białka złożone ma dołączone do reszt aminokwasowych różne inne cząsteczki. (np. cukry) 2. Podział białek: a) ze względu na skład cząsteczki:  białka proste ( proteiny) - zbudowane tylko z reszt aminokwasowych białka;  złożone ( proteidy) - zbudowane z reszt aminokwasowych oraz części niebiałkowej, tzw. grupy prostetycznej. Może nią być np. jon metalu, reszty cukrowe połączone wiązaniem kowalencyjnym z wybranymi aminokwasami. b) ze względu na kształt cząsteczki:  białka globularne - zwykle rozpuszczalne w wodzie i roztworach soli, mają "kulisty" kształt;  białka fibrylarne - zwykle nierozpuszczalne w wodzie i roztworach soli, odporne na działanie kwasów i zasad, mają włóknisty, wydłużony kształt. c) ze względu na właściwości odżywcze:  pełnowartościowe - w swoim składzie zawierają wszystkie aminokwasy egzogenne, np. albumina, białko jaja kurzego, białko mleka, białko mięsa;  niepełnowartościowe - w ich składzie brakuje choćby jednego aminokwasu egzogennego, np. kolagen, żelatyna . 3.

Rzędowość struktury białek.

a) pierwszorzędowa - sekwencja, łańcuch aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi. Jest ona najtrwalsza, gdyż dopiero działanie enzymów lub kwasów może spowodować hydrolizę wiązania peptydowego; b) drugorzędowa - określa ją regularne pofałdowanie regionów łańcucha polipeptydowego, najczęściej w postaci alfa helisy i struktury beta. W alfa helisie aminokwasy ustawiają się w ten sposób, że powstaje regularna konformacja przypominająca cylinder. W strukturze beta wiązania wodorowe powstają między wiązaniami peptydowymi różnych łańcuchów polipeptydowych lub różnych części tego samego łańcucha polipeptydowego. Płaskie wiązanie peptydowe sprawia, że łańcuch polipeptydowy przyjmuje postać pofałdowanej harmonijki z łańcuchami bocznymi aminokwasów znajdującymi się powyżej lub poniżej jej płaszczyzny; c) trzeciorzędowa - przestrzenne ułożenie wszystkich aminokwasów w łańcuchu polipeptydowymi, stabilizowane przez wiązania wodorowe, mostki disiarczkowe i wiązania jonowe (tzw. mostki solne); d) czwartorzędowa- posiadają ją białka, w których skład wchodzi więcej niż jeden łańcuch polipeptydowy. Dotyczy ona przestrzennego ułożenia, polipeptydowych podjednostek i oddziaływań między nimi (wiązania wodorowe, siły elektrostatyczne).

~ 46 ~

4. Właściwości białek:     

5.

na ogół rozpuszczalne w wodzie ( nierozpuszczalne białka fibrylarne-występują w mięśniach, włosach czy w skórze); niektóre rozpuszczają się w rozcieńczonych kwasach lub zasadach, inne w rozpuszczalnikach organicznych; mają zdolność do wiązania cząsteczek wody (tzw. hydratacja). Nawet po otrzymaniu próbki suchego białka zawiera ona związane cząsteczki wody; mają charakter obojnaczy; posiadają zasadową grupę NH2 i kwasową COOH i w zależności od pH roztworu będą zachowywały się jak kwasy (w roztworze zasadowym) lub jak zasady (w roztworze kwasowym). Roztwory białek.

Wodne roztwory białek są typowymi hydrofilowymi koloidami, wykazującymi efekt Tyndalla. Koloidy białkowe ulegają w odpowiednich warunkach koagulacji i peptyzacji. Koagulacja - przejście zolu w żel Peptyzacja - przejście żelu w zol Białka, które w roztworze o odpowiednim pH są obdarzone ładunkiem elektrycznym, mogą się poruszać w określonym kierunku w polu elektrycznym. Jest to tak zwana elektroforeza. Stosuje się ją do np. rozdziału mieszanin białek, wykorzystując różnice w ruchliwość elektroforetycznej ich cząsteczek. 6. Denaturacja i wysalanie białek. Denaturacja - nieodwracalny proces polegający na niszczeniu przestrzennej struktury białka pod wpływem np. wysokiej temperatury, soli metali ciężkich, stężonych kwasów, promieniowania ultrafioletowego. Czynniki te powodują rozerwanie wiązań wodorowych, jonowych, mostków disiarczkowych czyli niszczą oddziaływania stabilizujące strukturę przestrzenną łańcuchów polipeptydowych. Po denaturacji białko traci właściwości biologiczne, fizyczne i chemiczne. Wysalanie białek - odwracalny proces koagulacji polegający na zmniejszeniu wzajemnych oddziaływań cząsteczek białek i wody. Wysalanie może zachodzić np. w wyniku wprowadzenia do roztworu białka jonów soli, np. NaCl, Na2SO4 w dużym stężeniu. Jony te silniej niż cząsteczki białka oddziałują z cząsteczkami wody tworzącymi wokół białka tzw. otoczkę hydratacyjną. Na skutek działania jonów soli niszczona jest otoczka stabilizująca białko w roztworze, co prowadzi do wytrącenia białka z roztworu bez zniszczenia jego struktury. Dodanie do roztworu, z którego "wysolono" białko, rozpuszczalnika spowoduje ponowne "rozpuszczenie" osadu białka czyli przejście w stan koloidu(peptyzację). 7. Reakcje charakterystyczne dla białek. a) reakcja biuretowa (wykrywanie wiązania peptydowego) - działanie zasadowym roztworem jonów miedzi(II) na roztwór białka. W jej wyniku tworzą się związki barwiące roztwór na kolor fioletowy. b) reakcja ksantoproteinowa( wykrywanie aminokwasów aromatycznych w białku) - działanie stężonym HNO3 na roztwór białka. Pod wpływem kwasu tworzą się pochodne mające żółte zabarwienie.

~ 47 ~

8. Funkcje białek:       

katalityczna (wszystkie enzymy w komórkach są białkami katalizującymi przebieg reakcji biochemicznych); transportowa (hemoglobina); udział w skurczu mięśnia (aktyna, miozyna); wytwarzanie i przekazywanie impulsów nerwowych; immunologiczna (immunoglobuliny); budulcowa i strukturalna (kolagen, elastyna, keratyna); regulatorowa (insulina)

9. Źródła białek:       

mięso; jaja; ryby; rośliny strączkowe; nabiał (mleka, sery), np. ser parmezan zawiera aż 40% białka; orzechy; zboża

10. Budowa hemoglobiny. Hemoglobina - czerwony barwnik krwi, białko zawarte w erytrocytach, którego funkcją jest przenoszenie tlenu - przyłączanie go w płucach i uwalnianie w tkankach. Zawiera Fe2+ rozpuszczone w osoczu krwi lub zamknięte w komórkach. Hemoglobina zbudowana jest z: a) białka - globiny, które stanowi 96% cząsteczki hemoglobiny 

Ma ona zawsze 4 łańcuchy peptydowe: 2 alfa i 2 beta



Hemoglobina płodowa (HbF) zbudowana jest z 2 łańcuchów alfa i 2 gamma. Posiada większe powinowactwo do tlenu. Jej poziom gwałtownie obniża się po urodzeniu, zanika natomiast całkowicie przed 6 miesiącem życia.



W przypadku pojawienia się w łańcuchu beta w pozycji 6 waliny zamiast kwasu glutaminowego, powstaje HbS-hemoglobina charakterystyczna dla anemii sierpowej.

b) hemu czyli barwnika krwi, który stanowi grupę prostetyczną cząsteczki hemoglobiny. Cząsteczka hemu zbudowana jest z położonego dwuwartościowego atomu żelaza, połączonego z 4 wzajemnie powiązanymi pierścieniami pirolowymi tworzącymi pierścień porfirynowy. Na cząsteczkę hemoglobiny przypadają 4 hemy czyli 4 atomy żelaza. Każdy z atomów żelaza w cząsteczce hemu ma zdolność związania bez zmiany wartościowości jednej cząsteczki tlenu.

~ 48 ~

V WĘGLOWODANY 1. Podział węglowodanów: a) monosacharydy – wielowodorotlenowe aldehydy lub ketony, wykazują właściwości redukujące: 

glukoza C6H12O6:

α-D-glukopiranoza Reakcje glukozy:  próba Tollensa:

 próba Trommera:

 uwodornienie glukozy:

~ 49 ~

β-D-glukopiranoza



fruktoza C6H12O6:  cukier owocowy,  ketoza,  biały, krystaliczny proszek o bardzo słodkim smaku,  ma właściwości redukujące, ponieważ przechodzi w postać endiolową;

α-D-fruktofuranoza 

galaktoza C6H12O6:  aldoza,  krystaliczne ciało stałe o słodkim smaku;

α-D-galaktopiranoza



mannoza C6H12O6:  aldoza,

α-D-mannopiranoza 

ryboza C5H10O5:  aldoza,

β-D-ryboza

~ 50 ~

b) disacharydy – są glikozydami, powstają z dwóch monosacharydów w wyniku utworzenia wiązania o-gilkozydowego:     

laktoza (cukier mleczny) C12H22O11: zbudowany z D-galaktozy i D-glukozy, połączonych wiązaniem β-1,4-glikozydowym; cukier redukujący; nie fermentuje; hydrolizuje do glukozy i galaktozy

    

maltoza C12H22O11: zbudowana z dwóch reszt D-glukozy połączonych wiązaniem α-1,4 glikozydowym; cukier redukujący; fermentuje; hydrolizuje do glukozy;

    

celobioza: zbudowany z dwóch cząsteczek glukozy, połączonych wiązaniem β-1,4-glikozydowym; cukier redukujący; nie fermentuje; hydrolizuje do glukozy;

 

sacharoza C12H22O11 : zbudowana jest z D-fruktozy i D-glukozy połączonych wiązaniem (1→2)-β-O-glikozydowym; cukier nieredukujący; fermentuje; hydrolizuje do glukozy i fruktozy;

  

c) polisacharydy:          

celuloza: polisacharyd zbudowany liniowo z cząsteczek glukozy połączonych wiązaniami β-1,4glikozydowymi; hydrolizuje na glukozę w środowisku kwaśnym lub przy udziale enzymów; z kwasami tworzy estry skrobia: polisacharyd zbudowany z cząsteczek glukozy połączonych wiązaniami αglikozydowymi; nie rozpuszcza się w zimnej wodzie – rozpuszcza się w gorącej wodzie tworząc zol; pod wpływem jodu przyjmuje granatowe zabarwienie; zbudowana z amylozy i amylopektyny; glikogen:  polisacharyd zbudowany z cząsteczek glukozy, gdzie cząsteczki glukozy w prostym łańcuchu połączone są wiązaniami α-1,4-glikozydowymi;

~ 51 ~

VI DOŚWIADCZENIA W CHEMII ORGANICZNEJ: 1. Badanie składu chemicznego związków organicznych: wykrywany pierwiastek węgiel i wodór

rysunek

cukier

azot

zwilżony papierek uniwersalny

obserwacje

wnioski

najpierw cukier rozpuszcza się, potem ciemnieje, powstaje czasrny nalot, na ściankach pojawia się woda papierek barwi się na zielono

wydzielił się węgiel, a w wodzie jest obecny wodór;

powstaje ciemnobrunatny osad

Pb2+ + S2-  PbS

NH3 + H2O  NH4+ + OH-

białko + NaOH siarka

Pb(NO3)2 białko + NaOH

2. Próba Trommera – reakcja metanalu z Cu(OH)2 Cu(OH)2

Zmiana barwy z niebieskiej na ceglastoczerwoną. HCHO + 2Cu(OH)2

metanal

Cu2O + HCOOH + 2H2O

Wniosek: Aldehydy mają właściwości redukujące (bo utleniają się do kwasów karboksylowych).

3. Próba Tollensa – reakcja metanalu z Ag2O Ag2O

Reakcja zachodzi gwałtownie, na ściankach probówki wytrąca się srebrny nalot. HCHO + Ag2O

metanal

2Ag + HCOOH

Wniosek: Aldehydy mają właściwości redukujące (bo utleniają się do kwasów karboksylowych).

~ 52 ~

~ 53 ~

~ 54 ~

~ 55 ~

~ 56 ~

~ 57 ~

Wykrywanie grup funkcyjnych:

~ 58 ~

~ 59 ~

~ 60 ~