Məlumat

5.7: Kovalent bağlar - Biologiya

5.7: Kovalent bağlar - Biologiya


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Van der Waals qarşılıqlı təsirləri vəziyyətində, iştirak edən atomlar və molekullar öz elektronlarını saxlayır, fərqli və diskret olaraq qalırlar. Bununla belə, atomların bir-birinin elektronlarını "paylaşmaq" üçün gəldiyi hallar var. Əslində, bir elektron nəzəri olaraq heç bir digər elektrondan fərqləndirilə bilmədiyi üçün onlar molekulun elektron sisteminin bir hissəsi olurlar.156. Molekulun içindəki bağlanmış atomlarla əlaqəli bağ enerjiləri qonşu molekullarla toqquşma və ya enerjinin (işıq) udulması nəticəsində molekula ötürülən enerjidən sağ qalacaq qədər buddursa, molekul sabitdir.

Atomlar kovalent əlaqə yaratdıqda, onların fərdi van der Waals səthləri yeni molekulyar van der Waals səthi yaratmaq üçün birləşir. Molekulları çəkməyin bir sıra yolları var, lakin boşluq dolduran və ya van der Waals səthinin görünüşü ən realdır (ən azı bizim məqsədlərimiz üçün). Real olsa da, çaşqınlıq yarada bilər, çünki o, əsas molekulyar quruluşu, yəni molekuldakı atomların bir-birinə necə bağlandığını gizlədir. Bunu sadə molekul 2-metilpropanın təqdimat dəstində görmək olar157. Bir çox bioloji əhəmiyyətli molekullarda olduğu kimi molekullar böyüdükcə, van der Waals səthinin təsvirinə əsaslanaraq onların əsas təşkilini qiymətləndirmək qeyri-mümkün ola bilər.

Onlar yeni sabit varlıq əmələ gətirdiklərinə görə, təəccüblü deyil (bəlkə də) molekulun xassələri onların əmələ gəldiyi atomların xassələrindən, şübhəsiz ki, təsirlənsə də, tamamilə fərqlidir. Birinci dərəcəli yaxınlaşmaya görə, molekulun xassələri onun formasına əsaslanır və bu, molekuldakı müxtəlif atomların bir-birinə necə bağlanması ilə diktə olunur. Bu həndəsələr hər bir atomun kvant mexaniki xassələri və (xüsusilə molekullar böyüdükcə, bioloji sistemlərdə tez-tez olduğu kimi) molekulun müxtəlif hissələri arasında qarşılıqlı təsirlər tərəfindən qoyulur. Hidrogen (H) kimi bioloji sistemlər üçün ümumi olan bəzi atomlar yalnız tək bir kovalent əlaqə yarada bilər. Digərləri iki (oksigen (O) və kükürd (S)), üç (azot (N)), dörd (karbon (C)) və ya beş (fosfor (P)) bağları yarada bilər.

Kiçik molekullara əlavə olaraq, bioloji sistemlər minlərlə atomdan ibarət olan çox böyük molekulların bir sıra fərqli növlərini ehtiva edir; bunlar makromolekullar kimi tanınır. Belə makromolekullar sərt deyil; onlar tez-tez molekuldaxili qarşılıqlı təsirlərə səbəb olan özlərinə geri qatlana bilərlər. Molekullar arasında qarşılıqlı təsirlər də var. Bu qarşılıqlı təsirlərin gücü və spesifikliyi kəskin şəkildə dəyişə bilər və hətta molekulyar strukturdakı kiçik dəyişikliklər də dramatik təsirlərə səbəb ola bilər.

Molekullar və molekulyar qarşılıqlı təsirlər dinamikdir. Digər molekullarla toqquşma molekulun hissələrinin tək bir bağ ətrafında fırlanmasına səbəb ola bilər158. İkiqat bağın olması bu cür hərəkətləri məhdudlaşdırır; ikiqat istiqraz ətrafında fırlanma istiqrazlardan birini qırmaq və sonra islah etmək üçün nə tələb edir. Bundan əlavə, əgər bəzi kimyaya yiyələnmişsinizsə, bunu artıq bilirsiniz, istiqrazları bir-birindən və ətraflarından təcrid olunmuş fərqli varlıqlar kimi qəbul etmək çox vaxt düzgün deyil. Qonşu bağlar tək və ikiqat bağların qarışıqları kimi davranan rezonans strukturları kimi tanınan şeyləri meydana gətirərək qarşılıqlı təsir göstərə bilər. Yenə də bu, bağ oxu ətrafında sərbəst fırlanmanı məhdudlaşdırır və molekulyar həndəsəni məhdudlaşdırır. Polipeptid zəncirində bir karbon (C) və bir azot (N) atomu arasında meydana gələn peptid bağı ilə daha sonra görəcəyimiz kimi, belə bir rezonans quruluşuna bir nümunədir. Eynilə, nuklein turşularında mövcud olan müxtəlif “əsaslarda” tapılan halqa strukturları bir-birinin üstünə yığıla bilən düz strukturlar əmələ gətirir. Bu müxtəlif həndəsi mürəkkəbliklər birləşərək müəyyən bir molekulun ölçüsü artdıqca onun üçölçülü strukturunun proqnozlaşdırılmasını getdikcə çətinləşdirir.


Məktəblər üçün interaktiv resurslar

Molekulyar fəaliyyət

Ferment aktivliyinin dərəcəsi bir ferment molekulu tərəfindən dəqiqədə çevrilən substrat molekullarının sayı kimi ölçülür.

Dövriyyə nömrəsi

Ferment aktivliyinin dərəcəsi bir ferment molekulu tərəfindən dəqiqədə çevrilən substrat molekullarının sayı kimi ölçülür.

Kovalent bağlar

Sabit bir xarici təbəqə əldə etmək üçün atomlar elektronları paylaşdıqda əmələ gələn kovalent bağ, ortaq elektron cütüdür.

Konsentrasiya

Məhluldakı maddənin (məhlulun) miqdarı

Qaraciyər

Bədənin tələb etdiyi maddələri istehsal edən, saxlayan və parçalayan qarın yuxarı hissəsində böyük bir orqan

Fermentlərin fəaliyyətinə təsir edən amillər

Hüceyrələrdə fermentlər yalnız çox az miqdarda olur, lakin lazım olan hər şey budur. Hər bir ferment reaksiyanı bir çox miqyasda sürətləndirdiyinə görə, fermentin fəaliyyəti molekulyar fəaliyyət kimi ölçülür və bu da dövriyyə sayı kimi tanınır. Bu, bir ferment molekulu tərəfindən dəqiqədə çevrilən reaktivlərin (substrat) molekullarının sayıdır. Məsələn, katalaza qaraciyərdə və kartofda olan bir fermentdir. Hidrogen peroksidin oksigen və suya parçalanmasını katalizləyir.

Dövriyyə sayı 6x10 6 min -1 təşkil edir.

Fermentlər o qədər səmərəli katalizatorlardır ki, onlar ümumiyyətlə reaksiyaları katalizlənməmiş reaksiya sürətindən 10 8 – 10 26 dəfə sürətləndirirlər. Bununla belə, fermentlə idarə olunan reaksiyaların sürəti bir sıra müxtəlif amillərdən təsirlənir. Əksər hallarda amilin reaksiya sürətinə təsiri onun aktiv sahəyə təsiri ilə bağlıdır.

Substrat konsentrasiyası

Müəyyən miqdarda ferment üçün substratın artması reaksiya sürətinin artması ilə nəticələnəcəkdir. Substrat molekulları nə qədər çox olarsa, daha çox aktiv yerlər istifadə olunduqca reaksiya bir o qədər tez baş verir. Bu, substratın konsentrasiyası o qədər yüksək olana qədər davam edir ki, bütün ferment molekulları maksimum gücü ilə işləyir. Bu nöqtədə, nə qədər çox substrat əlavə olunsa da, reaksiya daha sürətli getməyəcək.

Substrat konsentrasiyasının fermentlə idarə olunan reaksiyanın sürətinə təsirini göstərən qrafik

Temperatur

Əksər kimyəvi reaksiyalarda temperaturun artması reaksiya sürətinin artmasına səbəb olur. Reaksiyaya girən maddələr qızdırıldığında, hissəciklər daha sürətli hərəkət edir və reaksiya verən maddələrin aktivləşmə enerjisini aşmaq üçün kifayət qədər enerji ilə toqquşma ehtimalı yüksəkdir. Q temperatur əmsalından istifadə edirik10 temperaturun reaksiyanın sürətinə təsirini ifadə etmək. Demək olar ki, bütün reaksiyalar üçün Q10 0 o C-dən 40 o C-ə qədər temperatur intervalında temperaturun hər 10 o C yüksəlməsi üçün ikidir. Başqa sözlə, temperaturun hər 10 o C yüksəlməsində reaksiya sürəti iki dəfə artır.

Bir çox reaksiyalarda Q10 temperatur yüksəlməyə davam etdikcə iki ətrafında qalır. Lakin fermentlə idarə olunan reaksiyaların əksəriyyətində temperatur 40 o C-dən yuxarı qalxdıqda reaksiyanın sürəti sürətlə azalır və dayanır.

Fermentlə idarə olunan reaksiyanın sürətinə temperaturun təsirini göstərən qrafik

  • Əvvəlcə temperaturun optimal temperaturdan yuxarı qalxması aktiv sahənin formasını saxlayan bəzi hidrogen bağlarını pozur. Bu, fermentin effektivliyini azaldır və reaksiya sürəti azalır.
  • Temperatur yenidən aşağı düşərsə, hidrogen bağları islah edilir və fermentin fəaliyyəti bərpa olunur.
  • Temperatur yüksəlməyə davam edərsə, disulfid bağları və kovalent bağlar pozulur. Bu, aktiv sahənin formasını həmişəlik məhv edir və beləliklə, fermentin katalitik fəaliyyəti həmişəlik itirilir. Temperaturun yüksəlməsi fermenti daimi olaraq denatürasiya edir.

Temperaturun fermentlə idarə olunan reaksiyaya təsiri

Ətraf mühitin pH-ı fermentlə idarə olunan reaksiyaların sürətinə böyük təsir göstərir. Üçüncü quruluşu və aktiv sahəni saxlayan molekullararası bağlar, xüsusən də hidrogen bağları hidrogen ionunun konsentrasiyasındakı dəyişikliklərə qarşı çox həssasdır. Hər bir fermentin optimal sürətində işlədiyi optimal pH var. pH-da dəyişiklik aktiv sahənin formasının dəyişməsinə səbəb olur. Reaktivlərin aktiv yerə uyğunlaşması və bağlanması o qədər də asan deyil. Fermentin fəaliyyəti azalır və reaksiya sürəti yavaşlayır. Dəyişiklik çox böyük olarsa, substrat ümumiyyətlə aktiv sahəyə bağlana bilməyəcək və ferment artıq reaksiyanı kataliz edə bilməz. Əksər hallarda pH optimal səviyyəyə qayıtdıqda fermentin fəaliyyəti bərpa olunur.

Bir fermentlə idarə olunan reaksiyanın sürətinə pH təsirini göstərən qrafik

PH-nin fermentlə idarə olunan reaksiyaya təsiri

Ekstremofillərdə fermentlər

Fermentlərin quruluşu haqqında bildiyimiz hər şey onların həddindən artıq temperaturda, həddindən artıq pH şəraitində və ya zülalın molekulyar quruluşuna və aktiv sahənin formasına təsir edəcək çox duzlu su kimi hər hansı şəraitdə işləyə bilməyəcəyini söyləyir.

Bununla belə, canlı orqanizmlər - və onların işləməsini təmin edən fermentlər - suyu qaynama nöqtəsinə yaxın, buzun dərinliklərində, həddindən artıq duzluluqda (məsələn, ABŞ-dakı Ölüm Vadisi kimi yerlərdə bəzi kiçik gölməçələrdə) tapılmışdır. ) və müxtəlif pH-ları olan geniş mühitlərdə. Elm adamları bu ekstremofil fermentləri araşdırırlar - ən azı onların sənayedə çoxlu tətbiqləri ola biləcəyi üçün (bax: Sənayedə fermentlər). Zülallar çox yüksək sayda hidrogen, disulfid və kovalent bağlarla təkamül keçirərək onlara yaşadıqları yerin ekstremal vəziyyətlərinə tab gətirə bilən qeyri-adi sabit strukturlar verib.

İsti bulaqlarda, duzlu hovuzlarda və buzda ekstremofillərin fermentləri fəaliyyətini davam etdirir.


5.7: Kovalent bağlar - Biologiya

İki atom valent qabıqlarını tamamlamaq üçün elektronları paylaşdıqda kovalent bağ yaradırlar. Atomun elektronmənfiliyi və paylaşılan elektronların atoma doğru çəkildiyi qüvvə və elektronların necə paylaşıldığını müəyyən edir. Kovalent bağlarla əmələ gələn molekullar qütblü və ya qeyri-qütblü ola bilər. Oxşar elektronmənfilikləri olan atomlar qeyri-qütblü kovalent bağlar əmələ gətirir və elektronlar bərabər şəkildə paylaşılır. Müxtəlif elektronmənfilikləri olan atomlar elektronları qeyri-bərabər bölüşdürür, qütb bağları yaradır.

Kovalent Bağ iki ortaq elektron tərəfindən əmələ gəlir

Bir atomun yarada biləcəyi kovalent bağların sayı onun neçə valent elektrona malik olması ilə diktə olunur. Məsələn, oksigen səkkiz mümkün valent elektrondan altısına malikdir, yəni hər bir oksigen atomunun sabit olması üçün daha iki elektrona ehtiyacı var. Oksigen iki hidrogen atomu (kimyəvi formula H) ilə su əmələ gətirdikdə olduğu kimi digər iki atomla tək bağlar yarada bilər.2O). Oksigen həmçinin yalnız bir atomla ikiqat bağ yarada bilər ki, onun da okteti tamamlamaq üçün daha iki elektrona ehtiyacı var (məsələn, başqa bir oksigen atomu). Karbonun dörd valent elektronu var və buna görə də metanda olduğu kimi dörd kovalent rabitə yarada bilər (CH4).

Kovalent bağ qurulduqda, hər iki atom hibrid orbitalda normal orbitaldan formaca fərqlənən bir cüt elektron paylaşır. Bağda iştirak edən elektronlar beləliklə, hər iki atomun nüvələri ətrafında dəyişdirilmiş yolda orbitə çıxırlar. Kovalent bağlar güclüdür və yarandıqdan sonra fiziki qüvvələr tərəfindən qırıla bilməz.

Elektroneqativlik molekulun qütblü və ya qeyri-qütblü olmasını müəyyən edir

Elektroneqativlik bir atomun bağdakı elektronları cəlb etmək meylidir. Ən elektronmənfi atom flüordur. Dövri cədvəlin yuxarı sağ küncündə flüordan başlayaraq (ən sağ sütunda nəcib qazları nəzərə almamaqla) atomların elektronmənfiliyi dövri cədvəldə diaqonal sola doğru hərəkətlə azalmağa meyllidir, belə ki, ən aşağı elektronmənfiliyi olan atomlar aşağıda yerləşir. sol künc (məsələn, fransium və ya Fr). Atomların son dərəcə fərqli elektronmənfilikləri varsa, onlar çox güman ki, kovalent bağlar əvəzinə ionlar əmələ gətirəcəklər. Bununla belə, bir-biri ilə kovalent əlaqə yaradan atomlar üçün onların elektronmənfilik dəyərləri əlaqənin qütblü və ya qeyri-qütblü olacağını müəyyən edir.

Qeyri-qütblü rabitə elektronların bərabər paylandığı və molekulda heç bir yükün olmadığı bir bağdır. Qütb bağı, əksinə, bir atom digərindən daha çox elektronegativ olduqda və elektronları özünə tərəf çəkdikdə meydana gəlir. Qütb bağlarının bir tərəfində qismən mənfi yük, digər tərəfində isə qismən müsbət yük var, bu da vacibdir, çünki qütb molekullarının qeyri-qütblülərdən fərqli davranmasına səbəb olur.

Qütb molekulları hidrofilikdir, çünki qismən yükləri onları digər yüklü molekullara cəlb edir, bu da onların suda həll olduğunu bildirir. Qeyri-qütblü molekullar və uzun karbohidrogenləri ehtiva edən yağlar və mdashare kimi molekulların hidrofobik olduğu deyilir. Qütb molekullarından fərqli olaraq, qeyri-polar molekullar suda həll olunmur. Hüceyrələr tez-tez maye ilə əhatə olunur və su ehtiva edən sitoplazmalara malikdir. Beləliklə, bir molekulun su və digər yüklü molekullarla qarşılıqlı əlaqəsi onun hüceyrələr tərəfindən daşınmasına və istifadəsinə təsir göstərir.


IB HL Biologiya 2014-15

İlkin Struktur
– Ploypeptid zəncirində amin turşularının xətti ardıcıllığı
– Peptid bağları kimi kovalent bağlarla bir yerdə tutulur
– Birincil quruluş zülala uyğun gələn gen tərəfindən müəyyən edilir
– Bütün sonrakı struktur səviyyələrinə nəzarət edir

İkinci dərəcəli struktur
– Amin turşularının müntəzəm, təkrarlanan nümunələrdə qatlanması və ya öz-özünə çevrilməsi yolu
– Qonşu olmayan amin turşularının amin və karboksil qrupları arasındakı hidrogen bağları ilə əmələ gəlir.
– Alfa spiral və ya beta qatlı təbəqələr əmələ gətirə bilər

  • Alfa sarmalları
    – Hər bir onurğa sümüyünün N-H qrupunun onurğa sümüyünə hidrogen bağı bağışladığı sağ tərəfdən qıvrılmış konformasiya.
    Daha əvvəl dörd qalıq olan amin turşusunun C=O
    – Ən proqnozlaşdırıla bilən və ən müntəzəm forma ardıcıllığı
  • Beta qatlı təbəqələr
    – Ən azı iki və ya üç onurğa hidrogen bağı ilə yanal birləşən beta zəncirlərindən ibarətdir.
    burulmuş, bükülmüş vərəq.

Üçüncü quruluş
– Polipeptidin mürəkkəb 3-ölçülü formaya bükülməsi yolu
– Dəyişən R-qrupları, o cümlədən H-istiqrazları, disulfid bağları və s. arasında qarşılıqlı təsir nəticəsində yaranır.
– Zülalın globular və ya lifli olduğunu müəyyən edir

Dördüncü quruluş
– Bioloji aktiv zülal əmələ gətirmək üçün çoxsaylı hiyləgər peptidlər və ya protez qruplar arasında qarşılıqlı əlaqə
– Dördüncü quruluş müxtəlif bağlarla birlikdə kömək edə bilər
– Bütün zülallar dördüncü quruluşa malik olmayacaq


5.7: Kovalent bağlar - Biologiya

Üzvi Kimya Departamenti, Cenevrə Universiteti, Cenevrə, İsveçrə
E-poçt: [email protected]
Veb: www.unige.ch/sciences/chiorg/matile/
Faks: +41 22 379 5123
Tel: +41 22 379 6523

Mücərrəd

Bu baxış funksional sistemlərin qurulması üçün ortoqonal dinamik kovalent bağların istifadəsini ümumiləşdirir. Dinamik kovalent bağlar ikili təbiətinə görə unikaldır. Şərtlərdən asılı olaraq onlar qeyri-kovalent qarşılıqlı təsirlər qədər qeyri-labil və ya kovalent bağlar qədər daimi ola bilərlər. Protein qatlanmasında disulfidlərin rolundan poliketid biosintezində tioester mübadiləsinə qədər uzanan təbiət nümunələri dinamik kovalent bağların funksional sistemlərdə necə yaxşı istifadə olunduğunu göstərir. Bir növ dinamik kovalent bağlardan istifadə edən bir neçə sintetik funksional sistemlər bildirilmişdir. Əksər funksional sistemlərin bir neçə növ qeyri-kovalent qarşılıqlı əlaqədən eyni vaxtda istifadə etdiyini nəzərə alsaq, ədəbiyyatda müxtəlif növ dinamik kovalent bağların tandemdə oxşar şəkildə istifadə edildiyi bir çox nümunənin olmasını gözləmək olardı. Bununla belə, ortoqonal dinamik kovalent bağların funksional sistemlərə daxil edilməsi təəccüblü dərəcədə nadir və son inkişafdır. Bu icmal çox müxtəlif funksiyalar toplusunu əhatə edən mövcud materialı hərtərəfli ümumiləşdirir. Bununla belə, yəqin ki, ünvanlanan spesifik funksiyalardan daha aşkar edən odur ki, verilən suallar ardıcıl olaraq olduqca qeyri-adi, çox tələbkar və yüksək orijinaldır, diqqəti öz-özünə çeşidləyə, özünü sağalda, uyğunlaşdıra, mübadilə edə, təkrarlaya, transkripsiya edə və hətta edə bilən molekulyar sistemlərə yönəldir. gəzmək və "düşünmək" (məntiq qapıları). Döyülmüş yoldan kənarda macəralı kimyaya diqqət yetirilməsi, ortoqonal dinamik kovalent bağlarla başqa cür soruşula bilməyəcəyimiz sualları verə biləcəyimiz vədini dəstəkləyir. Əhatə olunan geniş funksiya və anlayışlar supramolekulyar üzvi kimyaçıya, həm də daha geniş ictimaiyyətə müraciət etməlidir.


Məktəblər üçün interaktiv resurslar

Dördüncü quruluş

Bəzi zülallarda bir neçə polipeptid zənciri daha böyük bir molekul yaratmaq üçün birləşir. Dördüncü quruluş müxtəlif polipeptid zəncirlərinin bir-birinə uyğunlaşmasına aiddir.

Üçüncü struktur

Zülalın son 3D quruluşu. Bu quruluş polipeptid zəncirinin ikincil strukturu qatlandıqda əmələ gəlir.

Disulfid körpüsü

İki sistein amin turşusunu birləşdirən kovalent S-S bağı, SS bağı və ya disulfid bağı da adlanır.

Zülallar: Zülal strukturları

Zülalların birincili, ikincili, üçüncülü və bəzən dördüncü quruluşu var və zülalın öz funksiyalarını yerinə yetirməsi üçün strukturun hər bir tərəfi vacibdir. Amin turşularını bir yerdə saxlayan bağlar peptid bağlarıdır. Zülalların hüceyrələrdə və bədəndə öz funksiyalarını yerinə yetirmələrini təmin edən kompleks üç ölçülü formaları hidrogen bağları, ion bağları və disulfid bağları ilə yaradılır və bir yerdə saxlanılır.

Zülalların ilkin, ikincili üçüncü və dördüncü quruluşu

  • Bir zülalın əsas quruluşu, polipeptid zəncirini yaratmaq üçün birləşən amin turşularının sırasıdır.
  • Zülalların ikinci dərəcəli strukturları - α-sarmallar və β qatlı təbəqələr - polipeptid zəncirinin onurğasındakı qütb molekulları arasında hidrogen bağları ilə bir yerdə saxlanılır. Hidrogen bağları nisbətən zəifdir, lakin onların çoxu var.
  • Bir zülalın üçüncü quruluşu, polipeptid zəncirinin ikincil strukturu qatlandıqda - məsələn, ferment kimi qlobulyar bir zülal meydana gətirdikdə istehsal olunur. Qıvrımlar tərəfindən yerində tutulur
      – bu nisbətən zəif istiqrazların çoxu var. – polipeptid zəncirlərində bəzi amin turşularının turşu və əsas (yəni əsas xassələrinə malikdir, proton H+ ionunu qəbul edə bilir) amin qrupları arasında güclü bağlar əmələ gəlir.
  • Disulfid bağları - tərkibində kükürd qrupları olan amin turşuları arasında yaranan bağlar, məs. sistein və ya metionin, polipeptid strukturlarında bir-birinə yaxın olduqda. Kükürd körpüsü (disulfid körpüsü kimi də tanınır) yaratmaq üçün kükürd tərkibli qruplar arasında kovalent bağ yaranır.
  • Hidrogen bağları və kükürd körpüləri zülalların mürəkkəb 3 ölçülü formalarını yaradır

    Zülalların quruluşu və funksiyaları həm temperaturdan, həm də pH-dan təsirlənir. Zülalların quruluşunu başa düşmək, temperatur və pH-ın necə təsir etdiyini başa düşməyə imkan verir.


    Tək, ikiqat və üçlü istiqrazlar

    Xlor molekulu, Cl2

    Xlor molekulunun Lyuis nöqtə quruluşu.

    Xlor atomunun yeddi valent elektronu var ⇒ nəcib qaz strukturu (səkkiz valent elektronu olan "tam" xarici qabıq) əldə etmək üçün birini "borc almalıdır".

    İki xlor atomu hər biri bir elektronu digəri ilə paylaşan bir elektron cütünü paylaşa bilər.

    Oksigen molekulu, O2

    Oksigen molekulunun Lyuis nöqtə quruluşu.

    Oksigen atomunun altı valent elektronu var ⇒ nəcib qaz quruluşu (səkkiz valent elektronu olan "tam" xarici qabıq) əldə etmək üçün ikisini "borc almalıdır".

    İki oksigen atomu iki elektron cütünü paylaşa bilər, hər biri digəri ilə iki elektron paylaşır.

    Azot molekulu, N2

    Azot molekulunun Lyuis nöqtə quruluşu.

    Azot atomunun beş valent elektronu var ⇒ nəcib qaz strukturunu (səkkiz valent elektronu olan "tam" xarici qabıq) əldə etmək üçün üç "borc almalıdır".

    İki azot atomu üç elektron cütünü paylaşa bilər, hər biri digəri ilə üç elektron paylaşır.


    İçindəkilər

    18-ci əsrə qədər kimyaçılar ümumiyyətlə canlı orqanizmlərdən alınan birləşmələrin onları qeyri-üzvi birləşmələrdən fərqləndirən həyati qüvvəyə malik olduğuna inanırdılar. Vitalizm (həyati qüvvə nəzəriyyəsi) konsepsiyasına görə, üzvi maddələrə “həyati qüvvə” verilirdi. [4] On doqquzuncu əsrin birinci yarısında üzvi birləşmələrin ilk sistematik tədqiqatlarından bəziləri haqqında məlumat verilmişdir. Təxminən 1816-cı ildə Mişel Chevreul müxtəlif yağlardan və qələvilərdən hazırlanan sabunların tədqiqinə başladı. O, qələvi ilə birlikdə sabun əmələ gətirən turşuları ayırdı. Bütün bunlar ayrı-ayrı birləşmələr olduğundan, o nümayiş etdirdi ki, müxtəlif piylərdə (ənənəvi olaraq üzvi mənbələrdən gəlir) kimyəvi dəyişiklik etmək, yeni birləşmələr istehsal etmək, "həyati güc" olmadan. 1828-ci ildə Friedrich Wöhler istehsal etdi üzvi sidiyin tərkib hissəsi olan kimyəvi karbamid (karbamid). qeyri-üzvi başlanğıc materialları (kalium siyanat və ammonium sulfat duzları), indi Wöhler sintezi adlanır. Wöhler özü vitalizmi təkzib etdiyini iddia etməkdə ehtiyatlı olsa da, ilk dəfə bioloji (üzvi) başlanğıc materialları olmadan laboratoriyada üzvi olduğu düşünülən bir maddə sintez edildi. Bu hadisə indi ümumiyyətlə vitalizm doktrinasını təkzib edən kimi qəbul edilir. [5]

    1856-cı ildə William Henry Perkin kinin istehsal etməyə çalışarkən təsadüfən indi Perkin bənövşəyi kimi tanınan üzvi boya istehsal etdi. Onun maliyyə uğuru ilə geniş şəkildə tanınan kəşfi üzvi kimyaya marağı xeyli artırdı. [6]

    Üzvi kimya üçün mühüm irəliləyiş 1858-ci ildə həm Fridrix Avqust Kekule, həm də Archibald Skott Kuper tərəfindən müstəqil olaraq hazırlanmış kimyəvi quruluş konsepsiyası oldu. [7] Hər iki tədqiqatçı tetravalent karbon atomlarının bir-birinə bağlanaraq bir karbon qəfəsi meydana gətirə biləcəyini və atom bağlarının təfərrüatlı nümunələrinin müvafiq kimyəvi reaksiyaların məharətlə şərh edilməsi ilə müəyyən edilə biləcəyini irəli sürdü. [8]

    Əczaçılıq sənayesi erası 19-cu əsrin son on ilində Almaniyada Bayer tərəfindən asetilsalisil turşusunun (daha çox aspirin kimi adlandırılan) istehsalına başladığı zaman başladı. [9] 1910-cu ilə qədər Paul Erlich və onun laboratoriya qrupu sifilisin ilk effektiv dərman müalicəsi kimi arsen əsaslı arsfenamin (Salvarsan) hazırlamağa başladılar və bununla da kimyaterapiyanın tibbi praktikasına başladılar. Erlich "sehrli güllə" dərmanları və dərman müalicəsinin sistematik təkmilləşdirilməsi anlayışlarını populyarlaşdırdı. [10] [11] Onun laboratoriyası difteriya üçün antiserumun hazırlanmasında və terapevtik serumların standartlaşdırılmasında həlledici töhfələr verdi. [12]

    Bəxt və gözlənilməz müşahidələrə hazırlıq birləşməsi səbəbindən üzvi reaksiyaların və tətbiqlərin erkən nümunələri tez-tez tapılırdı. 19-cu əsrin ikinci yarısı üzvi birləşmələrin sistematik tədqiqatlarına şahid oldu. Sintetik indiqonun inkişafı illüstrativdir. Bitki mənbələrindən indiqo istehsalı Adolf fon Baeyer tərəfindən hazırlanmış sintetik üsullar sayəsində 1897-ci ildə 19.000 tondan 1914-cü ilə qədər 1.000 tona düşdü. 2002-ci ildə neft-kimya məhsullarından 17 min ton sintetik indiqo istehsal edilmişdir. [14]

    20-ci əsrin əvvəllərində polimerlərin və fermentlərin böyük üzvi molekullar olduğu, neftin isə bioloji mənşəli olduğu göstərildi.

    Mürəkkəb üzvi birləşmələrin çoxmərhələli sintezinə ümumi sintez deyilir. Mürəkkəb təbii birləşmələrin ümumi sintezi qlükoza və terpineola qədər mürəkkəbləşdi. Məsələn, xolesterol ilə əlaqəli birləşmələr mürəkkəb insan hormonlarını və onların dəyişdirilmiş törəmələrini sintez etmək üçün yollar açdı. 20-ci əsrin əvvəllərindən bəri ümumi sintezlərin mürəkkəbliyi lisergik turşu və B vitamini kimi yüksək mürəkkəblikdəki molekulları daxil etmək üçün artırıldı.12. [15]

    Neftin kəşfi və neft-kimya sənayesinin inkişafı üzvi kimyanın inkişafına təkan verdi. Ayrı-ayrı neft birləşmələrinin çevrilməsi növləri müxtəlif kimyəvi proseslərlə birləşmələrin əldə edilməsi üzvi reaksiyalara gətirib çıxardı ki, bu da geniş çeşiddə sənaye və kommersiya məhsullarını, o cümlədən (çoxlu) digərləri: plastiklər, sintetik kauçuk, üzvi yapışdırıcılar və müxtəlif xassəni dəyişdirən neft əlavələri və katalizatorları əldə etməyə imkan verdi.

    Bioloji orqanizmlərdə meydana gələn kimyəvi birləşmələrin əksəriyyəti karbon birləşmələridir, buna görə də üzvi kimya ilə biokimya arasındakı əlaqə o qədər yaxındır ki, biokimya mahiyyətcə üzvi kimyanın bir qolu kimi qəbul edilə bilər. Baxmayaraq ki, biokimya tarixi təxminən dörd əsri əhatə edə bilər, bu sahənin əsas anlayışı yalnız 19-cu əsrin sonlarında və həqiqi termində inkişaf etməyə başladı. biokimya təxminən 20-ci əsrin əvvəllərində icad edilmişdir. 1920-ci illərdə vahid illik cild olaraq başlayan BIOSIS Previews və Biological Abstracts kimi abstraksiya və indeksləşdirmə xidmətlərinin təftişi ilə təsdiq oluna bilər ki, bu sahədə tədqiqatlar XX əsr boyunca artım sürətində heç bir ləngimə əlaməti olmadan artdı. , lakin o qədər kəskin şəkildə böyüdü ki, 20-ci əsrin sonunda o, yalnız gündəlik istifadəçi üçün onlayn elektron məlumat bazası kimi əlçatan oldu. [16]

    Üzvi birləşmələr tez-tez qarışıqlar şəklində mövcud olduğundan, təmizlik xromatoqrafiya üsullarının bu tətbiq üçün xüsusilə vacib olduğunu qiymətləndirmək üçün müxtəlif üsullar hazırlanmışdır və HPLC və qaz xromatoqrafiyası daxildir. Ənənəvi ayırma üsullarına distillə, kristallaşma, buxarlanma, maqnit ayırma və həlledicinin çıxarılması daxildir.

    Üzvi birləşmələr ənənəvi olaraq "yaş üsullar" adlanan müxtəlif kimyəvi sınaqlarla xarakterizə olunurdu, lakin bu cür sınaqlar əsasən spektroskopik və ya kompüter intensivliyi tələb edən analiz üsulları ilə əvəz edilmişdir. [17] Təxmini faydalılıq sırası ilə sadalanan əsas analitik üsullar bunlardır:

      korrelyasiya spektroskopiyasından istifadə edərək atom əlaqəsinin və hətta stereokimyanın tam təyin edilməsinə imkan verən ən çox istifadə edilən texnikadır. Üzvi kimyanın əsas tərkib atomları - hidrogen və karbon - təbii olaraq NMR-ə cavab verən izotoplarla, müvafiq olaraq 1 H və 13 C ilə mövcuddur. : Molekulun elementar tərkibini təyin etmək üçün istifadə edilən dağıdıcı üsul. Aşağıdakı kütlə spektrometriyasına da baxın. birləşmənin molekulyar çəkisini və parçalanma nümunələrindən onun strukturunu göstərir. Yüksək ayırdedici kütlə spektrometriyası adətən birləşmənin dəqiq formulunu müəyyən edə bilir və elementar analizin yerinə istifadə olunur. Keçmiş dövrlərdə kütləvi spektrometriya müəyyən dəyişkənlik nümayiş etdirən neytral molekullarla məhdudlaşırdı, lakin qabaqcıl ionlaşdırma üsulları faktiki olaraq istənilən üzvi birləşmənin “kütləvi xüsusiyyətlərini” əldə etməyə imkan verir. materialın tək kristalı mövcud olduqda molekulyar həndəsəni təyin etmək üçün faydalı ola bilər. Yüksək səmərəli aparat və proqram təminatı uyğun kristal əldə edildikdən sonra bir neçə saat ərzində strukturu müəyyən etməyə imkan verir.

    İnfraqırmızı spektroskopiya, optik fırlanma və UV/VIS spektroskopiyası kimi ənənəvi spektroskopik üsullar nisbətən qeyri-spesifik struktur məlumat verir, lakin xüsusi tətbiqlər üçün istifadə olunur. Kırılma indeksi və sıxlıq da maddənin identifikasiyası üçün vacib ola bilər.

    Adətən maraq doğuran üzvi birləşmələrin fiziki xassələrinə həm kəmiyyət, həm də keyfiyyət xüsusiyyətləri daxildir. Kəmiyyət məlumatlarına ərimə nöqtəsi, qaynama nöqtəsi və sınma indeksi daxildir. Keyfiyyət xüsusiyyətlərinə qoxu, konsistensiya, həllolma və rəng daxildir.

    Ərimə və qaynama xassələri Redaktə edin

    Üzvi birləşmələr adətən əriyir və çoxları qaynayır. Əksinə, qeyri-üzvi materiallar ümumiyyətlə əridilə bilsələr də, bir çoxları qaynamır və əksinə pisləşməyə meyllidir. Əvvəlki dövrlərdə ərimə nöqtəsi (m.p.) və qaynama nöqtəsi (b.p.) üzvi birləşmələrin saflığı və eyniliyi haqqında mühüm məlumat verirdi. Ərimə və qaynama nöqtələri molekulların polaritesi və onların molekulyar çəkisi ilə əlaqələndirilir. Bəzi üzvi birləşmələr, xüsusilə simmetrik olanlar, əzəmətlidir. Sublimable üzvi birləşmənin məşhur nümunəsi müasir güvələrin iyli tərkib hissəsi olan para-diklorobenzoldur. Bəzi istisnalar olsa da, üzvi birləşmələr adətən 300 °C-dən yuxarı temperaturda çox sabit deyil.

    Çözünürlük Redaktəsi

    Neytral üzvi birləşmələr hidrofobik olurlar, yəni üzvi həlledicilərə nisbətən suda daha az həll olurlar. İstisnalara tərkibində ionlaşan qruplar, eləcə də hidrogen bağlanmasının baş verdiyi aşağı molekulyar ağırlıqlı spirtlər, aminlər və karboksilik turşular olan üzvi birləşmələr daxildir. Əks halda, üzvi birləşmələr üzvi həlledicilərdə həll olur. Həll qabiliyyəti üzvi həlledici və üzvi həlledici ilə geniş şəkildə dəyişir.

    Bərk hal xüsusiyyətləri Redaktə edin

    Molekulyar kristalların və birləşmiş sistemlərə malik üzvi polimerlərin müxtəlif ixtisaslaşdırılmış xassələri tətbiqlərdən asılı olaraq maraq doğurur, məsələn. piezoelektrik, elektrik keçiriciliyi (keçirici polimerlər və üzvi yarımkeçiricilərə bax) və elektro-optik (məsələn, qeyri-xətti optika) kimi termo-mexaniki və elektro-mexaniki. Tarixi səbəblərdən belə xassələr əsasən polimerşünaslıq və materialşünaslıq sahələrinin subyektləridir.

    Üzvi birləşmələrin adları ya sistemli, məntiqi qaydalar toplusuna uyğundur, ya da müxtəlif ənənələrə uyğun olaraq qeyri-sistematikdir. Sistemli nomenklatura IUPAC-ın spesifikasiyası ilə müəyyən edilir. Sistemli nomenklatura maraq molekulu daxilində ana strukturun adı ilə başlayır. Bu valideyn adı daha sonra strukturu birmənalı şəkildə çatdırmaq üçün prefikslər, şəkilçilər və rəqəmlərlə dəyişdirilir. Milyonlarla üzvi birləşmənin məlum olduğunu nəzərə alsaq, sistematik adların ciddi şəkildə istifadəsi çətin ola bilər. Beləliklə, IUPAC tövsiyələri mürəkkəb molekullar üçün deyil, sadə birləşmələr üçün daha yaxından izlənilir. Sistemli adlandırmadan istifadə etmək üçün ana strukturların strukturlarını və adlarını bilmək lazımdır. Ana strukturlara əvəz olunmamış karbohidrogenlər, heterosikllər və onların monofunksional törəmələri daxildir.

    Sistemli olmayan nomenklatura ən azı üzvi kimyaçılar üçün daha sadə və birmənalı deyil. Sistemsiz adlar birləşmənin quruluşunu göstərmir. Onlar ən təbii məhsulları ehtiva edən mürəkkəb molekullar üçün ümumidir. Thus, the informally named lysergic acid diethylamide is systematically named (6aR,9R)-N,N-diethyl-7-methyl-4,6,6a,7,8,9-hexahydroindolo-[4,3-fg] quinoline-9-carboxamide.

    With the increased use of computing, other naming methods have evolved that are intended to be interpreted by machines. Two popular formats are SMILES and InChI.

    Structural drawings Edit

    Organic molecules are described more commonly by drawings or structural formulas, combinations of drawings and chemical symbols. The line-angle formula is simple and unambiguous. In this system, the endpoints and intersections of each line represent one carbon, and hydrogen atoms can either be notated explicitly or assumed to be present as implied by tetravalent carbon.

    Tarixi Redaktə et

    By 1880 an explosion in the number of chemical compounds being discovered occurred assisted by new synthetic and analytical techniques. Grignard described the situation as "chaos le plus complet" (complete chaos) due to the lack of convention it was possible to have multiple names for the same compound. This led to the creation of the Geneva rules in 1892. [18]

    Functional groups Edit

    The concept of functional groups is central in organic chemistry, both as a means to classify structures and for predicting properties. A functional group is a molecular module, and the reactivity of that functional group is assumed, within limits, to be the same in a variety of molecules. Functional groups can have a decisive influence on the chemical and physical properties of organic compounds. Molecules are classified based on their functional groups. Alcohols, for example, all have the subunit C-O-H. All alcohols tend to be somewhat hydrophilic, usually form esters, and usually can be converted to the corresponding halides. Most functional groups feature heteroatoms (atoms other than C and H). Organic compounds are classified according to functional groups, alcohols, carboxylic acids, amines, etc. [19] Functional groups make the molecule more acidic or basic due to their electronegative influence on surrounding parts of the molecule.

    As the pka (aka basicity) of the molecular addition/functional group increases, there is a corresponding dipole, when measured, increases in strength. A dipole directed towards the functional group (higher pka therefore basic nature of group) points towards it and decreases in strength with increasing distance. Dipole distance (measured in Angstroms) and steric hindrance towards the functional group have an intermolecular and intramolecular effect on the surrounding environment and pH level.

    Different functional groups have different pka values and bond strengths (single, double, triple) leading to increased electrophilicity with lower pka and increased nucleophile strength with higher pka. More basic/nucleophilic functional groups desire to attack an electrophilic functional group with a lower pka on another molecule (intermolecular) or within the same molecule (intramolecular). Any group with a net acidic pka that gets within range, such as an acyl or carbonyl group is fair game. Since the likelihood of being attacked decreases with an increase in pka, acyl chloride components with the lowest measured pka values are most likely to be attacked, followed by carboxylic acids (pka =4), thiols (13), malonates (13), alcohols (17), aldehydes (20), nitriles (25), esters (25), then amines (35). [20] Amines are very basic, and are great nucleophiles/attackers.

    Aliphatic compounds Edit

    The aliphatic hydrocarbons are subdivided into three groups of homologous series according to their state of saturation:

    • alkanes (paraffins): aliphatic hydrocarbons without any double or triple bonds, i.e. just C-C, C-H single bonds
    • alkenes (olefins): aliphatic hydrocarbons that contain one or more double bonds, i.e. di-olefins (dienes) or poly-olefins.
    • alkynes (acetylenes): aliphatic hydrocarbons which have one or more triple bonds.

    The rest of the group is classed according to the functional groups present. Such compounds can be "straight-chain", branched-chain or cyclic. The degree of branching affects characteristics, such as the octane number or cetane number in petroleum chemistry.

    Both saturated (alicyclic) compounds and unsaturated compounds exist as cyclic derivatives. The most stable rings contain five or six carbon atoms, but large rings (macrocycles) and smaller rings are common. The smallest cycloalkane family is the three-membered cyclopropane ((CH2)3). Saturated cyclic compounds contain single bonds only, whereas aromatic rings have an alternating (or conjugated) double bond. Cycloalkanes do not contain multiple bonds, whereas the cycloalkenes and the cycloalkynes do.

    Aromatic compounds Edit

    Aromatic hydrocarbons contain conjugated double bonds. This means that every carbon atom in the ring is sp2 hybridized, allowing for added stability. The most important example is benzene, the structure of which was formulated by Kekulé who first proposed the delocalization or resonance principle for explaining its structure. For "conventional" cyclic compounds, aromaticity is conferred by the presence of 4n + 2 delocalized pi electrons, where n is an integer. Particular instability (antiaromaticity) is conferred by the presence of 4n conjugated pi electrons.

    Heterocyclic compounds Edit

    The characteristics of the cyclic hydrocarbons are again altered if heteroatoms are present, which can exist as either substituents attached externally to the ring (exocyclic) or as a member of the ring itself (endocyclic). In the case of the latter, the ring is termed a heterocycle. Pyridine and furan are examples of aromatic heterocycles while piperidine and tetrahydrofuran are the corresponding alicyclic heterocycles. The heteroatom of heterocyclic molecules is generally oxygen, sulfur, or nitrogen, with the latter being particularly common in biochemical systems.

    Heterocycles are commonly found in a wide range of products including aniline dyes and medicines. Additionally, they are prevalent in a wide range of biochemical compounds such as alkaloids, vitamins, steroids, and nucleic acids (e.g. DNA, RNA).

    Rings can fuse with other rings on an edge to give polycyclic compounds. The purine nucleoside bases are notable polycyclic aromatic heterocycles. Rings can also fuse on a "corner" such that one atom (almost always carbon) has two bonds going to one ring and two to another. Such compounds are termed spiro and are important in several natural products.

    Polymers Edit

    One important property of carbon is that it readily forms chains, or networks, that are linked by carbon-carbon (carbon-to-carbon) bonds. The linking process is called polymerization, while the chains, or networks, are called polymers. The source compound is called a monomer.

    Two main groups of polymers exist synthetic polymers and biopolymers. Synthetic polymers are artificially manufactured, and are commonly referred to as industrial polymers. [21] Biopolymers occur within a respectfully natural environment, or without human intervention.

    Biomolecules Edit

    Biomolecular chemistry is a major category within organic chemistry which is frequently studied by biochemists. Many complex multi-functional group molecules are important in living organisms. Some are long-chain biopolymers, and these include peptides, DNA, RNA and the polysaccharides such as starches in animals and celluloses in plants. The other main classes are amino acids (monomer building blocks of peptides and proteins), carbohydrates (which includes the polysaccharides), the nucleic acids (which include DNA and RNA as polymers), and the lipids. Besides, animal biochemistry contains many small molecule intermediates which assist in energy production through the Krebs cycle, and produces isoprene, the most common hydrocarbon in animals. Isoprenes in animals form the important steroid structural (cholesterol) and steroid hormone compounds and in plants form terpenes, terpenoids, some alkaloids, and a class of hydrocarbons called biopolymer polyisoprenoids present in the latex of various species of plants, which is the basis for making rubber.

    Small molecules Edit

    In pharmacology, an important group of organic compounds is small molecules, also referred to as 'small organic compounds'. In this context, a small molecule is a small organic compound that is biologically active but is not a polymer. In practice, small molecules have a molar mass less than approximately 1000 g/mol.

    Fullerenes Edit

    Fullerenes and carbon nanotubes, carbon compounds with spheroidal and tubular structures, have stimulated much research into the related field of materials science. The first fullerene was discovered in 1985 by Sir Harold W. Kroto of the United Kingdom and by Richard E. Smalley and Robert F. Curl, Jr., of the United States. Using a laser to vaporize graphite rods in an atmosphere of helium gas, these chemists and their assistants obtained cagelike molecules composed of 60 carbon atoms (C60) joined together by single and double bonds to form a hollow sphere with 12 pentagonal and 20 hexagonal faces—a design that resembles a football, or soccer ball. In 1996 the trio was awarded the Nobel Prize for their pioneering efforts. The C60 molecule was named buckminsterfullerene (or, more simply, the buckyball) after the American architect R. Buckminster Fuller, whose geodesic dome is constructed on the same structural principles.

    Digərləri Redaktə edin

    Organic compounds containing bonds of carbon to nitrogen, oxygen and the halogens are not normally grouped separately. Others are sometimes put into major groups within organic chemistry and discussed under titles such as organosulfur chemistry, organometallic chemistry, organophosphorus chemistry and organosilicon chemistry.

    Organic reactions are chemical reactions involving organic compounds. Many of these reactions are associated with functional groups. The general theory of these reactions involves careful analysis of such properties as the electron affinity of key atoms, bond strengths and steric hindrance. These factors can determine the relative stability of short-lived reactive intermediates, which usually directly determine the path of the reaction.

    The basic reaction types are: addition reactions, elimination reactions, substitution reactions, pericyclic reactions, rearrangement reactions and redox reactions. An example of a common reaction is a substitution reaction written as:

    where X is some functional group and Nu is a nucleophile.

    The number of possible organic reactions is infinite. However, certain general patterns are observed that can be used to describe many common or useful reactions. Each reaction has a stepwise reaction mechanism that explains how it happens in sequence—although the detailed description of steps is not always clear from a list of reactants alone.

    The stepwise course of any given reaction mechanism can be represented using arrow pushing techniques in which curved arrows are used to track the movement of electrons as starting materials transition through intermediates to final products.

    Synthetic organic chemistry is an applied science as it borders engineering, the "design, analysis, and/or construction of works for practical purposes". Organic synthesis of a novel compound is a problem-solving task, where a synthesis is designed for a target molecule by selecting optimal reactions from optimal starting materials. Complex compounds can have tens of reaction steps that sequentially build the desired molecule. The synthesis proceeds by utilizing the reactivity of the functional groups in the molecule. For example, a carbonyl compound can be used as a nucleophile by converting it into an enolate, or as an electrophile the combination of the two is called the aldol reaction. Designing practically useful syntheses always requires conducting the actual synthesis in the laboratory. The scientific practice of creating novel synthetic routes for complex molecules is called total synthesis.


    Videoya baxın: Kovalent Bağ Kimya (BiləR 2022).