Väävli oksiidid
|
|  Yüklə 0.77 Mb.
|
Eetrid• Eetrid on ühendid, kus hapnik on seotud kahe alküülrühmaga, ROR' • Eetrid on palju lenduvamad kui alkoholid, mille isomeerideks nad on, kuna eetrid ei anna puhtana vesiniksidemeid • Tänu väikesele reaktiivsusle ja polaarsusele kasutatakse neid teiste orgaaniliste ainete lahustitena. Samas on nad tuleohtlikud! • Eetri molekul võib olla ka tsükliline, nagu nt THF–is • Eraldi rühma moodustavad krooneetrid, mis on tsüklilised ja koosnevad –CH2CH2 –O–ühikutest • Krooneetrid seovad molekuli sisse metallikatioone ja muudavad vastavad soolad mittepolaarses lahustis lahustuvaks Fenoolid• Fenoolides on hüdroksüülrühm otse seotud benseenituumaga • Looduses esineb palju asendatud fenoole, mis annavad taimedele lõhna • Erinevalt alkoholidest on fenoolid nõrgad happed, seda tänu resonants–stabilisatsioonile fenolaatioonis Aldehüüdid ja ketoonid• Karbonüülrühm, –C(O)–, esineb kahes lähedases ühenditeklassis: – aldehüüdides RCHO – ketoonides RCOR' • Lihtsaim aldehüüd on formaldehüüd HCHO, aka metanaal – formaldehüüdi vesilahus on tuntud formaliinina ja kasutatakse bioloogiliste objektide säiltamiseks • Aldehüüdide süstemaatiliste nimetuste andmisel lähtutakse jällegi vastava alkaani nimest, millele lisatakse lõpp –aal – karboksüülrühma süsinik loetakse ka ära • Ketoonide nimetamisel lisatakse alkaani nimele lõpp –oon, karbonüülrühma asukoht näidatakse numbriga (2–pentanoon) • Paljusid aldehüüde ja ketoone leidub taimsetes ekstraktides, millele nad annavad iseloomuliku lõhna – bensaldehüüd – kirsi– ja mandlilõhn – 3–fenüülpropenaal – kaneelilõhn – vanilliin – karvoon – piparmündilõhn
• Formaldehüüdi saadakse tööstuslikult metanooli katalüütilisel oksüdeerimisel • Aldehüüdi edasise oksüdeerumise vältimiseks tuleb kasutatada suhteliselt pehmet oksüdeeriat • Ketoonide saamisel on edasise oksüdeerumise oht väiksem, kuna selleks tuleks lõhkuda C–C side. Sageli saadakse ketoone sekundaarsete alkoholide oksüdeerimisel dikromaadiga Aldehüüdid ja ketoonid • Nt 2–butaanist EtCH(OH)Me saab butanooni EtCOMe • Aldehüüde ja ketoone saab eristada Tollensi reagendi (Ag+ ioonide soola ja amooniaagi vesilahus) abil – aldehüüdid oksüdeeruvad ja annavad hõbepeegli, ketoonid aga mitte • Seega aldehüüdid on redutseeriad, ketoonid aga mitte Karboksüülhapped• Karboksüülhapped sisaldavad karboksüülrühma –COOH • Karboksüülhapete nimetused tulenevad vastavate alkaanide nimetustest, kus lõppu lisatakse hape • Tuntumad karboksüülhapped on metaanhape (sipelghape) ja etaanhape (äädikhape) • Karboksüülhappeid saadakse tavaliselt alkoholide või aldehüüdide oksüdeerimisel • Mõnedele juhtudel saab alküülrühma otse oksüdeerida karbonüülrühmaks, näiteks p–ksüleeni oksüdeerimisel tereftaalhappeks Estrid• Alkoholi ja karboksüülhappe vahelise reaktsiooni tulemusena tekkivad estrid • Nt etanool ja äädikhape reageerivad tugeva happe juuresolekul 100°C juures Kondensatsioonireaktsioon• Estri moodustumise reaktsioon on näiteks kondensatsioonireaktsioonist, kus kaks suuremat molekuli liituvad nii, et eraldub üks väike molekul (esterdamisreaktsiooni korral vesi) • Kondensatsioonireaktsioonid on orgaanilises keemias üsna tavalised ja leivad kasutamist nt polümeeride sünteesil Estrid• Paljudel estritel on tugev ja meeldiv lõhn ja nad annavad maitse paljudele puuviljadele • Ka rasvad ja toiduõlid on estrid – alkoholiks on reeglina glütserool (1,2,3– propaantriool) – karboksüülhapped on siin reeglina pika süsinikahelaga ja võivad sisaldada kordseid sidemeid
Amiinid• Amiinid on orgaanilised ühendid, mis on saadud ammoniaagi molekulis ühe või mitme vesiniku asendamisel süsivesinik–rühmaga – ühe vesiniku asendamisel saadakse primaarne amiin, kahe vesiniku asendamisel sekundaarne ja kolme vesiniku asendamisel tertsiaarne amiin – kvaternaarne ammooniumioon saadakse ammooniumioonis kõigi nelja vesiniku asendamisel • Amiinorühm on primaarsetes amiinides sisalduv –NH2 rühm • Amiinid on looduses laialt levinud, paljudel neil on ebameeldiv lõhn • Amiinid on orgaanilise aine üheks laguproduktiks ja koos väävliühenditega on nad näiteks laiba lõhna põhjustajateks • Amiinid, nagu ka ammoniaak, on nõrgad alused • Aminohapped on polüfunktsionaalsed orgaanilised ained: nad sisaldavad nii aminorühma kui karboksüülrühma • Lihtsaim näide aminohappest on glütsiin
Aminohapped• Aminohape sisaldab samas molekulis nii aluselist (amino) kui ka happelist (karboksüül) rühma ja võib seega vastavalt olukorrale käituda happe või alusena – vesilahuses esinevad aminohapped sageli tsvitterioonina Kondensatsioonireaktsioon • Amiinid nagu alkoholidki annavad kondensatsioonireaktsiooni karboksüülhappega • Kui reageerib primaarne amiin on saaduseks amiid, molekul mis sisaldab –C(=O)–N(H)– rühma • Kuna amiinid on alused ja karboksüülhapped happed võiks muidugi eeldada, et amiini tekke asemel toimub lihtsalt prootoni ülekanne happelt amiinile • Kondensatsiooniks on vajalik kõrgem temperatuur, et ületada aktivatsioonibarjäär • Praktikas saadakse amiide amiinide reaktsioonil karboksüülhapete klooran–hüdriididega • Nii klooranhüdriidi kui karboksüülhappega toimub amiini reaktsioon jällegi nukleofiilse asenduse mehhanismiga • Amiini kondensatsioon karboksüülhappega on oluline reaktsioon biokeemias, kuna sellel põhineb valgu molekuli primaarstruktuuri teke 12
Polümeerid• Paljud meid igapäevaselt ümbritsevad esemed on valmistatud polümeeridest, ühenditest, kus suhteliselt väikesed (lühikesed) korduvad ühikud moodustavad suuri (pikki) makromolekule nagu polü–propüleen või polütetrafluoroetüleen (Teflon) • Plastik on polümeer, mida saab valada Liitumispolümerisatsioon• Alkeenid reageerivad omavahel, moodustades pikki ahelaid. Seda protsessi nimetatakse liitumispolümersatsiooniks • Reageerivat alkeeni, näiteks eteeni, nimetatakse polümerisatsiooni korral monomeeriks • Igast monomeerist saab polümerisatsioonil ahela elementaarlüli, näiteks –CH2–CH2– • Liitumispolümersatsiooni produkt on korduvatest ühikutest koosnev polümeer, näiteks polüetüleen –(CH2–CH2)n–• Polümeeridel võivad olla ka hargnenud, kui ahela kasv toimub lisaks peaahela pikenemisele ka tema hargnemise teel • Välja on töötatud rida polümeere, mis baseeruvad CHX=CH2 tüüpi monomeeridel – X võib siin olla üksik aatom nagu kloor polüvinüülkloriidis või aatomite rühm nagu metüül polüpropüleenis • Tulemuseks on rida polümeere üldvalemiga –(CHXCH2)– • Tähtsamad liitumispolümeerid on – polüetüleen –(CH2–CH2)n –– polüvinüülkloriid –(CHCl–CH2)n –– polüstüreen –(CHPh–CH2)n –– polüakrüül –(CHCN–CH2)n –– polüpropüleen –(CHMe–CH2)n –– teflon –(CF2–CF2)n –– polümetüülmetakrülaat, pleksiklaas
• Nimetatud polümeerid erinevad oma omadustelet: välimuselt, tugevuselt, läbipaistvuselt ja vastupidavuselt • Paljud liitumispolümerisatsiooni teel saadud materjalid on korduvkasutatavad (peale ümbertöötlemist)
Radikaalpolümerisatsioon• Laialt kasutatav meetod liitumis–polümeeride saamiseks on radikaalse ahel–reaktsioonina toimuv radikaalpolümeri–satsioon • Tüüpiliselt surutakse monomeergaas kokku ca 1000 atm rõhu all ja soojendatakse 100°C–ni. Ahela initsiaatoriks on tavaliselt väike kogus orgaanilisi peroksiide R–O–O–R R–O–O–R = R–O• + R–O• • Ahela kasv toimub radikaalse atakina monomeeri kaksiksidemele, mille tulemuse–na moodustub uus ja väga reaktsiooni–võimeline radikaal R–O• + H2C=CHX = R–O–CH2–CHX• • Tekkinud radikaal atakeerib järgmist monomeeri ja ahel kasvab kuni kogu monomeer on ära kulunud või kahe radikaali omavahelise reaktsioonini • Saadud produkt, näiteks polüetüleen, koosneb pikkadest ahelatest, kus liitunud monomeeride arv ulatub tuhandetesse • Tugevas polümeeris on ahelad pakitud tihedalt üksteise kõrvale – varasema polüpropüleeni tootmisel oli probleemiks vesiniku ja metüülrühma juhuslik orientatsioon igas ahela ühikus – saadud materjal oli amorfne ja kleepuv • Tänapäeval kasutatakse ahela stereokeemia kontrollimiseks Ziegler–Natta katalüsaatorit (TiCl4 ja Et3Al) ning saadakse stereoregulaarse struktuuriga polümeer tänu sellele, et reaktsioon toimub tahke katalüsaatori pinnal • Ziegler–Natta katalüsaatori abil saadud polümeerid moodustavad tiheda, kristallilise struktuuriga materjali • Polümeer stereoregulaarne, kui kas kõik korduvad ühikud või siis ühikute paarid on sarnase suhtelise stereokeemiaga – esimesel juhul on tegu isotaktilise polümeeriga (süsinikud on sama käelisusega) – teisel juhul sündiotaktilise polümeeriga (süsinikud on vahelduva käelisusega) • Juhusliku korduvate ühikute orientatsiooniga polümeer on ataktiline Juhtivad polümeerid• Metallid juhivad elektrit tänu sellele, et nende valentselektronid liiguvad vabalt ühe aatomi juurest teise juurde • Kovalentselt seotud tahkised reeglina elektrit ei juhi, kuna elektronid on lokaliseeritud kindla aatomi juurde või ühte kindlasse sidemesse • Erandiks on grafiit, mis koosneb delokaliseeritud benseenituumadest • Grafiit on kahjuks habras • Elektritjuhtivad polümeerid on selles suhtes suureks sammuks edasi: neid saab valada ja neist saab tõmmata fiibreid või õhukesi lehti • Juhtivad polümeerid on sarnased selles osas, et sisaldavad pikki sp2 olekus süsinike ahelaid (osa süsinikke võib olla asendatud ka lämmastiku või väävliga) • Igal juhtiva ahela aatomil on ka hübridiseerimata p–orbitaal, mistõttu moodustub vahelduvatest üksik– ja kaksiksidemetest ahel • Lihtsaim juhtiv polümeer on polüatsetüleen 
Kondensatsiooni–polümerisatsioon• Kondensatsioonipolümeere saadakse kondensatsioonirekatsioonide tulemusena • Tüüpiliseks näiteks on siin polüestrid, mida saadakse dikarboksüülhapete ja dialkoholide kondensatsiooni tulemusena – näiteks tereftaalhappe ja etüleenglükooli kondensatsiooni tulemusena saadakse polüetüleentereftalaat 
• Kondensatsioonireaktsioon saab toimuda vaid funktsionaalrühmade osalusel ja seetõttu on siin ahela hargnemised palju haruldlasemad kui liitumispolümeerides • Tänu sellele saab siin ka polümeeridest paremaid fiibreid • Kuna aga iga happe ja alkoholi paar saab olla ahela initsiaatoriks, saadakse siin reeglina lühemad ahelad • Amiinide ja karboksüülhapete kondensa–tsioonil saadakse polümeere, mida tuntakse polüamiidide (nailonite) nime all • Tüüpiline polüamiid on nailon–66, mis on 1,6–diaminoheksaani (H2N(CH2)6NH2 ) ja adipiinhappe (HOOC(CH2)4COOH) polümeer – Number 66 näitab süsiniku aatomite arvu kummaski lähteaines
Polüamiidid• Nii polüestreid kui polüamiide saab valada ja neist saab tõmmata fiibreid või õhukesi lehti • Polüamiididele on omane suhteliselt suur tugevus tänu vesiniksidemete moodus–tumisele naaberahelate vahel (nt kuuli–kindlate vestide valmistamiseks kasutatavas Kevlaris) • Vesiniksidemete moodustumise tõttu absorbeerivad polüamiidid sageli ka vett 
Kopolümeerid• Kopolümeerid moodustuvad enamast kui ühest monomeerist – kõik kondensatsioonpolümeerid on kopolümeerid • Kondensatsioonipolümeerid on reeglina alterneeruvad kopolümeerid, st et erinevad monomeerid vahelduvad kordamööda • Plokk–kopolümeerides vaheldub ühest monomeerist koosnev pikem plokk teisest monomeerist koosnevaga: AAAABBBBB • Plokk–kopolümeeri näiteks on butadieeniga modifitseeritud polüstüreen – polüstüreen on läbipaistev ja habras – polübutadieen on sünteetiline kumm • Nende kahe plokk–koplümeer on vastupidav ja läbipaistev • Plokk–kopolümeeride omadused sõltuvad plokkide omadustest, pikkustest ja vahekorrast polümeerid • Samadest butadieenist ja stüreenist saadakse ka kopolümeeri (stüreen–butadieenkummi), millest on tehtud autokummid ja mis on närimiskummi üheks komponendiksga • Statistilises (ebaregulaarses) kopolümeeris on erinevate monomeeride paigutus juhuslik • Poogitud polümeeride korral on ühest monomeerist koosnevale polümeeriahelale liidetud teise monomeeri ahelatest kõrvalharud Komposiitmaterjalid• Komposiitmaterjalid koosnevad kahest või enamast koos tahkunud materjalist • Sageli lisatakse polümeerile anorgaanilis tahkiseid ja saadakse oluliselt tugevamaid kuid siiski painduvaid materjale
Polümeeride omadused• Sünteetilise polümeeri ahelad on erineva pikkusega ja seetõttu pole neil ühest molaarmassi ega sulamistemperatuuri • Defineerida saab aga keskmise molaarmassi ja ahela pikkuse • Polümeeri tugevus ja ka viskoossus on seotud ahelate kuju ja pikkusega Valgud• Valgud on kuni 20 erineva loodusliku aminohappe kondensatsioonil tekkivad kopolümeerid • Looduslikud aminohapped, H2N–C(R)H–COOH, erinevad vaid asendusrühma R osas • 20 aminohappest võib moodustada miljardeid erinevaid valke, inimorganismis on neid tuhandeid ja igaühel on kindel funktsioon • Kahest või enamast aminohappest moodustunud kondensatsiooniprodukti nim peptiidiks, kuna ta sisaldab peptiidsidet –CO–NH– • Tüüpiline valk sisaldab üle saja aminohappejäägi kindlas järjestuses • See kindel järjestus on valgu primaarstruktuur • Valgu sekundaarstruktuur kirjeldab kuidas polüpeptiidahel ennast ruumiliselt paigutab • Enamlevinud struktuurid on – –heeliks, kus valk on keerdunud spiraalina ja – –voldik, kus ahela osad paiknevad kõrvuti • Sekundaarstruktuuri hoiavad koos erinevate aminohappejääkide vahelised vesiniksidemed • Valgu tertsiaarstruktuur kirjeldab kuidas paiknevad ruumiliselt polümeeri erinevad osad (heeliksid ja voldikud) • Ka tertsiaarstruktuuri hoiavad koos erinevate aminohappejääkide vahelised vesiniksidemed ja ka väävlit sisaldavate aminohappejääkide vahelised disulfiid sidemed (–S–S–) • Valkudel võib olla ka kvaternaarne struktuur, mis kirjeldab kuidas erinevad valgu molekulid moodustavad suuremaid agregaate • Valgu struktuuri kadumist nimetatakse denaturatsiooniks, mis võib olla pöörduv või pöördumatu
Süsivesikud• Süsivesikud on sageli empiirilise valemiga CH2O, millest tuleneb nende nimi • Süsivesikute hulka kuuluvad tärklis, tselluloos ja suhkrud, näiteks glükoos ja fruktoos
• Süsivesikud sisaldavad karbonüülrühma ja mitmeid hüdroksüülrühmasid • Seetõttu võivad nad esineda ka rea tsükliliste isomeeridena. All on toodud glükoosi –püranoosne ja –furanoosne vorm 
Polüsahhariidid• Polüsahhariidid on glükoosi polümeerid – tärklis koosneb amüloosist, glükoosi monomeeride hargnemata ahelatest, ja amülopektiinist, glükoosi monomeeride hargnenud ahelatest
Tselluloos• Tselluloos on samuti glükoosi polümeer • Erinevalt tärklisest ei suuda inimene tselluloosi seedida • Struktuurilt on tselluloos lähedane amüloosiga, kuid moodustab palju vesiniksidemeid ahelate vahel 
Süsivesikud• Riboos ja desoksüriboos on kaks olulist süsivesikut, mis kuuluvad DNA ja RNA koostisesse
Nukleosiid• Nukleosiid saadakse amiini (adeniini, guaniini, tsütosiini, tümiini või uratsiili) liitmisel 2 asendi süsinikule
Nukleotiid• Nukleotiid saadakse nukleosiidile 5 süsinikule fosfaatrühma liitmisel • Polünukleotiid saadakse ühe nukleotiidi fosfaatrühma ja teise nukleutiidi 3. süsiniku hüdroksüülrühma kondensatsioonil 
Nukleiinhapped • Nukleotiidide kondensatsiooni tulemusena tekkib pikk nukleiinhappe molekul • DNA võime ennast replitseerida tuleneb sellest, et ta eksisteerib kaksikheeliksina, kus kaks ahelat on kindlas vastavuses – adeniin seostub naaberahela tümiiniga andes 2 vesiniksidet ja guaniin seostub naaberahela tsütosiiniga andes 3 H–sidet |
