SINTEZNI POLIMERI Polimeri so se razširili na vsa področja ...

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
SINTEZNI POLIMERI
Polimeri so se razširili na vsa področja človeškega delovanja. V veliki meri so nadomestili tradicionalne
materiale kot so les, steklo, keramika, kovine, usnje, naravna vlakna, kamen. Vzroki za tak prodor
plastičnih mas so v njihovih lastnostih, saj so lahke, čvrste in vzdrţljive. Lahko se obdelujejo in barvajo, so
dobri električni izolatorji in dokaj poceni. Poleg tega lahko s kemijsko sestavo krojimo njihove lastnosti po
ţelji.
Definicija polimerov
Polimer je snov iz makromolekul. Makromolekule vsebujejo ponavljajoče se strukturne enote.
Monomer je osnovna spojina, iz katere nastane polimer. Reakcija nastanka polimerov se imenuje
polimerizacija.
Molekule polimerov so dolge verige, ki običajno niso vse enako dolge. Medsebojna razporeditev verig je
pogosto neurejena, molekule takega polimera si najlaţe predstavljamo kot skledo špagetov. Pri nekaterih
polimerih so molekule delno razvrščene v urejene strukture. Taki so bolj ali manj kristalinični.
Amorfen polimer
Delno kristaliničen polimer
Zaradi amorfne zgradbe polimeri nimajo ostrega tališča. Z višanjem temperature se le bolj ali manj
mehčajo, nastala tekočina pa je še vedno zelo viskozna. Tako mehčanje nam omogoča, da umetne mase
oblikujemo. Z istiskanjem skozi šobe nastanejo tekstilna vlakna, folije, cevi, palice. S tlačnim vlivanjem v
kalupe nastanejo različni predmeti, ohišja, plastenke posoda in podobno. Ko se polimer ohladi, obdrţi
obliko. Takšni polimeri se imenujejo plastomeri (starejši izraz termoplasti).
Verige plomerov so lahko tudi zamreţene. Ves kos polimera je ena sama molekula. Ti se v nasprozju s
plastomeri pri segrevanju ne zmehčajo in jih ne moremo plastično preoblikovati. Tem polimerom pravimo
duromeri (starejši izraz duroplasti).
Posebno obnašanje pri mehanskih obremenitvah kaţejo elastomeri, ki se pod vplivom sile vekratno
raztegnejo, po prenehanju obremenitve pa se povrnejo v prvotno obliko. Po zgradbi molekul so nekoliko
podobni duromerom, le da so mesta zamreţenja bolj redka.
plastomer duromer Elastomer
1

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
Polimeri nastanejo tudi s kombinacijo dveh ali več monomerov.
Taki polimeri se imenujejo kopolimeri.
Pri tem so moţne štiri vrste kopolimerov:
Če se monomera A on B izmenjujeta pravilno, nastane
alternirajoči kopolimer ABABAB....
Če se monomera A on B izmenjujeta naključno, nastane
statistični kopolimer ABBAAABABB....
Če se monomera A on B izmenjujeta v grupah, nastane blok
kopolimer AAAAAABBBB....
Če se na verigo polimera A veţejo stranske verige polimera
B, nastane cepljeni kopolimer
KEMIZEM POLIMERIZACIJE
Polimerizacija poteka na dva načina: kot poliadicija in polikondenzacija.
Adicijsko polimerizirajo nenasičeni monomeri, pri čemer se dvojne vezi razcepijo, nastane veriga, v
kateri se določena strukturna enota poinavlja.
Primer adicijske polimerizacije je nastanek polietena.
n CH 2 =CH 2 ... (-CH 2 -CH 2 –) n ...
slika prikazuje razceo dvojne vezi pri etenu in nastanek
makromolekule polietena.
Pogosto poteka adicijska polimerizacija na radikalski način. Pri tem uporabljamo spojino, ki pri segrevanju
razpade na radikale R . . Takšna spojina se imenuje iniciator. Radikali se veţejo na dvojno vez monomera
in nastane nov radikal s podaljšano verigo. Novi radikal se veţe spet na monomer in tako raste veriga.
Reakcija se zaključi, ko se dva radikala zdruţita.
Dieni polimerizirajo na podoben način, vendar nastane polimer, ki vsebuje v verigi dvojne vezi.
n CH 2 =CH-CH=CH 2 ...(-CH 2 -CH=CH-CH 2 -) n ...
Takšnemu polimeru znatno izboljšamo lastnosti, če ga segrevamo z dodatkom ţvepla. Postopek se imenuje
vulkanizacija. Ţveplo se veţe na dvojne vezi sosednjih verig in poveţe verige. Pri tem nastane guma.
Končne lastnosti dobi plastična masa šele po obdelavi z vrsto aditivov. Nrkatere plastične mase so krhke
kot steklo. Z dodatkom mehčal postanejo bolj upogljive. Za obstojnost na svetlogi in Uv ţarkih se plastični
masi dodajajo UV stabilizatorji. Poleg teh najosnovnejših dodatkov se dodajajo še polnila, ki material
pocenijo in sredstva za samougasljivost, če se polimer uporablja v gradbeništvu ali v elektrotehniki.
2

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
Kondenzacijska polimerizacija
Spojine z dvema funkcionalnima skupinama polimerizairajo tako, da se izloči majhna molekula, največkrat
voda. Primer kondenzacijske polimerizacije je nastanek polietilen tereftalata PET iz etilen glikola in
tereftalove kisline:
V praksi uporabljamo veliko polimerov. Nekatere prikazuje tabela.
Recikliranje polimerov.
Termoplastične polimere je moţno reciklirati tako, da jih sortiramo po vrsti materiala. Za laţje sortiranje so
izdelki in embalaţa označeni s sledečimi oznakami:
3

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
OGLJIKOVI HIDRATI
Definicija in nomenklatura C x H 2y O y ali C x (H 2 O) y
Ime ogljikovi hidrati je nastalo zaradi tega, ker te spojine vsebujejo poleg ogljika še vodik in kisik v
razmerju 2:1. Če delujemo na ogljikove hidrate s koncentrirano H 2 SO 4 , pride do pooglenitve, zato so
sklepali, da ţveplova kislina veţe ves vodik in kisik v obliki vode.
Ogljikovi hidrati nastanejo pri fotosintezi, pri čemer sodelujeta klorofil in svetloba:
6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Ogljikovi hidrati sluţijo kot izvor energije za delovanje celic
Po kemijski zgradbi so ogljikovi hidrati polihidroksi aldehidi in polihidroksi ketoni.
Po številu ogljikovih atomov v molekuli razlikujemo trioze, tetroze, pentoze, heksoze, ...
Ogljikove hidrate imenujemo s končnico –oza. Imenujemo jih s trivialnimi imeni in po IUPAC
nomenklaturi. Oglejmo si dva primera:
H
CHO
OH
CH 2 OH
CH 2 OH
O
CH 2 OH
Prva spojina se imenuje
2,3-dihidroksi propanal
ali glicerol aldehid.
Spada med aldotrioze.
Druga spojina se imenuje
1,3-dihidroksi propanon.
Spada med ketotrioze.
STEREOIZOMERIJA
Nekatere organske molekule imajo na ogljikov atom vezane štiri različne skupine. Tak atom predstavlja
kiralni center, molekula le pa kiralna. Ta molekule s kiralnimi centri je zančilno, da sučejo polarizirano
svetlobo za določen kot v desno ali na levo. Pravimo jim optično aktivne spojine.
Sučni kot izmerimo s polarimetrom. Če se ravnina polarizirane svetlobe zasuče v desno, to označimo s(+),
če se zasuče v levo, označimo z (-).
Za označitev prostorske razporeditve substituentov na kiralnem centru (označitev konfiguracije)
uporabljamo dva načina:
Sistem R,S - absolutna konfiguracija, ki velja na splošno in
Sistem D,L – relativna konfiguracija ki je v rabi za označevanje aminokislin in ogljikovih hidratov.
Oglrdali si bomo relativno konfiguracijo, pri kateri sluţi glicerolaldehid kot osnovns ali primerjalna
spojina.
Za laţjo predstavo bomo uporabili Fischerjevo projekcijo - tridimenzionalni zapis projiciramo v ravnino:
OH
CH 3
CH 3
H
CH 3
CH 2
C
CH 3
H
C OH
CH 2
CH 3
4
H
OH
CH 2
CH 3

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
D- in L- glicerolaldehid ina po dogovoru kiralni center v ravnini zvezka, zgornja in spodnja skupina sta pod
ravnino, leva in desna skupina pa nad ravnino.
CHO
CHO
CHO
CHO
CHO
CHO
H
OH
CH 2 OH
HO
H
CH 2 OH
H
OH
CH 2 OH
HO
H
CH 2 OH
HOH 2 C
H
OH
H
HO
CH 2 OH
Enantiomeri so izomere, ki predstavljajo druga drugi zrcalno sliko
D- in L- glicerolaldehid ima ta iste fizikalne lastnosti (tališče obeh je 145°C) in nasprotni kot specifične
rotacije: (+ 8,7° in -8,7°)
Diastereomeri niso zrcalne slike in se razlikujejo tudi po fizikalnih lastnostih (D inL eritroza sta tekočini,
D in L treoza sta trdni)
H
H
CHO
OH
OH
CH 2
OH
HO
HO
CHO
H
H
CH 2
OH
HO
H
CHO
H
OH
CH 2
OH
H
HO
CHO
OH
H
CH 2
OH
D(-)eritroza D(+)eritroza D(-)treoza D(+)treoza
Specifična rotacija (207) je fizikalna količina, definirana kot zasuk linearno polarizirane svetlobe pri
določeni dolţini merilne celice in koncentraciji vzorca. Odvisna je od temperature, vrste topila in valovne
dolţine polarizirane svetlobe.
T = (opaţena rotacija°)/(dolţina celice dm).(.konc g/mL)
DELITEV OGLJIKOVIH HIDRATOV
Ogljikove hidrate delimo na:
Enostavne OH ali monosaharide (trioze, tetroze, pentoze, heksoze... Vsi monosaharidi so lahko
aldoze ali ketoze)
Oligosaharide, ki vsebujejo 2 do 8 monosaharidnih enot
Polisaharide, ki vsebujejo veliko število monosaharidnih enot in spadajo med polimere naravnega
izvora.
CHO
CH 2 OH
Monosaharide v aciklični obliki zapišemo s
Fischerjevimi projekcijskimi formulami.
Formuli prikazuketa D - glukozo in D- fruktozo.
H
HO
H
H
OH
H
OH
OH
CH 2 OH
HO
H
H
O
H
OH
OH
CH 2 OH
5

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
CIKLIČNA STRUKTURA MONOSAHARIDOV
Aldehidi in ketoni reagirajo z alkoholi - nastanejo hemiacetali oz. hemiketali
Nastane nov kiralni center (pokaţemo z modeli!)
H
O
OH
4-hidroksipentanal
H
C H 3
O
H
OH
ciklicni hemiacetal
OH
O
5-hidroksiheksanal
H
H
C H 3
O
H
OH
ciklicni hemiacetal
Podobno se ciklizira molekula
glukoze.
Nov kiralni center, imenujemo
anomerni ogljikov atom
označimo z ali β
Izomera ali β imenujemo
anomera. (specifična rotacija
+ 112° in + 18,7° )
H
HO
H
H
CHO
OH
H
OH
OH
CH 2
OH
H OH HO H
HO H
H OH
H O
CH 2
OH
+
HO H
H OH
H O
CH 2
OH
b-D-glukoza a-D-glukoza
Petčlenski acetalni obroč
imenujemo piranoza,
šestčlenski pa furanoza
O
O
furan piran
Haworthova projekcijska formula
-D-glukopiranoza in β-D-glukopiranoza
OH
H
O H
H
OH H
HO
OH
H OH
Mutarotacija
OH
H
O
H
OH H
HO
H OH
OH
H
-D-ribofuranoza in β-D-ribofuranoza
HO
HO
O
O
OH
OH OH
OH
OH
OH
Če kristale -D-glukopiranoze raztopimo v vodi, izmerimo v začetku sučni kot + 112°. Po določenem času se vzpostavi
ravnoteţje in sučni kot se ustali pri + 52°.
Če kristale β -D-glukopiranoze raztopimo v vodi, izmerimo v začetku sučni kot + 18,7°. Po določenem času se vzpostavi
ravnoteţje in sučni kot se ustali pri + 52°.
V vodni raztopini nastane ravnoteţje med in β obliko glukoze. V ravnoteţju je 36% -glukoze in 64% β-
glukoze ter sledovi aciklične oblike. Nastanek ravnoteţja zasledujemo z merjenjem sučnega kota, ki se
ustali pri 52°.
HO
H
HO
H
OH
O
H
OH
OH
H
HO
H
HO
H
OH
OH
H
OH
H
O
HO
H
HO
H
OH
O
H
H
OH
OH
Fizikalne lastnosti glukoze:
Obe obliki kristalizirata, topni sta v vodi, slabo v alkoholu in etru, visoka tališča so posledica vodikovih
vezi.
6

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
KEMIJSKE LASTNOSTI MONOSAHARIDOV
Ponovitev reakcij:
Alkoholi – oksidacije, etrenje, estrenje
Aldehidi in ketoni – oksidacije in redukcije, reakcije z amini in hidrazini (adicija-eliminacija)
Nastanek glikozidov
Monosaharidi reagirajo z alkoholi, pri tem nastanejo acetali, ki jih imenujemo glikozidi.
H
HO
HO
H
OH
O
H
OH
H
OH + CH 3
OH
H +
H
HO
HO
H
OH
O
H
OH
H
OMe
Nastanek etrov
Monosaharid reagira z metiljodidom v prisotnosti
Ag 2 O
HO
H
HO
H
OH
O
H
OH
OH
H
CH 3
I
Ag 2
O
MeO
H
MeO
H
OMe
O
H
OMe
OMe
H
Oksidacije monosaharidov
Šibki oksidanti – Br 2 , Tollens, Fehling – oksidirajo
aldehidno skupino do karboksilne.
H
HO
H
H
CHO
OH
H
OH
OH
CH 2
OH
C 6
H 5
NHNH 2
H
HO
H NNHC 6
H 5
H
H
OH
H
OH
OH
CH 2
OH
Nastanek estrov
Monosaharid reagira z acetanhidridom v prisotnosti
natrijevega acetata NaOAc (Ac- pomeni CH 3 CO-)
Tako -D-glukoza tvori β-D-glukoze pentaacetat.
HO
H
HO
H
OH
O
H
H
OH
OH
Ac 2
O
NaOAc
AcO
AcO
H
H
OAc
O
H
OAc
OAc
H
Močni oksidanti oksidirajo aldehidne in končne OH
skupine.
H
HO
H
H
H
O
OH
H
OH
OH
CH 2
OH
HNO 3
H
HO
H
H
COOH
OH
H
OH
OH
COOH
Reducirajoči sladkorji dajejo pozitivne rezultate s Fehlingovim in Tollensovim reagentom. Tudi fruktoza!
Reakcija po Fehlingu:
Fehlingov reagent vsebuje raztopino bakrovega(II) sulfata, natrijevega hidroksida in K,Na-tartrata.
Označimo ga kot bakrov(II) ion v alkalnem mediju Cu 2+ /OH - . Če damo par kristalčkov glukoze v raztopino
Fehlingovega reagenta in malo pogrejemo, se pojavi rdeča oborina Cu 2 O. Ta oborina dokazuje prisotnost
reducentov.
Reakcija po Tollensu:
Tollensov reagent vsebuje raztopino srebrovega nitrata(V) v vodni raztopini amoniaka. Nastane
kompleksni ion Ag(NH 3 ) 2 + . Ta ion deluje kot šibek oksidant. Če v raztopino Tollensovega reagenta
dodamo neko reducirajočo spojino, npr. kak aldehid ali glukozo in previdno segrejemo, se na stenah
epruvete pojavi srebrovo zrcalo.
7

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
Redukcija monosaharidov
Z reducenti, kot so NaBH 4 , H 2 /Ni nastanejo alditoli.
Iz D-glukoze nastane D-sorbitol.
H
HO
H
H
CHO
OH
H
OH
OH
CH 2
OH
H 2
Ni
H
HO
H
H
CH 2
OH
OH
H
OH
OH
CH 2
OH
Nastanek hidrazona
CHO
H OH
HO H
C 6
H 5
NHNH 2
H OH
H OH
CH 2
OH
H NNHC 6
H 5
H OH
HO H
H OH
H OH
CH 2
OH
Glikozidi so derivati monosaharidov, ki imajo substituento vezano na glikozidno OH skupino.
OLIGOSAHARIDI
so ogljikovi hidrati, ki vsebujejo 2- 10 monosaharidnih enot.
Maltoza je iz dveh enot D-glukopiranoze. Med njima je -1,4-glikozidna vez.
Haworthova projekcija
H
OH
OH
H
OH
O
H
OH
H
O
H
OH
H
OH
O OH
H
H
OH
Konformacijski zapis
H OH
HO
O
H
HO
H
H
OH
H
O
HO
H
OH
O
H
OH
H
OH
Laktoza je sladkor v mleku. Pri hidrolizi nastaneta D-glukoza in D-galaktoza. Povezani sta z β-1,4-
glikozidno vezjo.
OH
H
OH
O OH
OH H
OH O
O
H
OH H
H
H OH
H
H OH b-D-glukoza
b-D-galaktoza
HO
H
HO
H
OH
O
H
OH
H
H
O
HO
H
OH
O
H
OH
H
OH
Saharoza je najbolj razširjen disaharid. Atom C 1 D-glukoze je povezan z atomom C 2 D-fruktoze. Nastane
,β-1,2-glikozidna vez. Glukoza je v piranozni, fruktoza pa v furanozni obliki. Ker sta tako povezana oba
anomerna C atoma, je saharoza nereducirajoči sladkor. (Fehlingov in Tollensov test sta negativna.)
8

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
H
OH
OH
H
OH
O H
H
O
OH
HO
OH
H
O
H
OH
H
OH
H
HO
HO
H
OH
O
H
HOH
OH
O
H
O
HO
H
OH
H
OH
Inverzija – če izvedemo kislo hidrolizo saharoze, nastane zmes glukoze in fruktoze ali invertni sladkor.
Pojem inverzija izhaja od tod, ker pokaţe meritev s polarimetrom obrat ali inverzijo.
Umetna sladila – saharin (500x), ciklamska kislina((30x) in aspartam (160x) slajši od saharoze.
O
S
O
saharin
N
O
H
O
NH S
O
OH
Ciklamska kislina
POLISAHARIDI- naravni polimeri
-
OOCCH 2
CHCONHCHCOOCH 3
NH 3
+ CH 2
C 6
H 5
aspartam
Škrob in glikogen sta rezervna polisaharida – vir energije, celuloza pa ogrodni material rastlin.
Škrob je iz 20-25% amiloze in 75-80% amilopektina
Amiloza je nerazvejan polisaharid, ima povezanih
4000 D-glukoznih enot z -1,4-glikozidnimi vezmi.
H OH
O
O
H
HO
OH
H
H OH
H
O
HO
H
O
H
OH
OH H OH
O
O
H
HO
OH
H
H OH
H
O
O
H
Amilopektin ima razvejano zgradbo, in vsebuje dve
glikozidni vezi: -1,4-glikozidno vez in -1,6-
glikozidno vez. Povezava 1,6 je na vsakih 24-30
glukoznih enot.
O
H
HO
H
OH
O
H
HO
O H
H
OH
O
OH
H
H
O
H
OH
O
H
O
H
HO
H
H
OH
O
HO
H
OH
OH H
O
OH
O
H
HO
H
H
H
OH
O
OH
O
H
HO
H
H
OH
O
Glikogen je rezervni polisaharid ţivali. Ima razvejeno strukturo, kot amilopektin, ter niţjo molsko maso
in večjo razvejanost od amilopektina.
9

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
Celuloza je najbolj razširjen ogrodni material rastlin. Celične stene dreves vsebujejo več kot 50%
celuloze. Celuloza je linearni polimer, iz D-glukoznih enot, povezanih z β-1,4-glikozidnimi vezmi.
Povprečno vsebuje celiloza 2800 glukotznih enot. Celulozna vlakna so zgrajena iz linearnih verig, ki so
med seboj povezane z vodikovimi vezmi preko OH skupin na vzporednih verigah.
O
H
HO
H
OH
O
H
OH
H
O
HO
H
H
OH
H
OH
H
O
Kemijsko modificirana celuloza:
O
H
HO
H
OH
O
H
O
OH
H
Predelava celuloze v viskozo;
Celulozne plošče najprej razkosmičijo in jih obdelujejo s kemikalijami, ki delno razgradijo celulozo. Tako
predelana celuloza je gosta tekoča masa (kot med), imenujemo jo viskoza.
Viskozo potiskajo skozi cev, ki ima na koncu pokrov z luknjicami. Curki viskoze odtekajo v kopel, kjer se
strdijo. Tako dobimo celulozna (viskozna) vlakna v obliki filamenta, katerega dolţina je omejena samo s
količino viskozne mase. Nadalje se filamenti lahko kodrajo, da dobijo bolj prijeten, tekstilni videz in otip,
ali pa reţejo na krajša vlakna, predivo.
Nitroceluloza ali brezdimni smodnik (v nadaljevanju BS) je kemijsko ester seluloze z dušikovo(V)
kislino (nitroceluloza). Je 3x do 5x močnejši od črnega smodnika in manj občutljiv, vendar ga je
tudi teţje narediti. Z razliko od črnega smodnika gori bolje v zaprtem prostoru, torej pod večjim
pritiskom in toploto. V danšnjem času je brezdimni smodnik ţe skoraj povsem nadomestil črni
smodnik.
Acetatna svila je umetno vlakni, ki ga pripravijo z acetiliranjem celuloze. Nastane triacetat
celuloze, ki ga predelajo v tekstlna vlakna.
Zdrava prehrana – sladkorna bolezen (referat)
10

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
AMINI
Amini so derivati amoniaka
Amoniak NH 3
N
H H
H
Primarni amini RNH 2
N
R H
H
Sekundarni amini R 2 NH
N
R R
H
Terciarni amini R 3 N
N
R R
R
Nomenklatura aminov (pišejo formule) alkilamin ali aminoalkan
Alifatski amini
Metilamin
dimetilamin
trimetilamin
propilamin
2-aminopropan
Aromatski amini
Fenilamin (anilin)
2-aminonaftalen
Alifatsko-aromatski amini
N-metilanilin
N,N-dimetilanilin
4,N-dimetilanilin
Bazičnost aminov in vplivi na bazičnost
Amini protolitsko reagirajo z vodo podobno kot amoniak:
NH 3 + H 2 O NH + 4 + OH -
CH 3 NH 2 + H 2 O CH 3 NH + 3 + OH -
K b = NH + 4 OH - /NH 3 = 1,8.10 -5
Etilamin: K b = 56.10 -5 , Anilin: K b = 3,8.10 -10
K b = CH 3 NH 3 + OH - /CH 3 NH 2 = 43,8.10 -5
Vaja: Na osnovi danih podatkov predvidite vpliv vrste in dolţine radikala na bazičnost aminov!
Fizikalne lastnosti aminov
Vrelišča, topnost, gostota – primerjava z alkoholi
Vrelišča aminov so nekoliko niţja od vrelišč ustreznih alkoholov, ker je vodikova vez nekoliko šibkejša.
Vodikova vez med molekulami aminov
H
H
CH 3
C H 3
N
O
H N H
Priprava aminov (ANENIN, naloge)
Reakcije halogenoalkana z amoniakom
H
H
CH 3 -Cl + 2NH 3 CH 3 -NH 2 + NH 4 Cl
Redukcija nitrospojin in nitrilov z vodikom
C 6 H 5 -NO 2 + H 2 /Pt C 6 H 5 -NH 2
C 6 H 5 -CN + H 2 /Pt C 6 H 5 -CH 2 NH 2
11

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
Reakcije aminov
1. Protoliza R-NH 2 + HCl RNH 3 + Cl -
Nomenklatura soli aminov: metilamonijev klorid, anilinijev klorid,...
2. S halogenoalkani RX – nastane zmes sekundarnih in terciarnih aminov, s prebitkom RX pa
kvarterne amonijeve soli R 4 N + X -
3.
R-Cl
R-Cl
R-Cl
R-Cl
NH 3
R-NH
-HCl
2
R-NH-R
R
-HCl
-HCl 3
N
R
-HCl 4
N + Cl -
4. Z derivati karboksilnih kislin – nastanek amidov:
CH 3 NH 2 + CH 3 COCl CH 3 CONHCH 3 + HCl
NH NH COCH 2 3
RNH 2 + R 1 COCl R-NHCO-R 1 + (CH 3
CO) 2
O
5. Diazotiranje je reakcija aminov s HNO 2
Alifatskih aminov:
R-NH 2 + HNO 2 N 2 + R-OH + H 2 O
Ta reakcija poteka kvantitativno in se uporablja za analizo aminov. Merimo voluemn sproščenega
dušika.
Aromatskih aminov:
Ar-NH 3 + + HNO 2 Ar-N 2 + + 2H 2 O
Dušikova(III) kislina je neobstojna in jo med diazotiranjem razvijamo v reakcijski zmesi po reakciji med
NaNO 2 in HCl.
Reaktivnost diazonijevih soli:
Z nukleofili X - , OH - , CN - ,...
Ar-N 2 + + X- Ar-X + N 2
Reagenti: CuCN, HBF 4 /Δ, H 2 O/Δ, CuCl, KI, CuBr
Z aromatskini amini in fenoli - AZO BARVILA
Diazonijev ion je elektrofil
Ar-N 2 + + Ar-OH Ar-N=N-Ar-OH + H +
CN
F
+
N + N N(CH 3
) 2
OH
N +
N
Cl
N N N(CH 3
) 2
I
Br
12

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
AMINOKISLINE
Aminokisline vsebujejo dve funkcionalni skupini: bazično amino skupino in kislo karboksilno skupino.
Odkrili so jih, ko so raziskovali beljakovine. Pri razkroju beljakovin so našli 20 različnih aminokislin, ki
se imenujejo proteinogene aminokisline
Zgradba aminokislin
Vse proteinogene aminokisline so α-aminokisline, kar pomeni, da je amino skupina vezana na ogljikov
atom tik za karboksilno skupino.
C C C COOH
Splošna formula za
proteinogene aminokisline:
R
CH
COOH
NH 2
NH 2
Aminokisline lahko razvrstimo glede na radikal R v tri različne tipe:alifatske, aromatske in heterociklične.
Alifatska AK je levcin (Leu)
Aromatska AK je tirozin (Tyr)
Heterociklična AK je histidin (His)
C H 3
CH
CH
COOH
HO
CH 2
CH COOH
CH
CH 2
CH COOH
NH 2
CH 3
NH 2
NH 2
H
N
N
CH
Po obnašanju v PH mediju lahko razvrstimo AK v nevtralne kisle in bazične.
Nevtralna AK je alanin (Ala)
Kisla AK je asparaginska kislina (Asp)
Bazična AK je lizin (Lys)
C H 3
CH
COOH
HOOC
CH 2
CH
COOH
H 2
N
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
CH
COOH
NH 2
NH 2
NH 2
Optična aktivnost
Vse AK (razen glicina) so optično aktivne, ker vsebujejo kiralen ogljikov atom. Za določanje
konfiguracije se uporablja glicerolaldehid, podobno kot pri ogljikovih hidratih.
Relativna konfiguracija:
vse AK imajo konfiguracijo L: L-Alanin
N H 2
COOH
CH 3
H
Naloga: določite absolutno konfiguracijo L-alanina!
( S-alanin)
NH 2
COOH
N H 2
CH 3
H
HOOC
CH 3
Esencialne aminokisline so AK, ki jih telo ne more sintetizirati in jih moramo dobiti s prehrano. Te so:
Thr, Val, Leu, Ile, Met, Lys, Phe, Try, ter Arg, His (za otroke)
13

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
LASTNOSTI AMINOKISLIN
Pomembna lastnost AK je amfoternost, to je reaktivnost AK s kislinami in bazami. Z aminokislinami
potekajo protolitske reakcije.
V kisli raztopini se proton veţe na amino skupino AK
(protoniranje)
N H 2
R
COOH
+ +H +
H 3
N
R
COOH
V alkalni raztopini karboksilna skupina odda proton
(deprotoniranje)
+ -H
N H 2
R
COOH
N H 2
R
COO -
Nevtralna oblika aminokisline je notranja sol, ki je dejansko dipolarni ion ali
ion dvojček. Dipolarni ion nastane pri točno določeni pH sredini. Ta vrednost se
imenuje izoelektrična točka, označimo jo kot pI. Vrednost pI dobimo, če AK
potenciometrično titriramo, enkrat s HCl, drugič z NaOH.
Vrednosti pI za nekatere aminokisline:
+
-
NH 3
COO
R
Ime AK Okrajšava Formula pI Opombe
Glicin Gly H 2
N CH 2
COOH 5,97 Nevtralna AK brez stranske
verige
H N
Alanin Ala 2
CH COOH
Levcin
Leu
CH 3
H 2
N CH COOH
CH 2
CH CH 3
6,00 Kratka nepolarna veriga
5,98 Daljša nepolarna veriga
Fenilalanin
Phe
CH 3
H 2
N CH COOH
CH 2
5,48 Daljša nepolarna veriga
H 2
N CH COOH
Serin Ser
OH
CH 2
H 2
N CH COOH
Cistein Cys
SH
Asparagin
Asparaginska
kislina
Lizin
Asn
Asp
Lys
CH 2
H 2
N CH COOH
CH 2
CONH 2
H 2
N CH COOH
5,68 Nevtralna AK s polarno
skupino
5,07 Skupina SH tvori disulfidne
mostove
5,41 Nevtralna AK s polarno
skupino
CH 2
COOH
2,77 Kisla AK
H 2
N CH COOH
(CH 2
) 4
NH 2
9,74 Bazična AK
14

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
Elektroforeza je način ločevanja zmesi aminokislin v električnem polju
Aminokisline damo v puferirano raztopino.
Primer: v pufer pH 6 damo zmes Asp, Ala, Lys
+
+
+
+
+
Kisle AK
(anioni)
Asp -
Nevtralne AK
(ioni dvojčki)
Ala
-
Bazične AK
(kationi)
-
-
-
-
PEPTIDI
Polikondenzacija aminokislin
Amino kisline se veţejo med seboj. Nastane amidna skupina –CONH-, ki jo v tem primeru imenujemo
peptidna vez. Reakcija ni spontana, saj poteka v celicah pod biokemijskimi pogoji. Če se poveţeta dve
aminokislini, nastane dipeptid.
C H 3
N H 2
H
O
OH
+
H
H
N
H
O
OH
CH2
C H 3
N H 2
OH
alanin serin alanilserin
H
O
H
N
H
O
OH
CH2
OH
Število aminokislin ni omejeno. Če se poveţe srednje veliko AK, govorimo o oligopeptidih, pri večjem
številu vezanih AK pa o polipeptidih.
Primer: Zapišite nastanek alanilserilcisteina! Koliko je možnih kombinacij za tripeptid? (odg: 6)
+ -
NH 3
CH CO NH CH CO NH CH COO
CH 3
CH 2
OH CH 2
SH
Aminokislini, ki sta na konceh polipeptidne verige, se imenujeta N-terminalna (ima na koncu polipeptidne
verige NH 3 + ) in C-terminalna aminokislina (ima na koncu polipeptidne verige COO - ).
15

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
Lastnosti peptidne vezi
Peptidna vez ima ravninsko zgradbo. To pomeni, da so vsi štirje atomi C, O, N in H v isti ravnini. Takšna
zgradba nastane, ker je vez deloma dvojna. To zelo vpliva na strukturo proteinov.
O
C
N
H
O
-
C
N
+
H
Znotraj polipeptidne verige se tvorijo vodikove vezi med NH in CO skupinami, ki nastaneta dve strukturna
tipa: α- vijačnica in β-prepognjen list. Vijačnica nastane v okviru ene verige, če so stranske skupine
razmeroma majhne, prepognjen list pa zdruţuje dve sosednji verigi, če so stranske skupine večje.
Struktura α-vijačnice
Struktura β- prepognjenega lista
16

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
PROTEINI
Proteini ali beljakovine so osnovne molekule ţivljenja – biomolekule. Polovica suhe snovi v celicah so
beljakovine. Proteini opravljajo zelo raznolike biološke funkcije, čeprav imajo podobno kemijsko
strukturo. Če iz samo 25 črk tvorimo poljubne besede in stavke, lahko razumemo, kako iz samo 20
različnih aminokislin nastane mnoţica zelo raznolikih beljakovin.
Delitev proteinov:
Glede na zgradbo molekul delimo proteine na enostavne proteine, ki so samo iz AK in proteide, ki
sebujejo poleg AK še neproteinski del.
vlaknasti ali fibrilarni proteini
So večinoma netopni v vodi in sluţijo
kot vezivni in strukturni material
ţivalskih tkiv – podobno kot celuloza
pri rastlinah.
V koţi so kolageni, v dlakah in nohtih
keratini, v kitah elastin, v svili, pajkovi
mreţi ...
kroglasti ali globularni proteini
So večinoma topni v vodi in jih najdemo v telesnih tekočinah. So tudi sestavina celičnih membran.
Globularni proteini opravljajo številne pomembne funkcije:
Encimi katalizirajo in uravnavajo kemijske reakcije v ţivih organizmih. Po strukturi so encimi globularni
proteini. Delujejo na principu ključavnica – ključ. Snov, na katero delujejo, se imenuje substrat.
Imenujemo jih po reakcijah, ki jih katalizirajo (hidrolaze, oksidaze, reduktaze, transaminaze, ...). delujejo v
ozkem temperaturnem in pH območju. So zelo specifični. Telo jih po potrebi sintetizira in razgrajuje.
Transportni proteini veţejo in prenašajo snovi: hemoglobin kisik, lipoproteini holesterol
Obrambni proteini sodelujejo pri odstranjevanju tujih snovi. Protitelesa odstranjujejo virusne beljakovine
in toksine iz organizma, fibrinogen in trombin mašita rane, tvorita krvne strdke.
17

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
Hormoni regulirajo delovanje organizma. Hormon insulin regulira koncentracijo glukoze v krvi, rastni
hormon regulira rast organizma.
Proteini kot zaloga hrane sluţijo kot zaloga beljakovin za rastoči organizem: ovalbumin v jajčnem
beljaku, kazein v mleku.
Toksini so strupene beljakovine, ki jih izločajo nekateri mikroorganizmi: botulinumtoksin, toksini davice,
tetanusa, antraksa; sem sodijo tudi strupi kač in ţuţelk.
STRUKTURA BELJAKOVIN je zelo zapletena in je določena samo najpomembnejšim proteinom.
Strukturo beljakovin opišemo v štirih nivojih:
1. Primarna struktura pove zaporedje ali sekvenco
aminokislin, ki tvorijo osnovno verigo. Na primeru
insulina je zaporedje prikazano v v dveh verigah.
2. Sekundarna struktura prikaţe različne oblike osnovne
polipeptidne verige - deli verige so v obliki vijačnice
ali v obliki trakov. Vijačnico in trakove utrjujejo
vodikove vezi med CO in NH skupinami peptidnih
vezi.
3. Terciarna struktura prikaţe medmolekulske vezi med
deli iste verige ali sosednjih verig. Poavljajo se štiri
različne interakcije:
Vodikove vezi med CO in NH skupinami
Disulfidni mostovi med SH skupinami cisteina:
-SH + HS- -S-S-
Ionske interakcije med NH 3 + in COO -
skupinam na radikalih aminokislin
Hidrofobne interakcije med nepolarnimi radikali
aminokislin
4. Kvartarna struktura pomeni zdruţevanje večih verig v
višji strukturni nivo. Kvartarna struktura je raziskana
le za nekatere proteine, med drugim za hemoglobin in
za insulin.
18

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
Pogosto je proteinom dodan še nepeptidni del. Pri hemoglobinu je dodano barvilo hem, ki vsebuje atom
ţeleza, ki veţe nase molekulo kisika.
Kemijske lastnosti proteinov
Topnost v vodi je pomembna lastnost proteinov v krvni plazmi.
Koagulacija je sprememba strukture proteinov zaradi povičane temperature (jajčni beljak se speče) ali
obarjanja (kazein iz mleka se obarja, če spremenimo pH).
Amfoternost je lastnost proteinov, da reagirajo v raztopinah kot kisline ali baze, zato jih podobno kot
aminokisline lahko ločujemo z elektroforezo.
Denaturacija proteinov (235) pomeni izgubo biološke aktivnosti, ki je pogosto ireverzibilna ali
nepovratna. Denaturacija poteka predvsem zaradi:
,
Povišane temperature - jajčni beljak koagulira. Tako si lahko pojasnimo pomen telesne temperature
(37-42°C)
Povečana koncentracija elektrolitov (kislin, baz, soli) prav tako koagulira proteine. To uporabljamo
pri nasoljevanju mesa za mesne izdelke.
Ioni teţkih kovin - Pb, Cd, Hg, Cr se veţejo na SH skupine cisteina. Tako lahko razloţimo
strupenost teţkih kovin.
LIPIDI
Lipidi so spojine, ki imajo pomembno vlogov rastlinskem in ţivalskem svetu. Njihova biološka vloga je
mnogostranska. Iz njih so zgrajene celične membrane, pri čemer sodelujejo pri prepuščanju snovi skozi
membrano. Sluţijo tudi kot vir energije v prehrani pa tudi kot energijska rezerva.
Vrste lipidov
Lipidi z estersko strukturo (umiljivi lipidi) – maščobe, voski, fosfolipidi, glikolipidi
Neumiljivi lipidi – terpeni, steroidi, prostaglandini
Fizikalne lastnosti
Zaradi nepolarne strukture se v vodi ne topijo. Praviloma na vodi plavajo, torej imajo nizko gostoto.
Topijo se v nepolarnih topilih, v tetaklorometanu, kloroformu, toluenu, bencinu. Zao lahko izločamo lipide
iz tkiv z ekstrakcijo.
19

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
MAŠČOBE IN VOSKI
Maščobe in olja vsebujejo estre glicerola z različnimi
maščobnimi kislinami – triacilglicerole.
Voski pa so estri višjih maščobnih kislin in višjih alkoholov.
Najpomemnejši voski so čebelji vosek, lanolin in karnauba
vosek.
Čebelji vosek je pomemben za
kozmetiko in farmacijo. Najdemo ga v
številnih mazilih, kremah za koţo in
losjonih. Še vedno je razširjeno tudi
svečarstvo, kjer iz čebeljega voska
nastajajo prave umetnine.
Karnauba vosek je vosek rastlinskega
izvora, ki ga pridobivajo z listov palme
Copernica cerifera, ki raste v Braziliji.
Tali se pri 80C in je trši od čebeljega
voska. Uporablja se za površinsko
obdelavo lesa.
Lanolin pridobivajo iz ovčje volne.
Največ ga uporabljajo v kozmetični
industriji.
Maščobne kisline so lahko nasičene in nenasičene. Vsebujejo parno število ogljikovih atomov, večinoma
me 4 in 20 ogljikovih atomov. Verige so nerazvejane.
Tipični primeri maščobnih kislin:
Palmitinska kislina C 15 H 31 COOH vsebuje 16 C atomov in je nasičena. Imenuje se tudi heksadekanojska
kislina.Formulo heksadekanojske kisline zapišemo na sledeče načine:
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 COOH
CH 3 (CH 2 ) 14 COOH ali
Stearinska kislina C 17 H 35 COOH je podobna palmitinski, le da ima
dva ogljikova atoma več.
Oleinska kislina C 17 H 33 COOH je nenasičena. Dvojna vez je na mestu
9,10 in je v cis- razporeditvi.
CH 3 (CH 2 ) 7 CH=CH(CH 2 ) 7 COOH
COOH
20

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
oleinska kislina
COOH
Triacilgliceroli ali trigliceridi so estri glicerola in maščobnih kislin. Nastanejo iz ene molekule glicerola
in treh molekul maščobnih kislin.
CH 2
OH
CH OH
CH 2
OH
glicerol
HOOC-C 17
H 35
HOOC-C 17
H 35
HOOC-C 17
H 35
stearinska kislina
(mašcobne kisline)
OOC
CH 2
CH OOC
CH 2
OOC
gliceril tristearat
(triglicerid)
Po obliki so trigliceridi molekule s polarno glavo, ki vsebuje tri esterske skupine
in tremi nepolarnimi repi. V maščobah in oljih je mešanica različnih trigliceridov.
Če prevladujejo nenasičeni repi, je tališče niţje in govorimo o oljih, če je
nenasičenosti manj, pa o maščobah, ki so pri običajni temperaturi trdne.
Stopnjo nenasičenosti ugotavljamo z jodovim številom.
Maščobe in olja uporabljamo v prehrani, manj kvalitetne maščobe in olja pa
kemijsko predelujemo.
S hidrolizo razcepimo estersko skupino, pri čemer dobimo glicerol in maščobne
kisline.
Kisla hidroliza poteka po shemi:
CH 2
OOC
CH OOC
CH 2
OOC
C 17
H 35
C 17
H 35 + 3 H 2
O
C 17
H 35
H 2
SO 4
CH 2
OH
CH OH
CH 2
OH
+
HOOC-C 17
H 35
HOOC-C 17
H 35
HOOC-C 17
H 35
Kisla hidroliza lahko poteka tudi katakitično s pomočjo encimov.
Alkalna hidroliza ali umiljenje se uporablja ţe več stoletij, saj so ţe pred davnim časom znali kuhati milo
iz manjvrednih maščob s pomočjo luţnatih snovi. Reakcijo umiljenja z natrijevim hidroksidom uporabljajo
še dandanes:
CH 2
OOC
CH OOC
CH 2
OOC
C 17
H 35
CH 2
OH
C 17
H 35
+ 3 NaOH
CH OH
C 17
H 35
CH 2
OH
+
C 17
H 35
COONa
C 17
H 35
COONa
C 17
H 35
COONa
21

Kemija – 4.letnik – interno učno gradivo
Mila so natrijeve ali kalijeve soli maščobnih kislin. Milo ima pralni učinek.
Molekula mila je zgrajena iz polarne glave in nepolarnega repa. V vodi molekule mila
spontano tvorijo micele, ki predstavljajo vodotopno obliko mila.
Ko pride milo v stik z umazanijo (maščobe), nepolarni
ogljikovodikov del micela »raztopi« nepolarne molekule umazanije.
Temu načinu »raztapljanja« maščob pravimo emulgiranje, saj milo
razprši maščobe v drobne kapljice, ki jih voda lahko odplakne.
Milo ime dober pralni učinek le v mehki vodi. V trdi vodi nastanejo netopna kalcijeva in magnezijeva mila,
ki nimajo pralnega učinka.
Mnogo boljše pralne učinke imajo sintetski detergenti, ki delujejo enako v mehki in v trdi vodi, saj niso
občutljivi na prosotnost kalcijevih in magnezijevih ionov.
Hidrogeniranje maščob
Proizvodnja olj močno presega proizvodnjo trdnih maščob, potrebe na trţišču pa so
ravno obratne. Zato so uvedli postopek hidrogeniranja, ki pretvori del dvojnih vezi v
enojne, s tem se dvigne tališče trigliceridov.
Katalitsko hidrogeniranje poteka po sledeči shemi:
H 2
/Ni
R CH CH R1 R CH 2
CH 2
R1
Nenasičenost maščob ugotavljamo z jodovim številom. Jodovo število je število gramov joda, ki se veţe
na dvojne vezi v 100 g maščobe.
Hidrogenirane maščobe se uporabljajo za margarino. Margarina je trdna emulzija hidrogeniranih maščob
v vodi. Kot emulgator sluţijo lecitini. Kvalitetna margarina ne sme vsebovati trans maščobnih kislin.
22