Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

2.19: Вуглець - вуглеводні

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    5099

    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Обговорюємо роль вуглеводнів у біомакромолекулах

    Вуглеводні

    Вуглеводні - це органічні молекули, що складаються повністю з вуглецю і водню, таких як метан (CH 4). Вуглеводні часто використовуються як паливо: пропан в газовому грилі або бутан у запальничці. Багато ковалентні зв'язки між атомами в вуглеводнях зберігають велику кількість енергії, яка виділяється при спалюванні (окисленні) цих молекул. Метан, відмінне паливо, є найпростішою молекулою вуглеводню, з центральним атомом вуглецю, пов'язаним з чотирма різними атомами водню. Геометрія молекули метану, де атоми мешкають в трьох вимірах, визначається формою її електронних орбіталей. Вуглець і чотири атоми водню утворюють форму, відому як тетраедр, з чотирма трикутними гранями; з цієї причини метан описується як має чотиригранну геометрію.

    зображення
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Метан: Метан має чотиригранну геометрію, причому кожен з чотирьох атомів водню знаходиться на відстані 109,5° один від одного.

    Як основа великих молекул живих істот, вуглеводні можуть існувати у вигляді лінійних вуглецевих ланцюгів, вуглецевих кілець або комбінацій обох. Крім того, окремі вуглецево-вуглецеві зв'язки можуть бути одинарними, подвійними або потрійними ковалентними зв'язками; кожен тип зв'язку впливає на геометрію молекули певним чином. Ця тривимірна форма або конформація великих молекул життя (макромолекул) має вирішальне значення для того, як вони функціонують.

    вуглеводневі ланцюги

    Вуглеводневі ланцюги утворені послідовними зв'язками між атомами вуглецю і можуть бути розгалуженими або нерозгалуженими. Загальна геометрія молекули змінюється різними геометріями одинарних, подвійних та потрійних ковалентних зв'язків. Вуглеводні етан, етен та етин служать прикладами того, як різні вуглецево-вуглецеві зв'язки впливають на геометрію молекули. Назви всіх трьох молекул починаються з префікса «eth-», який є префіксом для двох вуглецевих вуглеводнів. Суфікси «-ane», «-ene» і «-yne» відносяться до наявності одинарних, подвійних або потрійних вуглецево-вуглецевих зв'язків відповідно. Таким чином, пропан, пропен та пропін дотримуються тієї ж картини з трьома молекулами вуглецю, бутану, бутену та бутину для чотирьох молекул вуглецю тощо. Подвійні і потрійні зв'язки змінюють геометрію молекули: поодинокі зв'язки допускають обертання уздовж осі зв'язку, тоді як подвійні - до плоскої конфігурації, а потрійні зв'язки - до лінійної. Ці геометрії мають значний вплив на форму, яку може припустити конкретна молекула.

    зображення
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Вуглеводневі ланцюги: Коли вуглець утворює поодинокі зв'язки з іншими атомами, форма чотиригранна. Коли два атоми вуглецю утворюють подвійний зв'язок, форма плоска, або плоска. Поодинокі зв'язки, як і ті, що зустрічаються в етані, здатні обертатися. Подвійні зв'язки, як і ті, що містяться в етені, не можуть обертатися, тому атоми з обох сторін заблоковані на місці.

    Вуглеводневі кільця

    Розглянуті досі вуглеводні були аліфатичними вуглеводнями, які складаються з лінійних ланцюгів атомів вуглецю. Інший вид вуглеводнів, ароматичні вуглеводні, складається із замкнутих кілець атомів вуглецю. Кільцеві структури зустрічаються в вуглеводнях, іноді з наявністю подвійних зв'язків, що можна побачити, порівнявши структуру циклогексану з бензолом. Бензольне кільце присутній у багатьох біологічних молекулах, включаючи деякі амінокислоти і більшість стероїдів, яка включає холестерин і гормони естроген і тестостерон. Бензольне кільце також міститься в гербіциді 2,4-Д. Бензол є природним компонентом сирої нафти і був класифікований як канцероген. Деякі вуглеводні мають як аліфатичну, так і ароматичну порції; бета-каротин є прикладом такого вуглеводню.

    зображення
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Вуглеводневі кільця: вуглець може утворювати п'яти-і шість членних кілець. Одинарні або подвійні зв'язки можуть з'єднувати вуглеці в кільці, а азот може бути замінений вуглецем.

    Ключові моменти

    • Вуглеводні - це молекули, які містять тільки вуглець і водень.
    • Завдяки унікальним моделям зв'язку вуглецю, вуглеводні можуть мати одинарні, подвійні або потрійні зв'язки між атомами вуглецю.
    • Назви вуглеводнів з одинарними зв'язками закінчуються на «-ane», ті з подвійними зв'язками закінчуються на «-ene», а ті, що мають потрійні зв'язки, закінчуються на «-yne».
    • З'єднання вуглеводнів дозволяє їм утворювати кільця або ланцюги.

    Ключові умови

    • ковалентний зв'язок: тип хімічного зв'язку, де два атоми з'єднані один з одним шляхом спільного використання двох або більше електронів.
    • аліфатичні: З класу органічних сполук, в яких атоми вуглецю розташовані у відкритому ланцюзі.
    • ароматичні: Маючи замкнуте кільце чергуються одинарних і подвійних зв'язків з делокалізованими електронами.