Kpl 5.1 Atomit ja molekyylit
Atomin rakenteesta:
-Atomi koostuu Ytimestä sekä elektroneista (Verhoavat ydintä)
-Ydin koostuu Protoneista ( Varaus +e ) ja Neutroneista ( Ei varausta ). P + N = Ytimen massaluku
- Samalla alkuaineella on AINA sama määrä protoneja. Elektronien ja neutronien lukumäärä voi vaihdella.
- Elektronien muutos: Varaus muuttuu / Neutronien muutos: Alkuaineen eri isotoopit
- Atomin ominaisuudet riippuvat sen elektroniverhon rakenteesta ( Kyvystä luovuttaa / Vastaanottaa elektroneja)
Atomien ja Molekyylien välisistä sidoksista:
Kovalenttinen sidos: yksinkertainen, kaksinkertainen, kolminkertainen
Yksinkertainen: Molemmat atomit luovuttavat yhden elektronin ( Elektronipari, Sidoselektronit)
Kaksoissidos: Kaksi elektroniparia (Muodostuu yleensä kohtaan missä valmiiksi yksinkertainen sidos)
Kolmoissidos: Kolme elektroniparia (Harvinainen elimistössä, IsoG:n esimerkkinä syanidivety H:C:::N)
Reaktiivisuus: : < :: < :::
Muista myös Vapaat Elektroniparit (Typellä 1, Hapella 2)
Ionisidokset:
Jaksollisen järjestelmän alkuaineiden massat kasvavat vasemmalta->oikealle (Alas)
,kun taas Elektronegatiivisuudet kasvavat vasemmalta ->Oikealle
-Ionisidoksia muodostuu kun elektronegatiivisuus ero on riittävä. Näin ollen voidaan päätellä että Ioniyhdisteen massa sijoittautuu lähinnä elektronegatiiviselle atomille.
Vetysidokset muodostuvat vedyn ja mm.hapen tai typen välille. Vetysidosten ymmärtäminen on tärkeää mm vedenkoostumuksen kannalta. Klassinen kysymys on tästä että miksi veden kiehumispiste on molekyylipainoonsa nähden yllättävän korkea.
Van der Waalsin voimat:
-Hetkittäisiä dipoleja, jotka syntyvät kun vierekkäisten atomien elektronit hylkivät toisiaan.
-Kantama lyhyt, merkitys ainoastaan poolittomissa molekyyleissä
-Mahdollistavat pienimolekyylisille aineille nestemäisen ja kiinteän olomuodon
-Tutustu ja laske laskuja aiheesta Sähköinen dipoli ja Van der Waalsin voimat ( V(pot)=q / (4Πε) x [r(2)-r(1)]/[r(1)r(2)] ) Kts Galenoksen tehtävät sivuillta 74-75
Atomien kykyä sitoutua toisiinsa kuvataan sidosenergioilla (Kovalenteilla 200-700 kJ/mol. Ionisidokset n. 20kJ/mol)
Kpl 5.2 Sidosten esittäminen
Molekyyli- eli bruttokaava : Ensin ilmoitetaan Hiilet sitten vedyt, jonka jälkeen loput heteroatomit aakkosjärjestyksessä. esim C6 H10 O5 (Selluloosa)
Lewis-rakenne: Käytetään kaksoispisteitä kuvaamaan elektronipareja sekä vapaita elekronipareja esim.H:C:::C:H
Valenssiviivarakennne: H-C≡C-H
Tiivistetty rakennekaava: Tässä voidaan tiivistää VAIN vetyatomien muodostamat sidokset
esim CH3-CH2-O-CH2-Cl
Tikkukaava: Ota selvää Galenos s.76. Ei tarvitse merkitä vetyjä sekä hiilten sidoskulmat tulevat paremmin esiin
Isomeria:
Rakenneisomeria:
Runkoisomeria: Hiiliketjun erilainen haarautuminen on runkoisomeriaa
Paikkaisomeria: Substituentti, kuten funktionaalinen ryhmä voi olla eri paikassa (1. hiilessä tai 2. hiilessä tai jne…)
Funktioisomeria: Sama molekyylikaava mutta silti eri yhdisteryhmät (esim C2H6O etanoli sekä dimetyylieetteri)
Stereoisomeria:
Cis-Trans -isomeria: Kaksoissidos estää molekyylin kiertymisen, näin voi muodostua erimuotoja molekyylistä, jossa cis-muodossa hiilirungossa kiinni olevat atomit (väh 1 atomin molemmin puolin)
ovat samalla puolella, trans-muodossa ne ovat eri puolin.
Peilikuvaisomeria: Edellytyksenä asymmetrinen hiili eli kiraliakeskus. Tällainen hiili sitoo 4 eri atomia/atomiryhmää. Tällaiset isomeerit ovat toistensa peilikuvia.
Konformaatio: Ei pidetä isomerian lajina. Johtuu yksinkertaisten kovalenttisten sidosten kiertymisestä.
5.3 Hiilirungoissa on yksin, kaksin- tai kolminkertaisia sidoksia
Hybridisaatiot:
sp3: Hiili sitoo yksinkertaisilla sidoksilla neljää atomia
sp2: Yksi kaksinkertainen sidos ja kaksi yksinkertaista (sitoo siis 3:a atomia)
sp: yksi kolmenkertainen ja 1 yksinkertainen sidos
Rengasrakenteet:
Elimistössä 5- ja 6-hiiliset renkaat vallitsevia. Opettele tunnistamaan aromaattinen rengas (kts G sivu 80. kuva 5.3.4)
5.4 Funktionaaliset ryhmät
Kemialliset reaktion kohdistuvat yleensä funktionaalisiin ryhmiin. Näin ollen funktionaaliset ryhmät määräävät molekyylin luonteen.
- Opettele Gallen sivulla 81 esitetty taulukko ulkoa!
Alkoholit ( Hydroksyyliryhmä ) OH
Aldehydit (Karbonyyliryhmä ketjun päässä) C=O
Ketonit (Karbonyyliryhmä muualla kuin ketjun päässä) C=O
Karboksyylihapot (Karboksyyliryhmä) COOH
Esterit (Karboksylaatti/Alkoksiryhmä) R-CO-O-C-R
Amidit (Amidoryhmä) R-CO-N
Amiinit (Aminoryhmä) R-N
Tiolit (Merkaptoryhmä) SH
nitriilit (Syanoryhmä) CN
Kloridit (Klooriryhmä) Cl
Eetterit (Happisilta) R-O-R
5.5 Orgaaniset reaktiot
Termodynamiikka - Voiko reaktio tapahtua / kuinka pitkälle etenee
Kinetiikka - Tapahtuuko reaktio riittävän nopeasti
Eksergoninnen - Lämpöä vapautuu
Endergoninen - Lämpöä sitoutuu
ΔG=ΔH+TΔS Usein ΔG≈ΔH
G - Gibssin energian muutos G<0 Tp on tuotteissa G>0 Tp on lähtöaineiden puolella tp=tasapainotila
H - Entalpian muutos (Katkeavien ja muodostuvien sidosten erotus)
T - Lämpötila
S - Entropian muutos (Epäjärjestys)
RT lnK = -ΔG R=Kaasuvakio 8.314 J/(mol K) K=Tasapainovakio
Kpl 5.6 Orgaanisten reaktioiden kolme päätyyppiä:
Korvaus- eli substituutioreaktiot: 2 Lähtöainetta->2 Tuotetta esim G s.86 CH3-CL +OH¯ -> CH3-OH + Cl¯
Liittymis- eli additioreaktiot: 2 Lähtöainetta->1 Tuote (Kaksoissidos katkeaa) CH2=CH2+HCl -> CH3-CH2-Cl
Lohkaisu- eli eliminaatioreaktiot: 1 Lähtöaine->2 Tuotetta (Kaksoissidos muodostuu) CH3-CH2-Cl -> CH2=CH2 + HCl
Kts Galenoksen taulukko 5.5 s.87
Yhdisteen hapettuminen/Pelkistyminen
Hapettuminen: Happea liittyy TAI vetyä poistuu
Pelkistyminen: Happea poistuu TAI vetyä liittyy
Kpl 5.7 Biomolekyylit
Hiilihydraatit:
-Energia ravintoaine (Glukoosin aineenvaihdunnasta myöhemmin kappaleessa 6)
-Rakennekaava Cn(H2O)m (Sekä rengas- että avoketjuisena.Rengasrakenne vallitseva rakenne) [Opettele piirtämään glukoosin rakennekaava, tunnistamaan anomeerihiili ja α- ja β-,sekä D-muodot (L-muotoa ei yleisesti esiinny elimistössä),opettele myös muodostamaan glykosidisidos]
-Monosakkari: yksinkertainen sokeri
-Polysakkaridi: useiden sokerien muodostama molekyyli
-Yleisimpiä rakenteita ovat heksoosit ja pentoosit
-Sokeriosia proteiineissa/lipideissä kutsutaan Glykoproteiineiksi/-lipideiksi
Lipidit eli rasva-aineet:
1)
-Rasvat eli triglyseridit muodostuvat glyserolista ja siihen liittyneistä (3) rasvahaposta (CH3(CH2)nCOOH) (Kts s.93 ja vrt estereihin)
-Pooliton yhdiste, joka toimii pitkäaikaisena energia varastona (Rasva-aineiden aineenvaihdunnasta myöhemmin)
-Tyydyttynyt rasvahappo - vain yksinkertaisia sidoksia
-Tyydyttymätön rasvahappo (Nisäkkäät) - Sisältää kaksoissidoksia (Kasvikunta + vaihtolämpöiset eläimet) ( Mono = Yhden - Poly = Useampia )
2)
-Kalvolipidit sisältävät poolittoman ja poolisen osan, se on siis amfipaattinen.
-Glyserofosfolipidit, Sfingolipidit Kts G s.155,157 + opettele piirtämään ja ymmärtämään miten sidokset rakentuvat
3)
-Sterolit ja steroidit
-Steroidihormonit elintoimintojen säätelijöitä
-Kolestroli vaikuttaa solukalvon juoksevuuteen
-Kolestroli rakentuu A,B,C ja D Renkaista, A renkaan OH-ryhmästä sekä D- Renkaan sivuketjusta
-Kolestroli lähtöaineena Streoidihormonien synteesissä
Aminohapot ja Proteiinit:
-Aminohapot sisältää Aminoryhmän (Elimistön PH:ssa NH3+) Sekä Karboksyyliryhmän (Elimistön PH:ssa COO¯)
-DNA:n Koodaamia α-aminohappoja on elimistössä 20 Nämä ovat muotoa NH2-CH-COOH Ja kakkos hiilestä lähtee yleensä sivuketju, minkä perusteella aminohapot luokitellaan:
-1.Happamiin,2.emäksisiin,3.hydrofiilisiin,4.hydrofobisiin sekä 5. rikkipitoisiin aminohappoihin. (Kts s95)
- N-terminaali = Aminohappopää C-Terminaali karboksyylihappopää. Aminohapon Karboksyyliryhmä liittyy seuraavan aminohapon Aminoryhmään muodostuu peptidisidos (CONH) ja lohkeaa vettä.
Selvitä mikä orgaaninen reaktio, Substituutio eliminaatio vai additio?
-Myös proteiinit ovat energia ravintoaineita tästä myöhemmin lisää
Proteiinin rakenne:
Primaarirakenne: Aminohappojen järjestys
Sekundaarirakenne: a-kierre
(Vetysidos joka neljänteen aminohappoon B-laskos vetysidoksia kehden viereisen ketjun välillä)
Tertiaarirakenne: Disulfidi (s-s) sidokset,suolasillat, muut vetysidokset ja hydrofobiset vuorovaikutukset
Kvaternaarirakenne: Suolasidokset, muut vetysidokset, hydrofobiset vuorovaikutukset
Nukleotidit/Nukleiinihapot:
-DNA/RNA
-Koostuvat Pentoosisokerista (5-hiilinen), fosfaattiryhmästä, sekä pyrimidiini-(C,T,U)/puriini-emäksestä(A,G)
-B-Glykosyyliamiinisidos ja fosfoesterisidos Kts s.99 Kuva
-ATP/c-AMP
Atomin rakenteesta:
-Atomi koostuu Ytimestä sekä elektroneista (Verhoavat ydintä)
-Ydin koostuu Protoneista ( Varaus +e ) ja Neutroneista ( Ei varausta ). P + N = Ytimen massaluku
- Samalla alkuaineella on AINA sama määrä protoneja. Elektronien ja neutronien lukumäärä voi vaihdella.
- Elektronien muutos: Varaus muuttuu / Neutronien muutos: Alkuaineen eri isotoopit
- Atomin ominaisuudet riippuvat sen elektroniverhon rakenteesta ( Kyvystä luovuttaa / Vastaanottaa elektroneja)
Atomien ja Molekyylien välisistä sidoksista:
Kovalenttinen sidos: yksinkertainen, kaksinkertainen, kolminkertainen
Yksinkertainen: Molemmat atomit luovuttavat yhden elektronin ( Elektronipari, Sidoselektronit)
Kaksoissidos: Kaksi elektroniparia (Muodostuu yleensä kohtaan missä valmiiksi yksinkertainen sidos)
Kolmoissidos: Kolme elektroniparia (Harvinainen elimistössä, IsoG:n esimerkkinä syanidivety H:C:::N)
Reaktiivisuus: : < :: < :::
Muista myös Vapaat Elektroniparit (Typellä 1, Hapella 2)
Ionisidokset:
Jaksollisen järjestelmän alkuaineiden massat kasvavat vasemmalta->oikealle (Alas)
,kun taas Elektronegatiivisuudet kasvavat vasemmalta ->Oikealle
-Ionisidoksia muodostuu kun elektronegatiivisuus ero on riittävä. Näin ollen voidaan päätellä että Ioniyhdisteen massa sijoittautuu lähinnä elektronegatiiviselle atomille.
Vetysidokset muodostuvat vedyn ja mm.hapen tai typen välille. Vetysidosten ymmärtäminen on tärkeää mm vedenkoostumuksen kannalta. Klassinen kysymys on tästä että miksi veden kiehumispiste on molekyylipainoonsa nähden yllättävän korkea.
Van der Waalsin voimat:
-Hetkittäisiä dipoleja, jotka syntyvät kun vierekkäisten atomien elektronit hylkivät toisiaan.
-Kantama lyhyt, merkitys ainoastaan poolittomissa molekyyleissä
-Mahdollistavat pienimolekyylisille aineille nestemäisen ja kiinteän olomuodon
-Tutustu ja laske laskuja aiheesta Sähköinen dipoli ja Van der Waalsin voimat ( V(pot)=q / (4Πε) x [r(2)-r(1)]/[r(1)r(2)] ) Kts Galenoksen tehtävät sivuillta 74-75
Atomien kykyä sitoutua toisiinsa kuvataan sidosenergioilla (Kovalenteilla 200-700 kJ/mol. Ionisidokset n. 20kJ/mol)
Kpl 5.2 Sidosten esittäminen
Molekyyli- eli bruttokaava : Ensin ilmoitetaan Hiilet sitten vedyt, jonka jälkeen loput heteroatomit aakkosjärjestyksessä. esim C6 H10 O5 (Selluloosa)
Lewis-rakenne: Käytetään kaksoispisteitä kuvaamaan elektronipareja sekä vapaita elekronipareja esim.H:C:::C:H
Valenssiviivarakennne: H-C≡C-H
Tiivistetty rakennekaava: Tässä voidaan tiivistää VAIN vetyatomien muodostamat sidokset
esim CH3-CH2-O-CH2-Cl
Tikkukaava: Ota selvää Galenos s.76. Ei tarvitse merkitä vetyjä sekä hiilten sidoskulmat tulevat paremmin esiin
Isomeria:
Rakenneisomeria:
Runkoisomeria: Hiiliketjun erilainen haarautuminen on runkoisomeriaa
Paikkaisomeria: Substituentti, kuten funktionaalinen ryhmä voi olla eri paikassa (1. hiilessä tai 2. hiilessä tai jne…)
Funktioisomeria: Sama molekyylikaava mutta silti eri yhdisteryhmät (esim C2H6O etanoli sekä dimetyylieetteri)
Stereoisomeria:
Cis-Trans -isomeria: Kaksoissidos estää molekyylin kiertymisen, näin voi muodostua erimuotoja molekyylistä, jossa cis-muodossa hiilirungossa kiinni olevat atomit (väh 1 atomin molemmin puolin)
ovat samalla puolella, trans-muodossa ne ovat eri puolin.
Peilikuvaisomeria: Edellytyksenä asymmetrinen hiili eli kiraliakeskus. Tällainen hiili sitoo 4 eri atomia/atomiryhmää. Tällaiset isomeerit ovat toistensa peilikuvia.
Konformaatio: Ei pidetä isomerian lajina. Johtuu yksinkertaisten kovalenttisten sidosten kiertymisestä.
5.3 Hiilirungoissa on yksin, kaksin- tai kolminkertaisia sidoksia
Hybridisaatiot:
sp3: Hiili sitoo yksinkertaisilla sidoksilla neljää atomia
sp2: Yksi kaksinkertainen sidos ja kaksi yksinkertaista (sitoo siis 3:a atomia)
sp: yksi kolmenkertainen ja 1 yksinkertainen sidos
Rengasrakenteet:
Elimistössä 5- ja 6-hiiliset renkaat vallitsevia. Opettele tunnistamaan aromaattinen rengas (kts G sivu 80. kuva 5.3.4)
5.4 Funktionaaliset ryhmät
Kemialliset reaktion kohdistuvat yleensä funktionaalisiin ryhmiin. Näin ollen funktionaaliset ryhmät määräävät molekyylin luonteen.
- Opettele Gallen sivulla 81 esitetty taulukko ulkoa!
Alkoholit ( Hydroksyyliryhmä ) OH
Aldehydit (Karbonyyliryhmä ketjun päässä) C=O
Ketonit (Karbonyyliryhmä muualla kuin ketjun päässä) C=O
Karboksyylihapot (Karboksyyliryhmä) COOH
Esterit (Karboksylaatti/Alkoksiryhmä) R-CO-O-C-R
Amidit (Amidoryhmä) R-CO-N
Amiinit (Aminoryhmä) R-N
Tiolit (Merkaptoryhmä) SH
nitriilit (Syanoryhmä) CN
Kloridit (Klooriryhmä) Cl
Eetterit (Happisilta) R-O-R
5.5 Orgaaniset reaktiot
Termodynamiikka - Voiko reaktio tapahtua / kuinka pitkälle etenee
Kinetiikka - Tapahtuuko reaktio riittävän nopeasti
Eksergoninnen - Lämpöä vapautuu
Endergoninen - Lämpöä sitoutuu
ΔG=ΔH+TΔS Usein ΔG≈ΔH
G - Gibssin energian muutos G<0 Tp on tuotteissa G>0 Tp on lähtöaineiden puolella tp=tasapainotila
H - Entalpian muutos (Katkeavien ja muodostuvien sidosten erotus)
T - Lämpötila
S - Entropian muutos (Epäjärjestys)
RT lnK = -ΔG R=Kaasuvakio 8.314 J/(mol K) K=Tasapainovakio
Kpl 5.6 Orgaanisten reaktioiden kolme päätyyppiä:
Korvaus- eli substituutioreaktiot: 2 Lähtöainetta->2 Tuotetta esim G s.86 CH3-CL +OH¯ -> CH3-OH + Cl¯
Liittymis- eli additioreaktiot: 2 Lähtöainetta->1 Tuote (Kaksoissidos katkeaa) CH2=CH2+HCl -> CH3-CH2-Cl
Lohkaisu- eli eliminaatioreaktiot: 1 Lähtöaine->2 Tuotetta (Kaksoissidos muodostuu) CH3-CH2-Cl -> CH2=CH2 + HCl
Kts Galenoksen taulukko 5.5 s.87
Yhdisteen hapettuminen/Pelkistyminen
Hapettuminen: Happea liittyy TAI vetyä poistuu
Pelkistyminen: Happea poistuu TAI vetyä liittyy
Kpl 5.7 Biomolekyylit
Hiilihydraatit:
-Energia ravintoaine (Glukoosin aineenvaihdunnasta myöhemmin kappaleessa 6)
-Rakennekaava Cn(H2O)m (Sekä rengas- että avoketjuisena.Rengasrakenne vallitseva rakenne) [Opettele piirtämään glukoosin rakennekaava, tunnistamaan anomeerihiili ja α- ja β-,sekä D-muodot (L-muotoa ei yleisesti esiinny elimistössä),opettele myös muodostamaan glykosidisidos]
-Monosakkari: yksinkertainen sokeri
-Polysakkaridi: useiden sokerien muodostama molekyyli
-Yleisimpiä rakenteita ovat heksoosit ja pentoosit
-Sokeriosia proteiineissa/lipideissä kutsutaan Glykoproteiineiksi/-lipideiksi
Lipidit eli rasva-aineet:
1)
-Rasvat eli triglyseridit muodostuvat glyserolista ja siihen liittyneistä (3) rasvahaposta (CH3(CH2)nCOOH) (Kts s.93 ja vrt estereihin)
-Pooliton yhdiste, joka toimii pitkäaikaisena energia varastona (Rasva-aineiden aineenvaihdunnasta myöhemmin)
-Tyydyttynyt rasvahappo - vain yksinkertaisia sidoksia
-Tyydyttymätön rasvahappo (Nisäkkäät) - Sisältää kaksoissidoksia (Kasvikunta + vaihtolämpöiset eläimet) ( Mono = Yhden - Poly = Useampia )
2)
-Kalvolipidit sisältävät poolittoman ja poolisen osan, se on siis amfipaattinen.
-Glyserofosfolipidit, Sfingolipidit Kts G s.155,157 + opettele piirtämään ja ymmärtämään miten sidokset rakentuvat
3)
-Sterolit ja steroidit
-Steroidihormonit elintoimintojen säätelijöitä
-Kolestroli vaikuttaa solukalvon juoksevuuteen
-Kolestroli rakentuu A,B,C ja D Renkaista, A renkaan OH-ryhmästä sekä D- Renkaan sivuketjusta
-Kolestroli lähtöaineena Streoidihormonien synteesissä
Aminohapot ja Proteiinit:
-Aminohapot sisältää Aminoryhmän (Elimistön PH:ssa NH3+) Sekä Karboksyyliryhmän (Elimistön PH:ssa COO¯)
-DNA:n Koodaamia α-aminohappoja on elimistössä 20 Nämä ovat muotoa NH2-CH-COOH Ja kakkos hiilestä lähtee yleensä sivuketju, minkä perusteella aminohapot luokitellaan:
-1.Happamiin,2.emäksisiin,3.hydrofiilisiin,4.hydrofobisiin sekä 5. rikkipitoisiin aminohappoihin. (Kts s95)
- N-terminaali = Aminohappopää C-Terminaali karboksyylihappopää. Aminohapon Karboksyyliryhmä liittyy seuraavan aminohapon Aminoryhmään muodostuu peptidisidos (CONH) ja lohkeaa vettä.
Selvitä mikä orgaaninen reaktio, Substituutio eliminaatio vai additio?
-Myös proteiinit ovat energia ravintoaineita tästä myöhemmin lisää
Proteiinin rakenne:
Primaarirakenne: Aminohappojen järjestys
Sekundaarirakenne: a-kierre
(Vetysidos joka neljänteen aminohappoon B-laskos vetysidoksia kehden viereisen ketjun välillä)
Tertiaarirakenne: Disulfidi (s-s) sidokset,suolasillat, muut vetysidokset ja hydrofobiset vuorovaikutukset
Kvaternaarirakenne: Suolasidokset, muut vetysidokset, hydrofobiset vuorovaikutukset
Nukleotidit/Nukleiinihapot:
-DNA/RNA
-Koostuvat Pentoosisokerista (5-hiilinen), fosfaattiryhmästä, sekä pyrimidiini-(C,T,U)/puriini-emäksestä(A,G)
-B-Glykosyyliamiinisidos ja fosfoesterisidos Kts s.99 Kuva
-ATP/c-AMP
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti