Організаційна хімія (конспект лекцій): Навчальний посібник. Органічна хімія

5-те вид., перероб. та дод. – Спб.: 2002 – 624 с.

У підручнику систематично викладено основи сучасної органічної хімії. У доступній формі даються відомості про квантово-хімічну природу простих і кратних зв'язків. Викладаються сучасні погляди механізми найважливіших реакцій. Велика увагаприділено практичному використанню досягнень органічної хімії. П'яте видання суттєво перероблено та доповнено новими даними, отриманими в органічній хімії останнім часом. Призначається для студентів хіміко-технологічних вузів та факультетів.

Формат: pdf

Розмір: 26,5 Мб

Дивитись, скачати:drive.google

ЗМІСТ
Передмова 3
Вступ 5
1. Предмет та шляхи розвитку органічної хімії 5
2. Сировинні джерела органічних сполук 9
3. Аналіз та визначення будови органічних сполук 14
4. Загальні питання теорії хімічної будови 18
Основи теорії ковалентного хімічного зв'язку 19
Будова іонів та радикалів 32
Формули та моделі молекул органічних сполук 36
5. Основи теорії реакції органічних сполук 41
6. Класифікація органічних сполук 50
Частина перша З'ЄДНАННЯ З ВІДКРИТИМ ЛАНЦЮГОМ (АЛІФАТИЧНИЙ, ЖИРНИЙ РЯД)
I. Вуглеводні та їх похідні з однією або декількома однаковими функціональними групами
Глава 1. Вуглеводні 52
1. Граничні (метанові) вуглеводні (алкани, парафіни) 52
Ізомерія. Номенклатура 53
Способи одержання 56
Фізичні властивості 58
Хімічні властивості 60
Окремі представники. Застосування 70
2. Етиленові вуглеводні (алкени, олефіни) 72
Ізомерія. Номенклатура 72
Способи одержання 74
Фізичні властивості 76
Хімічні властивості 78
Окремі представники. Застосування 89
3. Дієнові вуглеводні (алкадієни) 92
Способи отримання 1,3-алкадієнів 93
Фізичні властивості 1,3-алкадієнів 94
Хімічні властивості 1,3-алкадієнів 95
Натуральний та синтетичний каучуки! 101
4. Ацетиленові вуглеводні (алкіни) 102
Ізомерія. Номенклатура 103
Способи одержання 103
Фізичні властивості 104
Хімічні властивості 105
Окремі представники. Застосування ПЗ
Глава 2. Моно- та полігалогенопровідні вуглеводнів 113
1. Моногалогенопровід граничних вуглеводнів ІЗ
Ізомерія. Номенклатура 113
Способи одержання 113
Фізичні властивості 115
Хімічні властивості 115
Окремі представники. Застосування 121
2. Ді- і полнгалогенопохідні граничних вуглеводнів 121
Ізомерія. Номенклатура 121
Способи одержання 122
Фізичні та хімічні властивості 122
Окремі представники. Застосування 123
3. Галогенопохідні ненасичених вуглеводнів 126
Глава 3. Одно- та багатоатомні спирти 129
1. Граничні одноатомні спирти 129
Ізомерія. Номенклатура 130
Способи одержання 131
Фізичні властивості 134
Хімічні властивості 135
Окремі представники. Застосування 138
2. Ненасичені одноатомні спирти 142
3. Двохатомні спирти (гліколі) 144
Ізомерія. Номенклатура 145
Способи одержання 145
Фізичні та хімічні властивості 146
Окремі представники. Застосування 148
4. Трихатомні спирти. Гліцерин 150
Розділ 4. Прості ефіри 153
1. Прості ефіри (окису алкілів) 153
2. Циклічні прості ефіри (епоксисполуки) 156
3. Поняття про органічні пероксидні сполуки 161
Розділ 5. Альдегіди та кетони 162
1. Граничні альдегіди та кетони 163
Ізомерія. Номенклатура 163
Способи одержання 164
Фізичні властивості 166
Хімічні властивості 166
Окремі представники. Застосування 178
2. Ненасичені альдегіди та кетони 182
3. Кетени 184
4. Діальдегіди ндикетони 185
Глава 6. Одно- та багатоосновні карбонові кислоти та їх похідні 189
1. Одноосновні граничні карбонові кислоти 190
Ізомерія. Номенклатура 190
Способи отримання 191
Фізичні властивості 192
Хімічні властивості. . . 193
Окремі представники. Застосування 200
2. Галогенозаміщені одноосновні кислоти 203
Ізомерія. Номенклатура 204
Способи одержання 204
Фізичні та хімічні властивості 205
Окремі представники. Застосування 206
3. Ненасичені одноосновні кислоти 207
4. Двоосновні граничні кислоти 212
Способи одержання 212
Фізичні властивості та хімічні властивості 212
Окремі представники. Застосування 215
5. Двоосновні ненасичені кислоти 216
Глава 7. Сірковмісні органічні сполуки 218
1. Тіоспирти (тіоли) та тіоефіри (сульфіди) 218
2. Органічні сульфокислоти 220
Глава 8. Азотовмісні органічні сполуки 222
1. Нітросполуки 222
2. Аміни 226
Ізомерія. Номенклатура 226
Способи одержання 227
Фізичні властивості 228
Хімічні властивості 228
Застосування 231
Поняття про діаміни 232
3. Нітрили та ізоціаніди 233
Ізомерія. Номенклатура 234
Способи отримання 234
Фізичні властивості 235
Хімічні властивості 235
Окремі представники. Застосування 236
Глава 9. Елементорганічні сполуки 237
Будова. Номенклатура 237
Загальні способи одержання 239
Загальні реакції металоорганічних сполук 240
Біологічні властивості елементорганічних сполук 242
1. Органічні сполуки елементів І групи 242
2. Органічні сполуки елементів II групи 243
Магнійорганічні сполуки 243
Ртутьорганські сполуки 244
3. Органічні сполуки елементів III групи 244
З'єднання бору 245
З'єднання алюмінію 245
4. Органічні сполуки елементів IV групи 246
Кремнійорганічні сполуки 247
З'єднання олова 251
З'єднання свинцю 251
5. Органічні сполуки елементів V групи 252
З'єднання фосфору 252
6. Органічні сполуки елементів VI групи (головна підгрупа) 254
7. Органічні сполуки перехідних елементів 254
ІІ. З'єднання зі змішаними функціями
Глава 10. Гідроксикарбонільні та гідроксикарбоксильні сполуки 255
А. Г ідроке та альдегіди, гідр окснкетони. 255
Б. Г і д р о к с і к і с л о ти 257
1. Одноосновні двоатомні гідроксикислоти 257
Ізомерія. Номенклатура 257
Способи одержання 258
Фізичні та хімічні властивості 260
Окремі представники 261
Оптична ізомерія 261
2. Двоосновні триатомні гідроксикислоти 266
3. Двоосновні чотирихатомні гідроксикислоти 267
4. Триосновні чотирихатомні гідроксикислоти 271
5. Гндроксимурівня, або вугільна, кислота 271
Глава 11. Альдегндо- та кетокислоти 279
Глава 12. Аміноспирти 285
Глава 13. Амінокислоти 286
Ізомерія. Номенклатура 287
Способи отримання 288
Фізичні властивості 290
Хімічні властивості 290
Окремі представники. Застосування 292
Частина друга КАРБОЦИКЛІЧНІ СПОЛУКИ
I. Аліциклічний ряд
Глава 14. Вуглеводні аліциклічного ряду та їх похідні 294
Будова. Ізомерія 295
Номенклатура 299
Способи одержання 300
Фізичні властивості 303
Хімічні властивості 304
Окремі представники. Застосування 309
ІІ. Ароматичний ряд
Глава 15. Ароматичні вуглеводні з одним бензольним кільцем 314
Будова бензолу 314
Ізомерія. Номенклатура 320
Способи одержання 321
Фізичні властивості 323
Хімічні властивості 324
Теорія заміщення в ароматичному ядрі 326
Окремі представники. Застосування 331
Глава 16. Правила орієнтації у бензольному кільці 334
Глава 17. Ароматичні галогенопровідні 344
Способи одержання 345
Фізичні властивості 347
Хімічні властивості 347
Окремі представники. Застосування 351
Глава 18. Ароматичні сульфокислоти 352
Способи одержання 352
Фізичні та хімічні властивості 354
Застосування 356
Глава 19. Ароматичні нітросполуки 356
1. Нітросполучення з нітрогрупою в ядрі 356
Способи одержання 356
Фізичні властивості 358
Хімічні властивості 358
Окремі представники. Застосування 361
2. Нітроз'єднання з нітрогрупою в бічному ланцюгу 362
Глава 20. Ароматичні гідроксисполуки 363
А. Феноли 364
1. Одноатомні феноли 364
Способи отримання.
Фізичні властивості 366
Хімічні властивості 366
Окремі представники. Застосування 373
2. Двохатомні феноли 374
3. Трихатомні феноли 376
4. Полігндрокснбензоли 378
Б. Заміщені феноли 378
1. Галогенофеноли 378
2. Фенолсульфокислоти 380
3. Нтрофеноли 380
В. Ароматичні спирти 381
Розділ 21. Ароматичні аміни 384
A. Аміни з аміногрупою в ядрі 384
Способи отримання 384
Фізичні та хімічні властивості 386
Окремі представники. Застосування 391
Б. Заміщені аміни з аміногрупою в ядрі 392
1. Галогено-, нітро- та сульфозаміщені аміни 392
2. Амннофеноли 393
B. Аміни саминогруппойвбокового ланцюга 395
Глава 22. Діазо- та азосполуки 396
Будова 396
Способи одержання 397
Фізичні та хімічні властивості 399
Глава 23. Ароматичні альдегіди та кетони 404
1. Ароматичні альдегіди 405
Способи одержання 405
Фізичні та хімічні властивості 407
Окремі представники. Застосування 411
2. Заміщені ароматичні альдегіди. Гідроксіальдегіди 411
3. Ароматичні кетони 412
Способи одержання 412
Фізичні та хімічні властивості 413
Окремі представники. Застосування 416
4. Хінони 417
Способи одержання 417
Фізичні властивості 418
Хімічні властивості 418
Окремі представники. Застосування 420
Глава 24. Ароматичні карбонові кислоти 421
A. Одноосновні ароматичні кислоти 421
Способи одержання 421
Фізичні властивості 423
Хімічні властивості 423
Окремі представники. Застосування 425
Б. Заміщені одноосновні ароматичні кислоти 426
1. Галогенобензойні кислоти 426
2. Ннтробензойні кислоти 426
3. Сульфобецзойні кислоти 427
4. Ароматичні фенолокнслоти 427
5. Ароматичні амінокислоти 430
B. Багатоосновні ароматичні кислоти 432
Глава 25. Ароматичні сполуки з кількома неконденсованими бензольними ядрами та їх похідні 435
1. Група днфенілу 435
2. Ді- та поліфенілметани 437
Трнфемнлметанові барвники 439
3. Ді- та поліфенілетани 441
4. Ді- та поліарилетилени та ацетилени 442
Глава 26. Ароматичні сполуки з конденсованими бензольними ядрами та їх похідні 444
1. Нафталін 444
Будова нафталіну 444
Способи одержання 446
Фізичні та хімічні властивості 446
Правила орієнтації у нафталіновому ядрі 449
Похідні нафталіну 451
2. Антрацен 457
Способи одержання 457
Фізичні та хімічні властивості 458
Окремі представники. Застосування 459
3. Фенантрен 461
4. Вищі поліциклічні вуглеводні 463
5. Ароматичні вуглеводні з конденсованими бензольними та п'ятичленними кільцями 465
Глава 27. Небензоїднікарбоциклічні системи з ароматичними властивостями 466
1. Циклопропенільний катіон 467
2. Циклопентадієнільний аніон. Металоцени 467
3. Циклогептатрієнільний катіон. Солі тропілія.Трополони. Азулени 469
4. Ароматичні системи з кількістю вуглецевих атомів понад сім 474
Частина третя ГЕТЕРОЦИКЛІЧНІ СПОЛУКИ
Розділ 28. П'ятичленові гетероциклічні сполуки з одним гетероатомом 477
Будова. Номенклатура 477
Загальні методи одержання 478
Загальні фізичні та хімічні властивості 479
1. Фуран 485
2. Тіофен 488
3. Піррол 489
4. Індол 493
5. Карбазол 499
Глава 29. П'ятичленові гетероциклічні сполуки з кількома гетероатомами 500
1. Піразол 500
2. Імідазол 503
3. Тіазол 504
Глава 30. Шестичлені гетероциклічні сполуки з одним гетероатомом 505
1. Пірідін 505
Способи одержання 505
Фізичні властивості 506
Хімічні властивості 506
Окремі представники. Застосування 511
2. Хінолін 517
3. Ізохінолін 521
4. Акрідін 521
Глава 31. Шестичленні гетероциклічні сполуки з двома гетероатомами 524
1. Пірамідин 524
2. Тназин 527
Частина четверта ЕЛЕМЕНТИ БІООРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ
Розділ 32. Білки. Ферменти. Вітаміни 529
1. Білки 529
Класифікація білків 531
Будова білків 532
Синтез поліпептидів та білків 538
Застосування білків 539
2. Ферменти 540
3. Вітаміни як коферменти 541
Розділ 33. Вуглеводи 542
1. Моносахариди (монози) 546
Будова 546
Способи отримання 552
Фізичні та хімічні властивості 553
Окремі представники 561
2. Олігосахариди. Дисахариди (біози) 567
3. Нецукроподібні полісахариди 570
Розділ 34. Нуклеїнові кислоти 576
1. Дезоксирибонуклеїнові кислоти (ДНК) 577
2. Рибонуклеїнові кислоти (РНК) 580
Розділ 35. Ліпіди 584
1. Карбонові кислоти 585
2. Триглнцериди, або нейтральні жири 585
3. Фосфоліпнди 587
4. Віск 588
5. Терпени 588
6. Стероїди 594
Розділ 36. Гормони 595
Література 598
Предметний покажчик 599

ПЕРЕДМОВА
Пропонований читачеві навчальний посібник є п'яте (перше посмертне) перероблене видання підручника А. А. Петрова, А. Т Трощенка та X. В. Бальяна за курсом «Органічна хімія».
У підручнику у доступній для студентів 2-3 курсів формі викладено основи органічної хімії на сучасному рівні розвитку теорії, експериментальної техніки та досягнень промислового виробництва органічних речовин. Теоретичні питання викладаються на основі бутлерівських уявлень про взаємний вплив атомів у молекулах та сучасних квантово-хімічних поглядів.
У підручнику значне місце відведено опис механізмів найважливіших реакцій та практичного використання досягнень органічної хімії. Зазначається виняткова роль сучасної органічної хімії фізичних методів дослідження, проте викладається лише сутність найважливіших їх. Докладніші відомості студент може знайти у спеціальних монографіях, список яких наведено в кінці книги.
Обсяг та розташування матеріалу відповідають діючій програмі з органічної хімії для хіміко-технологічних спеціальностей вузів. Основу змісту книги становить курс лекцій з органічної хімії, який читається в Санкт-Петербурзькому Технологічному інституті.
Під час підготовки п'ятого видання підручника автори ставили собі завдання значно оновити фактичний матеріал з урахуванням нових досягнень в органічній хімії та технології.
Переробки піддані всі розділи підручника. Значно розширено відомості про сучасні методи лабораторного та промислового органічного синтезу, такі як твердофазний синтез, міжфазний каталіз, синтез із застосуванням краун-ефірів, металокомплексний каталіз. Значно глибше і повніше висвітлюються екологічні питання.
Особливістю книги є і більший пристосування її до умов та можливостей самостійної роботи студентів.
Крім програмного матеріалу підручник містить також матеріал для більш поглибленого вивчення (набраний петитом), що зазвичай включає останні дані в галузі розвитку теорії та методів органічного синтезу.

Міністерство освіти та науки Російської Федерації

Федеральне агентство з освіти

ГОУ ВПО "Уральський державний технічний університет - УПІ"

КАФЕДРА ОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ

ОРГАНІЧНА ХІМІЯ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

для направлення 240100 " Хімічна технологіята біотехнологія"

Єкатеринбург

Понізовський М.Г., к.х.н., доцент кафедри органічної хімії

Русінова Л.І., к.х.н., доцент кафедри органічної хімії

АННОТАЦІЯ

Навчальний посібник є частиною навчально-методичного комплексу дисципліни «Органічна хімія». Воно включає короткий конспект 44 лекцій, що охоплюють всі розділи курсу, що читається. Посібник призначений для організації самостійної роботи студентів при підготовці до лекційних, практичних, лабораторних занять, проміжного, підсумкового контролю та виконання домашніх завдань та контрольних робіт у курсі «Органічна хімія». Посібник є навчальним матеріалом для студентів ІІ курсу ХТФ, а також може бути корисним студентам І-ІІІ курсів ФСМ, ФТФ, МТФ РТФ.

Бібліографія 38 назв.

Підготовлено кафедрою «Органічна хімія»

Лекція №1

· Предмет органічної хімії. Причини її виділення у самостійну науку та основні етапи розвитку. Теорія будови та її роль у розвитку органічного синтезу.

· Емпіричні, молекулярні та структурні формули. Ізомерія. Ізоміри будови. Гомологічні лави. Основні функціональні групи та класи органічних сполук.

· Основні засади номенклатури органічних речовин. Замінна номенклатура, IUPAC. Основні правила складання назв органічних сполук.

Предмет органічної хімії

Вперше поняття органічна хімія ввів шведський хімік Берцеліус в 1808 р. Він вважав, що різниця між неорганічними та органічними речовинами полягає в тому, що перші можуть бути отримані в лабораторії звичайними препаративними методами, тоді як другі можуть утворюватися виключно внаслідок життєдіяльності.

У 1828 р. німецький хімік Ф. Велер здійснив перетворення неорганічної речовини ціановокислого амонію на добре відому органічну сполуку – сечовину:

Відкриття Ф. Велером органічного синтезу стало найпотужнішим поштовхом до розвитку органічної хімії у другій половині ХІХ століття. А. Кекуле та А. Купер незалежно один від одного відкрили чотиривалентність вуглецю. Купер наголосив на здатності атомів вуглецю утворювати ланцюги і запропонував використовувати формули, в яких символи атомів пов'язані валентними рисками. У 1861 р. А.М. Бутлеров висунув теорію хімічної будови, згідно з якою властивості речовини зумовлені природою, числом його атомів і способом їх зв'язування один з одним. Це було названо Бутлеровим хімічною будовою речовини. Крім того, Бутлеров стверджував, що вивчення властивостей речовин дозволить встановити їхню будову, а знання будови дозволить прогнозувати властивості. У 1874 р. одночасно Вант-Гофф і Ле-Бель припустили, деякі явища можна пояснити просторової орієнтацією валентностей атома вуглецю. Згідно з Вант-Гофф чотири валентності вуглецю ідентичні і спрямовані до вершин правильного тетраедра, в центрі якого знаходиться атом вуглецю.

Серед елементів, що входять разом із вуглецем до складу органічних речовин, виняткова роль належить водню, оскільки кількість органічних сполук, що не містять жодного водневого атома, надзвичайно мала порівняно із загальним числом відомих сьогодні хімікам-органікам речовин.

Набір властивостей, що визначають унікальну природу органічних сполук, належить не вуглецю чи водню окремо, а речовинам, утвореним цими двома елементами – гідридам вуглецю, або вуглеводням. Вуглеводні є основою класифікації органічних речовин, оскільки всі органічні сполуки можна вважати похідними вуглеводнів, що утворюються при заміщенні атомів водню атомами інших елементів. Тому органічна хімія – хімія вуглеводнів та їх похідних (К. Шорлеммер, 1889).

Сам термін «органічна»зберігає чинність у зв'язку з тим, що хімія вуглеводнів та їх похідних більш важлива для життя, ніж хімія будь-яких інших елементів.

Емпіричні, молекулярні та структурні формули. Ізомерія.

Об'єктом вивчення хімії є індивідуальні сполуки, тобто. речовини, які з однакових молекул. У найпростішому випадку речовина вважається чистою, якщо її температура плавлення (для твердого) або температура кипіння (для рідини) не змінюються.

Е мпірична формула– хімічна формула, що відображає якісний склад із зазначенням відносної кількості атомів кожного елемента у всьому зразку (Не в одній молекулі), за допомогою цілих чисел, які не мають загального кратного. Наприклад, СН – емпірична формула бензолу.

Молекулярна формула (брутто-формула)показує якісний та кількісний склад молекули. Молекулярна формула може бути тотожною емпіричною або її цілим кратним. 6 Н 6 – молекулярна формула бензолу.

Структурна формулапоказує взаємне розташування атомів та функціональних груп у молекулі. Структурна формула бензолу:

Ізоміри(isos – той самий, meros – частина) - речовини, мають однакову молекулярну формулу, але різняться за будовою. Явище ізомерії обумовлено існуванням молекул, що мають однаковий якісний і кількісний склад, але мають різні фізичні та хімічні властивості через різне розташування атомів або функціональних груп або їх орієнтації в просторі.

Структурна ізомерія– дві або більше сполуки, що мають одну молекулярну формулу, що відрізняються між собою:

· будовою вуглецевого скелета, наприклад, для З 5 Н 12:

· Різним розташуванням однакових функціональних груп (при однаковому вуглецевому скелеті)

Інші види ізомерії будуть розглянуті у подальших лекціях.

Гомологічний ряд– ряд сполук, у якому кожен член відрізняється від попереднього на однакову структурну одиницю (гомологічну різницю). Гомологи- Члени гомологічного ряду.

Класифікація органічних речовин.

Основа класифікації органічних сполук – теорія будови. Усі органічні речовини, що містять різні радикали R (де R – органічний залишок) та однакові функціональні групи, можуть бути поділені на відповідні класи. Це дозволяє класифікувати речовини за їх хімічними та фізичними властивостями, характерними для певної будови.

Мал. 1.1. Класифікація органічних речовин (фрагмент)

У підручнику систематично викладено основи сучасної органічної хімії. У доступній формі даються відомості про квантово-хімічну природу простих і кратних зв'язків. Викладаються сучасні погляди механізми найважливіших реакцій. Велику увагу приділено практичному використанню досягнень органічної хімії. П'яте видання суттєво перероблено та доповнено новими даними, отриманими в органічній хімії останнім часом. Призначається для студентів хіміко-технологічних ВНЗ та факультетів.

ПРЕДМЕТ І ШЛЯХИ РОЗВИТКУ ОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ.
Органічна хімія вивчає сполуки вуглецю - вуглеводні та його похідні, до складу яких можуть входити майже всі елементи періодичної системи.

Виділення органічної хімії на самостійну наукову дисципліну обумовлено більшим числомта різноманіттям сполук вуглецю, наявністю специфічних властивостей, що відрізняють їх від сполук інших елементів, і, нарешті, їх винятковим значенням у житті людини.
В даний час відомо більше 4,5 мільйонів органічних сполук, у той час як неорганічних сполук всього близько 700 тис.

Перетворення органічних сполук керуються загальними законами хімії, і навіть специфічними закономірностями, характерними лише органічних сполук. Органічні сполуки зазвичай менш стійкі, ніж неорганічні, легше окислюються (горять), переважна більшість з них має тільки ковалентні зв'язкиміж атомами

Особливе становище органічної хімії у системі наук зумовлено ще й тим, що вона вивчає більш високоорганізовану матерію, ніж неорганічна хімія, і тісно пов'язана з біологією: органічні речовини з'явилися Землі пізніше неорганічних, є носіями життєдіяльності.

ЗМІСТ
Передмова 3
Вступ 5
1. Предмет та шляхи розвитку органічної хімії 5
2. Сировинні джерела органічних сполук 9
3. Аналіз та визначення будови органічних сполук 14
4. Загальні питання теорії хімічної будови 18
Основи теорії ковалентного хімічного зв'язку 19
Будова іонів та радикалів 32
Формули та моделі молекул органічних сполук 36
5. Основи теорії реакції органічних сполук 41
6. Класифікація органічних сполук 50
Частина перша З'ЄДНАННЯ З ВІДКРИТИМ ЛАНЦЮГОМ (АЛІФАТИЧНИЙ, ЖИРНИЙ РЯД)
I. Вуглеводні та їх похідні з однією або декількома однаковими функціональними групами
Глава 1. Вуглеводні 52
1. Граничні (метанові) вуглеводні (алкани, парафіни) 52
Ізомерія. Номенклатура 53
Способи одержання 56
Фізичні властивості 58
Хімічні властивості 60
Окремі представники. Застосування 70
2. Етиленові вуглеводні (алкени, олефіни) 72
Ізомерія. Номенклатура 72
Способи одержання 74
Фізичні властивості 76
Хімічні властивості 78
Окремі представники. Застосування 89
3. Дієнові вуглеводні (алкадієни) 92
Способи отримання 1,3-алкадієнів 93
Фізичні властивості 1,3-алкадієнів 94
Хімічні властивості 1,3-алкадієнів 95
Натуральний та синтетичний каучуки 101
4. Ацетиленові вуглеводні (алкіни) 102
Ізомерія. Номенклатура 103
Способи одержання 103
Фізичні властивості 104
Хімічні властивості 105
Окремі представники. Застосування ПЗ
Глава 2. Моно- та полігалогенопохідні вуглеводнів 113
1. Моногалогенопровід граничних вуглеводнів ІЗ
Ізомерія. Номенклатура 113
Способи одержання 113
Фізичні властивості 115
Хімічні властивості 115
Окремі представники. Застосування 121
2. Ді- і полнгалогенопохідні граничних вуглеводнів 121
Ізомерія. Номенклатура 121
Способи одержання 122
Фізичні та хімічні властивості 122
Окремі представники. Застосування 123
3. Галогенопохідні ненасичених вуглеводнів 126
Глава 3. Одно- та багатоатомні спирти 129
1. Граничні одноатомні спирти 129
Ізомерія. Номенклатура 130
Способи одержання 131
Фізичні властивості 134
Хімічні властивості 135
Окремі представники. Застосування 138
2. Ненасичені одноатомні спирти 142
3. Двохатомні спирти (гліколі) 144
Ізомерія. Номенклатура 145
Способи одержання 145
Фізичні та хімічні властивості 146
Окремі представники. Застосування 148
4. Трихатомні спирти. Гліцерин 150
Розділ 4. Прості ефіри 153
1. Прості ефіри (окису алкілів) 153
2. Циклічні прості ефіри (епоксисполуки) 156
3. Поняття про органічні пероксидні сполуки 161
Розділ 5. Альдегіди та кетони 162
1. Граничні альдегіди та кетони 163
Ізомерія. Номенклатура 163
Способи одержання 164
Фізичні властивості 166
Хімічні властивості 166
Окремі представники. Застосування 178
2. Ненасичені альдегіди та кетони 182
3. Кетени 184
4. Діальдегіди та дикетони 185
Глава 6. Одно- та багатоосновні карбонові кислоти та їх похідні 189
1. Одноосновні граничні карбонові кислоти 190
Ізомерія. Номенклатура 190
Способи отримання 191
Фізичні властивості 192
Хімічні властивості 193
Окремі представники. Застосування 200
2. Галогенозаміщені одноосновні кислоти 203
Ізомерія. Номенклатура 204
Способи одержання 204
Фізичні та хімічні властивості 205
Окремі представники. Застосування 206
3. Ненасичені одноосновні кислоти 207
4. Двоосновні граничні кислоти 212
Способи одержання 212
Фізичні властивості та хімічні властивості 212
Окремі представники. Застосування 215
5. Двоосновні ненасичені кислоти 216
Глава 7. Сірковмісні органічні сполуки 218
1. Тіоспирти (тіоли) та тіоефіри (сульфіди) 218
2. Органічні сульфокислоти 220
Глава 8. Азотовмісні органічні сполуки 222
1. Нітросполуки 222
2. Аміни 226
Ізомерія. Номенклатура 226
Способи одержання 227
Фізичні властивості 228
Хімічні властивості 228
Застосування 231
Поняття про діаміни 232
3. Нітрили та ізоціаніди 233
Ізомерія. Номенклатура 234
Способи отримання 234
Фізичні властивості 235
Хімічні властивості 235
Окремі представники. Застосування 236
Глава 9. Елементорганічні сполуки 237
Будова. Номенклатура 237
Загальні способи одержання 239
Загальні реакції металоорганічних сполук 240
Біологічні властивості елементорганічних сполук 242
1. Органічні сполуки елементів І групи 242
2. Органічні сполуки елементів II групи 243
Магнійорганічні сполуки 243
Ртутьорганічні сполуки 244
3. Органічні сполуки елементів III групи 244
З'єднання бору 245
З'єднання алюмінію 245
4. Органічні сполуки елементів IV групи 246
Кремнійорганічні сполуки 247
З'єднання олова 251
З'єднання свинцю 251
5. Органічні сполуки елементів V групи 252
З'єднання фосфору 252
6. Органічні сполуки елементів VI групи (головна підгрупа) 254
7. Органічні сполуки перехідних елементів 254
ІІ. З'єднання зі змішаними функціями
Глава 10. Гідроксикарбонільні та гідроксикарбоксильні сполуки 255
А. Гідроксіальдегіди, гідроксикетони 255
Б. Гідроксикислоти 257
1. Одноосновні двоатомні гідроксикислоти 257
Ізомерія. Номенклатура 257
Способи одержання 258
Фізичні та хімічні властивості 260
Окремі представники 261
Оптична ізомерія 261
2. Двоосновні триатомні гідроксикислоти 266
3. Двоосновні чотирихатомні гідроксикислоти 267
4. Триосновні чотирихатомні гідроксикислоти 271
5. Гідроксимурашина, або вугільна, кислота 271
Глава 11. Альдегідо- та кетокислоти 279
Глава 12. Аміноспирти 285
Глава 13. Амінокислоти 286
Ізомерія. Номенклатура 287
Способи отримання 288
Фізичні властивості 290
Хімічні властивості 290
Окремі представники. Застосування 292
Частина друга КАРБОЦИКЛІЧНІ СПОЛУКИ
I. Аліциклічний ряд
Глава 14. Вуглеводні аліциклічного ряду та їх похідні 294
Будова. Ізомерія 295
Номенклатура 299
Способи одержання 300
Фізичні властивості 303
Хімічні властивості 304
Окремі представники. Застосування 309
ІІ. Ароматичний ряд
Глава 15. Ароматичні вуглеводні з одним бензольним кільцем 314
Будова бензолу 314
Ізомерія. Номенклатура 320
Способи одержання 321
Фізичні властивості 323
Хімічні властивості 324
Теорія заміщення в ароматичному ядрі 326
Окремі представники. Застосування 331
Глава 16. Правила орієнтації у бензольному кільці 334
Глава 17. Ароматичні галогенопохідні 344
Способи одержання 345
Фізичні властивості 347
Хімічні властивості 347
Окремі представники. Застосування 351
Глава 18. Ароматичні сульфокислоти 352
Способи одержання 352
Фізичні та хімічні властивості 354
Застосування 356
Глава 19. Ароматичні нітросполуки 356
1. Нітросполуки з нітрогрупою в ядрі 356
Способи одержання 356
Фізичні властивості 358
Хімічні властивості 358
Окремі представники. Застосування 361
2. Нітросполуки з нітрогрупою в бічній ланцюгу 362
Глава 20. Ароматичні гідроксисполуки 363
А. Феноли 364
1. Одноатомні феноли 364
Способи отримання.
Фізичні властивості 366
Хімічні властивості 366
Окремі представники. Застосування 373
2. Двохатомні феноли 374
3. Трихатомні феноли 376
4. Полігідроксибензоли 378
Б. Заміщені феноли 378
1. Галогенофеноли 378
2. Фенолсульфокислоти 380
3. Нітрофеноли 380
В. Ароматичні спирти 381
Розділ 21. Ароматичні аміни 384
A. Аміни з аміногрупою в ядрі 384
Способи отримання 384
Фізичні та хімічні властивості 386
Окремі представники. Застосування 391
Б. Заміщені аміни з аміногрупою в ядрі 392
1. Галогено-, нітро- та сульфозаміщені аміни 392
2. Амінофеноли 393
B. Аміни саминогруппойвбокового ланцюга 395
Глава 22. Діазо- та азосполуки 396
Будова 396
Способи одержання 397
Фізичні та хімічні властивості 399
Глава 23. Ароматичні альдегіди та кетони 404
1. Ароматичні альдегіди 405
Способи одержання 405
Фізичні та хімічні властивості 407
Окремі представники. Застосування 411
2. Заміщені ароматичні альдегіди. Гідроксіальдегіди 411
3. Ароматичні кетони 412
Способи одержання 412
Фізичні та хімічні властивості 413
Окремі представники. Застосування 416
4. Хінони 417
Способи одержання 417
Фізичні властивості 418
Хімічні властивості 418
Окремі представники. Застосування 420
Глава 24. Ароматичні карбонові кислоти 421
A. Одноосновні ароматичні кислоти 421
Способи одержання 421
Фізичні властивості 423
Хімічні властивості 423
Окремі представники. Застосування 425
Б. Заміщені одноосновні ароматичні кислоти 426
1. Галогенобензойні кислоти 426
2. Нітробензойні кислоти 426
3. Сульфобецзойні кислоти 427
4. Ароматичні фенолокислоти 427
5. Ароматичні амінокислоти 430
B. Багатоосновні ароматичні кислоти 432
Глава 25. Ароматичні сполуки з кількома неконденсованими бензольними ядрами та їх похідні 435
1. Група днфенілу 435
2. Ді- та поліфенілметани 437
Трифемілметанові барвники 439
3. Ді- та поліфенілетани 441
4. Ді- та поліарилетилени та ацетилени 442
Глава 26. Ароматичні сполуки з конденсованими бензольними ядрами та їх похідні 444
1. Нафталін 444
Будова нафталіну 444
Способи одержання 446
Фізичні та хімічні властивості 446
Правила орієнтації у нафталіновому ядрі 449
Похідні нафталіну 451
2. Антрацен 457
Способи одержання 457
Фізичні та хімічні властивості 458
Окремі представники. Застосування 459
3. Фенантрен 461
4. Вищі поліциклічні вуглеводні 463
5. Ароматичні вуглеводні з конденсованими бензольними та п'ятичленними кільцями 465
Розділ 27. Небензоїдні карбоциклічні системи з ароматичними властивостями 466
1. Циклопропенільний катіон 467
2. Циклопентадієнільний аніон. Металоцени 467
3. Циклогептатрієнільний катіон. Солі тропілію. Трополони. Азулени 469
4. Ароматичні системи з кількістю вуглецевих атомів понад сім 474
Частина третя ГЕТЕРОЦИКЛІЧНІ СПОЛУКИ
Розділ 28. П'ятичленові гетероциклічні сполуки з одним гетероатомом 477
Будова. Номенклатура 477
Загальні методи одержання 478
Загальні фізичні та хімічні властивості 479
1. Фуран 485
2. Тіофен 488
3. Піррол 489
4. Індол 493
5. Карбазол 499
Глава 29. П'ятичленові гетероциклічні сполуки з кількома гетероатомами 500
1. Піразол 500
2. Імідазол 503
3. Тіазол 504
Розділ 30. Шестичленні гетероциклічні сполуки з одним гетероатомом 505
1. Пірідін 505
Способи одержання 505
Фізичні властивості 506
Хімічні властивості 506
Окремі представники. Застосування 511
2. Хінолін 517
3. Ізохінолін 521
4. Акрідін 521
Глава 31. Шестичленні гетероциклічні сполуки з двома гетероатомами 524
1. Пірамідин 524
2. Тназин 527
Частина четверта ЕЛЕМЕНТИ БІООРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ
Розділ 32. Білки. Ферменти. Вітаміни 529
1. Білки 529
Класифікація білків 531
Будова білків 532
Синтез поліпептидів та білків 538
Застосування білків 539
2. Ферменти 540
3. Вітаміни як коферменти 541
Розділ 33. Вуглеводи 542
1. Моносахариди (монози) 546
Будова 546
Способи отримання 552
Фізичні та хімічні властивості 553
Окремі представники 561
2. Олігосахариди. Дисахариди (біози) 567
3. Нецукроподібні полісахариди 570
Розділ 34. Нуклеїнові кислоти 576
1. Дезоксирибонуклеїнові кислоти (ДНК) 577
2. Рибонуклеїнові кислоти (РНК) 580
Розділ 35. Ліпіди 584
1. Карбонові кислоти 585
2. Триглецериди, або нейтральні жири 585
3. Фосфоліпіди 587
4. Віск 588
5. Терпени 588
6. Стероїди 594
Розділ 36. Гормони 595
Література 598
Предметний покажчик 599.

1. Визначення поняття «Органічна хімія»

З усього різноманіття хімічних сполук більшість (понад чотири мільйони) містить вуглець. Майже всі вони належать до органічних речовин. Органічні сполуки зустрічаються в природі, наприклад, вуглеводи, білки, вітаміни, вони відіграють важливу роль у життєдіяльності тварин і рослин. Багато органічні речовини та їх суміші (пластмаси, каучук, нафта, природний газ та інші) мають велике значення для розвитку народного господарства країни.

Хімія сполук вуглецю називається органічною хімією. Так визначив предмет органічної хімії великий російський хімік-органік А.М. Бутлер. Однак не всі сполуки вуглецю прийнято відносити до органічних. Такі найпростіші речовини, як оксид вуглецю (II), діоксид вуглецю СО2, вугільна кислота Н2СО3 та її солі, наприклад, СаСО3, К2СО3, відносять до неорганічних сполук. До складу органічних речовин, крім вуглецю, можуть входити й інші елементи. Найчастіше - це водень, галогени, кисень, азот, сірка та фосфор. Існують також органічні речовини, що містять інші елементи, у тому числі метали.

2. Будова атома вуглецю (С), структура його електронної оболонки

2.1 Значення атома вуглецю (С) у хімічній будові органічних сполук

ВУГЛЕРОД (лат. Carboneum), С, хімічний елементпідгрупи IVa періодичної системи; атомний номер 6, атомна маса 12,0107, відноситься до неметалів. Природний вуглець складається з двох стабільних нук лідів - 12С (98,892% за масою) та 13С (1,108%) та одного нестабільного - З з періодом напіврозпаду 5730 років.

Поширеність у природі. Перед вуглецю припадає 0,48% від маси земної кори, у якій за змістом займає серед інших елементів 17-е місце. Основні вуглець-містять породи - природні карбонати (вапняки та доломіти); кількість вуглецю у яких становить близько 9,610 т.

У вільному стані вуглець зустрічається у природі як горючих копалин, і навіть у вигляді мінералів - алмазу і графіту. Близько 1013 т вуглецю зосереджено таких горючих копалин, як кам'яне і буре вугілля, торф, сланці, бітуми, утворюють потужні скупчення надрах Землі, соціальній та природних горючих газах. Алмази надзвичайно рідкісні. Навіть алмазоносні породи (кімберліти) містять не більше 9-10 % алмазів масою, як правило, не більше 0,4 г. Знайденим великим алмазам зазвичай надають особливу назву. Найбільший алмаз "Куллінан" вагою 621,2 г (3106 карат) був знайдений у Південній Африці (Трансвааль) у 1905 р., а найбільший російський алмаз "Орлов" вагою 37,92 г (190 карат) -в Сибіру в середині 17 ст.

Чорно-сірий непрозорий жирний на дотик з металевим блиском графіт є скупченням плоских полімерних молекул з атомів вуглецю, неміцно нашарованих один на одного. У цьому атоми всередині шару пов'язані між собою сильніше, ніж атоми між шарами.

Інша річ алмаз. У його безбарвному, прозорому і сильно заломлюючому світло кристалі кожен атом вуглецю пов'язаний хімічними зв'язками з чотирма атомами, розташованими у вершинах тетраедра. Всі зв'язки однакові за довжиною та дуже міцні. Вони утворюють у просторі безперервний тривимірний каркас. Весь кристал алмазу є хіба що одну гігантську полімерну молекулу, яка має «слабких» місць, т.к. міцність всіх зв'язків однакова.

Щільність алмазу при 20°С дорівнює 3,51 г/см 3 графіту - 2,26 г/см 3 . Фізичні властивості алмазу (твердість, електропровідність, коефіцієнт термічного розширення) практично однакові в усіх напрямках; він є найтвердішим із усіх знайдених у природі речовин. У графіті ці властивості за різними напрямами - перпендикулярному чи паралельному верствам атомів вуглецю - сильно різняться: при невеликих бічних зусиллях паралельні шари графіту зсуваються одне щодо одного і він розшаровується на окремі лусочки, що залишають слід на папері. За електричними властивостями алмаз - діелектрик, графіт проводить електричний струм.

Діамант при нагріванні без доступу повітря вище 1000 °С перетворюється на графіт. Графіт при постійному нагріванні в тих же умовах не змінюється до 3000°С, коли він виганяється без плавлення. Прямий перехід графіту в алмаз відбувається тільки при температурі вище 3000 ° С і величезному тиску - близько 12 ГПа.

Третя алотропна модифікація вуглецю -карбін - отримана штучно. Це дрібнокристалічний чорний порошок; у його структурі довгі ланцюжки атомів вуглецю розташовані паралельно один до одного. Кожен ланцюжок має будову (-С=С) Л або (=С=С=) Л. Щільність карбину середня між графітом та алмазом -2,68-3,30 г/см 3 . Одна з найважливіших особливостей карбину - його сумісність з тканинами людського організму, що дозволяє застосовувати його, наприклад, при виготовленні штучних, що не відторгаються організмом. кровоносних судин(Рис. 1).

Назву свою фулерени отримали не на честь хіміка, а на ім'я американського архітектора Р. Фуллера, який запропонував будувати ангари та інші споруди у вигляді куполів, поверхню яких утворюють п'яти- та шестикутники (такий купол побудований, наприклад, московському парку «Сокільники»).

Для вуглецю характерно також стан із невпорядкованою структурою - це т. зв. аморфний вуглець (сажа, кокс, деревне вугілля) рис. 2. Одержання вуглецю (С):

Більшість оточуючих нас речовин – органічні сполуки. Це тканини тварин і рослин, наша їжа, ліки, одяг (бавовняні, вовняні та синтетичні волокна), паливо (нафта та природний газ), гума та пластмаси, миючі засоби. В даний час відомо більше 10 мільйонів таких речовин, і їх кількість щороку значно зростає завдяки тому, що вчені виділяють невідомі речовини з природних об'єктів і створюють нові, що не існують в природі сполуки.

Таке різноманіття органічних сполук пов'язане з унікальною особливістю атомів вуглецю утворювати міцні ковалентні зв'язки як між собою, так і з іншими атомами. Атоми вуглецю, з'єднуючись один з одним як простими, так і кратними зв'язками, можуть утворювати ланцюжки практично будь-якої довжини та цикли. Велика різноманітність органічних сполук пов'язана також із існуванням явища ізомерії.

Майже всі органічні сполуки містять також водень, часто до їх складу входять атоми кисню, азоту, рідше – сірки, фосфору, галогенів. З'єднання, що містять атоми будь-яких елементів (за винятком, N, S і галогенів), безпосередньо пов'язані з вуглецем, об'єднані під назвою елементоорганічні сполуки; основну групу таких сполук складають металоорганічні сполуки (рис. 3).

Величезна кількість органічних сполук потребує їх чіткої класифікації. Основу органічної сполуки становить скелет молекули. Скелет може мати відкриту (незамкнену) структуру, тоді сполуку називають ациклічною (аліфатичною; аліфатичні сполуки називають також сполуками жирного ряду, тому що вони вперше були виділені з жирів), і замкнуту структуру, тоді її називають циклічною. Скелет то, можливо вуглецевим (складатися лише з атомів вуглецю) чи містити інші, відмінні від вуглецю атоми - т. зв. гетероатоми, найчастіше кисень, азот та сірку. Циклічні сполуки поділяють на карбоциклічні (вуглецеві), які можуть бути ароматичними та аліциклічними (що містять один або кілька циклів), та гетероциклічні.

Атоми водню та галогенів у скелет не входять, а гетероатоми входять у скелет лише в тому випадку, якщо вони мають щонайменше два зв'язки з вуглецем. Так, в етиловому спирті СН3СН2ОН атом кисню не включений до скелета молекули, а в диметиловому ефірі СН3ОСН3 включений до нього.

Крім того, ациклічний скелет може бути нерозгалуженим (усі атоми розташовані в один ряд) та розгалуженим. Іноді нерозгалужений скелет називають лінійним, проте слід пам'ятати, що структурні формули, якими ми найчастіше користуємося, передають лише порядок зв'язку, а чи не реальне розташування атомів. Так, «лінійний» вуглецевий ланцюг має зигзагоподібну форму і може закручуватися в просторі різними способами.

У скелеті молекули розрізняють чотири типи атомів вуглецю. Прийнято атом вуглецю називати первинним, якщо він утворює лише один зв'язок з іншим атомом вуглецю. Вторинний атом пов'язані з двома іншими атомами вуглецю, третинний - з трьома, а четвертинний всі чотири зв'язку витрачає освіту зв'язків із атомами вуглецю.

Наступною класифікаційною ознакою є наявність кратних зв'язків. Органічні сполуки, що містять лише прості зв'язки, називають насиченими (граничними). З'єднання, що містять подвійні або потрійні зв'язки, називаються ненасиченими (ненасиченими). У тому молекулах однією атом вуглецю припадає менше атомів водню, ніж у граничних. Циклічні ненасичені вуглеводні ряду бензолу виділяють в окремий клас ароматичних сполук.

Третьою класифікаційною ознакою є наявність функціональних груп-груп атомів, характерних для даного класу сполук та визначальних його хімічних властивостей. За кількістю функціональних груп органічні сполуки діляться на монофункціональні - містять одну функціональну групу, поліфункціональні - містять кілька функціональних груп, наприклад гліцерин, і гетерофункціональні - в одній молекулі кілька різних груп, наприклад амінокислоти.

Залежно від того, у якого атома вуглецю знаходиться функціональна група, сполуки діляться на первинні, наприклад, етилхлорид СН 3 СН 2 С1, вторинні - ізопропілхлорид (СНз)2СНС1 і третинні - бутилхлорид (СН 8) 8 ССl.

Функціональна група визначає належність органічної сполуки до того чи іншого класу (див. таблицю).

Органічні сполуки мають найрізноманітніші властивості. Як несхожі природний газ, цукор і, наприклад, поліетилен! Тим не менш, органічні сполуки мають свої специфічні особливості. Перша особливість пов'язана з молекулярною будовою цих речовин. У порівнянні з іонними сполуками вони мають менші температури плавлення та кипіння, їх реакції часто протікають повільніше, ніж у іонних сполук, і вимагають застосування каталізатора. І друге, загальне більшість цих сполук властивість - здатність до окислення, причому процес окислення термодинамічно вигідний. Більшість органічних сполук окислюються в кисневмісній атмосфері з виділенням великої кількості енергії. Завдяки цим реакціям ми отримуємо енергію не лише для обігріву наших будинків та руху транспорту (дрова, вугілля, нафта), але й для життєдіяльності нашого організму (рис. 4).

Атоми вуглецю, що входять до складу органічних сполук, завжди будуть чотиривалентними, мають електронну конфігурацію 1s2s22p2 і можуть перебувати у трьох валентних станах

Перше валентний стан(На прикладі метану СН4). При утворенні молекули метану атом вуглецю перетворюється на збуджений стан:

Чотири неспарені електрони (2s і 2р) беруть участь в утворенні чотирьох б - зв'язків. У цьому виникають гібридні орбіталі. Гібридизація орбіталей - процес вирівнювання їх формою та енергії. Число гібридних орбіталей дорівнює числу вихідних орбіталей. У молекулі метану та в усіх молекулах органічних речовин за місцем одинарного зв'язку атоми вуглецю будуть у стані бр3 - гібридизації, тобто. у атома вуглецю гібридизації зазнали орбіталі одного s - і трьох р - електронів і утворилися 4 однакові гібридні орбіталі.

sp3 - гібридні хмари розташовуються під кутом 109 ° 28 `.

Другий валентний стан атома вуглецю на прикладі етилену (C2H4)

У молекулі етилену кожен атом вуглецю з'єднаний із трьома іншими атомами, у гібридизацію вступають З орбіталі: одна s і дві р, тобто. відбувається sр2 – гібридизація.

Ці орбіталі розташовуються під кутом 120° один до одного.

Дві негібридні орбіталі перекриваються перпендикулярно до площини і утворюють – зв'язок.

Третій валентний стан атома вуглецю (з прикладу ацетилену С2Н2). У молекулі ацетилену атом вуглецю з'єднаний з двома іншими атомами, тому гібридизацію вступають дві орбіталі: одна s і одна p, тобто. відбувається sp-гібридизація.

Ці орбіталі розташовуються під кутом 180 по відношенню один до одного.

Дві p-відбитки, що не вступили в гібридизацію, при бічному перекриванні утворюють два π-зв'язку, розташовані у взаємно перпендикулярних площинах.

3. Вуглеводні

Вуглеводні,органічні сполуки, молекули яких складаються лише з атомів вуглецю та водню.

Найпростіший представник - метан СН 4 . Вуглеводні є родоначальниками всіх інших органічних сполук, величезне розмаїття яких можна отримати введенням функціональних груп в молекулу вуглеводню; тому органічну хімію часто визначають як хімію вуглеводнів та їх похідних.

Вуглеводні залежно від молекулярної маси можуть бути газоподібними, рідкими або твердими (але пластичними) речовинами. З'єднання, що містять у молекулі до чотирьох атомів вуглецю, у звичайних умовах - гази, наприклад, метан, етан, пропан, бутан, ізобутан; ці вуглеводні входять до складу пального природного та попутного нафтового газів. Рідкі вуглеводні входять до складу нафти та нафтопродуктів; вони, зазвичай, містять до шістнадцяти атомів вуглецю. До складу деяких восків, парафіну, асфальтів, бітуму, гудрону входять ще важчі вуглеводні; так, до складу парафіну входять тверді вуглеводні, що містять від 16 до 30 атомів вуглецю.

Вуглеводні діляться на сполуки з відкритим ланцюгом - аліфатичні, або нециклічні, сполуки із замкнутою циклічною структурою - аліциклічні (не мають властивість ароматичності) і ароматичні (в їх молекулах є бензольне кільце або фрагменти, побудовані з конденсованих бензольних кілець). Ароматичні вуглеводні виділяють в окремий клас, оскільки через наявність замкнутої сполученої системи гс-зв'язей вони мають специфічні властивості.

Нециклічні вуглеводні можуть мати нерозгалужену ланцюг вуглецевих атомів (молекули нормальної будови) і розгалужену (молекули изостроения), Залежно від типу зв'язків між атомами вуглецю як аліфатичні, так і циклічні вуглеводні поділяються на насичені, містять тільки прості , і ненасичені, що містять поряд з простими кратні зв'язки (алкени, циклоалкени, дієни, алкіни, циклоалкіни).

Класифікація вуглеводнів відбито на схемі (див. стор. 590), де дано також приклади структур представників кожного класу вуглеводнів.

Вуглеводні незамінні як джерело енергії, оскільки основна загальна властивість всіх цих сполук - виділення значної кількості теплоти при горінні (наприклад, теплота згоряння метану становить 890 кДж/моль). Суміші вуглеводнів використовують як паливо на теплових станціях та в котельнях (природний газ, мазут, котельне паливо), як паливо для двигунів автомобілів, літаків та інших транспортних засобів(бензин, гас та дизельне паливо). При повному згорянні вуглеводнів утворюються вода та вуглекислий газ.

За реакційною здатністю різні класи вуглеводнів сильно відрізняються один від одного: насичені сполуки відносно інертні, для ненасичених характерні реакції приєднання по кратних зв'язках, для ароматичних сполук - реакції заміщення (наприклад, нітрування, сульфування).

Вуглеводні використовують як вихідні та проміжні продукти в органічному синтезі. У хімічній та нафтохімічній промисловості застосовують не лише вуглеводні природного походження, а й синтетичні. Способи отримання останніх ґрунтуються на переробці природного газу(виробництво та використання синтез-газу - суміші СО та Н2), нафти (крекінг), кам'яного вугілля (гідрогенізація), а останнім часом і біомаси, зокрема відходів сільського господарства, переробки деревини та інших виробництв.

3.1 Граничний вуглеводні. Алкани CnH2n+2

Основні фізичні та хімічні властивості:

СН4 газ без кольору та запаху, легший за повітря, нерозчинний у воді

С-С4 – газ;

С5-С16 - рідина;

С16 і більше – тверда речовина

Приклади вуглеводнів, що використовуються в косметології, їх склад та властивості (парафін, вазелін).

У косметиці вуглеводні використовують для створення плівки, що забезпечує ковзний ефект (наприклад, масажних кремах), і в якості структуроутворюючих компонентів різних препаратів.

Газоподібні вуглеводні

Метон та етан є складовими частинами природного газу. Пропан та бутан (у зрідженому вигляді) - пальне для транспорту.

Рідкі вуглеводні

Бензин. Прозора, займиста рідина з типовим запахом, легко розчинна в органічних розчинниках (спирті, ефірі, чотирихлористому вуглеці). Суміш бензину та повітря - сильне вибухова речовина. Спеціальний бензин іноді застосовують для знежирення та очищення шкіри, наприклад, від залишків пластиру.

Вазелинове масло. Рідкий, в'язкий вуглеводень із високою точкою кипіння та низькою в'язкістю. У косметиці застосовується як олія для волосся, олія для шкіри, входить до складу кремів. Парафінове масло. Прозора, безбарвна, не має ні кольору, ні запаху, густа, масляниста речовина, високої в'язкості, нерозчинна у воді, майже нерозчинна в етанолі, розчинна в ефірі та інших органічних розчинниках. Тверді вуглеводні

Парафін. Суміш твердих вуглеводнів, що отримується при дистиляції парафінової фракції нафти. Парафін є кристалічною масою зі специфічним запахом і нейтральною реакцією. Парафін застосовується у термотерапії. Розплавлений парафін, що має високу теплоємність, повільно остигає і, поступово віддаючи тепло, довго підтримує рівномірне зігрівання тіла. Охолоджуючи, парафін переходить з рідкого стану в твердий і, зменшуючись в обсязі, здавлює тканини, що підлягають. Перешкоджаючи гіперемії поверхневих судин, розплавлений парафін підвищує температуру тканин та різко посилює потовиділення. Показаннями до парафінотерапії є себорея шкіри обличчя, вугровий висип, особливо індуративні вугри, інфільтрована хронічна екзема Доцільно після парафінової маски призначати чищення шкіри обличчя.

Церезін. Суміш вуглеводнів, що отримується при переробці озокериту. Застосовується в декоративній косметиці як загусник, так як добре змішується з жирами.

Вазелін – суміш вуглеводнів. Є гарною основою для мазей, не розкладає лікарські речовини, що входять до їх складу, поєднується з маслами та жирами в будь-яких кількостях. Всі вуглеводні не омиляються, не можуть проникати безпосередньо через шкіру, тому використовуються у косметиці як поверхневий захисний засіб. Всі рідкі, напівтверді та тверді вуглеводні не гіркують (не піддаються впливу мікроорганізмів).

Розглянуті вуглеводні називаються ациклічними. Їм протиставляють циклічні (що мають у складі молекули бензольне кільце) вуглеводні, які одержують при перегонці кам'яновугільної смоли - бензол (розчинник), нафталін, який раніше застосовувався як засіб проти молі, антрацен та інші речовини.

3.2 Ненасичені вуглеводні

Алкени (етиленові вуглеводні) – ненасичені вуглеводні, в молекулах яких є один подвійний зв'язок

Особливості хімічної будови

З 2 H 4 етилен – безбарвний газ зі слабким солодкуватим запахом, легший за повітря, мало розчинний у воді.

Принципи складання назви вуглеводнів:

Вуглеводні, що містять подвійний зв'язок, закінчуються на -єн.

Етан С 2 H 6 ®етен С 2 H 4

3.3 Циклічні та ароматичні вуглеводні, принципи хімічної будови, приклади

Арени (ароматичні вуглеводні), молекули яких містять стійкі циклічні структури - бензольні ядра, з особливим характером зв'язків.

У молекулі бензолу немає одинарних (С - Про і подвійних (С = С) зв'язків. Всі зв'язки рівноцінні, їх довжини рівні, Це особливий вид зв'язку - кругове сполучення.

Гібридизація - ;sр 2 Валентний кут -120 °

Шість негібридних зв'язків утворюють єдину p-електронну систему (ароматичне ядро), яке розташовується перпендикулярно до площини бензольного кільця.

Хімічні властивості:

Бензол займає проміжне положення між граничними та ненасиченими вуглеводнями, т.к. вступає в реакцію заміщення (протікає легко) та приєднання (протікає важко).

Азулен. Це циклічний вуглеводень, який отримує синтетичним шляхом (природний аналог хамазулен отримують з квіток ромашки і деревію). Азулен має протиалергічні та протизапальні властивості, знімає спазм гладкої "мускулатури, прискорює процеси регенерації та загоєння тканин. Застосовується в косметиці в концентрованому вигляді (рідина темно-синього кольору) і у вигляді 25%-ного розчину у складі дитячих кремів, зубної пасти засобів, а також у смолах для біомеханічної депіляції.

4. Спирти

4.1 Визначення

Спирти - це органічні сполуки, у яких один атом водню (Н) замінено гідроксильною групою (ОН).

4.2 Функціональні групи. Класифікація спиртів на одноатомні та багатоатомні спирти, приклади. Принципи складання назви спиртів

Відповідно до кількості ОН-груп розрізняють одно-і багатоатомні спирти.

Залежно від розташування ОН-групи спирти поділяються на первинні, вторинні та третинні. На відміну від парафін-вуглеводнів вони мають відносно високу точкукипіння. Всі багатоатомні спирти мають солодкуватий присмак.

Спирти із короткими ланцюжками гідрофільні, тобто. змішуються з водою і добре розчиняють гідрофільні речовини, Одноатомні спирти з довгими ланцюжками майже зовсім не розчиняються у воді, тобто. гідрофобні.

Спирти з великою масоюмолекул (жирні спирти) за кімнатної температури тверді (наприклад, миристиловий або цетиловий спирт). Спирт, що містить понад 24 атоми вуглецю, називають вощеним спиртом.

Зі збільшенням числа гідроксильних груп посилюються солодкий присмак та розчинність спирту у воді. Тому гліцерин (3-атомний спирт), схожий на олію, добре розчиняється у воді. Твердий 6-атомний спирт сорбіт використовується як замінник цукру для діабетичних хворих.

4.3 Основні хімічні та фізичні властивості спиртів, їх застосування у косметології (метанол, етанол, ізопропанол, гліцерин)

Одноатомні спирти

Метанол (метиловий спирт, деревний спирт) - прозора, безбарвна рідина, що легко змішується з водою, спиртом та ефіром. Це конче отруйна речовинау косметиці не застосовується.

Етанол (етиловий спирт, винний спирт, спирт харчовий) - прозора, безбарвна, летюча рідина, може змішуватися з водою та органічними розчинниками, значно менш отруйний, ніж метанол, широко застосовується в медицині та косметиці як розчинник для біологічно активних речовин (ефірних олій , смол, йоду і т.д.). Отримують етанол у результаті бродіння речовин, що містять цукор та крохмаль. Процес бродіння відбувається з допомогою ферментів дріжджів. Після бродіння спирт виділяють шляхом перегонки. Потім проводиться очищення від небажаних речовин-домішок (ректифікація). Етанол надходить в аптеки переважно міцністю 96°. Інші суміші етанолу з водою містять 90, 80, 70, 40% спирту. Майже чистий спирт (з незначними домішками води) називають абсолютним спиртом.

Залежно від мети застосування спирту ароматизують його різними добавками (ефірними маслами, камфорою). Етанол сприяє розширенню підшкірних капілярів, має дезінфікуючу дію.

Туалетна вода для обличчя може містити від 0 до 30% спирту, лосьйон для волосся – близько 50%, одеколон – не менше 70%. До складу лавандової води входить близько 3% ефірної олії. Духи містять від 12 до 20% ефірних олій та фіксатор, одеколони - близько 9% ефірних олій та трохи фіксатора. Ізопропанол (ізопропіловий спирт) - повноцінний і недорогий замінник етанолу, відноситься до вторинних спиртів. Навіть очищений ізопропіловий спирт має характерний запах, який не піддається усуненню. Дезінфікуючі та знежирюючі властивості ізопропанолу сильніші, ніж у етилового спирту. Він застосовується лише зовнішньо, у складі туалетної води для волосся, фіксаторах і т.п. Горілка не повинна містити ізопропанол, а в спиртової настоянкина хвойних голках (хвойний концентрат) допускається його незначна кількість.

Багатоатомні спирти

Двохатомні спирти мають стандартне закінчення назви – гліколь. У косметичних препаратах як розчинник і зволожувач застосовують пропіленгліколь, що володіє невисокою токсичністю. Двохатомні спирти, або гліколі, за замісною номенклатурою називають діолами. Трихатомний спирт - гліцерин - широко використовується в медицині та фармацеї. За консистенцією гліцерин схожий на сироп, майже без запаху, гігроскопічний, має солодкий присмак, розчинний у всіх інших речовинах, що містять ОН-групу, нерозчинний в ефірі, бензині, хлороформі, жирних та ефірних маслах. У торгівлю надходить 86 - 88%-ний гліцерин і зневоднений 98%-ний гліцерин. У розведеному вигляді гліцерин входить до складу кремів для шкіри, туалетної води для обличчя, зубних паст, мила для гоління, гелю для рук. Розбавлений у відповідній пропорції, пом'якшує шкіру, робить її еластичною, замінюючи природний фактор вологості шкіри. У чистому вигляді препарати для догляду за шкірою не застосовується, оскільки пересушує її.

Сорбіт-різновид виноградного цукру, у поєднанні з водою утворює солодкуватий в'язку рідину, яка може бути використана як замінник гліцерину. Сорбіт має здатність зберігати вологість шкіри, тому входить до складу зволожуючих кремів, кремів для гоління, зубних постів та інших косметичних препаратів.

5. Похідні спиртів – ефіри та кетони:

КЕТОНИ,органічні сполуки, в молекулах яких міститься карбонільна група

Пов'язана з двома однаковими чи різними вуглеводневими радикалами. Загальна формула кетонів:, де R і R" - вуглеводневі радикали. Найпростіший аліфатичний кетон - ацетонодин із ароматичних кетонів - ацетофенон, а прикладом циклічного кетону є циклогексанон

Більшість кетонів – безбарвні рідини з приємним запахом. Молекули кетонів не здатні утворювати водневі зв'язки, тому температури кипіння та плавлення кетонів значно нижчі, ніж відповідних вторинних спиртів. Нижчі кетони розчиняються у воді.

За хімічними властивостями кетони подібні до альдегідів, але менш реакційноздатні.

Подвійний зв'язок С=О в кетонах поляризована (електронна щільність зміщена до атома кисню через його більшу електронегативність), тому для кетонів характерні реакції приєднання по карбонільній групі. Наприклад, приєднуючи водень, кетони відновлюються у спирти за схемою:

А реакція приєднання синильної кислоти, що призводить до нітрилів, має важливе значення в органічній хімії, оскільки дозволяє змінити вуглецевий скелет молекули

Внаслідок поляризації подвійного зв'язку в молекулі кетонів поляризується і зв'язок С-Н у ме-тиленовой групі СЩ, безпосередньо пов'язаної з карбонільною групою; рухливість протона метиленової групи збільшується. Результатом чого є здатність кетонів до кето-енольної. таутомерії,кетон-енол, що призводить до рівноваги, наприклад:

Рухливість протонів визначає можливість протікання реакцій конденсації з участю кетонів.

При окисленні ізопропанолу утворюється відомий розчинник ацетон, він застосовується при виробництві лаків та змивки для нігтів. У косметиці часто використовують замінники кетону, так як він не має знежирювального ефекту. При окисленні другого С-атому гліцерину одержують окислений кетон (дигідроксиацетон):

Дігідроксіацетон реагує з білками та амінокислотами рогового шару епідермісу, викликаючи фарбування шкіри, схоже на засмагу. Посилення утворення пігменту меланіну немає. Ця засмага стійка до води і повною мірою відповідає натуральній засмагі. Він абсолютно небезпечний! 5%-ний дигідроксиацетон (ДНА) вводиться в масляні та водні емульсії ДНА. Не може бути використаний як засіб від засмаги, так як не має фільтруючої здатності по відношенню до ультрафіолетових променів.

Прості ефіри

Це органічні речовини, молекули яких складаються з вуглеводневих радикалів, з'єднаних атомом кисню R-O-R.

Складні ефіри

Це речовини, що мають загальну формулу:

R - З - OR, де R і R" - вуглеводневі радикали.

Складний ефір утворюється зі спирту або фенолу та карбонових кислот із виділенням води у присутності сірчаної кислоти. У назву входить частина назви спирту та частина назви кислоти (наприклад, складний ефір оцтової кислоти та амілового спирту – амілацетат). Відомий складний ефір фенолу – аспірин (фенол + ацетилсаліцилова кислота). Найпростішими ефірами є фруктові ефіри, або есенції, названі так через свій легкий фруктовий запах. Вони використовуються для виробництва лаку та рідини для зняття лаку, як розчинники у техніці та як ароматизатори при виробництві харчових продуктів.

Натуральні тварини та рослинні жири є складними ефірами триатомного спирту гліцерину з різними жирними кислотами. Наприклад, кукурудзяна олія містить тригліцерид ненасиченої лінолевої кислоти (до 48%), масло какао - тригліцериди насичених стеаринової (до 25%) та пальмітинової (34%) кислот. Складні ефіри жирних кислот і високомолекулярних спиртів - напівсинтетичні жироподібні речовини (ізопропілміристат, діізопропіладипат, бутилстеарат, ізопропілпальмітат), які легко емульгуються, що дозволяє отримувати малов'язкі емульсії. Вони легко вбираються у шкіру, не залишаючи відчуття липкості та жирності. Використовуються для повної або часткової заміни тварин і рослинних олій у засобах для догляду за шкірою та волоссям, як розчинники або пом'якшувальні засоби у лаках для нігтів. Інші складні ефіри жирних кислот – відомі емульгатори – драгил, цетіол, кремофор.

Лецітін. Лецитин (фосфатидилхолін) - фосфоліпід, складний ефір гліцерину з фосфорилілхоліном і двома залишками жирних кислот, з яких одна ненасичена. Міститься у всіх клітинах, переважно у біологічних мембранах. Лецитин екстрагують із соєвих, бобів та арахісу. Багато лецитину міститься у яєчному жовтку. Тваринний і рослинний лецитин використовують як добавки в креми (як емульгатор) для шкіри, туалетну воду, лікувальні препарати та аерозолі для волосся і т.д.

Пурцелін. Це масляний або твердий, воскоподібний складний ефір, утворений витяжкою жиру із водоплавних залоз птахів. Він має високий рівень реагування, добре переноситься шкірою, використовується в косметичних препаратах.

6. Органічні кислоти

Карбонова кислота – представник граничних одноосновних кислот.

Карбоновими кислотами називаються органічні речовини, до складу яких входить карбоксильна група або у спрощеному записі – СООН. Карбоксильна група складається із сполучених карбонільної та гідроксильної груп, що визначило її назву.

У карбонових кислотах карбоксильна група з'єднана з вуглеводневим радикалом R, тому загальному виглядіФормулу карбонової кислоти можна записати так: R-СООН.

У карбонових кислотах карбоксильна група може бути з'єднана з різними вуглеводневими радикалами ~- граничними, ненасиченими, ароматичними. У зв'язку з цим виділяють граничні, ненасичені та ароматичні карбонові кислоти, наприклад:

Залежно від числа карбоксильних груп, що містяться в молекулах карбонових кислот, розрізняють одноосновні та двоосновні кислоти, наприклад:

атом вуглець кислота спирт ліпіди

Одноосновні кислоти називають також монокарбоновими, а двоосновні – дикарбоновими кислотами.

Загальна формула членів гомологічного ряду граничних одноосновних карболових кислот СnН2n-1СООН, де п = 0, 1, 2, 3.

Номенклатура.

Назви карбонових кислот за замісною номенклатурою будують із назви відповідного алкану з додаванням закінчення -ова та слова «кислота». Якщо вуглецевий ланцюг розгалужений, то на початку назви кислоти записують заступник із зазначенням його положення в ланцюзі Нумерацію атомів вуглецю в ланцюзі починають з вуглецю карбоксильної групи.

Деякі граничні одноосновні кислоти:

Для деяких членів гомологічного ряду граничних карбонових кислот застосовують тривіальні назви, наведені формули деяких граничних одноосновних кислот та їх назви за замісною номенклатурою та тривіальні назви.

Ізоміри. Починаючи з бутанової кислоти С3Н7СООН9, члени гомологічного ряду граничних одноосновних кислот мають ізомери. Їх ізомерія обумовлена ​​розгалуженістю вуглецевого ланцюга вуглеводневих радикалів. Так, бутанова кислота має наступні два ізомери (у дужках записано тривіальну назву).

Формулі С 4 Н 9 СООН відповідають чотири ізомерні карбонові кислоти:

Властивості, Кислоти гомологічного ряду з нормальною -v будовою від мурашиною до> С 8 Н 17 СООН (нонанової кислоти) за звичайних умов ~ безбарвні рідини, що мають різкий запах. Вищі члениряду, починаючи з С. 9 Н 19 СООН, - тверді речовини. Мурашина, оцтова та продіонова кислоти добре розчиняються у воді, змішуються з нею в будь-яких відносинах. Інші рідкі кислоти обмежено розчиняються у воді. Тверді кислоти у воді практично нерозчинні.

Особливості хімічних властивостей карбонових кислот зумовлені сильним взаємним впливом карбонільної С-О та гідроксильної О-Н груп.

Однак позитивний заряд на атомі вуглецю частково зменшується внаслідок тяжіння електронів атома кисню гідроксильної групи. Тому в карбонових кислотах карбонільний вуглець менш схильний до взаємодії з нуклеофільними частинками ніж у альдегідах та кетонах.

З іншого боку, під впливом карбонільної групи посилюється полярність зв'язку О-Нза рахунок усунення електронної щільності від кисню до атома вуглецю. Всі зазначені особливості* карбоксильної групи можна проілюструвати наступною схемою:

Розглянутий характер електричної будови карбоксильної групи зумовлює відносну легкість відриву водню цієї групи. Тому у карбонових кислот добре виражені кислотні властивості. F безводному стані і особливо у водних розчинах карбонові кислоти дисоціюють на іони;

Кислий характер розчинів карбонових кислот можна встановити за допомогою індикаторів. Карбонові кислоти є слабкими електролітами, причому сила карбонових кислот зменшується із збільшенням молекулярної маси кислоти.

Найчастіше зустрічаються жирні кислоти:

· пальмітинова CH 3 (CH 2)14COOH,

· Стеаринова СН 3 (СН 2) 16СООН,

· олеїнова СН 3 (СН 2) 7 СН = СН (СН 2) 7СООН,

· Лінолева СНз(СН2) 4 (СН=СНСН2)2(СН2) 6 СООН,

· ліноленова СН 3 СН 2 (СН=СНСН 2)3(СН2)6СООН,

· арахідоноваСН 3 (СН 2)4(СН=СНСН 2)4(СН2)2СООН,

· Арахінова СН 3 (СН 2)18СООН та деякі інші кислоти.

Мурашина кислота. Це легкорухлива, безбарвна рідина з винятково різким запахом, яка поєднується з водою в будь-яких пропорціях, дуже їдка, що викликає пухирі на шкірі. Вона застосовується як консервант. Оцтова кислота. Має ті ж властивості, що і мурашина. Концентрована оцтова кислота твердне при 17°С, перетворюючись на масу, схожу на лід. Її використовують при виготовленні оцтово-кислого глинозему, як добавку до лосьйону для гоління, а також при виробництві ароматичних речовин та розчинників (змивка для лаку - амілацетат). Бензойна кислота. Має кристалічні голочки без кольору та запаху. Вона погано розчиняється у воді і легко – в етанолі та ефірі. Це відомий засіб для консервації. Зазвичай застосовується у вигляді натрієвої солі як протимікробний та фунгіцидний засіб.

Молочна кислота. У концентрованому вигляді має кератолітичну дію. У зволожуючих кремах використовують натрієву сільмолочної кислоти, яка завдяки своїм гігроскопічним властивостям надає гарний зволожуючий вплив, а також відбілює шкіру. Винна кислота. Складається з безбарвних прозорих кристалів або є кристалічним порошком з приємним кислим смаком. Вона легко розчиняється у воді та етанолі. Її використовують у солі для ванн, а також в ополіскувачах для волосся після застосування лаку.

Тіомолочна кислота. Це молочна кислота, у якій один атом кисню заміщений атомом сірки.

Олійна кислота. Це рідина без кольору та запаху, розчинна тільки в органічних розчинниках (бензині, бензолі, тетрахлорвуглеці). У вільному вигляді масляна кислота в косметиці не вживається, вона є елементом мила та шампунів.

Сорбінова кислота. Ця тверда, біла, багаторазово ненасичена жирна кислота, важко розчинна в холодній водіі легка розчинна у спирті чи ефірі. Її солі та ефіри абсолютно нетоксичні, вони використовуються як консерванти в продуктах харчування та косметичних засобах. Лінолева, ліноленова, арахідонова кислоти. Есенційні (незамінні) ненасичені жирні кислоти, які синтезуються в організмі. Комплекс цих кислот називають вітаміном Г. Їхня фізіалогічна роль полягає в наступному: - нормалізація рівня холестерину в крові; - участь у синтезі простангландинів; - Оптимізація функцій біологічних мембран; - участь у ліпідному обміні шкіри. Вони входять до складу епідермальних ліпідів, утворюючи строго організовані ліпідні структури (пласти) у роговому шарі епідермісу, які забезпечують його бар'єрні функції. При нестачі незамінних жирних кислот відбувається їхня заміна на насичені. Наприклад, заміна лінолевої кислоти на пальмітинову призводить до дезорганізації ліпідних пластів, в епідермісі утворюються ділянки, позбавлені ліпідів і, отже, проникні для мікроорганізмів та хімічних агентів. Есенційні жирні кислоти містяться в олії насіння кукурудзи, пщениці, сої, льону, кунжугу, арахісу, мигдалю, соняшнику.

7. Мила

МИЛУ, солі вищих жирних кислот з числом вуглецевих атомів від 12 до 18, що мають поверхнево-активні властивості. Розрізняють мила розчинні у воді та нерозчинні. Розчинні мила містять катіон лужного металу: натрію, рідше за калій. Тому їх називають лужними милами. Ці мила отримують лужним гідролізом жирів, наприклад:

Водорозчинні мила мають найбільш сильну миючу дію і набули найбільшого поширення.

Мила з катіонами кальцію, магнію, алюмінію та ін. у воді не розчиняються; називають їх «металевими» милами. Ці мила отримують зазвичай реакції обміну між лужними милами і солями відповідних металів. Металеві мила використовують як загусники пластичних мастил, прискорювачі висихання лакофарбових матеріалів та ін.

У промисловості як вихідні речовини для одержання натрієвого лужного мила застосовують тваринні жири (сало низьких сортів), рослинні олії (бавовняна, пальмова, кокосова та ін.), гідрогенізовані жири, а також жирозамінники (наприклад, синтетичні жирні кислоти, каніфоль). При нагріванні сировини з гідроксидом натрію утворюється густий розчин - «мильний клей», що містить гліцерин та солі жирних кислот. При охолодженні розчин твердне і перетворюється на т. зв. клейове мило, що використовується для господарських та технічних потреб (вміст основної речовини – 40-55%).

Мила отримують також, використовуючи вищі вуглеводні нафти – парафін. Парафін окислюють до карбонових кислот (суміш), виділяють із суміші потрібні кислоти та дією соди Na2CO3 переводять їх у натрієву сіль.

Як солі сильних основ і слабких кислот, мила у водних розчинах піддаються гідролізу, наприклад:

тому розчини мила мають лужну реакцію.

Мила мають особливі поверхнево-активні властивості, тому в розчинах вони виявляють миючу дію. У жорсткій воді миюча мила слабка. Це зумовлено взаємодією їх з іонами кальцію, що призводить до утворення малорозчинних солей:

У кислому середовищі мила розкладаються із заснуванням вищих карбонових кислот.

Мила застосовуються не лише як миючі засоби. Вони є компонентами мастил, реагентами для флотації.

Мила погано миють у твердій воді. Тому розвивається виробництво синтетичних миючих засобів (СМЗ). СМС – солі кислих складних ефірів вищих спиртів та сірчаної кислоти:

Жорсткість води зазвичай визначають титруванням лужним розчином комплексної сполуки трилону Б. За кількісним вмістом іонів Са2+ та Mg2+ природну воду розрізняють як дуже м'яку (концентрація цих іонів до 30 мг/л), м'яку (30-80 мг/л), середньої жорсткості (80 -150 мг/л), жорстку (150-250 мг/л) та дуже жорстку (понад 250 мг/л). Особливо великою жорсткістю відрізняється вода морів та океанів. В океанах середня концентрація у воді іонів кальцію 450 мг/л, магнію -1290 мг/л та загальна - 1740 мг/л. Навпаки, багато вод північних річок і річок, що мають льодовикове харчування, дуже м'які. Вода для господарських потреб та пиття - водопровідна вода - має концентрацію іонів Са і Mg трохи більше 170 мг/л.

У твердій воді розчинені в ній солі при нагріванні та випаровуванні води утворюють у парових котлах, опалювальних приладах та на стінках металевого посуду шар накипу, який погано проводить теплоту. Для видалення накипу доводиться застосовувати спеціальні речовини – антинакипіни-гол. обр. органічні кислоти, наприклад адипінову НООС(СН 2)4СООН і щавлеву НООССООН, розчиняють накип.

При пранні або миття в твердій воді потрібна підвищена витрата мила, оскільки частина мила (а це калієва сіль стеаринової кислоти С47Н35СООК) витрачається на зв'язування іонів Са2+ та Mg2+ і осаджується у вигляді нерозчинних солей:

2С 17 Н 35 СОО + Са2+ - (З 17 Н 35 СОО)2Са 2С 17 Н 35 СОСГ + Mg 2 + = (C 17 H 35 COO)2Mg

Мильна піна утворюється лише після повного осадження цих іонів.

У воді з високою кальцієвою жорсткістю погано розварюються овочі та м'ясо, тому що катіони Са 2+ з білками харчових продуктів утворюють нерозчинні сполуки. Велика магнієва жорсткість (як у морській воді) надає воді гіркого присмаку і надає послаблюючу дію на кишечник.

Дуже жорстку воду перед вживанням пом'якшують, обробляючи її, наприклад, сумішшю вапна гашеної і соди. При цьому вапно усуває карбонатну твердість:

Са(НСО 3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО 3 + 2Н 2 О

Mg(HCO3)2 + 2Са(ОН)2 = Mg(OH)2 + 2СаСО 3 + 2Н 2 О,

а сода - некарбонатну твердість, наприклад:

CaSO 4 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 + Na 2 SO 4

Крім мила розроблені інші миючі засоби – синтетичні миючі засоби. Їх виробляють без використання такої важливої ​​харчової сировини, як жири.

Використання мила

Мила – типові поверхнево-активні речовини, і всі їх корисні для людини якості – наслідок їхньої поверхневої активності. Бруд утримується на тканині тонким шаром жирів та олій, які мають бути видалені. Мила мають миючі властивості, оскільки здатні емульгувати жири і олії, тобто переводити їх у дрібні крапельки, які змочуються водою. Емульгуючі властивості миючих речовин пов'язані з наявністю в їх молекулах одночасно гідрофільних (що мають спорідненість до води) і гідрофобних (що мають спорідненість до неполярної фази, наприклад до ліпідів-жирів та олій) груп. Гідрофільні властивості має полярний фрагмент СОО~, а вуглеводневий ланцюг є гідрофобною групою. При миття забрудненої тканини молекули мила оточують краплі жиру чи олії, отже гідрофобні групи виявляються «розчиненими» у маслі, а гідрофільні - у питній воді. Утворюється міцелла, яка відноситься зі струмом води (малюнок). Оскільки поверхні всіх міцел заряджені негативно, міцели не злипаються.

8. Ліпіди (жири)

8.1 Визначення, особливості хімічної будови

ЛІПІДИ, велика група природних органічних сполук, практично нерозчинний! у воді, але добре розчинних у неполярних органічних розчинниках (наприклад, х формі, ефірі, бензолі). За допомогою таких розчинників ліпіди вилучають із клітин тварин, рослин та мікроорганізмів. Названий походить від грецьк. слова ліпос - жир, т.к жири є найвідомішими і найпоширенішими у природі ліпідами.

Структурне різноманіття ліпідів обумовлено наявністю у складі залишків жирних кислот, причому жирні кислоти ліпідів вищих рослин тварин, зазвичай, мають парне число вуглецевих атомів - 16, 18 чи 20.

Отримують жири реакцією етерифікації:

8.2 Хімічні властивості жирів

визначаються приналежністю до класу складних ефірів. Тому найбільш характерна для них рекція гідролізу:

Гідроліз жирів у лужному середовищі називається омиленням:

Жири піддаються гідруванню:

Сполучною ланкою між гідрофільною та гідрофобною ділянками зазвичай є залишки багатоатомних аліфатичних спиртів, що містять дві або три гідроксильні групи. Наприклад, більше половини ліпідів, що зустрічаються в природі, – похідні тритомного спирту гліцерину.

Згідно з однією з можливих класифікацій, усі ліпіди ділять на прості ліпіди, складні ліпіди та похідні ліпідів. До перших відносять ефіри жирних кислот та спиртів, наприклад жири та воски. У молекулу ліпідів другої групи, крім залишків жирних кислот і спиртів, входять інші фрагменти. Наприклад, у фосфоліпідах, які служать головними структурними компонентамибіологічних мембран, один із залишків жирної кислоти заміщений на фосфатну групу. До третьої групи відносять всі сполуки, які не можна віднести до перших двох, наприклад стероїди, вітаміни ліпідної природи та ін.

У живих організмах зустрічаються також речовини, в молекулах яких ліпіди пов'язані зі сполуками інших класів, наприклад з білками (т. зв. ліпопротеїни), вуглеводами (гліколіпіди) та ін. , є однією з основ різноманіття природних систем.

8.3 Значення жирів для організму людини

Цьому класу з'єднань належить важлива роль процесах життєдіяльності. Вони служать енергетичним резервом клітин, виконують роль захисних бар'єрів, що оберігають живі організми від термічного, електричного та фізичного впливів, вхід до складу оболонок, що захищають від інфекцій та зайвої втрати або накопичення води, може бути попередниками в біосинтезі. важливих з'єднаньє активними компонентами біологічних мембран. Деякі вітаміни та гормони також відносяться до класу ліпідів.

ЖИРИ І ОЛІЇ РОСЛИННОГО І ТВАРИННОГО ПОХОДЖЕННЯ

Всі жири та олії рослинного та тваринного походження утворюються з елементів С, Н та О. Вони являють собою складні ефіри гліцерину, розчиняються тільки в органічних розчинниках (бензині, бензолі, тетрахлорвуглеці, три- та перхлоретилені), не розпадаються при нагріванні до 250°С . Під впливом світла, повітря, води жири можуть розпадатися на жирні кислоти та гліцерин, змінюючи при цьому колір та запах. Прогірклі жири не можуть бути використані в косметиці. Всі жири, олії та мазі легші за воду, їх щільність між 0,8 і 0,94.

Рослинні жири містяться в основному в насінні та плодах. Тварини жири отримують головним чином шляхом витоплювання чи витяжок, рослинні – шляхом віджиму чи витяжки. Перший віджимання вважається найкращим, його називають також холодним віджиманням. При витяжці можна отримати більшу кількість олії. При цьому масло екстрагується розчинниками; бензином, бензолом та ін. У всіх рослинних та тваринних жирах присутні ліпоїди, так звані попутники жирів.

Це речовини, які за своєю хімічною будовою, а також фізичними та фізіологічною властивістюподібні до жирів. Крім того, вони є емульгаторами, як, наприклад, холестерин, ергостерин, лецитин і т.д.

Рослинні жири та олії

Рослинні жири та олії знаходять у косметиці все ширше застосування. Цінні рослинні олії входять до складу високоякісних емульсій та жирових композицій для пом'якшення шкіри.

Рослинні жири відіграють важливу роль у дієтології. Заслугою д-ра Фелікса Гранделя є створення «дієти краси», до якої включаються олії зародків зерна. У них містяться вітаміни, фітогормони та життєво необхідні (есенціальні) ненасичені жирні кислоти.

Олія авокадо. Високоякісна олія, одержувана з плодів авокадо, що виростають у Мексиці та Гватемалі. Воно жовтуватого кольору, не усихає, довго зберігається і добре проникає у шкіру. Містить лецитин, а також вітамін А та провітамін Д, мікроелементи. Може бути використане у всіх високоякісних засобах для догляду за шкірою.

Олія календули. Отримують із свіжих квіток календули методом масляної екстракції. Для витяжки застосовується будь-яка олія. Олія календули має жовто-червоний колір із різким ароматом. Містить високу концентраціюкаратиноїдів (каротин, лікопін, флавохром), органічні кислоти, ефірні олії! Має високі протизапальні та антиоксидантні властивості. Його вводять у препарати для догляду за потрісканою, грубою, обвітреною та чутливою шкірою.

Олія земляного горіха, або арахісу. Одержують із земляного горіха в результаті віджиму. Воно містить 40 – 80% тригліцеридів. Жовтий, невсихаючий, з м'яким присмаком. У косметичній промисловості застосовується в емульсіях, милах, у засобах для догляду за шкірою тіла та обличчя.

Японський віск. По своєму хімічного складучистий жир, тому що в основному містить тригліцериди. Його отримують у Японії при виварюванні чи віджиму плодів сумах. Застосовується як замінник бджолиного воску.

Олія звіробою. Одержують із квіток звіробою шляхом масляної екстракції. Свіжі квіти спочатку роздавлюють, потім поміщають у оливкову олію. Суміш у скляній ємності кілька тижнів витримують на сонці, доки олія не стане темно-червоного кольору. Олія звіробою має типовий запах і вводиться у спеціальні креми для надчутливої, алергічної шкіри. Підвищує чутливість шкіри до ультрафіолету.

Масло какао. Одержують із насіння плодів какао, попередньо обсмажених та очищених від шкаралупи. Воно є твердим жиром, від жовтуватого до білого кольору, з приємним запахом, який стає м'якшим при температурі тіла. Застосовується в губній помаді, мазях і кремах, жирних масках для обличчя, а також в композиціях для особливо чутливої ​​шкіри як засіб захисту її від несприятливих погодних впливів. Олія моркви. Створюється на основі олійного екстракту моркви. Воно містить каротин - провітамін А, вводиться в препарати для догляду за сухою шкірою, що лущиться.

Кокосова олія. Одержують із їстівної тканини кокосового горіха, плоду кокосової пальми. Кокосова олія у твердому вигляді застосовується в основному в милах.

Льняна олія - ​​Одержують із насіння льону. Воно багате ненасиченими жирними кислотами - лінолевою та ліноленовою. Після хорошої очистки видаляють оболонку насіння і дроблять його. Потім виробляють віджим олії при температурі 65 - 70°С. Отримане масло-сирець очищають, фільтрують і освітлюють. Після холодного пресування лляна олія має золотисто-жовтий колір, м'який, приємний смак та запах. Після гарячого пресування - колір від бурштинового світлого до коричневого, різкий запах. Під впливом кисню лляна олія швидко висихає. У косметиці використовується тільки лляна олія після холодного пресування, в основному, у засобах для догляду за тілом та волоссям.

Мигдальне масло. Одержують із кисло-солодкого мигдалю. Воно світло- жовтого кольору, без запаху, має ніжний, м'який смак, може швидко згіркнути. Вважається одним з найкращих масел для косметичних цілей. Воно не має підсушуючого ефекту, використовується в медичних і косметичних мазях і кремах. З вичавків після пресування отримують мигдальні висівки.

Оливкова олія. Отримують в результаті холодного пресування м'якоті плодів оливкової дерева, міститься до 50% оливкової олії. Воно світло-жовтого або зеленуватого кольору з типовим присмаком і запахом, каламутніє при температурі +10 ° і твердне при температурі нижче +] 0 °, не прогоркає. Його застосовують в основному в масляних композиціях, масляних ваннах для шкіри, для масажу чутливої ​​шкіри, для виробництва мила і для виготовлення масляно-водних та водно-масляних емульсій.

Олія із зародків рису. Це масло одержують із ядер насіння рису. Ядра насіння рису містять до 25% олії, рисове висівки - до 14%. Це зеленувато-жовте або коричневе, приємно пахне масло. Швидко прогоркає. Застосовується так само, як олія із зародків пшениці, крім того, при виробництві високоякісних сортів мила.

Рисова олія. Одержують із насіння рису, в якому його міститься до 60%. Воно майже безбарвне, зі слабким запахом та присмаком, розчиняється до прозорості в чистому спирті та оцтовій кислоті, в ефірі та бензині - насилу. Це тягуча, не висихаюча олія, може довго зберігатися. Рисова масляна кислота, що міститься в ньому, діє як антиоксидант. Завдяки добрій розчинності в холодному спирті, воно використовувалося раніше як складова частина туалетної води для волосся. Сприяє зростанню волосся і тому знаходить застосування в засобах догляду за віями і бровами.

Олія із зародків жита. Ця олія міститься в ядрах насіння жита. Вони присутні близько 8 -10% олії. Отриманий продукт подібний до олії з насіння пшениці. Це олія жовто-коричневого або світло-жовтого кольору, густа, має легкий запах свіжого хліба. Застосовується так само, як і олія пшениці, але має нижчий відсоток вмісту вітамінів.

Кунжутну олію. Одержують з очищеного та роздробленого насіння кунжуту. Батьківщина кунжуту Індія, але його культивують і в інших тропічних та субтропічних країнах, наприклад, в Італії. Насіння містить до 50% олії. Кунжутна олія має світло-жовтий колір, приємний смак, майже без запаху, при температурі 20 ° перетворюється на мазь. Довго не прогоркає і тому може успішно застосовуватись у препаратах із тривалим терміном зберігання. Воно відіграє особливу роль як екстрагуюча олія при виробництві ароматичних речовин.

Масло ши. Екстракт з горіха ши, що росте в Африці. Використовується для заміни олії какао в кондитерській промисловості при виготовленні шоколаду та як жир у засобах для догляду за тілом. Масло ши захищає шкіру від температурних впливів і сонця, У косметиці воно знаходить застосування як концентрат добавки, що не омиляється.

Олія волоського горіха - жирне масло, одержуване в результаті пресування волоських горіхів. Зовсім не має запаху, кольору і є одним із найкращих масел у косметиці. Олія із зародків пшениці. Одержують із зародків (ядра) пшениці при холодному пресуванні та подальшому очищенні. Ядра пшениці містять 6 – 10% олії. Воно має жовтий колір та слабкий, оригінальний запах. Містить провітамін А, вітамін Е, поліненасичені жирні кислоти та фітогормони, а також фітостерин та лецитин. Його переробляють у високоякісний продукт для використання в засобах по догляду за шкірою та харчової промисловості. Олія огіркової грави (бурачника). Містить слизові речовини, вітаміни, лінолеву кислоту до 24%. Має протизапальні, пом'якшувальні та зволожуючі властивості.

Олія з насіння малини. Містить високу концентрацію лінолевої, ліноленової та арахнаїдонової кислот. Нормалізує ліпідний обмін у шкірі, відновлює її бар'єрні функції, усуває лущення та подразнення. Застосовують у засобах для догляду за шкірою та волоссям. Масло обліпихи. Це олійний екстракт плодів обліпихи. Містить каратиноїди (до 60 мг%), вітаміни С, групи В, дубильні речовини, органічні кислоти. Зменшує запальні процеси.

Масло шипшини. Є масляним екстрактом плодів шипшини. Містить високу концентрацію каратиноїдів, вітаміну С, органічних кислот, мікроелементів. Сприяє загоєнню ран, зменшує запальні процеси. Олія вечірньої примули. Масляний екстракт квітів, що містить високу концентрацію поліненасичених жирних кислот, сприяє нормалізації ліпідного обміну в шкірі, відновлює її бар'єрні функції.

РОСЛИННІ ВОСКИ

Віски - це складні ефіри жирних кислот і довголанцюгових (високомолекулярних) спиртів.

Олія (віск) жожоба. Жожоба – чагарникова рослина, що належить до сімейства букових, росте в Центральній Америці. Кущ жожоба - це вічнозелена, повільно росте рослина з корінням, що глибоко йде в землю. Дикорослі кущі досягають віку 100 – 150 років. Плід укладений у шкаралупу та має вагу від 0,5 до 0,8 кг. Ядро плода містить від 44% до 59% олії жожоба. Хоча жожоба зазвичай називають олією, це рідкий віск. Олія жожоба використовувалася в Індії як засіб для догляду за волоссям та шкірою, а також як масло для бороди та вусів. Жожоба має виняткову стійкість до гіркості. На шкірі виявляє дуже добрий ступінь реагування. Нові дослідження показали, що олія жожоба здатна глибоко проникати у шкіру.

Віск карнаубу. Найтвердіший рослинний віск, він утворюється на листі бразильської воскової пальми (до 7 грамів на кожному листі). У процесі висушування листя скручується, і відокремлюється віск. Його перетоплюють, очищають і наскільки можна освітлюють. Віск, що застосовується в косметиці, повинен бути світлого, жовтуватого кольору. Він плавиться за нормальної температури близько 85°С. Широко застосовується в декоративній косметиці (туш для вій, губна помада та ін.). Надає косметичним препаратам потрібну консистенцію та термостійкість.

Канделілльський віск. За властивостями та міцністю нагадує карнаубську. Одержують із кактусів, які ростуть у штатах Техас, Арізона та в Мексиці. При нагріванні утворюється легкий запах бензойної кислоти.

ТВАРИННІ ЖИРИ ТА ОЛІЇ (тригліцериди)

Яєчна олія. Виробляється із жовтка свіжого яйця птиці. Жовток нагрівають і після його зсідання видавлюють масло під пресом. Це густе масло від жовтуватого до червоно-жовтого кольору з м'яким запахом. Яєчний жовток містить лецитин, холестерин, провітамін А, вільні жирні кислоти, пальмітинову та стеаринову кислоти, застосовується у кремах та шампунях. Лебертан. Отримують переважно печінки риб тріскових порід. Він містить вітамін А, Д, Е, насичені та ненасичені жирні кислоти, залізо, бром, холестерин, у невеликій кількості йод та сполуки фосфору. Він має легкий антисептичний вплив і пом'якшує роговий шар шкіри. Його застосовують у лікувальних мазях. Так кок лебертан має специфічний запах, у косметиці замість нього часто використовують насичене вітаміном А масло звіробою.

Олія бабака. Олію отримують з підшкірного жиру бабака. Цей дорогий препарат добре переноситься шкірою, вбирається, не залишаючи жирного блиску, нормалізує ліпідний обмін у шкірі. Поки що не знаходить широкого застосування у косметології.

Жир великої рогатої худоби. Білий щільний жир може мати жовтуватий відтінок. Складається з тригліцеридів олійної, пальмітинової, стеаринової, ланолінової кислот. Приємний на смак та запах, але може швидко згіркнути. Застосовується переважно для ядрового мила.

Свиняча олія. Одержують із жиру свиней. По консистенції схоже мазь; тонко плавлення 35-40°С. Оскільки свиняче сало може швидко згіркнути, то препаратів тривалого використання воно застосовується лише у консервованому вигляді. Свиняче сало дуже добре переноситься шкірою, проте не має широкого застосування в медицині та косметології. Черепахова олія. Отримують із жиру черепах. Ця високоякісна олія жовтого кольору за консистенцією нагадує мазь. Містить вітаміни A, D, К, Н та ненасичені жирні кислоти. Використовується у зволожуючих кремах, оліях та дорогих препаратах проти зморшок. Воно сприяє проникненню через шкіру біологічно активних речовин. Норковий жир. Одержують із внутрішнього жиру норки. За властивостями наближається до жиру бабака. Добре вбирається у шкіру, не створює відчуття липкості та жирності завдяки тригліцеридам ненасичених жирних кислот. Містить жиророзчинні вітаміни. Знімає відчуття сухості та лущення, активізує ліпідний обмін у шкірі.

Стеарін. Суміш стеаринової та пальмітинової кислот, що одержуються з різних тваринних жирів. Має тверду консистенцію. Матеріал, що застосовується в косметиці, чисто білий, майже без запаху, ненасичений жирами. Він легко омиляється, тому в поєднанні з кокосовим жиром використовується у виробництві мила для гоління, у водно-олійних та масляно-водних емульсіях, а також для приготування гриму, наприклад, губної помади.

Пурцелінове масло. Це жировий прошарок водоплавних птахів (олія внутрішніх залоз). Пурцелінове масло - світла рідина, без запаху, добре розбризкується. Стійка до окислення та до ензимів. Використання пурцелінового мосла полегшує рівномірний розподіл емульсій поверхні шкіри. Воно робить шкіру м'якою та гладкою. Синтетичний варіант пурцелінової олії за якістю відповідає натуральному.

ТВАРИНІ ВОСКИ

Віск і жири схожі зовні і характером на шкіру. За хімічною будовою віск є складними ефірами високомолекулярних спиртів, жири - складними ефірами гліцерину. На відміну від жирів та олій віск не може гіркнути.

Ланолін. Дуже часто в косметиці застосовується вовняний віск, або ланолін, який отримується з вовни вівці. Вовна-сирець вівці містить близько 5-10% воску. Після очищення одержують чистий, зневоднений вовняний віск. Він жовтуватого кольору, твердої консистенції, має слабкий запах, не прогоркає. Застосовуваний у косметиці ланолін світло-жовтого кольору, в'язкий майже без запаху, має консистенцію мазі. Ланолін - це ідеальна основа для кремів, особливо таких, які є водно-масляною емульсією, оскільки ланолін має здатність на 100% поглинати воду без додавання емульгаторів. У креми ланолін вводиться з водою, оліями та іншими біологічно активними речовинами. Він містить холестерин та ергостерин – провітамін Д, добре вбирається та максимально замінює жир шкіри. Алергічна реакція на ланолін спостерігається дуже рідко. При додаванні кислот вісмуту та ртуті ланолін використовують у відбілюючих кремах.

Ейцерин. Суміш спиртів вовняного воску та парафіну. Має здатність утримувати значну кількість води і одночасно складає основу, що не подразнює, для кремів. Його широко використовують медицині та косметиці, так як він має здатність м'яко впливати на шкіру.

Бджолиний віск. Продукт, що виділяється бджолами для побудови стільник. Холодний бджолиний віск - це пориста речовина, дрібнозерниста на зламі, зі специфічним медовим запахом, добре емульгується. Близький за складом до восків шкіри. Необроблений бджолиний віск має коричневий колір. Шляхом освітлення одержують білий бджолиний віск, який застосовується у косметиці. Бджолиний віск утворює на поверхні шкіри легку плівку; використовується при виготовленні кремів та губної помади, крім того, у композиціях для обличчя (віскових композиціях), а також як віск для депіляторів.

9. Вуглеводи

9.1 Визначення

Вуглеводи, або сахариди - сполуки, що містять атоми вуглецю, водню та кисню. Склад вуглеводів зазвичай виражається формулою Сх(Н2О), де параметри х і у більші або дорівнюють трьом. Назва «вуглеводи» свідчить, що водень і кисень присутні у молекулах цих речовин у тому співвідношенні, як у молекулі води. Усі вуглеводи є або альдегідами, або кетонами, їх молекули містять кілька гідроксильних груп, які визначають хімічні властивості речовини. Вуглеводи присутні у всіх живих організмах у вільному вигляді або в комплексах з білками та ліпідами, є одним із найважливіших джерел енергії.

9.2 Класифікація, приклади простих цукрів, дисахаридів та полісахаридів

Вуглеводи поділяють на 3 основні класи: моно-, ді-і полісахариди.

Моносахариди – це прості цукру. Залежно кількості атомів вуглецю їх поділяють на: тириозы (С3) - наприклад, дигидрооксиацетон; тетрози (С4) – зустрічаються у бактерій; пентози (С5) – наприклад, рибоза; гексози (С6) – наприклад, глюкоза, фруктоза, галактоза та ін. Найважливіші вуглеводи, що використовуються при виготовленні косметичних препаратів – це глюкоза та фруктоза. Ці цукру мають ту саму сумарну формулу: С6Н12О6. Вони відрізняються лише просторовим розташуванням молекулярних груп.

Залежно від кількості атомів вуглецю в молекулі вуглеводу розрізняють тріози, тетрози, пентози, гексози і т. д. Наведемо приклади таких моносахаридів:

Глюкоза являє собою альдогексоз складу C6H12О6. Вона зустрічається в рослинних та тваринних організмах. Так її багато в соку винограду, тому її називають виноградним цукром. Вона міститься також і в інших фруктах та ягодах, у меді, у крові людини.

Глюкоза – безбарвне кристалічна речовина, Розчинне у воді. Вивчення хімічної будови та властивостей цього моносахариду показало, що він може існувати в різних формах: альдегідній та двох циклічних, які одночасно співіснують і можуть переходити один в одного:

Дисахориди утворюються внаслідок реакції конденсації між двома моноцукорами. Серед дисахаридів найбільш поширені:

· Мальтоза (глюкоза + глюкоза);

· Лактоза (глюкоза + галактоза);

· сахароза (глюкоза + фруктоза).

Мальтоза міститься в пророщеному насінні та в організмі тварин. Лактоза знаходиться лише у молоці. Сахароза – як правило, у рослинах.

Полісахариди – це полімери моноцукорів. Використовуються рослинами та тваринами як будівельний матеріал (целюлоза), а також резерв їжі та енергії (глікоген, крохмаль).

Крохмаль. Це полімер глюкози. Запасається у рослинних клітинах у вигляді зерен. У тваринних організмах не синтезується. В організмі людини крохмаль розщеплюється на солодовий цукор (мальтозу) та виноградний цукор (глюкозу).

Глікоген. Це резервний полісахарид із залишків глюкози, що синтезується у тваринному організмі. У хребетних міститься головним чином печінці і м'язах.

Целюлоза. Полімер глюкози - будівельний полісахарид, що міститься в рослинах. Целюлоза не розщеплюється, а виділяється організмом у незміненому вигляді. Целюлозні складні ефіри вводяться як конденсатори (згущувачі), допоміжні емульгатори та гелеутворюючі компоненти зубні пасти, лаки для нігтів, компактні пудри, губну помаду, а також застосовуються для виготовлення знежирених косметичних продуктів. Всі полісахариди мають ефект, що обволікає, як слизові речовини. Вони покращують ковзання препарату по шкірі, мають здатність на деякий час утримувати воду, наприклад, у масках і композиціях, причому розчинні у воді біологічно активні речовини за допомогою полісахаридів краще проникають через шкіру.

Гуар. Бере назву від насіння дерева Гуар, що росте в Індії. Цей полісахарид утворює тягучу рідину. Ступінь згущення дорівнює 8 (більше, ніж у крохмалю). Він використовується як згущувач у кремах, шампунях, масках і композиціях для догляду за шкірою обличчя, а також як основа в «Роллон - дезодорантах».

Трагонт. Полисахарид, що отримується з кори тропічного дерева астрагалуса, 5%-ний розчин його у воді утворює гель.

Застосовується як ковзна речовина і наповнювач у зубних пастах.

Агар-агар. Полісахарид з морських водоростей. Використовується як допоміжний емульгатор та згущувач. З агар-агару виготовляють також желе.

Інулін. Полімер фруктози. Відіграє роль резервного полісахариду в коренях та бульбах рослин сімейства Compositae (жоржини, топінамбур).

З'єднання, близькі до полісахаридів

Мукополісахариди. Ці речовини побудовані з залишків, що повторюються, в яких один з двох Сахарів являє собою аміносахар, наприклад глюкозамін. Мають велике біологічне значення.

Хітін-за своєю структурою близький до целюлози. Зустрічається у членистоногих у складі зовнішнього скелета. У косметиці використовується як вологоутримуюча речовина.

Гіалуронова кислота - побудована з залишків цукрової кислоти і аміносахара, що чергуються. Основний компонент сполучної тканини хребетних. Міститься в синовіальній рідині, що виконує функцію змащення в суглобах, склоподібному тілі і в матриксі дерми. У косметиці використовується як зволожувач, гелеутворювач і загусник.

Хондроїтинсульфат близький за складом до гіалуронової кислоти. Основний компонент хрящової, кісткової та іншої сполучної тканини.

Пектини. Ці речовини містяться в матриксі клітинної стінки у рослин, складаються з галактози та галактуронової кислоти (похідне галактози). Утворюють щільні гелі. Використовуються як желіруючі добавки.

Камеді та слизу. Складаються з Сахарів (арабінозу, галактозу, ксилозу) та цукрових кислот (глюкуронова та галактуронова). Утворюються у відповідь на пошкодження у вигляді щільних блискучих ексудатів (наприклад, гуміарабік у акації або каучук біля каучукового дерева). У воді набухають, утворюючи гелі або клейкі розчинники. Використовуються в косметиці як загусник. Усі полісахариди та вичавки рослинного походження вимагають додавання консервантів для захисту від бактерій.

10. Білки

10.1 Визначення білків

Білки – високомолекулярні природні полімеримолекули яких побудовані з залишків амінокислот, з'єднаних амідним (пептидним) зв'язком.

Білки виконують різні біологічні функції:

· Каталітичні (ферменти);

· Регуляторні (гормони);

· Структурні, рухові, транспортні (гемоглобін);

· захисні та ін.

Розрізняють кілька структур білкової молекули.

10.2 Утворення пептидних зв'язків

Первинна структура – ​​послідовність сполуки амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюзі.

Вторинна структура – ​​просторова конфігурація, яку приймає поліпептидна ланцюг. Підтримується завдяки водневим зв'язкам між групами – СО- та –NH-, розташованими на сусідніх витках спіралі.

Третинна структура – ​​це конфігурація, яку приймає у просторі закручена в спіраль поліпептидна ланцюг. Підтримується взаємодією між функціональними групами радикалів поліпептидного ланцюга (-NH2, -OH, -COOH).

Існує і четвертинна структура білка. Важлива властивістьбілків - здатність піддаватися гідролізу:

Під дією хімічних речовин(кислот, лугів, спиртів), при нагріванні, дії радіації, солей важких металіввідбувається руйнування вторинної та третинної структур білка до первинної – денатурація.

Білки горять із характерним запахом паленого пір'я. Для розпізнавання білків використовують кольорові реакції:

· ксантопротеїнову:

· Розчин білка + HNO3 (конц.) ® жовте фарбування;

· Біуретову:

· Розчин білка +Cu(OH)2 ® червоно-фіолетове фарбування;

Складні білки:

· Фосфопротеїни – входять до складу казеїну молока.

· Глікопротеїни – містяться в плазмі крові, слині (муцин).

· Нуклеопротеїни – входять до складу хромосом.

· Хромопротеїни – входять до складу гемоглобіну.

· Ліпопротеїни - входять до складу мембран, транспортна системакрові.

· Флавопротеїни – компонент для перенесення електронів при диханні.

10.3 Властивості амінокислот, особливості хімічної будови, замінні та незамінні амінокислоти

Більшість амінокислот, що зустрічаються в природі, - а-амінокяслоти. У їхній загальній формулі R - фрагмент різного складу та будови. У білках і тканинах ссавців зустрічаються залишки близько 30 різних а-амінокислот. Всі ці амінокислоти виділені гідролізом білка та добре вивчені. Структурні формули, назви, прийняті скорочені позначення деяких найважливіших сс-амінокислот наведено у таблиці.

Залежно від будови бічного ланцюга виділяють аліфатичні (наприклад, гліцин, аланін, валін, лейцин), ароматичні (фенілаланін, тирозин, триптофан), гідроксиловмісні (серії, треонін), сірковмісні (цистеїн, метіонін), кислі (аспарагінова кислота, глута ), основні амінокислоти (гістидин, лізин).

Деякі найважливіші амінокислоти:

Назва	Прийняте скорочене позначення	Формула
1	2	3
Аланін	Ала,Ala
Аргінін	Apr,Arg
Аспарагін	Asn,Asn
Аспарагінова кислота	Acn,Asp
Валін	Вал, Val
Гістідін	Гіс,His
Гліцин	Глі, Gly
Глутамін	Глн,Gin
Глутамінова кислота	Глу, Glu
1	2	3
Ізолейцин	Іле,Не
Лейцин	Лей,Leu
Лізін	Ліз,Lys
Метіокін	Мет,Met
Серії	Сер,Ser
Тирозін	Тир,Туг
Треонін	Тре,Thr
Триптофан	Трп,Тгр
Фенілаланін	Фен,Phe
Цистеїн	Цис,Cys

10.4 Основні білки, що застосовуються у косметиці

Колаген (kollagen) є найважливішим білком сполучної тканини, сухожилля, хрящів, кісток і в той же час - будівельним білком всіх тварин клітин, що забезпечує їх міцність. Молекула колагену утворюється з трьох перекручених спіраль і тісно пов'язаних один з одним поліпептидів. Молекулярна масаскладає близько 360 000 вуглецевих одиниць маси. Колаген синтезується фібробластами. За сучасною класифікацією існує 7 типів цього білка. Найбільший інтерес для косметолога представляють типи 1-ї та 3-ї. Тип] – опорний колаген (його волокна мають максимальний діаметр). Тип 3 – репараційний, при його нестачі утворюються келоїдні рубці, а також порушується синтез колагену 1-го типу. З віком кількість колагену 3 типу значно зменшується. У тканинах колаген зустрічається у вигляді довгих ниток (фібрил), у яких молекули розташовані пучками, спрямованими в один бік. Колагенові нитки гнучкі та пружні, окремі макромолекули в них з'єднані одна з одною хімічними зв'язками. У міру старіння тканин збільшується кількість зв'язків між макромолекулами, це зменшує пружність ниток. Колаген рекомендується для догляду за сухою та старіючої шкірою. Проникнення гігантської молекули колагену у волосся або шкіру утруднено, тому ширше застосування знайшли колагенові гідролізати, що містять амінокислоти та пептиди. В даний час з фібробластів молодих тварин виділено речовину, яка є активатором синтезу колагену 3-го типу та входить до складу ліпосомальних комплексів.

Це речовина, аналогічна колагену. Утворені ним нитки більш пружні та розтяжні. Входить до складу сполучної тканини, стінок кровоносних судин. Еластин і колаген не розчиняються у воді, їх поліпептидні ланцюги містять велика кількістьамінокислот гліцину, проліну, оксипроліну. Еластин вводять до складу зволожуючих препаратів і засобів для догляду за шкірою, що старіє.

Кератін. Міцний, твердий білок. Не розчинний у воді та рідинах організму. Є ідеальною покривною речовиною. Входить до складу рогового шару епідермісу, нігтів та волосся. Має здатність набухати і розм'якшуватися під дією води. Однією з важливих структурних частинмолекули кератину є сірковмісною амінокислотою цистеїну.

Препарати на основі білків

Відновлювальний комплекс (Repair Complex) Разом із колагеном у косметичних засобах застосовується так званий відновлювальний комплекс – ненасичений розчин рибонуклеїнової кислоти та субстанцій целюлози.

Список літератури

1. Глінка Н.Л.. Загальна хімія: Навчальний посібник для вузів. - 22-е вид., Випр. / За ред. Рабінович В.А. - Л.о. "Хімія", 1982.

2. Кукрашева К.К.. Хімія в таблицях та схемах. - М.: «Лист Нью». 2005.

3. Хімія та фізика в косметології. Косметична сировина, апаратна косметологія: Навчальний посібник, том 5/Под ред. к.м.н. А.П.Безуглого. - Видавництво CosmeticForum, 1998.

4. Хомченко І.Г. Загальна хімія. Підручник - 2-ге вид., Випр. та дод. - М.: ТОВ «Видавництво Нова Хвиля»: Видавець Помірників, 2005.

5. Хімія: Шкільна енциклопедія/Гол. ред. Ю.А. Золотів. - М.: Велика Російська енциклопедія, 2003.