Жиры в организме выполняют разнообразные биологические функции, основными из которых являются следующие:
* Энергетическая. При распаде 1 г жира освобождается 39 кДж (9,3 ккал) энергии, что значительно больше, чем при окислении углеводов. В форме гликогена организм может запасать энергию обеспечения основного обмена не более чем на сутки, тогда как в фор-ме триглицеридов - на несколько месяцев
* Структурная. Липиды в комплексе с белками являются структур ам компонентом всех клеточных мембран. В связи с этим они участвуют в транспорте веществ через мембраны, рецепции и в других мембранных процессах.
* Регуляторная, или гормональная. Регуляторную функцию выполняют гормоны стероидной природы, а также тканевые гормоны простагландины, образующиеся из полиненасыщенных высших жирных кислот.
* Терморегуляторная. Жиры, входящие в состав подкожной клетчатки, предохраняют организм от переохлаждения, поскольку являются плохим проводником тепла.
* Защитная. Липиды в виде жировых прослоек защищают внутренние органы от механических повреждений, а также нервные окончания и кровеносные сосуды от сдавливания и ушибов. Жир придает эластичность кожным покровам, а насыщенные жирные кислоты - бактерицидные свойства.
* В качестве растворителя. В жирах растворяются многие органические соединения, в том числе витамины A, D, Е и К, благодаря чему они легко проникают через стенки сосудов, мембраны клеток, транспортируются в биологических жидкостях.
Углеводы
Углеводы - органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп. Название класса соединений происходит от слов «гидраты углерода», оно было впервые предложено К. Шмидтом в 1844 году. Появление такого названия связано с тем, что первые из известных науке углеводов описывались брутто-формулой Cx(H2O)y, формально являясь соединениями углерода и воды. [2]
Все углеводы состоят из отдельных «единиц», которыми являются сахариды. По способности к гидролизу на мономеры углеводы делятся на две группы: простые и сложные. Углеводы, содержащие одну единицу, называются моносахариды, две единицы - дисахариды, от двух до десяти единиц - олигосахариды, а более десяти - полисахариды. Моносахариды быстро повышают содержание сахара в крови и обладают высоким гликемическим индексом, поэтому их ещё называют быстрыми углеводами. Они легко растворяются в воде и синтезируются в зелёных растениях. Углеводы, состоящие из 3 или более единиц, называются сложными. Продукты, богатые сложными углеводами, постепенно повышают содержание глюкозы и имеют низкий гликемический индекс, поэтому их ещё называют медленными углеводами. Сложные углеводы являются продуктами поликонденсации простых сахаров (моносахаридов) и, в отличие от простых, в процессе гидролитического расщепления способны распадаться на мономеры с образованием сотен и тысяч молекул моносахаридов. [2]
Моносахаримды (от др.-греч. мьнпт `единственный') - простейшие углеводы, не гидролизующиеся с образованием более простых углеводов - обычно представляют собой бесцветные, легко растворимые в воде, плохо - в спирте и совсем нерастворимые в эфире, твёрдые прозрачные органические соединения, одна из основных групп углеводов, самая простая форма сахара. Водные растворы имеют нейтральную pH. Некоторые моносахариды обладают сладким вкусом. Моносахариды содержат карбонильную (альдегидную или кетонную) группу, поэтому их можно рассматривать как производные многоатомных спиртов. Моносахарид, у которого карбонильная группа расположена в конце цепи, представляет собой альдегид и называется альдоза. При любом другом положении карбонильной группы моносахарид является кетоном и называется кетоза. [4]
Дисахариды (от др.-греч. дЯт `два', лат. saccharum `сахар') - мложные органические соединения, одна из основных групп углеводов, при гидролизе каждая молекула распадается на две молекулы моносахаридов, является частным случаем олигосахаридов. По строению дисахариды представляю собой гликозиды, в которых две молекулы моносахаридов соединены друг с другом гликозидной связью, образованной в результате взаимодействия гидроксильных групп. В зависимости от строения дисахаридов на две группы: восстанавливающие и невостанавливающие.
Олигосахариды (от греч. ?лЯгпт - немногий) - углероды, молекулы которых синтезированы из 2-10 остатков моносахаридов, соединённых гликозидными связями. Олигосахариды, состоящие из одинаковых моносахаридных остатков, называют гомополисахаридами, а из разных - гетерополисахаридами.
Полисахаримды - общее название класса сложных высокомолекулярных углеводов, молекулы которых состоят из десятков, сотен или тысяч мономеров - моносахаридов. С точки зрения общих принципов строения в группе полисахаридов возможно различить гомополисахариды, синтезированные из однотипных моносахаридных единиц и гетерополисахариды, для которых характерно наличие двух или нескольких типов мономерных остатков. [5]
Каучук
Каучуки - натуральные или синтетические эластомеры, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём вулканизации получают резины и эбониты.
· Природный каучук
Высокомолекулярный углеводород (C5H8)n, цис-полимер изопрена; содержится в млечном соке (латексе) гевеи, кок-сагыза (многолетнего травянистого растения рода Одуванчик) и других каучуконосных растений. Растворим в углеводородах и их производных (бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде и т.д.). В воде, спирте, ацетоне натуральный каучук практически не набухает и не растворяется. Уже при комнатной температуре натуральный каучук присоединяет кислород, происходит окислительная деструкция (старение каучука), при этом уменьшается его прочность и эластичность. При температуре выше 200°C натуральный каучук разлагается с образованием низкомолекулярных углеводородов. При взаимодействии натурального каучука с серой, хлористой серой, органическими пероксидами (вулканизация) происходит соединение через атомы серы длинных макромолекулярных связей с образованием сетчатых структур. Это придает каучуку высокую эластичность в широком интервале температур. Натуральный каучук перерабатывают в резину. В сыром виде применяют не более 1% добываемого натурального каучука (резиновый клей). Каучук открыт де ла Кондамином в Кито (Эквадор) в 1751 году. Более 60% натурального каучука используют для изготовления автомобильных шин. [6]
Разработка синтетических каучуков впервые началась в России в 1900 году учениками Бутлерова - Контаковым, Фаворским, Лебедевым, Бызовым. В 1900 году И.Л. Кондаков впервые получил синтетическим путём изопрен, изучением полимеризации которого занялся А.Е. Фаворский. В 1903-1910 годах параллельно группами учёных под руководством Сергея Васильевича Лебедева и Бориса Васильевича Бызова велись работы по получению синтетического каучука на основе 1,3 - бутадиена методом гидролиза нефтяного сырья. Одновременно и независимо подобные работы велись в Англии. Впервые технология производства бутадиенового синтетического каучука разработана в лаборатории завода «Треугольник» Б.В. Бызовым, получившим за это изобретение в 1911 году премию имени Бутлерова. Однако патент на это изобретение был оформлен только в 1913 году. Во время Первой мировой войны на заводе «Треугольник» был освоен выпуск противогазов из синтетического каучука Бызова. [4]
Изопреновые каучуки - синтетические каучуки, получаемые полимеризацией изопрена в присутствии катализаторов - металлического лития, перекисных соединений. В отличие от других синтетических каучуков изопреновые каучуки, подобно натуральному каучуку, обладают высокой клейкостью и незначительно уступают ему в эластичности.
В настоящее время большая часть производимых каучуков является бутадиен-стирольными или бутадиен-стирол-акрилонитрильными сополимерами.
Каучуки с гетероатомами в качестве заместителей или имеющими их в своём составе часто характеризуются высокой стойкостью к действию растворителей, топлив и масел, устойчивостью к действию солнечного света, но обладают худшими механическими свойствами. Наиболее массовыми в производстве и применении каучуками с гетерозаместителями являются хлоропреновые каучуки (неопрен) - полимеры 2-хлорбутадиена. [5]
4. Топливо
· Природное топливо
К природным топливам органического происхождения относятся торф, лигниты, каменные и антрацитные угли, нефть и природный газ. Эти материалы часто называют ископаемыми топливами, так как они являются конечными продуктами физико-химических превращений окаменевших остатков растений. Сравнение составов различных топлив показывает, что относительное содержание углерода по сравнению с содержанием водорода уменьшается при переходе от твердых топлив к жидким и далее к газообразным. Все эти топлива можно получать друг из друга, изменяя соотношение между содержанием углерода и водорода. Все они являются ценным сырьем для производства различных химических продуктов, горючего для двигателей и масел для смазки, а также служат источниками тепла и электрической энергии.
Природный газ. Природный газ является смесью углеводородов, состоящей главным образом из представителей метанового ряда и содержащей небольшие добавки других газов, таких, как азот, двуокись углерода, сероводород и иногда гелий. Обычно основным в природном газе является метан, однако иногда имеются значительные примеси этана и, в меньшей степени, более тяжелых углеводородов. В природе встречаются газы, почти целиком состоящие из двуокиси углерода, однако такие газы не обладают свойством горючести. Различают два типа природных горючих газов - сухие и влажные. Сухие газы состоят в основном из метана и иногда содержат также этан и пропан, однако они не содержат более тяжелых углеводородов, которые могут конденсироваться при сжатии. Влажные горючие газы содержат различные количества природного газолина, пропана и бутана, которые можно извлечь посредством сжатия или экстрагирования. [6]
Продукты нефти. Нефть является природной смесью углеводородов, которая при обычном давлении находится в жидком состоянии, однако она содержит растворенные летучие углеводороды, которые высвобождаются и образуют скопления (шапки) в верхней (ближней к поверхности земли) части залежи. При переработке нефти получают лигроин, смазочные масла, мазут и нефтяной кокс.
Мазут. Мазут представляет собой смесь тяжелых жидких углеводородов, остающихся после перегонки нефти. Его состав зависит от состава сырой нефти и технологии ее перегонки. Наряду с каменным углем и природным газом мазут используется в качестве топлива как в коммунальном хозяйстве, так и в промышленности, и вытеснил каменный уголь как топливо для морских и речных судов. [6]
Каменный уголь. Каменный уголь представляет собой смесь углеродсодержащей массы, воды и некоторых минералов. Он образуется из торфа в результате длительного воздействия бактериологических и биохимических процессов. В превращении торфа в различные виды каменного угля большую роль играют температура и давление. Действие проточных вод приводит к появлению в пластах каменного угля большего или меньшего количества инородных минералов, которые перемешиваются с углеродсодержащей массой. Эта масса защищена от воздействия воздуха накрывающим ее пластом породы. [5]
· Синтетические жидкие топлива
Каждый вид ископаемого топлива органического происхождения, а именно каменный уголь, нефть или природный газ, может быть преобразован в другой посредством изменения относительного содержания углерода и водорода. Существуют два классических способа превращения каменного угля в жидкое топливо, разработанные в Германии. В процессе Бергиуса к каменному углю подводится газообразный водород, и при высоком давлении в присутствии катализатора происходит процесс гидрогенизации. В процессе Фишера - Тропша жидкое топливо получают с помощью каталитической реакции, в которой участвуют моноксид углерода и водород (синтезирующий газ), получаемые при первичной газификации нагретого до высокой температуры каменного угля под воздействием кислорода и водяного пара. [4]
5. Медицина
Органическая химия теснейшим образом связана с медициной. Огромное количество разнообразных лекарственных средств, которыми располагает сегодня медицина, в подавляющем большинстве органические соединения.
Лекарства бывают разные. Сколько болезней, столько и лекарств. Часто бывает и так, что одно и то же заболевание лечат многими лекарствами. Обычно лекарственные средства классифицируют по их основному лечебному действию. [4]
· Местноанестезирующие средства - эфиры парааминобензойной кислоты. К таким соединениям относятся анестезин и новокаин. Они менее токсичны по сравнению с кокаином и не вызывают побочных явлений. Новокаин в 10 раз менее активен, чем кокаин, но примерно в 10 раз и менее токсичен.
· Снотворные средства - вещества, вызывающие сон, относятся к разным классам, но наиболее известны производные барбитуровой кислоты (полагают, что ученый, получивший это соединение, назвал его по имени своей приятельницы Барбары) - люминал, барбитал (веронал) и др.
· Анельгезирующие, жаропонижающие и противовоспалительные средства. Крупная группа лекарственных препаратов - производные салициловой кислоты. Салициловая кислота - сильное дезинфицирующее средство. Ее натриевая соль применяется как болеутоляющее, противовоспалительное, жаропонижающее средство и при лечении ревматизма. [4]
· Противомикробные средства В 30-х годах 20 века широко распространились сульфаниламидные препараты (белый стрептоцид). Он обладает высокой противомикробной активностью. Было синтезировано около 10 000 различных его структурных модификаций, но лишь около 30 его производных нашли практическое применение в медицине. Сульгин - это сульфаниламид. Он применяется для лечения кишечных инфекционных заболеваний (дизентерии). С появлением антибиотиков бурное развитие химии сульфаниламидов спало, но полностью вытеснить сульфаниламиды антибиотикам не удалось.
· Антибиотики. Обычно антибиотиком называют вещество, синтезируемое одним микроорганизмом и способное препятствовать развитию другого микроорганизма. Слово «антибиотик» состоит из двух слов: от греч. anti - против и греч. bios - жизнь, то есть вещество, действующее против жизни микробов. В 1941 году пенициллин был опробован на человеке как препарат для лечения болезней, вызываемых стафилококками, стрептококками, пневмококками и др. микроорганизмами. В настоящее время описано около 2000 антибиотиков, но лишь около 3% из них находят практическое применение, остальные оказались токсичными. Пенициллин эффективен только против грамположительных бактерий. Стрептомицин эффективен и против грамположительных и грамотрицательных бактерий. Он не позволяет бактериям синтезировать специальные белки, нарушая таким образом их жизненный цикл. Стрептомицин вместо РНК вклинивается в рибосому и все время путает процесс считывания информации с мРНК. Существенным недостатком стрептомицина является чрезвычайно быстрое привыкание к нему бактерий, кроме того, препарат вызывает побочные явления: аллергию, головокружение и т.п. [4]