Kādos orgānos notiek organisko vielu veidošanās? Organisko vielu un savienojumu oksidēšana: reakcijas process un veidošanās galaprodukti

Mūsdienu Zemes apstākļos organisko savienojumu dabiska veidošanās no neorganiskiem praktiski nenotiek. Turklāt dzīvu organisko vielu rašanās nav iespējama. Kas attiecas uz agrīno Zemi, apstākļi uz tās bija pilnīgi atšķirīgi. Reducējošā atmosfēra ar augstu ūdeņraža, metāna un amonjaka koncentrāciju, intensīvu ultravioleto starojumu no Saules, ko šāda atmosfēra neuzsūc, un spēcīgas elektriskās izlādes atmosfērā radīja nepieciešamos un acīmredzot pietiekamus apstākļus organisko savienojumu veidošanai. . Patiešām, laboratorijas eksperimenti, kas veikti apstākļos, kas imitē šķietamo agrīnās Zemes atmosfēru, ir radījuši vairākus organiskus savienojumus, tostarp aminoskābes, kas ir daļa no dzīvajiem proteīniem.

Skābekļa trūkums atmosfērā bija nepieciešams nosacījums organisko vielu spontānai sintēzei. Tomēr no turpmāko pārvērtību viedokļa šis faktors izrādījās destruktīvs. Faktiski atmosfēra, kurā trūkst skābekļa, gandrīz brīvi pārraida spēcīgu ultravioleto starojumu (mūsdienu Zemes atmosfērā ir ozona slānis, kas radās kopā ar skābekļa komponentu, kas absorbē šo starojumu). Radiācija, nodrošinot enerģiju organisko savienojumu sintēzes ķīmiskajām reakcijām, vienlaikus mēdz tos nekavējoties iznīcināt. Tāpēc atmosfērā izveidotie biopolimēri, lipīdi un ogļūdeņraži, tiklīdz tie parādījās, bija lemti. Lai nemirtu, viņiem vajadzēja paslēpties no saules ultravioletā starojuma kaitīgās ietekmes. Tiek uzskatīts, ka daži no šiem organiskajiem savienojumiem izvairījās no nāves, nonākot primāro rezervuāru ūdens vidē.

Šeit, ūdens vidē, organiskie savienojumi iesaistījās dažādās ķīmiskās reakcijās, starp kurām tika izmantotas reakcijas, kas noveda pie visaktīvāko katalizatoru pašattīstības. Daba ļoti stingri īstenoja ciklisku reakciju dabisko atlasi, kas spēj patstāvīgi uzturēties, tostarp reakcijas laikā izdalītās enerģijas dēļ. Enerģijas piegādes problēma evolūcijas reakcijām, jo ​​īpaši polimerizācijas reakcijām (vienāda tipa molekulu - monomēru apvienošana makromolekulās), šķiet vissvarīgākā šajā evolūcijas posmā, jo ūdens vide maz veicina ķīmisko vielu aktivizēšanos. reakcijas. Tāpēc tikai augstas enerģijas reakcijas, kurās iesaistīti īpaši efektīvi, pašizveidojoši katalizatori, varētu “izdzīvot”.

Šeit nāca viens no galvenajiem attīstības momentiem. Pieņemsim, ka ķīmiskās reakcijas, kas nepieciešamas pārejai uz bioevolūciju, radās un ieguva pašpietiekamības īpašību. To saglabāšanai (un, protams, tālākai attīstībai) atbilstošie apjomi ir kaut kādā veidā jāizolē no nesakārtotās vides, nezaudējot spēju ar to apmainīties ar matēriju un enerģiju. Šo divu, no pirmā acu uzmetiena nesaderīgo nosacījumu vienlaicīga izpilde bija obligāta, lai ķīmiskā evolūcija sasniegtu kvalitatīvi jaunu līmeni.

Šī iespēja tika atklāta, jo no lipīdiem veidojās īpašas struktūras - membrānas apvalki . Mūsdienu laboratorijas eksperimentu rezultāti dod pamatu uzskatīt, ka pie noteiktas lipīdu koncentrācijas ūdenī un ārējos apstākļos, kas imitē toreizējās Zemes atmosfēras un hidrosfēras stāvokli, notiek raksturīgs pašorganizēšanās process, kas izraisa lipīdu apvalku pašsavienošanās ar membrānas īpašībām.

Turklāt nav grūti pieņemt, ka ciklisko katalītisko reakciju atlases un lipīdu apvalku pašsavienošanās procesi sakrita laikā un telpā. Tādējādi varēja rasties dabiski veidojumi, izolēti no vides postošās ietekmes, bet saistīti ar to ar vielmaiņu. Sava veida reaktorā sāka notikt pašpietiekamas reakcijas, kas palīdz uzturēt tajā esošās biopolimēru sistēmas ievērojamo nelīdzsvarotību. Tagad ķīmisko reaģentu stāvoklis ir kļuvis sakārtots, adsorbcijas procesi uz korpusa veicināja to koncentrācijas palielināšanos un līdz ar to katalītiskā efekta aktivizēšanos. Patiesībā tas notika pāreja no ķīmiskiem maisījumiem uz organizētām sistēmām, kas pielāgotas turpmākai augšupejošai attīstībai.

Tiek apsvērti arī vairāki citi modeļi, kas noved pie līdzīga svarīga, bet tomēr starpposma notikuma ceļā uz pāreju uz bioloģisko evolūciju. Viens no tiem aplūko procesus, kas saistīti ar sākotnējo organisko savienojumu veidošanos atmosfērā, pieņemot, ka agrīnā Zeme ar tās reducēto atmosfēru bija auksts ķermenis ar temperatūru aptuveni -50 ° C. Būtisks šī modeļa punkts ir pieņēmums, ka šajos apstākļos atmosfēra bija jonizēta, t.i., bija aukstas plazmas stāvoklī. Šī plazma tiek uzskatīta par galveno enerģijas avotu ķīmiskās evolūcijas reakcijās. Pieņēmums par zemu temperatūru tiek izmantots, lai izskaidrotu atmosfērā izveidoto biopolimēru saglabāšanos: sasalstot, tie nokrita uz Zemes ledus segas un tika glabāti šajā dabiskajā ledusskapī “līdz labākiem laikiem”. Šādā veidā ultravioletais starojums un spēcīga elektrības izlāde viņiem vairs nebija tik bīstama.

Turklāt tiek pieņemts, ka “labāki laiki” iestājās līdz ar tektoniskās aktivitātes pastiprināšanos un masīvu vulkānu izvirdumu sākumu. Vulkāniskās aktivitātes produktu izdalīšanās atmosfērā izraisīja tās sablīvēšanos un jonizācijas robežas nobīdi uz augstākiem slāņiem. Mainoties temperatūras apstākļiem, ledus sega dabiski izkusa, veidojās primārie rezervuāri, kuros pēc atkausēšanas sāka aktīvu ķīmisko darbību ilgstoši uzkrātie biopolimēri, lipīdi un ogļūdeņraži. Tāpēc mēs varam runāt par to augsto koncentrāciju "pirmais buljons"(kā iegūto vielu bieži sauc), kas bija vēl viens pozitīvs faktors no ķīmiskās evolūcijas veicināšanas viedokļa.

Atkārtoti eksperimenti ir apstiprinājuši, ka atkausēšanas laikā lipīdi faktiski demonstrē pašsavienošanos, veidojot mikrosfēras ar desmitiem mikrometru diametru. Nav nozīmes tam, kā biopolimēri nonāk tajos – vai tie izkļūst cauri membrānas slānim, vai lipīdu apvalks tos apņem pakāpeniski. Būtiski ir tas, ka apjomā, ko ieskauj membrānas apvalks, varētu sākties jauns evolūcijas posms - pāreja no ķīmiskajām reakcijām uz bioķīmiskajām.

Kas attiecas uz izšķirošo brīdi - pāreju uz visvienkāršāko šūnu, tad to var uzskatīt par matērijas pašorganizēšanās rakstura lēciena rezultātu. Lai sagatavotos šim lēcienam, ķīmiskās evolūcijas procesā bija jāparādās vēl dažām struktūrām, kas spēj veikt protošūnai nepieciešamās funkcijas. Tiek ņemti vērā šādi strukturālie fragmenti frakcijas , nodrošinot lādētu daļiņu pārnešanu, kas nepieciešama vielas transportēšanai. Citām grupām jānodrošina energoapgāde - tās galvenokārt ir fosforu saturošu savienojumu molekulas (ADP-ATP sistēma). Visbeidzot, ir jāveido polimēru struktūras, piemēram, DNS un RNS, kuru galvenā funkcija ir kalpot katalītiskā matrica pašreproducēšanai.

Nevajadzētu aizmirst vēl vienu galveno punktu, kas saistīts ar izomēru simetrijas pārkāpumu. Kā notikusi izvēle par labu kreisajām organiskajām vielām, var tikai minēt, taču tas, ka šīs svārstības notika tieši pirms dzīvības rašanās, šķiet pilnīgi likumsakarīgi. Var pieņemt, ka bioloģiskā evolūcija tika “uzsākta” ar kreiso protošūnu.

Federālā izglītības aģentūra

Valsts izglītības iestāde

Novgorodas Valsts universitāte nosaukta pēc. Jaroslavs Gudrais

Zinātņu un dabas resursu fakultāte

Ķīmijas un ekoloģijas katedra

organisko vielu veidošanās un patēriņš augos

Vadlīniju kolekcija

Veļikijnovgoroda

Organisko vielu veidošanās un patēriņš augos: Laboratorijas darbu vadlīniju krājums / Sastādījis Kuzmina I. A. - NovSU, Veļikijnovgoroda, 2007. - 12 lpp.

Vadlīnijas paredzētas specialitātes 020801.65 - “Ekoloģija” studentiem un visiem studentiem, kuri studē “Vispārīgā ekoloģija”.

Organiskās vielas - augu biomasas pamats uz Zemes - veidošanai ir nepieciešams atmosfēras oglekļa dioksīds un ūdens, kā arī augsnes minerāli. Izmantojot noteikta viļņa garuma gaismu, augos fotosintēzes laikā tiek fiksēts oglekļa dioksīds. Rezultātā atmosfērā izdalās skābeklis, kas veidojas ūdens fotolīzes laikā. Šis ir bioķīmiskā oglekļa cikla pirmais posms.

Fotosintēzes ceļā uz Zemes uzkrātās enerģijas daudzums ir milzīgs. Ik gadu zaļo augu fotosintēzes rezultātā veidojas 100 miljardi tonnu organisko vielu, kas satur aptuveni 450-1015 kcal saules enerģijas, kas pārvērsta ķīmisko saišu enerģijā. Šos procesus pavada tādas liela mēroga parādības kā aptuveni 170 miljardu tonnu oglekļa dioksīda asimilācija no augiem, aptuveni 130 miljardu tonnu ūdens fotoķīmiskā sadalīšanās, no kuras izdalās 115 miljardi tonnu brīvā skābekļa.

Skābeklis ir dzīvības pamats visām dzīvajām radībām, kuras to izmanto, lai elpošanas procesā oksidētu dažādus organiskos savienojumus; izceļas CO2.Šis ir bioķīmiskā oglekļa cikla otrais posms, kas saistīts ar dzīvo organismu oglekļa dioksīda funkciju. Šajā gadījumā skābekļa izdalīšanās pirmajā posmā ir aptuveni par vienu pakāpi lielāka nekā tā absorbcija otrajā posmā, kā rezultātā zaļo augu darbības laikā atmosfērā uzkrājas skābeklis.

Fotosintēzes procesā autotrofu saistītā enerģija pēc tam tiek tērēta dažādu heterotrofu, tostarp cilvēku, dzīvībai svarīgai aktivitātei, daļēji pārvēršoties siltumenerģijā, un tiek uzkrāta vairākās biosfēru veidojošos komponentos (augos un augsnē). Sauszemes biomos oglekli fotosintēzes laikā visspēcīgāk piesaista meži (-11 miljardi tonnu gadā), pēc tam aramzeme (-4 miljardi tonnu), stepes (-1,1 miljards tonnu), tuksneši (-0,2 miljardi tonnu). Bet lielāko daļu oglekļa saista Pasaules okeāns, kas aizņem aptuveni 70% no Zemes virsmas (127 miljardi tonnu gadā).

Iegūtās autotrofu organiskās vielas nonāk dažādu heterotrofu barības ķēdēs un, ejot caur tām, tiek pārveidotas, zaudē masu un enerģiju (masas piramīdas, enerģija), pēdējā tiek iztērēta visu organismu dzīvībai svarīgos procesos, kas iekļauti kā saites. pārtikas ķēdēs, nonāk pasaules telpā siltumenerģijas veidā.

Dažādu dzīvo organismu organiskās vielas pēc to nāves kļūst par heterotrofo mikroorganismu īpašumu (barību). Mikroorganismi sadala organiskās vielas barošanās, elpošanas un fermentācijas procesos. Ogļhidrātiem sadaloties, veidojas ogļskābā gāze, kas atmosfērā nonāk no sauszemes sadalītajām organiskajām vielām, kā arī no augsnes. Olbaltumvielu sadalīšanās rezultātā rodas amonjaks, kas daļēji tiek izlaists atmosfērā un galvenokārt nitrifikācijas procesā papildina slāpekļa rezerves augsnē.

Daļa organisko vielu nesadalās, bet veido “rezerves fondu”. Aizvēsturiskos laikos tā veidojās ogles, gāze, slāneklis, bet šobrīd - kūdra un augsnes trūdviela.

Visi iepriekš minētie procesi atspoguļo svarīgākos bioķīmisko ciklu posmus un fāzes (oglekļa, skābekļa, slāpekļa, fosfora, sēra utt.). Tādējādi dzīvā viela vielmaiņas procesā nodrošina biosfēras pastāvēšanas stabilitāti ar noteiktu gaisa, ūdens, augsnes sastāvu, un bez cilvēka iejaukšanās šī Zemes ekosistēmas homeostāze tiktu saglabāta bezgalīgi.

2 Drošības prasības

Eksperimenti tiek veikti stingri saskaņā ar metodiskajiem norādījumiem. Veicot darbu, jāievēro ķīmisko laboratoriju vispārīgie drošības noteikumi. Ja reaģenti nonāk saskarē ar ādu vai apģērbu, skartā vieta ātri jānoskalo ar lielu daudzumu ūdens.

3 Eksperimentālā daļa

Darbs Nr.1. Organisko vielu veidošanās noteikšana augu lapās fotosintēzes laikā (pamatojoties uz oglekļa saturu)

Fotosintēze ir galvenais matērijas un enerģijas uzkrāšanās process uz Zemes, kā rezultātā CO2 Un H2O veidojas organiskas vielas (šajā formulā glikoze):

6СО2 + 6Н2О + gaismas enerģija → С6Н12О6+ 602t

Viens no fotosintēzes intensitātes mērīšanas veidiem ir noteikt organisko vielu veidošanos augos pēc oglekļa satura, ko ņem vērā ar augsnēm izstrādāto un koksnes augiem F. 3. Borodulina modificēto mitrās sadedzināšanas metodi.

Lapu paraugā nosaka oglekļa saturu, pēc tam lapas 2-3 stundas vai ilgāk pakļauj gaismai un vēlreiz nosaka oglekļa saturu. Atšķirība starp otro un pirmo noteikšanu, kas izteikta uz lapas virsmas vienību laika vienībā, parāda izveidotās organiskās vielas daudzumu.

Degšanas procesā lapu ogleklis tiek oksidēts ar 0,4 N kālija dihromāta šķīdumu sērskābē. Reakcija notiek saskaņā ar šādu vienādojumu:

2K2Cr2О7 + 8H2SO4 + 3C = 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 8H2O + 3СО2

Neiztērēto kālija bihromāta daudzumu nosaka, titrējot atpakaļ ar 0,2 N Mora sāls šķīdumu:

6FeSO4 ∙ (NH4)2SO4 + K2Cr2O7 + 7H2SO4 =

Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + 6(NH4)2SO4 + K2SO4 + 7H2O

Kā indikators tiek izmantots bezkrāsains difenilamīna šķīdums, kas oksidējoties pārvēršas zili violetā difenilbenzidīna violetā. Kālija dihromāts oksidē difenilamīnu un maisījums iegūst sarkanbrūnu krāsu. Titrējot ar Mora sāli, sešvērtīgais hroms tiek reducēts līdz trīsvērtīgajam hromam. Tā rezultātā šķīduma krāsa kļūst zila, un titrēšanas beigās tā kļūst zili violeta. Titrējot hromu, pēc tam pievienojot Mora sāli, indikatora oksidētā forma pārvēršas reducētā (bezkrāsainā); Parādās zaļa krāsa, ko šķīdumam piešķir trīsvērtīgie hroma joni. Skaidru zili violetas krāsas pāreju uz zaļu kavē dzelzs dzelzs joni, kas parādās reakcijas laikā. Lai titrēšanas reakcijas beigas būtu skaidrākas, to veic ortofosforskābes klātbūtnē, kas saista Fe3+ jonus par bezkrāsainu kompleksu jonu 3 un aizsargā difenilamīnu no oksidēšanās.

Aprīkojums, reaģenti, materiāli:

1) 250 ml koniskās kolbas; 2) karstumizturīgas 100 ml koniskās kolbas; 3) mazas stikla piltuves, ko izmanto kā atteces kondensatorus; 4) biretes; 5) 0,4 N kālija dihromāta šķīdums (atšķaidītā sērskābē (1:1)); 6) 0,2 N Mora sāls šķīdums; 7) difenilamīns; 8) 85% fosforskābe; 9) urbjmašīna vai cita ierīce disku ar diametru 1 cm izsišanai; 10) graduētais cilindrs; 11) veģetatīvie augi ar simetriskām platām un plānām lapu plāksnēm (ģerānija, fuksija, kokaugu lapas).

Progress

Veģetatīvā auga lapu sadala divās daļās gar galveno vēnu un vienā no tām, izmantojot korķa urbi, izgriež 3 diskus ar diametru 1 cm, kas novietoti koniskās karstumizturīgās kolbas apakšā ar tilpumu. 100 ml, kurā ielej 10 ml 0,4 N K2Cr2O7 šķīduma. . Kolbu aizver ar nelielu piltuvi ar snīpi uz leju un novieto uz elektriskās plīts ar slēgtu spirāli velkmes pārsegā. Kad šķīdums vārās, viegli vāra 5 minūtes, dažreiz viegli kratot kolbu ar apļveida kustībām, lai diski būtu labi pārklāti ar šķidrumu. Kolbas augšpusē (neaizsedzot kaklu) tiek uzlikta josta no vairākām bieza papīra kārtām, kas pasargās no roku apdegumiem, maisot kolbas saturu un pārkārtojot to.

Tad kolbu noņem no uguns, novieto uz keramikas flīzes un atdzesē. Šķidrumam jābūt brūnganai krāsai. Ja tā krāsa ir zaļgana, tas norāda uz nepietiekamu kālija bihromāta daudzumu, kas ņemts organisko vielu oksidēšanai. Šādā gadījumā noteikšana ir jāatkārto, izmantojot vairāk reaģenta vai mazāk izcirtņu.

Atdzesētajam šķīdumam nelielās porcijās vairākos posmos pievieno 150 ml destilēta ūdens, tad šo šķidrumu pamazām ielej 250 ml kolbā, kurā pievieno 3 ml 85% ortofosforskābes un 10 pilienus difenilamīna. Sakrata saturu un titrē ar 0,2 N Mora sāls šķīdumu.

Tajā pašā laikā tiek veikta kontroles noteikšana (bez augu materiāla), rūpīgi ievērojot visas iepriekš minētās darbības. Mora sāls salīdzinoši ātri zaudē savu titru, tāpēc pirms noteikšanas uzsākšanas periodiski jāpārbauda šķīdums.

Organiskās vielas oglekļa daudzumu 1 dm2 lapas virsmas aprēķina pēc formulas:

a ir Mora sāls daudzums ml, kas izmantots kontrolšķīduma titrēšanai;

b ir Mora sāls daudzums ml, kas izmantots eksperimentālā šķīduma titrēšanai;

k - Mora sāls titra korekcija;

0,6 - miligrami oglekļa, kas atbilst 1 ml precīzi 0,2 N Mora sāls šķīduma;

S - spraudeņu laukums, cm2.

Rezultātu reģistrēšanas shēma

Oglekļa daudzuma aprēķināšanas piemērs:

1. Eksperimenta sākumā:

a = 19 ml, b = 9 ml, k = 1, S = πr2∙3 = (3,14 ∙ 12) ∙ 3 = 9,4 cm2

Ūdeņradis" href="/text/category/vodorod/" rel="bookmark">ūdeņradis iztvaiko oglekļa dioksīda, ūdens un slāpekļa oksīdu veidā. Atlikušais negaistošais atlikums (pelni) satur elementus, ko sauc par pelniem. Atšķirība starp visa sausā parauga masa un Pelnu atlikums ir organisko vielu masa.

1) analītiskie vai precīzi tehnoķīmiskie svari; 2) mufeļkrāsns; 3) tīģeļa knaibles; 4) elektriskā plīts ar slēgtu spirāli; 5) porcelāna tīģeļi vai iztvaicēšanas kausi; 6) preparēšanas adatas; 7) eksikators; 8) alkohols; 9) destilēts ūdens; 10) kalcija hlorīds; 11) koka skaidas, sasmalcināta miza, lapas, trūdvielām bagāta augsne, žāvēta līdz absolūti sausai masai.

Progress

Sausus un sasmalcinātus koksnes, mizas, lapu, kā arī augsnes paraugus (3-6 g un vairāk), kas atlasīti ar vidējā parauga metodi, uz pauspapīra nosver līdz 0,01 g. Tos liek kalcinētos un nosvērtos porcelāna tīģeļos vai iztvaicēšanas traukos (5-7 cm diametrā), pildot ar 1% dzelzs hlorīda šķīdumu, kas karsējot kļūst brūns un karsējot nepazūd. Tīģeļus ar organiskām vielām novieto uz uzkarsētas elektriskās plīts velkmes nosūcēja un karsē līdz pārogļošanai un melno dūmu izzušanai. Turklāt, ja ir lielāks augu materiāla daudzums, to var papildināt no iepriekš nosvērta parauga.

Pēc tam tīģeļus ievieto mufeļkrāsnī 400-450 ° C temperatūrā un sadedzina vēl 20-25 minūtes, līdz pelni kļūst pelēkbalti. Augstākā kalcinēšanas temperatūrā var būt ievērojami sēra, fosfora, kālija un nātrija zudumi. Var rasties arī saplūšana ar silīcijskābi, novēršot pilnīgu pārpelnošanos. Šajā gadījumā kalcinēšanu pārtrauc, tīģeli atdzesē un pievieno dažus pilienus karsta destilēta ūdens; nosusina uz sildvirsmas un turpina kalcinēt.

Iespējami šādi pelnu krāsu varianti: sarkanbrūns (ar augstu dzelzs oksīdu saturu paraugā), zaļgans (mangāna klātbūtnē), pelēkbalts.

Ja nav mufeļkrāsns, sadedzināšanu izglītības nolūkos var veikt uz elektriskās plīts ar vilci. Lai radītu augstāku temperatūru, flīzes ir cieši jāaizsargā ar dzelzs loksni 5-7 cm augstumā no flīzes loksnes, kā arī jāpārklāj ar azbesta gabalu. Degšana ilgst 30-40 minūtes. Dedzinot, materiāls periodiski jāsamaisa ar preparēšanas adatu. Sadedzināšanu veic arī līdz baltajiem pelniem.

Lēnas dedzināšanas gadījumā atdzesētos tīģeļos ielej nelielu daudzumu spirta un aizdedzina. Pelnos nedrīkst būt pamanāmas melno ogļu daļiņas. Pretējā gadījumā paraugus apstrādā ar 1 ml destilēta ūdens, samaisa un atkārto kalcinēšanu.

Kad degšana ir pabeigta, tīģeļus atdzesē eksikatorā ar vāku un nosver.

Paziņojums" href="/text/category/vedomostmz/" rel="bookmark">uz tāfeles uzzīmēts paziņojums.

Rezultātu reģistrēšanas shēma

Jebkura dzīvo organismu kopiena uz Zemes ir raksturīga tās produktivitātei un ilgtspējībai. Produktivitāte jo īpaši tiek definēta kā atšķirība starp organisko vielu uzkrāšanos un patēriņu tādos kardinālos procesos kā fotosintēze un elpošana. Pirmajā procesā organiskā viela tiek sintezēta no oglekļa dioksīda un ūdens ar skābekļa izdalīšanos, otrajā tā sadalās oksidatīvo procesu dēļ, kas notiek šūnu mitohondrijās ar skābekļa uzsūkšanos. Dažādu augu attiecības starp šiem procesiem ir ļoti atšķirīgas. Jā, y C4 augiem (kukurūza, sorgo, cukurniedres, mangroves) ir augsta fotosintēzes intensitāte ar nelielu gaismas elpošanu, kas nodrošina to augstu produktivitāti salīdzinājumā ar C3 augi (kvieši, rīsi).

C3 - augi. Tie ir lielākā daļa augu uz Zemes, kas veic C3- oglekļa dioksīda fiksācijas veids fotosintēzes laikā, kā rezultātā veidojas trīs oglekļa savienojumi (glikoze utt.). Tie galvenokārt ir mērenu platuma grādu augi ar optimālo temperatūru +20...+25°C, maksimumu +35...+45°C.

C4 - augi. Tie ir tie, kuru fiksācijas produkti CO2 ir četru oglekļa organiskās skābes un aminoskābes. Tas ietver galvenokārt tropu augus (kukurūzu, sorgo, cukurniedres, mangrovju audzes). C4- fiksācijas ceļš CO2 tagad ir sastopama 943 sugās no 18 ģimenēm un 196 ģintīm, tostarp vairākiem graudaugu augiem mērenā platuma grādos. Šie augi izceļas ar ļoti augstu fotosintēzes intensitāti un pacieš augstu temperatūru (to optimālais +35...+45°C, maksimums +45...+60°C). Tie ir ļoti pielāgoti karstajiem apstākļiem, efektīvi izmanto ūdeni, labi panes stresu - sausumu, sāļumu, un tiem ir raksturīga visu fizioloģisko procesu paaugstināta intensitāte, kas nosaka to ļoti augsto bioloģisko un ekonomisko produktivitāti.

Aerobā elpošana (ar skābekļa piedalīšanos) ir apgriezts fotosintēzes process. Šajā procesā šūnās sintezētās organiskās vielas (saharoze, organiskās un taukskābes) sadalās, atbrīvojot enerģiju:

С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2О + enerģija

Visi augi un dzīvnieki saņem enerģiju, lai uzturētu savas dzīvības funkcijas caur elpošanu.

Augu elpošanas ātruma noteikšanas metode balstās uz to, ka tiek ņemts vērā augu izdalītā oglekļa dioksīda daudzums, ko absorbē barīts:

Ba(OH)2 + CO2 = BaCO3 + H2O

Pārmērīgs barīts, kas nav reaģējis ar CO2, titrēt ar sālsskābi:

Ba(OH)2 + 2HCl = BaCl2 + H2O

Iekārtas, reaģenti, materiāli

1) plata kakla koniskās kolbas ar ietilpību 250 ml; 2) gumijas aizbāžņi ar izurbtiem caurumiem, kuros ievietota stikla caurule; caurulē tiek ievilkta plāna stieple 12-15 cm garumā; 3) tehnoķīmiskie svari; 4) atsvari; 5) melns necaurspīdīgs papīrs; 6) biretes ar Ba(OH)2 šķīdumu un aizbāzni virsū, kurā tiek ievietota caurule ar nātrija kaļķi; 7) 0,1 N Ba(OH)2 šķīdums; 8) 0,1 N HCl šķīdums; 9) 1% fenolftaleīna šķīdums pilinātājā; 10) zaļas lapas, svaigi plūktas savvaļā vai istabas augu lapas.

Progress

5-8 g zaļu, tikko noplūktu augu lapu nosver ar kātiņiem uz tehnoķīmiskiem svariem, kātiņus nostiprina ar vienu stieples galu, ko izvelk cauri korķa atverei (1. att.).

Rīsi. 1. Uzmontēta kolba elpošanas intensitātes noteikšanai:

1 - stieple, 2 - stikla caurule, 3 - gumijas aizbāznis, 4 - lapu ķekars, 5 - barīts.

Vispirms ir ieteicams veikt pārbaudes uzstādīšanu, nolaižot materiālu kolbā un aizverot kolbu ar aizbāzni. Pārliecinieties, ka aizbāznis cieši nosedz kolbu, lapu ķekars atrodas kolbas augšējā daļā un attālums starp barītu un ķekaru ir pietiekami liels. Visus caurumus starp kolbu, aizbāzni un cauruli ieteicams noslēgt ar plastilīnu un izolēt sistēmu ar folijas gabalu pie stieples augšējās izejas no caurules.

No biretes testa kolbās ielej 10 ml 0,1 N Ba(OH)2 šķīduma, materiālu ievieto un izolē, izmantojot iepriekš minēto metodi. Kontroli (bez augiem) veic 2-3 reizes. Visas kolbas ir pārklātas ar melnu necaurredzamu papīru, lai izslēgtu fotosintēzi un visu kolbu identitāti, tiek atzīmēts eksperimenta sākuma laiks, kas ilgst 1 stundu Eksperimenta laikā kolbas periodiski jāsakrata, lai iznīcinātu BaCO3 plēvi, kas veidojas uz barīta virsmas un novērš pilnīgu CO2 uzsūkšanos.

Pēc stundas nedaudz atveriet aizbāzni un izņemiet materiālu no kolbām, ātri izvelkot stiepli ar lapām. Nekavējoties aizveriet aizbāzni, izolējot caurules augšdaļu ar foliju. Pirms titrēšanas katrā kolbā pievieno 2-3 pilienus fenolftaleīna: šķīdums kļūst sārtināts. Titrē bezbarītu ar 0,1 N HCl. Šajā gadījumā vispirms titrē kontroles kolbas. Ņem vidējo un tad titrē eksperimentālās kolbas. Šķīdumi rūpīgi jātitrē, līdz tie maina krāsu. Ierakstiet rezultātus tabulā (uz tāfeles un piezīmju grāmatiņā).

Gala produkts" href="/text/category/konechnij_produkt/" rel="bookmark">gala produkti

Vēl viens organisko vielu sadalīšanās veids līdz vienkāršākajiem savienojumiem ir mikrobioloģiskie procesi augsnēs un ūdeņos, kā rezultātā veidojas augsnes trūdviela un dažādi daļēji sadalītu organisko vielu grunts nogulumi (sapropelis u.c.). Galvenais no šiem procesiem ir slāpekli un oglekli saturošu organisko vielu bioloģiskā sadalīšanās ar saprofītiem, kas ir šo elementu ciklu neatņemama sastāvdaļa dabiskajos ciklos. Amonifikatora baktērijas mineralizē olbaltumvielas no augu un dzīvnieku atliekām, kā arī citiem mikroorganismiem (tostarp slāpekļa fiksatoriem), urīnvielu, hitīnu un nukleīnskābēm, kā rezultātā veidojas amonjaks (NH3). Sēru saturošie augu un dzīvnieku proteīni arī sadalās, kā rezultātā veidojas sērūdeņradis (H2S). Mikroorganismu atkritumi ir indola savienojumi, kas darbojas kā augšanas stimulanti. Vispazīstamākā ir β-indoliletiķskābe jeb heteroauksīns. Indoliskās vielas veidojas no aminoskābes triptofāna.

Organisko vielu sadalīšanās process vienkāršos savienojumos ir fermentatīvs. Pēdējais amonifikācijas posms ir augiem pieejamie amonija sāļi.

Iekārtas, reaģenti, materiāli

1) tehnoķīmiskie svari; 2) termostats; 3) mēģenes; 4) vates aizbāžņi; 5) vārglāzes; 6) Petri trauciņi; 7) NaHCO3; 8) 5% PbNO3 vai Pb(CH3COO)2; 9) Salkovska reaģents; 10) Ērliha reaģents; 11) ninhidrīna reaģents; 12) Neslera reaģents; 13) trūdvielu augsne; 14) svaigas lupīnas lapas vai citu pākšaugu kaltētas lapas; 15) zivis, gaļas milti vai gaļas gabali, zivis.

Progress

A. Dzīvnieku olbaltumvielu amonifikācija

a) Ievietojiet mēģenē 0,5-1 g svaigas zivs vai nelielu gaļas gabalu. Pievienojiet nostādinātu ūdeni pusei no mēģenes tilpuma un 25-50 mg NaHCO3 (skalpeļa galā), lai neitralizētu vidi, kas veicina amonifikatoru darbību (tiem labvēlīga ir neitrāla vai nedaudz sārmaina vide pie pH = 7 un augstāk). Pievienojiet nelielu humusa augsnes gabaliņu, lai barotnē ievadītu amonifikatorus, sajauciet mēģenes saturu, aizbāžojiet mēģeni ar vates aizbāzni, iepriekš nostiprinot svina papīra gabalu starp aizbāzni un mēģeni (2. att.). ), lai tas nepieskartos šķīdumam. Aptiniet katru mēģeni augšpusē ar foliju, lai novērstu gāzes izplūšanu no mēģenes. Novietojiet visu termostatā 25-30°C uz 7-14 dienām.

Rīsi. 2. Uzmontēta mēģene proteīnu amonifikācijas noteikšanai: 1 - mēģene; 2 - kokvilnas aizbāznis; 3 - svina papīrs; 4 - trešdiena.

Šajā eksperimentā tiek simulēta organisko atlieku sadalīšanās stāvoša ūdenskrātuves (piemēram, dīķa) ūdens vidē, kurā var ieskalot augsnes daļiņas no blakus laukiem.

b) Ielejiet glāzē trūdvielu augsni, ielejiet ar nostādinātu ūdeni, ierokiet augsnē nelielu gaļas gabalu, nostipriniet svina papīru starp augsni un stikla malu, aizveriet sistēmu ar Petri trauciņu (ar pusi uz leju), ielieciet termostatā 25-30 ° C temperatūrā vienu vai divas nedēļas.

Šis eksperiments simulē organisko atlieku (tārpu, dažādu augsnes dzīvnieku) sadalīšanos augsnē.

B. Augu atlieku amonifikācija

Pārraugiet zaļā mēslojuma sadalīšanos augsnē, piepildot 100 ml vārglāzē ar trūdvielu augsni un apglabājot vairākus zaļo stublāju un daudzgadīgo lupīnas lapu gabalus, zirņus un pupiņas, kas rudenī iestādītas podā. Varat izmantot vasarā novāktu pākšaugu sausas daļas, kas tvaicētas ūdenī. Pārklājiet glāzes ar vāku no Petri trauciņa, ievietojiet termostatā 25-30°C temperatūrā uz vienu līdz divām nedēļām, saglabājot normālu augsnes mitrumu eksperimenta laikā (60% no pilnas mitruma ietilpības), nepārslapinot to. .

Darba turpinājums Nr.4 (veikts 7-14 dienās)

a) Filtrējiet daļu kultūras šķīduma no mēģenēm, kurās notika dzīvnieku olbaltumvielu sadalīšanās. Pievērsiet uzmanību slikti smaržojošu produktu (sērūdeņraža - sapuvušu olu smarža, indola savienojumi utt.) veidošanās.

Nosakiet amonjaka veidošanos, pievienojot 2-3 pilienus Neslera reaģenta 1 ml kultūras šķīduma. Lai to izdarītu, ir ērti izmantot pulksteņa stiklu, kas novietots uz balta papīra lapas vai porcelāna krūzes. Šķīduma dzeltēšana norāda uz amonjaka klātbūtni, kas veidojas olbaltumvielu iznīcināšanas laikā.

Nosakiet sērūdeņraža klātbūtni, nomelnojot svina papīru virs šķīduma vai nolaižot to šķīdumā.

Ar mikropipeti ar izvilktu snīpi (10-20 pilieni vienā punktā) piliniet kultūras šķīdumu uz filtra vai hromatogrāfiskā papīra, nosusiniet virs ventilatora, iepiliniet Salkovska, Ērliha vai ninhidrīna reaģentā. Uzkarsē virs plīts. Indola savienojumi ar Salkovska reaģentu piešķir zilu, sarkanu, sārtinātu krāsu atkarībā no indola produkta sastāva (auksīna indoletiķskābe dod sarkanu krāsu). Ērliha reaģents ar indola atvasinājumiem piešķir purpursarkanu krāsu. Ninhidrīna reaģents ir reakcija uz aminoskābi triptofānu (indola auksīnu prekursoru). Sildot, tas kļūst zils.

b) Izņemiet gaļas vai zivs gabalu no augsnes kopā ar augsni, kas atrodas blakus gabalam, ievietojiet to glāzē, ielejiet nedaudz ūdens, samaisiet ar stikla stienīti, sakratiet, filtrējiet. Izmantojot iepriekš minētās metodes, filtrātā nosaka amonjaka, sērūdeņraža un indola vielas. Līdzīgi procesi notiek augsnē, kad mirušie dzīvnieki puvi.

c) Lupīnu zaļās masas pussabrukušos stublājus izņem no augsnes, notīra no augsnes un sasmalcina ar nelielu ūdens daudzumu. Filtrējiet 1-2 ml šķīduma un veiciet testu amonjaka slāpeklim, kas izdalās augu proteīnu mineralizācijas laikā (ar Neslera reaģentu). Līdzīgi procesi notiek augsnē, arot zaļo mēslojumu vai organiskās atliekas kūtsmēslu, kūdras, sapropeļa u.c. veidā.

Noteikt sērūdeņraža, indola vielu, triptofāna klātbūtni.

d) Uzlieciet uz stikla priekšmetstikliņa pilienu kultūras šķidruma no mēģenes, kurā notikusi dzīvnieku olbaltumvielu sadalīšanās, un pārbaudiet to mikroskopā ar palielinājumu 600. Tiek atklāti daudzi mikroorganismi, kas izraisa organisko vielu sadalīšanos. Viņi bieži kustas enerģiski un saliecas kā tārps.

Ievads. 3

2 Drošības prasības. 4

3 Eksperimentālā daļa. 4

Darbs Nr.1. Organisko vielu veidošanās noteikšana augu lapās fotosintēzes laikā (pamatojoties uz oglekļa saturu) 4

Darbs Nr. 2. Organisko vielu uzkrāšanās noteikšana augu biomasā un augsnē. 8

Darbs Nr.3. Augu organisko vielu patēriņa noteikšana elpošanas laikā 11

Darbs Nr.4. Organisko vielu sadalīšanās ūdenī un augsnē ar dažu gala produktu noteikšanu. 14

Viens no galvenajiem heterotrofiskās hipotēzes pieņēmumiem ir tāds, ka pirms dzīvības rašanās notika organisko molekulu uzkrāšanās. Mūsdienās par organiskajām molekulām mēs saucam visas tās molekulas, kas satur oglekli un ūdeņradi. Mēs arī saucam molekulas par organiskām, jo ​​sākotnēji tika uzskatīts, ka šāda veida savienojumus var sintezēt tikai dzīvi organismi.

Tomēr tālajā 1828. g Ķīmiķi iemācījās sintezēt urīnvielu no neorganiskām vielām. Urīnviela ir organisks savienojums, kas izdalās ar daudzu dzīvnieku urīnu. Dzīvi organismi tika uzskatīti par vienīgo urīnvielas avotu, līdz to varēja sintezēt laboratorijā. Laboratorijas apstākļi, kādos ķīmiķi ieguva organiskos savienojumus, acīmredzot zināmā mērā atdarina vides apstākļus uz zemes tās pastāvēšanas agrīnajā periodā. Šie apstākļi, pēc heterotrofiskās hipotēzes autoru domām, varētu novest pie organisko savienojumu veidošanās no skābekļa, ūdeņraža, slāpekļa un oglekļa atomiem.

Nobela prēmijas laureāts Harolds Urijs, strādājot Čikāgas Universitātē, sāka interesēties par ķīmisko savienojumu evolūciju uz Zemes tās pastāvēšanas agrīnā perioda apstākļos. Viņš apsprieda šo problēmu ar vienu no saviem studentiem Stenliju Milleru. 1953. gada maijā Millers publicēja rakstu ar nosaukumu “Aminoskābju veidošanās apstākļos, kas līdzīgi tiem, kādi pastāvēja uz Zemes agrīnajā periodā”, kurā viņš norādīja, ka A.I. Oparins pirmais izteica domu, ka dzīvības pamats, organiskie savienojumi, veidojās laikā, kad Zemes atmosfērā bija metāns, amonjaks, ūdens un ūdeņradis, nevis oglekļa dioksīds, slāpeklis, skābeklis un ūdens. Nesen šī ideja tika apstiprināta Urey un Bernal robotos.

Lai pārbaudītu šo hipotēzi, speciāli izveidotā iekārtā caur cauruļu sistēmu tika izvadīts gāzu CH4, NH3, H2O un H2 maisījums, un noteiktā laika brīdī tika izveidota elektriskā izlāde. Iegūtajā maisījumā tika noteikts aminoskābju saturs.

Elektriskā izlāde tika izvadīta caur Millera izstrādātu hermētisku ierīci, kas piepildīta ar metānu, ūdeņradi un amonjaku. Ūdens tvaiki nāca no īpašas ierīces, kas savienota ar ierīces galveno daļu. Tvaiks, kas iet caur ierīci, atdziest un kondensējās lietus veidā. Tādējādi laboratorija diezgan precīzi atveidoja apstākļus, kas pastāvēja primitīvās Zemes atmosfērā. Tie ietver karstumu, lietus un īsus gaismas uzplaiksnījumus. Nedēļu vēlāk Millers analizēja gāzi, kas atradās eksperimentālos apstākļos. Viņš atklāja, ka iepriekš bezkrāsains šķidrums ir kļuvis sarkans.

Ķīmiskā analīze parādīja, ka šķidrumā parādījās daži savienojumi, kas nebija eksperimenta sākumā. Dažu gāzes molekulu atomi rekombinējās, veidojot jaunas un sarežģītākas organiskās molekulas. Analizējot savienojumus šķidrumā, Millers atklāja, ka tur veidojas organiskās molekulas, kas pazīstamas kā aminoskābes. Aminoskābes sastāv no oglekļa, ūdeņraža, skābekļa un slāpekļa atomiem.

Katrs oglekļa atoms spēj veidot četras ķīmiskās saites ar citiem atomiem. Millera eksperimenti liecina, ka līdzīgi procesi varēja notikt arī Zemes atmosfērā tās pastāvēšanas agrīnajā periodā. Šie eksperimenti sniedza būtisku apstiprinājumu heterotrofiskajai hipotēzei.

Jau pašā sākumā neiespiedīsim sevi stingros rāmjos un aprakstīsim terminu pēc iespējas vienkāršāk: organisko vielu (organisko; tie ir, piemēram, olbaltumvielas, tauki un ogļhidrāti) oksidēšanās process ir reakcija, kuras rezultātā rodas skābekļa (O2) tilpuma palielināšanās un ūdeņraža (H2) tilpuma samazināšanās.

Organiskās vielas ir dažādi ķīmiski savienojumi, kas satur (C). Izņēmums ir ogļskābe (H2CO3), karbīdi (piemēram, karborunds SiC, cementīts Fe3C), karbonāti (piemēram, kalcīts CaCO3, magnezīts MgCO3), oglekļa oksīdi, cianīdi (piemēram, KCN, AgCN). Organiskās vielas mijiedarbojas ar pazīstamāko oksidētāju, skābekli O2, veidojot ūdeni H2O un oglekļa dioksīdu CO2.

Organisko vielu oksidēšanās process

Ja mēs domājam loģiski, tad, tā kā pilnīgas oksidācijas process ir sadegšana, tad nepilnīgās oksidēšanās process ir organisko vielu oksidēšana, jo ar šādu efektu viela neaizdegas, bet tikai uzkarsē (pavada izdalīšanās noteiktu enerģijas daudzumu ATP - adenozīna trifosfāta - un siltuma Q veidā).

Organiskās oksidācijas reakcija nav pārāk sarežģīta, tāpēc viņi sāk to analizēt ķīmijas kursa sākumā, un studenti ātri apgūst informāciju, ja, protams, viņi pieliek vismaz pūles. Mēs jau esam iemācījušies, kas ir šis process, un tagad mums ir jāiedziļinās lietas būtībā. Tātad, kā notiek reakcija un kas tas ir?

Organisko vielu oksidēšana ir sava veida pāreja, vienas savienojumu klases pārvēršana citā. Piemēram, viss process sākas ar piesātināta ogļūdeņraža oksidēšanu un pārveidošanu par nepiesātinātu, pēc tam iegūtā viela tiek oksidēta, veidojot spirtu; spirts savukārt veido aldehīdu, un no aldehīda “izplūst” karbonskābe. Visas procedūras rezultātā mēs iegūstam oglekļa dioksīdu (rakstot vienādojumu, neaizmirstiet ievietot atbilstošo bultiņu) un ūdeni.

Šī ir oksidācijas-reducēšanas reakcija, un vairumā gadījumu organiskajai vielai ir reducējošas īpašības, bet pati tiek oksidēta. Katram iesaistītajam elementam ir sava klasifikācija – tas ir vai nu reducētājs, vai oksidētājs, un nosaukumu piešķiram, pamatojoties uz ORR rezultātu.

Organisko vielu spēja oksidēties

Tagad mēs zinām, ka redoksreakcijas (redoksreakcija) procesā ir iesaistīts oksidētājs, kas uzņem elektronus un kam ir negatīvs lādiņš, un reducētājs, kas nodod elektronus un kuram ir pozitīvs lādiņš. Tomēr ne katra viela var iekļauties procesā, kuru mēs apsveram. Lai būtu vieglāk saprast, apskatīsim punktus.

Savienojumi neoksidējas:

• Alkāni – citādi saukti parafīni vai piesātinātie ogļūdeņraži (piemēram, metāns, kura formula ir CH4);
• Arēnas ir aromātiski organiski savienojumi. Starp tiem benzols nav oksidēts (teorētiski šo reakciju var veikt, bet vairākos garos posmos; benzolu nevar oksidēt neatkarīgi);
• Terciārie spirti ir spirti, kuros hidroksilgrupa OH ir saistīta ar terciāro oglekļa atomu;
• Fenols ir vēl viens karbolskābes nosaukums, un ķīmijā tas ir rakstīts kā formula C6H5OH.

Organisko vielu piemēri, kas spēj oksidēties:

• alkēni;
• Alkīni (kā rezultātā mēs izsekosim aldehīda, karbonskābes vai ketona veidošanos);
• Alkadiēni (veidojas vai nu daudzvērtīgie spirti, vai skābes);
• Cikloalkāni (katalizatora klātbūtnē veidojas dikarbonskābe);
• Arēni (jebkura viela, kuras struktūra ir līdzīga benzolam, tas ir, tās homologi, var tikt oksidēta līdz benzoskābei);
• Primārie, sekundārie spirti;
• Aldehīdi (ir spēja oksidēt oglekli);
• Amīni (oksidācijas laikā veidojas viens vai vairāki savienojumi ar nitrogrupu NO2).

Organisko vielu oksidēšanās augu, dzīvnieku un cilvēku organismu šūnās

Šis ir vissvarīgākais jautājums ne tikai tiem cilvēkiem, kurus interesē ķīmija. Šāda veida zināšanām ir jābūt ikvienam, lai veidotos pareizs priekšstats par dažādiem procesiem dabā, par jebkuru vielu vērtību pasaulē un pat par sevi – cilvēku.

No skolas bioloģijas kursiem jūs droši vien jau zināt, ka organisko vielu oksidācijai ir svarīga bioloģiskā loma cilvēka organismā. Redoksreakciju rezultātā notiek BFA (olbaltumvielu, tauku, ogļhidrātu) sadalīšanās: šūnās izdalās siltums, ATP un citi enerģijas nesēji, un mūsu ķermenis vienmēr tiek nodrošināts ar pietiekamu piegādi, lai veiktu darbības un normāli funkcionētu. orgānu sistēmas.

Šī procesa norise palīdz uzturēt nemainīgu ķermeņa temperatūru ne tikai cilvēku, bet arī jebkura cita siltasiņu dzīvnieka organismā, kā arī palīdz regulēt iekšējās vides noturību (to sauc par homeostāzi), vielmaiņu, nodrošina kvalitatīvi funkcionē šūnu organoīdi, orgāni, kā arī veic vēl daudzas nepieciešamās funkcijas.

Fotosintēzes laikā augi absorbē kaitīgo oglekļa dioksīdu un ražo elpošanai nepieciešamo skābekli.

Organisko vielu bioloģiskā oksidēšana var notikt tikai, izmantojot dažādus elektronu nesējus un fermentus (bez tiem šis process aizņemtu neticami ilgu laiku).

Organiskās oksidācijas loma rūpniecībā

Ja runājam par organisko vielu oksidēšanās lomu rūpniecībā, tad šī parādība tiek izmantota sintēzē, etiķskābes baktēriju darbā (ar nepilnīgu organisko oksidēšanos tās veido vairākas jaunas vielas), un dažos gadījumos ar organiskām vielām ir iespējams ražot arī sprādzienbīstamas vielas.

Vienādojumu rakstīšanas principi organiskajā ķīmijā

Ķīmijā nevar iztikt bez vienādojuma sastādīšanas - tā ir sava veida šīs zinātnes valoda, kurā var runāt visi planētas zinātnieki neatkarīgi no tautības un saprast viens otru.

Taču vislielākās grūtības rodas, sastādot vienādojumus, studējot organisko ķīmiju.

Šīs tēmas apspriešana prasa ļoti ilgu laika periodu, tāpēc šeit esam izvēlējušies tikai īsu darbību algoritmu vienādojumu ķēdes risināšanai ar dažiem paskaidrojumiem:

1. Pirmkārt, mēs nekavējoties apskatām, cik reakciju notiek noteiktā procesā, un numurējam tās. Mēs arī nosakām izejvielu klases, nosaukumus un vielas, kas galu galā veidojas;
2. Otrkārt, ir nepieciešams izrakstīt visus vienādojumus pa vienam un noskaidrot to reakciju veidu (savienojums, sadalīšanās, apmaiņa, aizstāšana) un nosacījumus.
3. Pēc tam jūs varat izveidot elektroniskos atlikumus un neaizmirstiet iestatīt koeficientus.

Organisko vielu un to veidošanās galaproduktu oksidēšanās reakcijas

Benzola oksidēšana

Pat visagresīvākajos apstākļos benzols nav uzņēmīgs pret oksidēšanos. Tomēr benzola homologi spēj oksidēties kālija permanganāta šķīduma ietekmē neitrālā vidē, veidojot kālija benzoātu.

Ja neitrālu vidi maināt uz skābu, tad benzola homologus var oksidēt ar kālija permanganātu vai dihromātu, beidzot veidojot benzoskābi.

Formula benzoskābes veidošanai

Alkēnu oksidēšana

Kad alkēnus oksidē ar neorganiskiem oksidētājiem, galaprodukti ir tā sauktie divvērtīgie spirti – glikogēni. Reducējošie aģenti šajās reakcijās ir oglekļa atomi.

Spilgts piemērs tam ir kālija permanganāta šķīduma ķīmiskā reakcija saistībā ar vāju sārmainu vidi.

Agresīvi oksidācijas apstākļi izraisa oglekļa ķēdes iznīcināšanu pie dubultās saites ar veidošanās galaproduktiem divu skābju veidā. Turklāt, ja vidē ir augsts sārmu saturs, veidojas divi sāļi. Tāpat oglekļa ķēdes sadalīšanās rezultātā var veidoties skābe un oglekļa dioksīds, bet stiprā sārmainā vidē oksidatīvās reakcijas produkti ir karbonātu sāļi.

Alkēni spēj oksidēties, kad tos iegremdē kālija dihromāta skābā vidē saskaņā ar līdzīgu shēmu, kas sniegta pirmajos divos piemēros.

Alkīna oksidēšana

Atšķirībā no alkēniem, alkīni tiek oksidēti agresīvākā vidē. Oglekļa ķēdes iznīcināšana notiek pie trīskāršās saites. Kopīga īpašība ar alkēniem ir to reducējošie aģenti oglekļa atomu veidā.

Izejas reakcijas produkti ir oglekļa dioksīds un skābes. Kālija permanganāts, kas novietots skābā vidē, darbosies kā oksidētājs.

Acetilēna oksidācijas produkti, iegremdējot neitrālā vidē ar kālija permanganātu, ir kālija oksalāts.

Kad neitrāla vide tiek mainīta uz skābu, oksidācijas reakcija turpinās, veidojot oglekļa dioksīdu vai skābeņskābi.

Aldehīda oksidēšana

Aldehīdi ir viegli pakļauti oksidācijai, jo tie ir spēcīgi reducējoši līdzekļi. Kā aldehīdu oksidētājus, tāpat kā iepriekšējās versijās, var atšķirt kālija permanganātu ar kālija dihromātu, kā arī sudraba hidroksidiamīna - OH un vara hidroksīda - Cu(OH)2 šķīdumu, kas pārsvarā ir raksturīgi aldehīdiem. Svarīgs nosacījums, lai notiktu aldehīda oksidācijas reakcija, ir temperatūras ietekme.

Video var redzēt, kā reakcijā ar vara hidroksīdu tiek noteikta aldehīdu klātbūtne.

Aldehīdus var oksidēt par karbonskābēm sudraba hidroksidiamīna ietekmē šķīduma veidā, atbrīvojot amonija sāļus. Šo reakciju sauc par "sudraba spoguli".

Tālāk esošajā videoklipā ir parādīta interesanta reakcija, ko sauc par "sudraba spoguli". Šis eksperiments notiek glikozes, kas arī ir aldehīds, mijiedarbībā ar sudraba amonjaka šķīdumu.

Spirtu oksidēšana

Spirtu oksidēšanās produkts ir atkarīgs no oglekļa atoma veida, ar kuru ir saistīta spirta OH grupa. Ja grupa ir saistīta ar primāro oglekļa atomu, oksidācijas produkts būs aldehīdi. Ja spirta OH grupa ir saistīta ar sekundāro oglekļa atomu, tad oksidācijas produkts ir ketoni.

Aldehīdus, kas savukārt veidojas spirtu oksidēšanas laikā, pēc tam var oksidēt, veidojot skābes. To panāk, aldehīda viršanas laikā skābā vidē oksidējot primāros spirtus ar kālija dihromātu, kuriem savukārt nav laika oksidēties iztvaikošanas laikā.

Pārmērīgas oksidētāju, piemēram, kālija permanganāta (KMnO4) un kālija dihromāta (K2Cr2O7) klātbūtnes apstākļos primārie spirti gandrīz jebkuros apstākļos spēj oksidēties, izdaloties karbonskābēm, pārvēršoties sekundārajos spirtos, savukārt ketonos. , kuru reakciju piemēri ar veidošanās produktiem tiks aplūkoti turpmāk.

Etilēnglikols vai tā sauktais divvērtīgais spirts atkarībā no vides var tikt oksidēts, veidojot tādus produktus kā skābeņskābe vai kālija oksalāts. Ja etilēnglikols atrodas kālija permanganāta šķīdumā ar skābes piedevu, veidojas skābeņskābe, ja divvērtīgais spirts atrodas tajā pašā kālija permanganāta vai kālija dihromāta šķīdumā, bet neitrālā vidē, tad veidojas kālija oksalāts. Apskatīsim šīs reakcijas.

Mēs uzzinājām visu, kas vispirms ir jāsaprot, un pat sākām analizēt tik sarežģītu tēmu kā vienādojumu risināšana un sastādīšana. Nobeigumā varam tikai teikt, ka līdzsvarota prakse un biežas mācības palīdzēs ātri nostiprināt apgūto materiālu un iemācīties risināt problēmas.

I. Ideju attīstība par dzīvības izcelsmi uz Zemes.

1. Pamatidejas, kas izskaidro dzīvības izcelsmi uz mūsu planētas:

• Dzīvi uz zemes ir radījis Dievs.
• Dzīvās būtnes uz planētas ir vairākkārt spontāni radušās no nedzīvām lietām.
• Dzīve vienmēr ir pastāvējusi.

*Bioģenēze – empīrisks vispārinājums (19. gs. vidū), apgalvojot, ka viss

dzīvās lietas rodas tikai no dzīvām būtnēm.

• Dzīvība uz zemes tika atnesta no ārpuses (piemēram, no citām planētām).

*Hipotēze panspermija (1865. gadā ierosinājis G. Rihters un 1895. gadā formulējis S. Arheniuss)

• Dzīvība radās noteiktā Zemes attīstības periodā bioķīmiskās evolūcijas rezultātā. Teorija abioģenēze (A.I. Oparina koacervāta teorija).

2. Frančesko Redi (1626-1698), Luija Pastēra (1822-1895) darbu būtība un nozīme.

II. Dzīvo sistēmu pamatīpašības (dzīves kritēriji):

• sarežģītība un augsta organizētības pakāpe
• ķīmiskā sastāva vienotība
• diskrētums
• vielmaiņa (vielmaiņa)
• pašregulācija (autoregulācija → homeostāze)
• aizkaitināmība
• mainīgums
• iedzimtība
• pašreproducēšana (reproducēšana)
• attīstība (ontoģenēze un filoģenēze)
• atklātība
• enerģijas atkarība
• ritms
• pielāgošanās spējas
• vienots strukturālās organizācijas princips – šūna*

III. Mūsdienu idejas par dzīvības izcelsmi uz Zemes, balstītas

par abioģenēzes teoriju.

Secinājumi:

1 – pirms bioloģiskās evolūcijas notika ilga ķīmiska evolūcija ( abiogēns );

2 - dzīvības rašanās ir matērijas evolūcijas posms Visumā;

3 – dzīvības rašanās galveno posmu modeli var eksperimentāli pārbaudīt laboratorijā un izteikt šādas diagrammas veidā:

atomi → vienkāršas molekulas → makromolekulas →

ultramolekulārās sistēmas (probionti) → vienšūnu organismi;

4 – bija Zemes primārajai atmosfērai atjaunojošs raksturs (CH 4, NH 3, H 2 O, H 2), pateicoties tam, pirmie organismi tika heterotrofi ;

5 – Darvina dabiskās atlases principi un spēcīgākā izdzīvošana

var pārnest uz prebioloģiskajām sistēmām;

6 – šobrīd dzīvās būtnes nāk tikai no dzīvām būtnēm (biogēni). Iespēja

Dzīvības atkārtota parādīšanās uz Zemes ir izslēgta.

I. Neorganiskā evolūcija un dzīvības rašanās apstākļi uz Zemes.

1. Ķīmisko elementu atomu rašanās ir neorganiskās evolūcijas sākuma stadija.

Saules un zvaigžņu dziļumos, plazmā, veidojas sarežģīti kodoli no vienkāršākajiem. Matērija atrodas nepārtrauktā kustībā un attīstībā.

Planēta Zeme radās pirms 4,5 - 7 miljardiem gadu (gāzes un putekļu mākonis).

Cietas garozas izskats ( ģeoloģiskais vecums) pirms 4–4,5 miljardiem gadu

Vienkāršāko neorganisko savienojumu veidošanās.

C, H, O, N, F (biogēnie elementi) ir plaši izplatīti kosmosā un tiem bija lieliska iespēja savstarpēji reaģēt, ko veicināja elektromagnētiskais starojums un siltums.

Zemes primārajai atmosfērai bija atjaunojošs Raksturs: CH 4, NH 3, H 2 O, H 2.

Primārās litosfēras sastāvs: Al, Ca, Fe, Mg, Na, K u.c.

Primārā hidrosfēra: mazāk nekā 0,1 tilpuma ūdens mūsdienu okeānos, pH = 8-9.

Vienkāršāko organisko savienojumu veidošanās.

Šis posms ir saistīts ar oglekļa specifisko valenci – galveno organiskās dzīves nesēju, tā spēju apvienoties ar gandrīz visiem elementiem, veidot ķēdes un ciklus, ar tā katalītisko aktivitāti un citām īpašībām.

Tiek raksturotas organiskās molekulas spoguļu izomērija , t.i. tie var pastāvēt divās strukturālās formās, kas ir līdzīgas un tajā pašā laikā atšķiras viena no otras. Šo divu spoguļu formu molekulu pazīmi sauc hiralitāte. Starp organiskajām vielām, kurām tas pieder, ir dzīvības molekulārie "celtniecības bloki" - aminoskābes un cukuri. Tiem ir raksturīga absolūta hirālā tīrība: olbaltumvielas satur tikai “kreisās” aminoskābes, bet nukleīnskābes satur tikai “labās rokas” cukurus. Šī ir vissvarīgākā iezīme, kas atšķir dzīvošanu no nedzīvas. Nedzīvajai dabai ir tendence izveidot spoguļsimetriju (racemizāciju) - līdzsvaru starp kreiso un labo. Spoguļa simetrijas pārkāpums ir dzīvības rašanās priekšnoteikums.

4. Biopolimēru abiogēnā sintēze– olbaltumvielas un nukleīnskābes.

Nosacījumu kopums : diezgan augsta planētas virsmas temperatūra, aktīva vulkāniskā darbība, gāzveida elektriskās izlādes, ultravioletais starojums.

Izžūstošo jūras lagūnu dubļainajā dibenā adsorbēti dažādi monomēri tika pakļauti polimerizācijai, kondensācijai un dehidratācijai saules enerģijas ietekmē. Okeāns tika bagātināts ar polimēriem, veidojās “primārā buljona” un veidojās koacervāti.

Koacervē– lielmolekulāru savienojumu recekļi, kas spēj adsorbēt dažādas vielas. Tajos osmotiski no vides var iekļūt ķīmiskie savienojumi un var notikt jaunu savienojumu sintēze. Koacervāti darbojas kā atvērtās sistēmas spējīgs uz vielmaiņa un augšana. Var būt mehāniskā drupināšana.

II. Pāreja no ķīmiskās evolūcijas uz bioloģisko.

A.I. Oparins (1894-1980) ierosināja, ka pāreja no ķīmiskās evolūcijas uz bioloģisko ir saistīta ar vienkāršāko fāzē atdalītu organisko sistēmu parādīšanos. probionti , kas spēj izmantot vielas no vides ( vielmaiņa) un enerģētiku un īstenot, pamatojoties uz to svarīgākās dzīvības funkcijas ir augt un iziet dabisko atlasi.

Bioloģiskās evolūcijas patieso sākumu iezīmē probiontu rašanās ar koda attiecības starp olbaltumvielām un nukleīnskābēm. Olbaltumvielu un nukleīnskābju mijiedarbība izraisīja tādu dzīvo būtņu īpašību rašanos kā pašreproducēšana, iedzimtības informācijas saglabāšana un nodošana nākamajām paaudzēm. Iespējams, agrākos pirmsdzīves posmos pastāvēja viena no otras neatkarīgas polipeptīdu un polinukleotīdu molekulārās sistēmas. To kombinācijas rezultātā spēja pašreproducēšana nukleīnskābes papildinātas katalītisks olbaltumvielu aktivitāte.