Амины. Эти органические соединения являются производными аммиака. Их можно рассматривать как продукты замещения одного, двух или трех атомов водорода в молекуле аммиака углеводородными радикалами:

H ─ N: CH 3 ─ N: CH 3 ─ N: CH 3 ─ N:

аммиак метиламин диметиламин триметиламин

Амины представляют собой органические основания. За счет неподеленной пары электронов у атома азота их молекулы, подобно молекуле аммиака, могут присоединять протоны:

CH 3 ─ N: + Н─О─Н → СН 3 ─ N─Н ОН -

гидроксид метиламмония

Аминокислоты и белки

Большое биологическое значение имеют аминокислоты - соединения со смешенными функциями, в которых, как в аминах, содержатся аминогруппы ─ NН 2 и одновременно, как в кислотах, - карбоксильные группы ─СООН.

Строение аминокислот выражается общей формулой (где R- углеводородный радикал, который может содержать и различные функциональные группы):

Н 2 N─CH ─ C─OH

Н 2 N─CH 2 ─ C─OH Н 2 N─CH ─ C─OH

глицин аланин

Аминокислоты - амфотерные соединения: они образуют соли с основаниями (за счет карбоксильной группы) и с кислотами (за счет аминогруппы).

Ион водорода, отщепляющийся при диссоциации от карбоксила аминокислоты, может переходить к ее аминогруппе с образованием аммониевой группировки. таким образом, аминокислоты существуют и вступают в реакции также в виде биполярных ионов (внутренних солей):

Н 2 N─CH ─ COOH ↔ Н 3 N + ─CH ─ COO -

аминокислота биполярный ион

(внутренняя соль)

Этим объясняется, что растворы аминокислот, содержащих одну карбоксильную и одну аминогруппу, имеют нейтральную реакцию.

Из молекул аминокислот строятся молекулы белковых веществ, или белков, которые при полном гидролизе под влиянием минеральных кислот, щелочей или ферментов распадаются, образуя смеси аминокислот.

Белки - природные высокомолекулярные азотсодержащие органические соединения. Они играют первостепенную роль во всех жизненных процессах, являются носителями жизни.

В состав белков входят углерод, водород, кислород, азот и, часто сера, фосфор, железо. Молекулярные массы белков очень велики - от 1500 до нескольких миллионов.

Структуру молекулы белка можно представить следующим образом:

R R′ R R" R"′

│ │ │ │ │

Н 2 N─CH ─ C─... НN─CH ─ C─.... НN─CH ─ C─... НN─CH ─ C─.... НN─CH ─ C─ОН

║ ║ ║ ║ ║

В молекулах белков многократно повторяются группы атомов ─СО─NH─; их называют амидными, или в химии белков - пептидными группами.

Задачи, контрольные вопросы

1. Сколько м 3 оксида углерода (IV) образуется при сжигании: а) 5 м 3 этана; б) 5 кг этана (н.у.)?

2. Напишите структурные формулы алкенов нормального строения, содержащих: а) четыре; б) пять; в) шесть атомов углерода.

3. Напишите структурную формулу н-пропанола.

4. Какие соединения относятся к карбонильным? Приведите примеры, напишите структурные формулы и укажите в них карбонильную группу.

5. Что такое углеводы? Приведите примеры.

Важнейшие органические и неорганические полимеры,

их строение и классификация

Высокомолекулярными соединениями, или полимерами , называют сложные вещества с большими молекулярными массами (порядка сотен, тысяч, миллионов), молекулы которых построены из множества повторяющихся элементарных звеньев, образующихся в результате взаимодействия и соединения друг с другом одинаковых или разных простых молекул - мономеров.

Олигомер - молекула в виде цепочки из небольшого числа одинаковых составных звеньев. Этим олигомеры отличаются от полимеров, в которых число звеньев теоретически неограниченно. Верхний предел массы олигомера зависит от его химических свойств. Свойства олигомеров сильно зависят от изменения количества повторяющихся звеньев в молекуле и природы концевых групп; с момента, когда химические свойства перестают изменяться с увеличением длины цепочки, вещество называют полимером.

Мономер - вещество, состоящее из молекул, каждая из которых может образовывать одно или несколько составных звеньев.

Составное звено - атом или группа атомов, входящих в состав цепи молекулы олигомера или полимера.

Степень полимеризации - число мономерных звеньев в макромолекуле.

Молекулярная масса является важной характеристикой высокомолекулярных соединений - полимеров, определяющая их физические (и технологические) свойства. Число мономерных звеньев, входящих в состав различных молекул одного и того же полимерного вещества различно, вследствие чего молекулярная масса макромолекул полимера также неодинакова. Поэтому при характеристике полимера говорят о среднем значении молекулярной массы. В зависимости от способа усреднения - принципа, лежащего в основе метода определения молекулярной массы, различают три основных типа молекулярных масс.

Среднечисловая молекулярная масса - усреднение по числу макромолекул в полимере:

v i -числовая доля макромолекул с молекулярной массой M i , N - число фракций

Среднемассовая молекулярная масса - усреднение по массе молекул в полимере:

Где w i - массовая доля молекул с молекулярной массой M i .

Молекулярно-массовое распределение (ММР) полимера (или его полидисперсность) - является его важнейшей характеристикой и определяется соотношением количеств n i макромолекул c различной молекулярной массой M i в данном полимере. ММР оказывает существенное влияние на физические характеристики полимеров, и, прежде всего, на механические свойства.

ММР характеризуют числовой и массовой долей макромолекул, чьи молекулярные массы (М), лежат в интервале от M до M+dM . Определяют числовую и массовую дифференциальные функции ММР:

dN M - число макромолекул в интервале dM ;

dm M - масса макромолекул в интервале dM ;

N 0 - общее число макромолекул в образце массой m 0 .

Для количественного сравнения ММР различных полимеров пользуются соотношениями средних значений их молекулярных масс.

Классификация полимеров

По происхождению полимеры делятся на:

природные (биополимеры ), например белки, нуклеиновые кислоты, смолы природные,

и синтетические , например, полиэтилен, полипропилен, феноло-формальдегидные смолы.

Атомы или атомные группы могут располагаться в макромолекуле в виде:

открытой цепи или вытянутой в линию последовательности циклов (линейные полимеры , например каучук натуральный);

цепи с разветвлением (разветвленные полимеры , например амилопектин),

трехмерной сетки (сшитые полимеры , сетчатыми, или пространственными, называются полимеры, построенные из длинных цепей, соединенных друг с другом в трехмерную сетку поперечными химическими связями; например отверждённые эпоксидные смолы). Полимеры, молекулы которых состоят из одинаковых мономерных звеньев, называются гомополимерами (например поливинилхлорид, поликапроамид, целлюлоза).

Макромолекулы одного и того же химического состава могут быть построены из звеньев различной пространственной конфигурации. Если макромолекулы состоят из одинаковых стереоизомеров или из различных стереоизомеров, чередующихся в цепи в определенной периодичности, полимеры называются стереорегулярными .

Полимеры, макромолекулы которых содержат несколько типов мономерных звеньев, называются сополимерами .

Сополимеры, в которых звенья каждого типа образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах макромолекулы, называются блоксополимерами .

К внутренним (неконцевым) звеньям макромолекулы одного химического строения могут быть присоединены одна или несколько цепей другого строения. Такие сополимеры называются привитыми .

Полимеры, в которых каждый или некоторые стереоизомеры звена образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах одной макромолекулы, называются стереоблоксополимерами .

В зависимости от состава основной (главной) цепи полимеры, делят на: гетероцепные , в основной цепи которых содержатся атомы различных элементов, чаще всего углерода, азота, кремния, фосфора,

и гомоцепные , основные цепи которых построены из одинаковых атомов.

Из гомоцепных полимеров наиболее распространены карбоцепные полимеры, главные цепи которых состоят только из атомов углерода, например полиэтилен, полиметилметакрилат, политетрафторзтилен.

Примеры гетероцепных полимеров - полиэфиры (полиэтилентерефталат, поликарбонаты), полиамиды, мочевино-формальдегидные смолы, белки, некоторые кремнийорганические полимеры.

Полимеры, макромолекулы которых наряду с углеводородными группами содержат атомы неорганогенных элементов, называются элементоорганическими . Отдельную группу полимеров образуют неорганические полимеры, например пластическая сера, полифосфонитрилхлорид.

Важнейшие природные и искусственные полимеры. Биополимеры.

Примерами природных высокомолекулярных соединений (биополимеров) могут служить крахмал и целлюлоза, построенные из элементарных звеньев, являющихся остатками моносахарида (глюкозы), а также белки, элементарные звенья которых представляют собой остатки аминокислот; сюда же относятся природные каучуки.

В настоящее время создано огромное количество искусственных полимеров. На основе их получают пластические массы (пластмассы ) - сложные композиции, в которые вводят различные наполнители и добавки, придающие полимерам необходимый комплекс технических свойств, - а также синтетические волокна и смолы.

Полиэтилен - полимер, образующийся при полимеризации этилена, например, при сжатии его до 150 -250 МПа при 150-200 0 С (полиэтилен высокого давления)

СН 2 =СН 2 + СН 2 =СН 2 + СН 2 =СН 2 → ... ─СН 2 ─СН 2 ─СН 2 ─СН 2 ─СН 2 ─СН 2 ─СН 2 ─...

полиэтилен

или n СН 2 =СН 2 →(─СН 2 ─СН 2 ─) n

Полиэтилен - предельный углеводород с молекулярной массой от 10 000 до 400 000. Он представляет собой бесцветный полупрозрачный в тонких и белый в толстых слоях, воскообразный, но твердый материал с температурой плавления 110-125 0 С. Обладает высокой химической стойкостью и водонепроницаемостью, малой газопроницаемостью.

Полипропилен - полимер пропилена

n

СН 3 СН 3 СН 3

пропилен полипропилен

В зависимости от условий полимеризации получают полипропилен, различающийся по структуре макромолекул, а. следовательно, и по свойствам. По внешнему виду это каучукоподобная масса, более или менее твердая и упругая. Отличается от полиэтилена более высокой температурой плавления.

Полистирол

n СН 2 =СН → ─СН 2 ─СН─СН 2 ─СН─

С 6 Н 5 С 6 Н 5 С 6 Н 5

стирол полистирол

Поливинилхлорид

n СН 2 =СН → ─СН 2 ─СН─СН 2 ─СН─

винилхлорид поливинилхлорид

Это эластичная масса, очень стойкая к действию кислот и щелочей.

Политетрафторэтилен

n СF 2 =С F 2 → (─ СF─СF─) n

тетрафторэтилен политетрафторэтилен

Политетрафторэтилен выпускается в виде пластмассы, называемой тефлоном, или фторопластом. Весьма стоек по отношению к щелочам и концентрированным кислотам, по химической стойкости превосходит золото и платину. Негорюч, обладает высокими диэлектрическими свойствами.

Каучуки - эластичные материалы, из которых путем специальной обработки получают резину.

Натуральный (природный) каучук представляет собой высокомолекулярный непредельный углеводород, молекулы которого содержат большое количество двойных связей, состав его может быть выражен формулой (С 6 Н 8) n (где величина n составляет от 1000 до 3000); он является полимером изопрена:

n СН 2 =С─СН=СН 2 → ─ СН 2 ─С=СН─СН 2 ─

СН 3 СН 3 n

натуральный каучук (полиизопрен)

В настоящее время производится много различных видов синтетических каучуков. Первый синтезированный каучук (способ предложен Лебедевым С.В. в 1928 г.) - полибутадиеновый каучук:

n СН 2 =СН─СН=СН 2 → (─СН 2 ─СН=СН─СН 2 ─) n

Аминокислоты, соединяясь друг с другом, образуют белки – важнейшие азотсодержащие органические вещества, без которых немыслима жизнь. Они входят в состав клеток живых организмов. Белки являются не только строительным материалом организмов, но и регулируют все биохимические процессы. Нам известна огромная роль биокатализаторов – ферментов. Их основу составляют белки.

Характеристика белков

Без ферментов прекращаются реакции, следовательно, прекращается и сама жизнь. Белки являются главными участниками процессов роста, развития, размножения организмов, наследования признаков. Обмен веществ, процессы дыхания, работа желёз, мышц происходят с участием белков.

Входящие в состав аминокислот аминогруппы и карбоксильные группы противоположны друг другу по свойствам. Поэтому молекулы аминокислот взаимодействуют друг с другом. При этом аминогруппа одной молекулы реагирует с карбоксильной группой другой:

NH2-CH2-CO- OH + H -NH-CH2-COOH => NH2-CH2-CO-NH-CH2-COOH + H2O

Молекулы белков обладают высокой молекулярной массой, превышающей 5000. Некоторые белки имеют молекулярную массу свыше 1 000 000 и состоят из многих тысяч остатков аминокислот. Так, гормон инсулин состоит из 51 остатка различных аминокислот, а белок синего дыхательного пигмента виноградной улитки содержит около 100 тыс. аминокислотных остатков.

Растительные организмы синтезируют все необходимые аминокислоты. В организмах животных и человека могут быть синтезированы только некоторые из них. Их называют заменимыми. Девять аминокислот поступают в организм только с пищей. Их называют незаменимыми. Недостаток в организмы хотя бы одной из аминокислот приводит к серьёзным заболеваниям. Например, недостаток в пище лизина вызывает нарушение кровообращения, ведёт к снижению гемоглобина, истощению мышц, снижению прочности костей.

Состав белка

Последовательность соединения аминокислотных остатков в молекулах белков называют первичной структурой белков. Она является основой строения белка.

В молекулах присутствуют атомы кислорода, которые имеют не поделенные электронные пары, и атомы водорода, связанные с электроотрицательными атомами азота.

Между отдельными участками белковой молекулы возникают водородные связи. В результате всех взаимодействий молекула закручивается в спираль. Пространственное расположение пептидной цепи называют вторичной структурой белка.

Водородные и ковалентные связи в белках могут разрываться. Тогда происходит денатурация белка – разрушение вторичной структуры. Это происходит при нагревании, механическом воздействии, изменении кислотности крови и при др. факторах.

Спиралевидные белковые молекулы имеют определённую форму. Если эти спирали вытянуты, то образуются фибриллярные белки. Из таких белков построены мышцы, хрящи, связки, шерсть животных, волосы человека. Но большинство белков имеют шарообразную форму молекул – это глобулярные белки. Такую форму имеют белки, образующие основу ферментов, гормонов, белки крови, молока и многие другие. Отдельные частицы белка (фибры или глобулы) соединяются в более сложные структуры.

Знание состава и структуры белков помогает расшифровать сущность ряда генетических заболеваний человека, а следовательно, искать эффективные способы их лечения. Химические знания используются в медицине для борьбы с болезнями, а также в целях их профилактики, облегчают существование человека на Земле.

Органические соединения, в состав молекул которых входят атомы азота, относятся к азотсодержащим органическим веществам. Характер этих соединений весьма разнообразен, они образуют большое количество классов органических веществ.

В данной главе рассмотрены наиболее важные азотсодержащие органические вещества: нитросоединения, эфиры азотной кислоты, амины, аминокислоты, белки, азотистые основания и нуклеиновые кислоты.

Нитросоединения - производные углеводородов, в молекулах которых атомы водорода замещены на нитрогруппу -N0 2 .

Нитросоединения имеют сложную классификацию, так как различаются числом нитрогрупп в молекуле, содержат различные радикалы и т. д. Рассмотрим некоторые группы нитросоединений.

• 1. По характеру углеводородного радикала их подразделяют на предельные (нитрометан CH 3 N0 2), непредельные (3-нитропропен-1 СН 2 =СН-CH 2 N0 2), ароматические (нитробензол C 6 H 5 N0 2) и др.
• 2. По числу нитрогрупп различают мононитросоединения (см. примеры, приведенные выше); динитросоединения (динитробензолы C 6 H 4 (N0 2) 2 - различные изомеры); тринитросоединения (1,3,5- тринитробензол C 6 H 3 (N0 2) 3) и др.

Нитросоединения получают в результате реакций нитрования, которые проводят при нагревании в присутствии катализаторов (для каждого случая характерны свои условия):

(о нитровании углеводородов см. 12.3).

Существуют нитросоединения, в молекулах которых содержатся другие функциональные группы, например тринитрофенол (см. 14.8) идр.

Физические и химические свойства нитросоединений многообразны.

В генетическом отношении наиболее важным является их способность к восстановлению атомарным водородом (реакция Зинина)-, при этом образуются амины:

К нитросоединениям функционально близки эфиры азотной кислоты, например тринитроглицерин (см. 14.7), тринитроклет- чатка (см. 14.26) и другие аналогичные соединения.

Одним из важнейших свойств веществ, содержащих нитрогруппы, является их способность к взрыванию (бризантность), поэтому их применяют при производстве взрывных работ. Некоторые соединения (тринитроглицерин) применяют в медицине. Нитросоединения используют для получения аминов, а также в проведении различных органических синтезов.

Эти соединения требуют осторожного обращения из-за способности взрываться, а также из-за своей токсичности. Токсичность и бризантность определяют отрицательную экологическую роль нитросоединений.

• ? Задания для самостоятельной работы
• 1. Поясните, почему нитросоединения относят к азотсодержащим органическим веществам; приведите два примера этих веществ.
• 2. Назовите три группы нитросоединений, исходя из характера углеводородных радикалов в них содержащихся.
• 3. Приведите два обоснованных примера, иллюстрирующих области использования нитросоединений.
• 4. Приведите два обоснованных примера, иллюстрирующих экологическую роль нитросоединений.

Азот, как и кислород, часто входит в состав органических веществ, и его соединения необходимы для живых организмов.

Соединения, содержащие азот, отличаются большим разнообразием, чем кислородсодержащие. Это связано с тем, что у азота валентность выше и при этом он имеет три гибридных состояния, подобно атому углерода. Соединения с одинарной связью С-Ы называются амины, с двойной связью С=Ы - имины, с тройной связью С=К - нитрилы.

Существенное отличие азота от кислорода заключается в том, что азот может входить в органические соединения как в восстановленном, так и в окисленном состоянии. Электроотрицательность азота (х = 3,0) выше, чем у углерода (х = 2,5), и ниже, чем у кислорода (х = 3,5). Если азот связан с углеродом и водородом, то его степень окисления -3. В соединениях, содержащих нитрогруппу -Ж) 2 , азот связан с кислородом и углеродом и находится в степени окисления +3. Органические соединения с окисленным азотом содержат внутренний запас окислителя. При наличии нескольких нитрогруп в молекуле соединение становится взрывчатым. К веществам такого типа принадлежит 2,4,6-тринитротолуол (тротил).

Восстановленный азот придает органическим соединениям те же свойства, что и кислород: полярность, основность и кислотность, способность

образовывать водородные связи. Однако полярность азотсодержащих соединений меньше, а водородные связи слабее, чем у кислородсодержащих. Поэтому по некоторым физическим свойствам амины оказываются между углеводородами и спиртами. В то время как все спирты при обычных условиях являются жидкостями, некоторые амины газообразные вещества:

Азот в состоянии вр 3 -гибридизации - хороший донор электронной пары. Поэтому, как мы уже знаем, амины проявляют довольно сильные основные свойства. В меньшей мере донорные свойства выражены у азота в состоянии $р 2 -гибридизации. Кислотные свойства азотсодержащих органических соединений гораздо слабее, чем кислородсодержащих. Но при участии электронов азота в сопряжении с тг-электронам и углерода кислотные свойства проявляются.

Один из классов азотсодержащих веществ - амины. Так называются азотсодержащие органические вещества, в которых атом азота соединен с углеводородными радикалами и соответствующим числом атомов водорода. В зависимости от числа радикалов различают:

• - первичные амины ЯМН 2 ;
• - вторичные амины КИ/ЫН;
• - третичные амины КК"К"Ы.

Следует обратить внимание, что понятия первичных, вторичных и третичных аминов не совпадают с соответствующими понятиями для спиртов.

Различают гомологические ряды предельных, непредельных и ароматических аминов. Здесь также имеется различие в терминологии, если сравнивать спирты и амины. В ароматических спиртах гидроксогруппа должна быть связана с атомом углерода в радикале, а не в ароматическом цикле. В случае азотсодержащих соединений вещество с группой ЫН 2 , связанной с ароматическим циклом, тоже считается амином.

Амины с небольшой молекулярной массой представляют собой жидкие или газообразные вещества, хорошо растворимые в воде. Они имеют неприятный запах, напоминающий запах аммиака. Специфический запах рыбы также связан с присутствием аминов. У высших аминов появляются те же особенности, какие отмечались у спиртов и кислот, - растворимость в воде уменьшается и появляется поверхностная активность.

Получение аминов. Один из способов получения аминов аналогичен получению спиртов. Это реакции галогенпроизводных углеводородов с аммиаком, идущие по механизму нуклеофильного замещения:

Амин здесь не может оказаться непосредственным продуктом реакции, так как образующийся хлороводород реагирует с ним как с основанием.

давая соль амина. Для выделения свободного амина полученную соль обрабатывают щелочью:

Галогенпроизводное углеводорода реагирует не только с аммиаком, но и с первичным амином. При этом образуется вторичный амин, а на следующей стадии - третичный амин:

Амины получаются также гидрогенизацией нитрилов:

Ароматические амины получаются восстановлением нитросоединений. В качестве восстановителей используются металлы в кислой среде:

Этот ароматический амин называется анилин. Реакция восстановления нитросоединений открыта Н. Н. Зининым в 1842 г. В промышленности нитробензол восстанавливают водородом на никелевом катализаторе при ~300°С. Анилин стал очень важным промежуточным продуктом, применяемым для производства красителей, полимеров, лекарств и др. Мировое производство анилина - свыше 1 млн т в год.

Химические свойства аминов. Амины относятся к числу веществ, способных гореть с образованием С0 2 , Н 2 0 и азота Ы 2 .

Как основания амины подобны аммиаку, от которого производятся замещением водорода на углеводородные радикалы. Эти радикалы влияют на силу оснований. Воздействие индуктивного и мезомерного эффектов на основные свойства в целом противоположно их воздействию на кислотные свойства. Предельные спирты по кислотным свойствам слабее воды, а предельные амины по основным сильнее аммиака; фенолы по кислотным свойствам значительно сильнее спиртов, а анилин по основным свойствам значительно слабее предельных аминов.

В предельных аминах +/-эффект радикала повышает электронную плотность на азоте, поэтому увеличивается способность азота отдавать электронную пару для образования донорно-акцепторной связи. В анилине электронная пара азота участвует в сопряжении с ароматическими тт-электронами и становится менее доступной для образования донорноакцепторной связи. Поэтому вещества располагаются в следующий ряд по ослаблению основных свойств:

предельные амины > ЫН 3 > ароматические амины.

Пример 22.15. В каком направлении смещено равновесие реакции между этил- амином и гидрохлоридом анилина?

Решение. Этиламин более сильное основание, чем анилин. Поэтому равновесие смещено в сторону образования анилина:

Амины в качестве оснований реагируют с ионами металлов, образуя комплексные соединения. Ион металла выступает акцептором электронной пары азота, как и в случае реакций с аммиаком. Известно очень много комплексных соединений металлов (/-блока с разнообразными аминами. При смешивании растворов сульфата меди и метиламина образуется интенсивно окрашенный раствор более чистого синего оттенка, чем в случае реакции с аммиаком (параграф 210):

диамины типа гШ 2 СН 2 СН 2 1Н 2 дают более прочные комплексы, чем моноамины, так как каждая молекула имеет два донорных атома азота и присоединяется двумя донорно-акцепторными связями.

Первичные амины под действием азотистой кислоты (или нитрита натрия в кислой среде) дезаминируются, превращаясь в спирты:

В первичных и вторичных аминах водород аминогруппы замещается на углеводородные радикалы при реакциях с галогенпроизводными (см. получение аминов). Амин с галогенангидридом дает амид кислоты, в котором имеется радикал, связанный с азотом:

Третичные амины присоединяют галогенпроизводные углеводородов с образованием четырехзамещенных (четвертичных) солей аммония:

Это кристаллические, хорошо растворимые в воде вещества. В отличие от обычных солей аммония они не гидролизуются и не разлагаются щелочами.

В анилине и других ароматических аминах группа ЫН 2 проявляет положительный мезомерный эффект, ускоряя реакции электрофильного замещения в ароматическом радикале. Анилин обесцвечивает бромную воду, образуя при этом белый осадок триброманилина.

Аминокислоты являются основными структурными компонентами молекул белка и в свободном виде появляются в продовольственных товарах в процессе распада белка.

Амиды аминокислот содержатся в растительных Продуктах в качестве естественной составной части. Например, в капусте и спарже находится амид аспарагина (0,2-0,3%).

Аммиачные соединения встречаются в продовольственных товарах в малых количествах в виде аммиака и его производных. Аммиак является конечным продуктом распада белков. Значительное количество аммиака и аминов указывает на гнилостное разложение белков продовольственных товаров. Поэтому при исследовании свежести мяса и рыбы определяют содержание в них аммиака. К производным аммиака относятся моноамины CH 3 NH 2 , диметиламины (CH 3) 2 NH и триметиламины (CH 3) 3 N, которые обладают специфическим запахом. Метиламин имеет запах, сходный с аммиаком. Диметиламин - газообразное вещество с запахом селедочного рассола, образуется в основном при гниении белков рыбы и других продуктов. Триметиламин - газообразное вещество, содержащееся в значительном количестве в селедочном рассоле. В концентрированном виде обладает запахом аммиака, но в слабых концентрациях имеет запах гнилой рыбы.

Нитраты - соли азотной кислоты. В продовольственных товарах содержатся в незначительных количествах, за исключением тыквы и кабачков.

Нитриты добавляют в небольших количествах при посоле мяса и в колбасный фарш для придания мясу розового цвета. Нитриты обладают высокой токсичностью, поэтому применение их в пищевой промышленности лимитируется (в мясной колбасный фарш добавляют раствор нитрита из расчета не более 0,005% массы мяса).

Белки имеют наиболее важное из азотсодержащих соединений значение для питания человека. Они являются наиболее важными органическими соединениями, входящими в состав живых организмов. Еще в прошлом веке, изучая состав различных животных и растений, ученые выделили вещества, которые по некоторым свойствам напоминали яичный белок: так, при нагревании они свертывались. Это и дало основание назвать их белками. Значение белков как основы всего живого было отмечено еще Ф. Энгельсом. Он писал, что там, где есть жизнь, обнаруживаются белки, а где присутствуют белки, там отмечены признаки жизни.

Таким образом, термином «белки» назван большой класс органических высокомолекулярных азотсодержащих соединений, присутствующих в каждой клетке и определяющих ее жизнедеятельность.

Химический состав белков. Химический анализ показал наличие во всех белках (в %): углерода - 50-55, водорода - 6-7, кислорода - 21-23, азота - 15-17, серы - 0,3-2,5. В отдельных белках обнаружены фосфор, йод, железо, медь и некоторые макро- и микроэлементы в различных количествах.

Для определения химической природы мономеров белка проводят гидролиз - длительное кипячение белка с сильными минеральными кислотами или основаниями. Наиболее часто применяют 6N HN0 3 и кипячение при 110°С в течение 24 ч. На следующем этапе разделяют вещества, входящие в состав гидролизата. Для этой цели применяют метод хроматографии. Наконец, природу выделенных мономеров выясняют с помощью определенных химических реакций. В результате было установлено, что исходными составными частями белков являются аминокислоты.

Молекулярная масса (м.м.) белков от 6000 до 1 000 000 и выше, так, м.м. белка альбумина молока - 17400, глобулина молока - 35200, яичного альбумина - 45000. В организме животных и растений белок встречается в трех состояниях: жидком (молоко, кровь), сиропообразном (яичный белок) и твердом (кожа, волосы, шерсть).

Благодаря большой м.м. белки находятся в коллоидном состоянии и диспергированы (распределены, рассеяны, взвешаны) в растворителе. Большинство белков относится к гидрофильным соединениям, способны вступать во взаимодействие с водой, которая связывается с белками. Такое взаимодействие называется гидратацией.

Многие белки под влиянием некоторых физических и химических факторов (температура, органические растворители, кислоты, соли) свертываются и выпадают в осадок. Этот процесс называется денатурацией. Денатурированный белок теряет способность к растворению в воде, растворах солей или спирте. Все продовольственные товары, переработанные с помощью высоких температур, содержат денатурированный белок. У большинства белков температура денатурации составляет 50-60 °С. Свойство белков денатурироваться имеет важное значение, в частности, при выпечке хлеба и получении кондитерских изделий. Одно из важных свойств белков - способность образовывать гели при набухании в воде. Набухание белков имеет большое значение при производстве хлеба, макаронных и других изделий. При «старении» гель отдает воду, при этом уменьшается в объеме и сморщивается. Это явление, обратное набуханию, называется- синерезисом.

При неправильном хранении белковых продуктов может происходить более глубокое разложение белков с выделением продуктов распада аминокислот, в том числе аммиака и углекислого газа. Белки, содержащие серу, выделяют сероводород.

Человеку требуется 80-100 г белков в сутки, в том числе 50 г животных белков. При окислении 1 г белка в организме выделяется, 16,7 кДж, или 4,0 ккал.

Аминокислоты - это органические кислоты, у которых атом водорода ос-углеродного атома замещен на аминогруппу NH 2 . Следовательно, это ос-аминокислота с общей формулой

Следует отметить, что в составе всех аминокислот имеются общие группировки: - СН 2 , -NH 2 , -СООН, а боковые цепи аминокислот, или радикалы (R), различаются. Химическая природа радикалов разнообразна: от атома водорода до циклических соединений. Именно радикалы определяют структурные и функциональные особенности аминокислот.

Аминокислоты в водном растворе находятся в ионизированном состоянии за счет диссоциации аминных и карбоксильных групп, а также групп, входящих в состав радикалов. Другими словами, они являются амфотермными соединениями и могут существовать либо как кислоты (доноры протонов), либо как основания (акцепторы протонов).

Все аминокислоты в зависимости от структуры разделены на несколько групп

Из 20 аминокислот, которые участвуют в построении белков, не все обладают одинаковой биологической ценностью. Некоторые аминокислоты синтезируются организмом человека, и потребность в них удовлетворяется без поступления извне. Такие аминокислоты называются заменимыми (гистидин, аргинин, цистин, тирозин, аланин, серии, глутаминовая и аспарагиновая кислоты, пролин, оксипролин, глицин). Другая часть аминокислот не синтезируется организмом и они должны поступать с пищей. Их называют незаменимыми (триптофан). Белки, содержащие все незаменимые аминокислоты, называются полноценными, а если отсутствует, хотя бы одна из незаменимых кислот - белок является неполноценным.

Классификация белков. В основу классификации белков положены их физико-химические и химические особенности. Белки делят на простые (протеины) и сложные (протеиды). К простым относят белки, которые при гидролизе дают только аминокислоты. К сложным - белки, состоящие из простых белков и соединений небелковой группы, называемой простетической.

К протеинам относятся альбумины (молока, яиц, крови), глобулины (фибриноген крови, миозин мяса, глобулин яиц, туберин картофеля и др.), глютелины (пшеницы и ржи), продамины (глиадин пшеницы), склеропротеины (коллаген костей, эластин соединительной ткани, кератин волос).

К протеидам относятся фосфопротеиды (казеин молока, вителлин куриного яйца, ихтулин икры рыб), которые состоят из белка и фосфорной кислоты; хромопротеиды (гемоглобин крови, миоглобин мышечной ткани мяса), представляющие собой соединения белка глобина и красящего вещества; глюколротеиды (белки хрящей, слизистых оболочек), состоящие из простых белков и глюкозы; липопротеиды (белки, содержащие фосфатид) входят в состав протоплазмы и хлорофилловых зерен; нуклеопротеиды содержат нуклеиновые кислоты и играют важную для организма роль в биологическом отношении.