Реакции окисления и восстановления

Окислительно-восстановительные реакции - реакции, в ходе которых меняется степень окисления атомов, входящих в молекулу. Для органических реакций этого типа применимы те же законы, что и для неорганических. Отличием является то, что в органической химии окислительно-восстановительные процессы рассматриваются прежде всего по отношению к органическому веществу и связываются с изменением степени окисления углерода, являющегося реакционным центром молекулы. Эти реакции могут проходить по типу реакций присоединения, отщепления, замещения и т.п.

Если атом углерода в органической молекуле окисляется (отдает электроны более электроотрицательному атому), то этот процесс относят к реакциям окисления, т.к. продукт восстановления окислителя (обычно неорганическое вещество) не является конечной целью данной реакции. И наоборот, реакцией восстановления считают процесс восстановления атома углерода в органическом веществе.

Часто в органической химии ограничиваются рассмотрением реакций окисления и восстановления как реакций, связанных с потерей и приобретением атомов водорода и кислорода.

Вещество окисляется, если оно теряет атомы H и (или) приобретает атомы O. Кислородсодержащий окислитель обозначают символом [O]:

38. Жиры: состав, строение. Гидролиз и эмульгирование жиров. Основным компонентом жиров являются глицерин и жирные кислоты. Жирные кислоты делятся на насыщенные и ненасыщенные. Насыщенные жирные кислоты используются организмом как энергетический материал. Они могут частично синтезироваться организмом из углеводов и белков. Среди ненасыщенных жирных кислот особое значение имеют полиненасыщенные жирные кислоты. Они не могут синтезироваться в организме человека и поэтому являются незаменимыми, как являются незаменимыми некоторые аминокислоты и витамины. Полиненасыщенные жирные кислоты встречаются в подсолнечном, соевом, оливковом, кукурузном, персиковом, кунжутном, горчичном и других растительных маслах. Природные жиры подразделяются на животные и растительные жиры. Консистенция жиров и их вкус обусловлены неодинаковым соотношением насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Чем больше насыщенных жирных кислот, тем выше температура плавления жира (увеличивается «твердость»), тем труднее он расщепляется в организме пищеварительными ферментами. Растительные жиры, как правило, в обычных условиях остаются жидкими, содержат в основном ненасыщенные жирные кислоты (линолевую, линоленовую, арахидоновую), имеют низкую температуру плавления. Источником растительных жиров являются растительные масла, орехи, соя, бобы, овсяные, гречневые крупы и другие. Жиры животного происхождения (преимущественно плотной консистенции) значительно богаче насыщенными жирными кислотами (масляной, пальмитиновой...), имеют высокую температуру плавления. Источником животных жиров - сало, смалец, сливочное масло, сметана, сливки, сыры.
Важнейшим свойством жиров является их окисляемость, которая сильно зависит от состава жира. Наиболее легко окисляются жиры некоторых морских рыб, труднее всего - жиры с высоким содержанием насыщенных жирных кислот (сало, шпик). Окисление может быть вызвано различными физическими, химическими и биологическими факторами (действие кислорода, температуры, света, ферментов, длительность хранения, чистота получения продукта и другие). Прогоркшие жиры имеют неприятный запах, изменяется их цвет (сливочное масло темнеет, шпик и сало - желтеют), ухудшаются их органолептические свойства, образуются продукты окисления, которые обладают токсическим действием. С пищей в организм ежедневно поступает от 80 до 150 г липидов. Основную массу составляют жиры, наряду с глюкозой служащие главными источниками энергии. Хотя калорийность жиров значительно выше, чем углеводов (9 по сравнению с 4,7 ккал/моль), при рациональном питании жиры обеспечивают не более 30% от общего количества калорий, поступающих с пищей. Жидкие жиры (масла) содержат в своём составе полиеновые жирные кислоты, которые не синтезируются в организме; поэтому жидкие жиры должны составлять не менее одной трети жиров пищи. С липидами в организм поступают: Холестерол и его эфиры. и жирорастворимые витамины A, D, Е, К. Переваривание липидов пищи происходит в кишечнике. Основные продукты гидролиза (жирные кислоты и 2-моноацилглицеролы) после всасывания подвергаются ресинтезу и последующей упаковке в хиломикроны (ХМ) в клетках слизистой оболочки кишечника. Жиры составляют до 90% липидов, поступающих с пищей. Переваривание жиров происходит в тонком кишечнике, однако уже в желудке небольшая часть жиров гидролизуется под действием "липазы языка". Этот фермент синтезируется железами на дорсальной поверхности языка и относительно устойчив при кислых значениях рН желудочного сока. Поэтому он действует в течение 1-2 ч на жиры пищи в желудке. Однако вклад этой липазы в переваривание жиров у взрослых людей незначителен. Основной процесс переваривания происходит в тонкой кишке.Так как жиры - нерастворимые в воде соединения, то они могут подвергаться действию ферментов, растворённых в воде только на границе раздела фаз вода/жир. Поэтому действию панкреатической липазы, гидролизующей жиры, предшествует эмульгирование жиров. Эмульгирование (смешивание жира с водой) происходит в тонком кишечнике под действием солей жёлчных кислот (рис. 8-11). Жёлчные кислоты синтезируются в печени из холестерола и сек-ретируются в жёлчный пузырь. Содержимое жёлчного пузыря - жёлчь. Это вязкая жёлто-зелёная жидкость, содержащая главным образом жёлчные кислоты; в небольшом количестве имеются фосфолипиды и холестерол. Жёлчные кислоты представляют собой в основном конъюгированные жёлчные кислоты: таурохолевую, гликохолевую и другие (см. выше рис. 8-10). После приёма жирной пищи жёлчный пузырь сокращается и жёлчь изливается в просвет двенадцатиперстной кишки. Жёлчные кислоты действуют как детергенты, располагаясь на поверхности капель жира и снижая поверхностное натяжение. В результате крупные капли жира распадаются на множество мелких, т.е. происходит эмульгирование жира. Эмульгирование приводит к увеличению площади поверхности раздела фаз жир/вода, что ускоряет гидролиз жира панкреатической липазой. Эмульгированию способствует и перистальтика кишечника.

 

39. Углеводы: понятия, виды. Брожение глюкозы. Гидролиз и инверсия сахарозы. Гидролиз и клейстеризация крахмала. Использование этих процессов в пищевой промышленности и общественном питании. Углеводы — органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп[1]. 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. Из одной молекулы глюкозы получается по две молекулы этилового спирта и углекислоты: С6Н12О6=2С2Н5ОН + 2СО2. БРОЖЕНИЕ, ферментативное расщепление органических веществ, преимущественно углеводов. Может осуществляться в организме животных, растений и мн. микроорганизмов без участия или с участием О2. В присутствии кислот дисахариды гидролизуются. При гидролизе сахарозы образуется глюкоза и фруктоза. Экспериментально проверим это. Прокипятим смесь растворов сахарозы и серной кислоты. Через несколько минут проверим наличие глюкозы в полученном растворе. Инверсия сахаров — гидролиз сахарозы (например, свекловичного сахара), сопровождающийся изменением направления вращения плоскости поляризованного луча света раствором сахара. Кислотный гидролиз крахмала. В присутствии кислот крахмал гидролизуется. При гидролизе крахмала образуется глюкоза. Экспериментально проверим это. Прокипятим смесь крахмального клейстера и серной кислоты. Полноту гидролиза будем проверять с реакцией с йодом. Гидролиз проводится до тех пор, пока реакция с йодом не станет отрицательной, т. е. проба раствора не будет давать с йодом синего окрашивания. Проверим наличие глюкозы в полученном растворе. Прильем к раствору щелочь и несколько капель раствора сульфата меди (II). Осадка гидроксида меди не образуется. Раствор окрашивается в ярко-синий цвет. Нагреем раствор. Выпадает красный осадок оксида меди. Клейстеризация крахмала проявляется при его нагревании в воде, и эта его способность к клейстерообразованию обусловлена наличием в нем амилопектина. В первой фазе нагревания вода медленно и обратимо поглощается зернами крахмала, причем происходит их ограниченное набухание. Вторая фаза характеризуется тем, что зерна быстро набухают, во много раз увеличиваясь, поглощая большое количество влаги и быстро теряя двойное лучепреломление, т. е. свою кристаллическую структуру. При этом вязкость крахмальной суспензии быстро возрастает, и небольшое количество крахмала растворяется в воде. В третьей фазе набухания, протекающей при повышенных температурах, зерна становятся почти бесформенными мешочками, из которых вымылась наиболее растворимая часть крахмала. Как правило, большие крахмальные зерна клейстеризуются при более низкой температуре, чем мелкие. Температуру, соответствующую разрушению внутренней структуры крахмальных зерен, называют температурой клейстеризации. Она

 

40. Белки: понятие, виды. Гидролиз, набухание и денатурация белков. Использование этих процессов при производстве продукции общественного питания. Белки́ — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа-аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью. В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. ферменты - биологические катализаторы, которые ускоряют течение биохимических реакций в организме. регуляторы. К ним относятся гормоны, например гормон роста. Защитные белки - иммуноглобулины - отвечают за эффективность иммунитета. К защитным относятся также белки свёртывающей системы крови. Гидролиз (гидролизация) белков – это процесс дробления цепочек белковых молекул на части. Идеальный гидролиз белков – это расщепление молекулы белка до составляющих аминокислот. Денатурация белков — сложный процесс, при котором под влиянием внешних факторов (температуры, механического воздействия, действия химических агентов и ряда других факторов) происходит изменение вторичной, третичной и а четвертичной структуры белковой макромолекулы. Первичная структура, а следовательно, и химический состав белка не меняются. При денатурации изменяются физические свойства белка, снижается растворимость, способность к гидратации, теряется его биологическая активность.

 

41. Общие свойства пограничных слоев. Термодинамическая характеристика поверхности. поверхностный слой содержит избыточную энергию т.к. все молекулы стремятся уйти в глубь фазы. поверхностное натяжение (сигма) = A/S
внутреннее давление P=2* сигма/Д
энергия Геймгольца поверхности = энергия Геймгольца фазы +поверхностное натяжение
энтропия пов. = энтропия фазы + частная производная поверхностного натяжения по температуре изохорно
разница внутренней энергии = поверхностное натяжение - Т*частную производную поверхностного натяжения по температуре изохорно. Пове́рхностное натяже́ние — термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемая работой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объём системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными. Поверхностное натяжение имеет двойной физический смысл — энергетический (термодинамический) и силовой (механический). Энергетическое (термодинамическое) определение: поверхностное натяжение — это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры. Силовое (механическое) определение: поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости

42. Определение адсорбции, ее сущность, виды сорбции. Характеристика процесса: её зависимость от температуры, площади поверхности; избирательный характер. Адсорбция — увеличение концентрации растворенного вещества у поверхности раздела двух фаз (твердая фаза — жидкость, конденсированная фаза — газ) вследствие нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия на разделе фаз[1]. Адсорбция является частным случаем сорбции, процесс, обратный адсорбции — десорбция. различают два типа адсорбции — физическую адсорбцию, при которой повышение концентрации сорбата на поверхности раздела фаз обусловлено неспецифическими (то есть не зависящие от природы вещества) силами Ван-дер-Ваальса и химическую адсорбцию (хемосорбцию), обусловленную протеканием химических реакций сорбата с веществом поверхности сорбента. Физическая адсорбция слабоспецифична, обратима и её тепловой эффект невелик (единицы кДж/моль). Хемосорбция избирательна, обычно необратима и её теплота составляет от десятков до сотен (хемосорбция кислорода на металлах) кДж/моль.

43. Адсорбция газов и растворенных веществ твердыми адсорбентами. Строение твердой поверхности, параметры твердых адсорбентов, зависимость адсорбции от величины поверхности адсорбента, его природы и природы растворителя. Поверхность твердого адсорбента имеет многочисленные ультрамикроскопические выступы и углубления. У атомов, находящихся на выступах, не использованы силы электростатического взаимодействия, вследствие чего они способны к взаимодействию с атомами или молекулами из окружающей среды. Участки поверхности, способные к адсорбции, называются активными центрами.