В состав каких органических соединений входит азот

В этом материале расскажем вкратце о важнейших органических соединениях, без которых невозможно представить жизнь человека на планете. В их состав входит один из самых распространенных химических элементов — азот.

Азотсодержащие органические соединения

Количество в природе таких соединений очень велико. Это связано со свойством углерода образовывать цепочки из атомов. Связи между атомами углерода могут быть одинарными и кратными, причем чем больше будет кратность, тем выше энергия связи (стабильность) и меньше ее длина. 

Благодаря высокой валентности (4) и способности создавать кратные связи, можно увидеть различные структуры органических соединений: плоские, объемные и линейные.

Характерные физические и химические свойства

Все органические соединения, в том числе содержащие азот, обладают общими важными отличительными свойствами по отношению к другим химическим соединениям.

• Явление изомерии, когда соединения с одинаковым составом и одной молекулярной массой носят разные физико-химические свойства. Такие вещества в химии называются «изомеры».
• Явление гомологических рядов, когда соседние соединения отличаются на одну группу атомов. Чаще всего это \(CH_2\), которая называется метиленовой группировкой. Гомологи обладают качественно одинаковыми свойствами и ведут себя более или менее одинаково по отношению к отдельным реактивам. Прослеживаются закономерности в изменении физических свойств членов ряда. 

Рассмотрим теперь свойства отдельных классов соединений с азотом и его самого как химического элемента.

Азот (N)

Название этому элементу дал ученый А. Лавуазье и в переводе оно имеет значение «безжизненный» — было установлено, что мыши, помещенные в емкость с азотом погибают. Азот входит в состав воздуха (78% по объему), а также во многие органические и неорганические вещества. В периодической системе Менделеева принадлежит к 15-й группе второго периода. Атомный номер 7. В подгруппу азота, которая называется пниктиды или пниктогены входят фосфор, мышьяк, сурьма, висмут и искусственно полученный радиоактивный элемент московий.

По физическим свойствам азот бесцветный двухатомный газ без вкуса и запаха, в воде малорастворим. Плотность \(1,2506\;кг/м^3\) (при н.у.). В жидком состоянии плотность азота \(808\;кг/м^3\) . Температура кипения - \(195,8\;C^\circ\) . При \(-209,86\;C^\circ\) переходит в твердое состояние. Поглощает при контакте с воздухом из него кислород.

Химические свойства: инертен. Из-за этого является средой для разных производственных реакций. Реагирует на комплексные соединения переходных металлов. Со сложными веществами в реакцию не вступает.

В свободном состоянии молекула азота имеет вид \(N_2\).

5. Примечание

При повышенном атмосферном давлении азот токсичен, а большинство его соединений способны нанести вред здоровью, поэтому он относится ко второму классу опасности.

Амины

Если в их молекуле небольшое количество атомов углерода, то они весьма похожи по свойствам на аммиак — ядовитые газы с резким и неприятным запахом, хорошо растворимые в воде. Остальные низшие амины — жидкости.

Простейший представитель — анилин.

Особенность аминов в том, что у атома азота есть неподеленная электронная пара, поэтому они проявляют химические свойства оснований.

Первичные и вторичные амины могут создавать водородные связи, поэтому их температуры кипения по сравнению с соединениями, имеющими ту же молекулярную массу, но не образующих водородные связи, намного выше.

Аминокислоты имеют две функциональные группы — аминогруппу  \(NH_2\) и карбоксильную группу \(COOH\), которые взаимно влияют друг на друга, благодаря чему аминокислоты являются амфотерными органическими соединениями, проявляющими себя со щелочами как кислоты, а с сильными кислотами как основания. 

По своим физическим свойствам многие аминокислоты имеют сладкий вкус, некоторые могут быть горькими или безвкусными. Это кристаллы, имеющие большие температуры плавления (выше \(200^\circ C\)) и лучше растворяющиеся в воде, чем в органических растворителях.

В живой природе они выступают как буферные вещества, поддерживающие нужную концентрацию ионов водорода. Кроме природных аминокислот бывают еще синтетические. Незаменимые аминокислоты не производятся человеческим организмом и должны поступать с продуктами. Если этого не случится, то в здоровье может произойти сбой. 

Белки или протеины по своим химическим свойствам амфотерные электролиты. Их главная особенность в том, что при определенном pH число положительных и отрицательных зарядов в молекуле одинаково.

Физически это чаще белые или бесцветные вещества с твердой кристаллической или аморфной структурой, с разной растворимостью. 

Реакции, характерные для протеинов.

• Гидратация, т.е. связывание воды, когда белки проявляют гидрофильные свойства: набухают, а масса и объем становятся больше.
• Денатурация, т.е. изменение структуры под влиянием внешних факторов. 
• Пенообразование, т.е. способность образовывать высококонцентрированные системы «жидкость — газ» или пены.
• Горение. В результате образуются вода, азот и углекислый газ.
• Цветные реакции, в том числе:

  — ксантопротеиновая, при которой происходит взаимодействие ароматических и гетероатомных циклов в молекуле белка с концентрированной азотной кислотой, сопровождающееся появлением желтой окраски;

  — биуретовая, т.е. взаимодействие слабощелочных растворов белков с раствором сульфата меди (II) с образованием комплексных соединений между ионами \(Cu2+\) и полипептидами. 

• Гидролиз:

Классификация азотосодержащих соединений

Амины

Производные аммиака \(NH_3\\\\\) , в молекуле которого атомы водорода (один, два или три) замещены на углеводородные радикалы.

• \(R-NH_2\) (первичные);
• \(R-NH-R^´\) (вторичные);
• \(R-N(-R´)-R´´\) (третичные).

По характеру углеводородного радикала бывают:

• алифатические;
• алициклические;
• ароматические;
• гетероциклические;
• смешанные.

Амиды

\(R(CONH_2)\;{{}}_1\\\\\)

Нитрилы

\(R-CN\\\\\)

Аминокислоты

\(NH_{2\;}-CHR-COON_1\\\\\)

Пептиды

\(R(C=O)(NH)R_1\\\\\)

Значение и применение азот-органических соединений

Соединения, включающие в себя азот, являются одними из составляющих живой материи и их значение трудно переоценить. Азот входит в состав:

• белков,
• аминокислот,
• нуклеиновых кислот,
• гемоглобина,
• хлорофилла,
• гормонов,
• алкалоидов
• некоторых липидов, углеводов и др.

Азот-органические соединения способны к разнообразным превращениям и образованию сложных молекулярных структур, которыми занимается наука биология. Это обуславливает переход от химической формы движения материи к биологической, т.е. от неживого вещества к живому.

Использование азотсодержащих соединений широко в повседневной жизни: в технике, промышленности, медицине, сельском хозяйстве и конечно в быту. Они входят в состав лекарств, органических удобрений, различных полимерных материалов, красителей и многого другого.

При гниении и расщеплении азотсодержащей органики могут образовываться целые залежи полезных ископаемых, например чилийской селитры. 

Если у вас остались вопросы, то всегда можно обратиться в службу для студентов ФениксХелп за помощью и консультацией.