همفری دیوی

---

تولد دیوی 
"همفری دیوی" ، دانشمند انگلیسی در 17 دسامبر سال 1778 در پنزانس در انگلیس بدنیا آمد. دیوی پسر ارشد خانواده اش بود که از طبقه متوسط جامعه بودند. 

تحصیل علم و دانش 
او تحصیلات ابتدایی را در مدرسه گرامر که در نزدیکی پنزانس بود آغاز کرد و آغاز تحصیلاتش در سال 1793 بود. دیوی هنگامی که نزدیک داروفروش جراح ، شاگردی می‌کرد، برنامه خودآموزی شامل الهیات ، جغرافیا ، هفت زبان و تعدادی موضوعهای علمی برای خود طرح‌ریزی کرد، به مطالعه فلسفه پرداخت و از طریق آثار نیکلسن و لاوازیه ، شیمی آموخت.



روحیات و علایق دیوی 
او بسیار مهربان و سر زنده بود و قوه تخیل قوی داشت. او دوستدار ترکیب کردن برای ساختن شعر بود. همچنین آتش‌بازی ، ماهیگیری ، دویدن و جمع آوری مواد معدنی از دیگر تفریحات او بود. یکی از عادات او و علایقش این بود که یک جیبش را با قلاب ماهی‌گیری پر کند و جیب دیگرش را با نمونه‌های سنگ که جمع آوری کرده بود. او هرگز علاقه قلبیش به طبیعت را از دست نداد. در جوانی بسیار بی‌ریا و ساده دل بود. 

آغاز تحقیقات در دنیای شیمی 
– 1827) به او پیشنهاد داد که از کتابخانه اش استفاده کند و به او یک لابراتوار شیمی داد که در آن دوران بسیار نادر و عالی بود. او در آنجا با طبیعت گرما ، نور و الکتریسیته آشنا شد. او در لابراتوار کوچکش گاز نیترو اکسید(گاز خنده آور) را آماده و اسنشاق کرد و ادعا کرد که این گاز ، خواص بیهوش کننده دارد.

دیوی در سال 1807 به عنوان منشی جامعه سلطنتی برگزیده شد. وی در سال 1815 لامپ بی‌خطری را اختراع کرد که نامش را در تاریخ زنده کرد. این دانشمند انگلیسی در فیزیک و شیمی تحقیقات جالب و جامعی کرد. سدیم، پتاسیم ، کلسیم ، باریم ، منیزیم و استرانسیم را جدا کرد. مطالعاتی در باب گاز خنده آور کرد. در الکتروشیمی بررسی‌های عالمانه ای انجام داد. چراغ بی‌خطری را که دیوی اختراع کرد، خطر انفجار در معادن زغال سنگ را از بین برد. 

جداسازی فلزات قلیایی و قلیایی خاکی 
اگر چه شیمیدانان از زمان درازی احتمال داده بودند که خاکهای قلیایی ، اکسید فلزهایی باشند، با این حال طبیعت سود و پتاس تا اوائل قرن 19 مورد بررسی قرار نگرفته بود حتی لاوازیه در این مورد ، نظر مشخصی نداشت. او نمی‌دانست که جزء اصلی سود و پتاس چیست و حدس می‌زد که ازت یکی از اجزای تشکیل‌دهنده این مواد است.

به نظر می‌رسد که این اشتباه از شباهت میان نمکهای سدیم و پتاسیم با نمکهای آمونیوم مایه گرفته است. امتیاز تعیین این اجزا از آنِ دیوی است. 

جداسازی پتاسیم و سدیم 
ابتدا ناکامی عرصه را بر دیوی تنگ کرده بود، به این معنی که نمی‌توانست به کمک یک پیل گالوانیک از سود و پتاس ، فلز استخراج کند.

بزودی وی به خطای خودش پی برد و فهمید که با بکار بردن محلول آبی اشباع شده ، وجود آب مانع از تجزیه نمکها می‌شود. در اکتبر سال 1807 ، دیوی تصمیم گرفت که پتاس بی‌آب را ذوب کند و به محض اینکه با این مذاب ، الکترولیز را شروع کرد دانه‌های کوچک مشابه جیوه و دارای جلای فلزی در روی قطب منفی که در ماده مذاب قرار داشت، ظاهر شدند. برخی از دانه‌ها فوراٌ‌ به حالت انفجاری سوختند و شعله درخشانی پدید آوردند، در حالیکه بقیه آنها آتش نگرفتند، بلکه کدر شدند و با قشر نازک سفیدی پوشیده شدند.

دیوی از تجربه‌های متعددی که در این زمینه کرد، نتیجه گرفت که آن دانه‌ها همان ماده ای هستند که وی در جستجویش است و این ماده هیدروکسید پتاسیم است که شدیداٌ‌ قابل اشتغال می‌باشد. دیوی آن فلز را به دقت مورد بررسی قرار داد و متوجه شد که وقتی با آب ، ترکیب می‌شود، شعله حاصل از واکنش ، ناشی از سوختن هیدروژن آزاد شده از آب است.

وقتی دیوی بر روی فلز تهیه شده از هیدروکسید پتاسیم بررسی‌های لازم را انجام داد، به فکر جستجو در هیدروکسید پتاسیم افتاد و با بکار بستن همان روش قبلی موفق به جدا کردن فلز قلیایی دیگری شد. در زمان کوتاهی این دانشمند ، بررسی دقیق خواص پتاسیم و سدیم را به انجام رساند، برخی شیمیدانان درباره طبیعت عنصری سدیم و پتاسیم تردید داشتند و تصور می‌کردند آن دو ترکیبات قلیایی‌ها با هیدروژن هستند. سرانجام "گی لوساک" و "تنار" بطور واقعی ثابت کردند که آنچه را که دیوی بدست آورده است، در حقیقت عناصر ساده می‌باشند. 

جداسازی فلزات قلیایی خاکی 
دیوی ، نخستین بار در سال 1808 ، منیزیم فلزی را بدست آورد. وی برای این کار به همان روشی متوسل شد که برای تهیه سدیم و پتاسیم پیش گرفته بود. گذشته از این عناصر ، دیوی موفق به کشف کلسیم ، باریم و استرانسیم نیز شد. وی ثابت کرد که عناصر شیمیایی به عنوان مواد اصلی قدرت اسیدی یا قدرت قلیایی عمل نمی‌کنند و نتیجه گرفت که خواص شیمیایی ، تابعی از آرایشهای نسبی و نیز تابعی از ترکیبات ماده‌اند. 

نظریه‌های دیوی در مورد سایر عناصر 
دیوی نشان داد که اکسیژن در واکنشهایش با اسید اوکسی موریاتیک ، هرگز بدون وجود آب تولید نمی‌شود. وی این اسید را جزو عناصر قرار داد و آن را کلر نامید.

دیوی ، ماهیت و خواص اساسی ید را روشن ساخت.وی فقط با کار سه ماهه در مورد گاز انفجاری آتشدمه ، تائید کرد که ماده اصلی تشکیل دهنده آن ، متان است و فقط در دماهای بالا آتش می‌گیرد. 

مشاغل مهم دیوی 
وی همچنین رئیس مؤسسه گازدرمانی "تامس بدوز" در کلیفتن شد. وی پس از 5 سال که اولین کتاب شیمی خود را قرائت کرد، در مؤسسه پادشاهی به تدریس و سخنرانی در شیمی مشغول شد و آنجا را به مرکزی برای تحقیقات پیشرفته تبدیل کرد و خود نیز بیشتر حیات شغلیش را در آنجا گذرانید. دیوی در رساله ای قدیمی به نظریه گرمایی لاوازیه به علت وارد کردن مواد تخیلی و واژه ذهنی گرمایی حمله کرد و نظریه ای داد که در آن ، گرما همچون حرکت و نور به عنوان ماده انگاشته می‌شد. وی به جای واژه گرمایی عبارت حرکت رانشی را پیشنهاد داد. 

مرگ دیوی 
دیوی سرانجام در 29 مه سال 1829 در شهر ژنو در سوئیس درگذشت، در حالیکه 51 سال داشت

یه فرق خیلی کوچیک!!

سوال: فرق انزیم سنتاز با انزیم سنتتاز چیه؟ ایا اصلا فرقی هم با هم دارن؟

جواب: بله که دارن! مگه دانشمندا مرض دارن که یه انزیم رو به دو صورت املایی بنویسن؟

در واقع کار هر دو تاشونم یکیه و اونم ساختن یه ماده است ولی انزیم سنتتاز در حین این کار ATP مصرف می کنه در حالیکه انزیم سنتاز این کارو نمی کنه.

سوال: همین؟

جواب: نه خیر. در دسته بندی انزیم ها هم این دو انزیم در دو گروه متفاوت قرار می گیرن که الان دقیق یادم نیست پس بعدا به همین مطلب اضافه اش می کنم. 

اگه شما دوستان کمکم کنید یادم بیاد ممنون تر می شم!

'گلیکولیز

فرايند گليكوليز اولين مرحله‌ي تنفس سلولي است كه در ماده‌ي زمينه‌ي سيتوپلاسم سلول رخ مي‌دهد. 

 

در اين فرايند گلوكز به دو مولكول سه كربني به‌نام پيرووات شكسته مي‌شود. هنگام شكسته شدن گلوكز تعدادي از اتم‌هاي هيدروژن‌ آن به گيرنده‌ي الكتروني به‌نام ⁺NAD منتقل مي‌شود كه درنتيجه‌ي آن NADH ساخته مي‌شود. گليكوليز در چهار گام انجام مي‌شود: 
1- انتقال دو گروه فسفات از دو مولكول ATP به يك مولكول گلوكز. 
2- توليد دو مولكول 3 كربني فسفات‌دار. 



 (تشكيل تركيب سه كربني "گلسير آلدئيد فسفات")

3- توليد دو مولكول NADH و انتقال فسفات ديگر به هر يك از مولكول‌هاي 3 كربني. 
4- توليد دو مولكول پيرووات از مولكول‌هاي 3 كربني و 4 مولكول ATP. 



 (مراحل تشكيل دو مولكول پيرووات)
 

(مراحل كلي گليكوليز)

 ميتوکندری‌ها به ترکيب دو‌کربنی به‌نام بنيان استيل تبديل می‌شوند. در اين واکنش يک مولکول CO₂آزاد و يک NADH تشکيل می‌شود. هم‌چنين استيل کوآنزيم A وارد چرخه‌ی کربس می‌شود.

نمونه سوالات کمکی درس بیوشیمی ( 2 )

نمونه سوالات کمکی درس بیوشیمی ( 2 )

ادامه نوشته

لیگاند و رسپتور!

سلام دوباره به دوستان دوستدار علم!

از سال دوم دبیرستان واژه های لیگاند و رسپتور به گوش ما رسیده بودن ولی تا پروفسور نوروززاد اشاره نکرده بون نمی دونستیم این دو تا مقوله با هم تفاوت هایی دارن! البته در فارسی هر دو گیرنده ترجمه می شن ولی واقعیت چیز دیگه ای هست.

حالا چیزی که از تفاوت اینا دستگیر ما شده اینه:

در واقع هر دو تا به معنی گیرنده هستن ولی لیگاند فقط به سوبسترات متصل می شه و کاری روش انجام نمی گیره مثلا خود استیل کولین یه لیگانده ولی رسپتور وقتی سوبسترات به رسپتور متصل بشه رسپتور روی اون یه کاری انجام می ده مثلا فعال شدن ادنیلات سیکلاز یا cAMP و ... در ضمن ( این جا شو زیاد مطمئن نیستم!) فکر می کنم مجموعه ی لیگاند و سوبسترات در بعضی جاها به رسپتور متصل می شن!!

برای مطالعه ی بیشتر به فصل اول کتاب بیوشیمی لنینجر ( ترجیحا زبان اصلی) قسمت غشاهای سلولی مراجعه کنید و یا به مبحث Signaling برای اطلاعات هرچه بیشتر!

از دوستانی که می تونن اطلاعات بیشتری در اختیار ما بذارن بی نهایت ممنون خواهیم بود.

نکته ای که خارج از این بحثه ولی من به پروفسور نوروززاد هم گفتم اینه که راه اصلی درس خوندن این نیست که استاد سر کلاس همه چی رو بگه دانشجو هم بخوابه! بلکه باید وظیفه به دانشجو محول بشه تا دانشجو به دنبال اون مطلب بره و مهم تر از این که چیزی که انسان این جوری یاد می گیره هیچ وقت فراموش می کنه در حالیکه اگه مطلبو اماده در اختیار ما بذارن خیلی زود فراموشش می کنیم.

تفاوت سرم با پلاسما

برای تهیه سرم بدین طریق عمل می شود که پس از عمل خونگیری خون را داخل لوله آزمایش ریخته و چند دقیقه صبر می کنیم تا خون لخته شود  سپس با یک لوله همزن شیشه ای بدون شکستگی آن را به هم می زنیم و پس از سانتریفوژ مایع به دست آمده روئی سرم است پس سرم فاقد فیبرینوژن است چون اجازه داده ایم خون لخته شود و فیبرینوژن به فیبرین تبدیل شود  وفیبرین در داخل لخته خون باقی مانده و از مایع خون جدا شده است بنا براین به مایع خون که فاقد فیبرینوژن باشد سرم گویند. اما برای تهیه پلاسما پس از خونگیری اجازه لخته شدن را به خون نمی دهیم به وسیله اضافه کردن هپارین و یا سیترات ویا (چلاتور کلسیم)EDTA  یا گذاشتن در یخچال آنزیم های انعقادی را غیر فعال می کنیم و پس از سانتریفوژ مایع روئی پلاسما است بنا براین به مایع خون که حاوی فیبرینوژن است پلاسما گویند.

فرایند هابر چیست؟

فرایند هابر را یکی از دوستان سوم دبیرستانی از من پرسیده بودند. در جواب اقا عماد گل:

فرایند هابر که در کتاب شیمی سال سوم نیز بدون ذکر نام فرایند درج شده است همان تشکیل امونیاک از گاز هیدروژن و گاز نیتروژن است که به افتخار فریتس هابر بدین نام خوانده می شود.تا انجا که از کتاب شیمی پیش دانشگاهی به یاد دارم این کشف بزرگ یکی از علل امیدواری المانی ها به پیروزی در جنگ جهانی اول بود چون امونیاک ماده ی اولیه ی بسیاری از مواد منفجره است.

اما ساز و کار واکنش: این واکنش از نظر ترمودینامیک بهتر است در دماهای پایین و فشار های بالا صورت بگیرد ولی چون در دماهای پایین برای انجام این واکنش از نظر سینتیک راه مناسبی وجود ندارد ان را در دمای حدود ۵۵۰ درجه انجام می دهند. در دماهای پایین سرعت رسیدن این واکنش تعادلی به نقطه ی تعادل بسیار کم است بطوریکه عملا امکان پذیر نیست.برای تولید امونیاک بیشتر ( ویا به قول کتاب پیش) جابجایی تعادل در جهت رفت امونیاک تولید شده را از ظرف خارج می کنند.

گاز هیدروژن مورد نیاز ان را از پالایش فراورده های نفتی و گاز نیتروژن مورد نیاز را از تقطیر هوا بدست می اورند.هرچند با عبور دادن بخار اب از روی ذغال داغ نیز هیدروژن بدست می اید.

 

اندازه گیری نسبت بار به جرم الکترون توسط میلیکان

برای اندازه گیری بار الکترون در آزمایش میلیکان بار یونهایی اندازه گیری می شود که در اثر تخلیه الکتریکی در درون گازها بوجود می آیند . برای انجام تخلیه الکتریکی در این طریقه از اثر فتوالکتریک استفاده می شود . اشعه x دارای طول موج بسیار کوتاه و در نتیجه انرژی زیاد است و هنگام تابش به یک گاز یونش ایجاد می نماید. جهت اندازه گیری بار یونهایی که به این ترتیب بوجود می آیند از پدیده مهمی استفاده می شود و آن اینست که اگر در شرایط مناسب قطراتی از مایع در یک محیط یونی گازی شکل وارد شوند مرکز تجمع یونها خواهند شد و هر قطره تعدادی از یونها را تحت تاثیر نیروهای سطحی بخود جلب و جذب می نماید ذره ای جدید بدست می آید که بار الکتریکی آن مساوی یا چند برابر بار یونها خواهد بود و اساس آزمایش میلیکان عبارتست از مطالعه حرکت این قطره ها تحت اثر یک میدان الکتریکی. دستگاهی که در آزمایش میلیکان بکار می رود عبارتست از یک اطاقک پر شده از هوا یا گازی دیگر . در بالای اطاقک قطره چکان مخصوص قرار دارد که مایع مورد آزمایش را بصورت قطره های بسیار ریز در فضای داخلی اطاق وارد می نماید در زیر این قطره چکان و در قسمت پایین اطاقک یک سطح با دو جوشن p1 و p2 قرار دارد جوشن بالاییp1 دارای گذرگاهی برای عبور قطره ها می باشد .

ادامه نوشته

ازمایش تامسون

آزمايش تامسون ( محاسبه نسبت بار به جرم الكترون ) 

در آزمايش تامسون از اثر ميدان الكتريكي و ميدان مغناطيسي استفاده شده است. دستگاهي كه در اين آزمايش مورد استفاده قرار گرفته است از قسمتهاي زير تشكيل شده است:

الف ) اطاق يونش كه در حقيقت چشمه تهيه الكترون با سرعت معين مي باشد بين كاتد و آند قرار گرفته است. در اين قسمت در اثر تخليه الكتريكي درون گاز ذرات كاتدي ( الكترون ) بوجود آمده بطرف قطب مثبت حركت مي كنند و با سرعت معيني از منفذي كه روي آند تعبيه شده گذشته وارد قسمت دوم مي شود. اگر بار الكتريكي q  تحت تاثير يك ميدان الكتريكي بشدت E  قرار گيرد، نيروييكه از طرف ميدان بر اين بار الكتريكي وارد مي شود برابر است با:      

F= q.E

 

ادامه نوشته

کربوهیدرات ها

کربوهیدراتها دسته‌ای از ترکیبات شیمیایی طبیعی بسیار مهم از مواد تشکیل دهنده گیاهان ، گلها ، سبزیجات و درختان هستند. به علاوه کربوهیدراتها به عنوان سیستم منبع ذخیره انرژی عمل می‌کنند، آنها به آب ، کربن دی‌اکسید و گرما یا سایر انواع انرژی متابولیزه می‌شوند.

کربوهیدراتها ، منبع مهم غذایی

بدین ترتیب کربوهیدراتها ، منبع مهم غذایی‌اند. کربوهیدراتها همچنین به عنوان واحدهای سازنده چربیها و نوکلئیک اسیدها عمل می‌کنند. سلولز ، نشاسته و قند معمولی ، کربوهیدرات می‌باشند. از آنجا که این ترکیبات چندین گروه عاملی دارند به چند عاملی موسومند. مانند گلوکز و بسیاری از اجزا سازنده ساده ، کربوهیدراتهای پیچیده دارای فرمول عمومی هستند.

نام و ساختار کربوهیدراتها

ساده‌ترین کربوهیدراتها ، قندها یا ساکاریدها هستند. با افزایش طول زنجیر ، تعداد کربنهای با مراکز فضایی افزایش می‌یابند و بدین ترتیب تعداد زیادی دیاسترومر امکانپذیر می‌شوند. خوشبختانه برای شیمیدانها عمدتا یکی از چند انانیتومر امکانپذیر ، اهمیت دارد. قندها ترکیبات پلی هیدروکسی کربونیل‌اند، از این رو می‌توانند همی استالهای حلقوی پایداری ایجاد کنند ، بدین ترتیب ساختارهای اضافی و تنوع شیمیایی برای این ترکیبات پدید می‌آید.

طبقه بندی قندها

کربوهیدراتها نام عمومی قندهای منومری (منوساکاریدها) ، دی‌مری (دی‌ساکاریدها) ، تریمری (تری‌ساکاریدها) ، الیگومری (الیگوساکاریدها) و پلیمری (پلی‌ساکاریدها) بدست آمده از قند (ساکاروم ، لاتین قند) می‌باشند. یک منوساکارید یا قند ساده ، یک آلدئید یا کتونی با حداقل دو گروه هیدروکسیل است. بدین ترتیب دو عضو ساده این طبقه از ترکیبات ، 2 و 3 - دی هیدروکسی پروپانال (گلیسرآلدئید) ، 1 و 3 - دی هیدروکسی پروپانون (1 و 3 - دی هیدروکسی استون) می‌باشند.

قندهای پیچیده از اتصال قندهای ساده همراه با حذف آب بدست می‌آیند. قندهای آلدئیدی بصورت آلدوزها طبقه بندی می‌شوند. آنهایی که عامل کتونی دارند، کتوز خوانده می‌شوند. بر اساس طول زنجیر ، قندها ، تریوز (3 کربنی) ، تتروز (4 کربنی) ، پنتوز (5 کربنی) ، هگزوز (6 کربنی) و غیره نامیده می‌شوند. از اینرو ، 2 و 3 - دی هیدروکسی پروپانول (گلیسرآلدئید) یک آلدوتریوز است. در حالی که 1 و 3 - دی هیدروکسی پروپانون یک کتوتریوز می‌باشد.

گلوکز

گلوکز ، قند خون یا قند انگور (گلایکیس ، در فرهنگ یونانی به معنی شیرین) که به دکستروز موسوم است، یک پنتاهیدروکسی هگزانال بوده ، از اینرو در خانواده آلدوزهگزوزها جای دارد. گلوکز بصورت طبیعی در بسیاری از میوه‌ها و گیاهان با غلظتی در گستره %0.08 تا 0.1% در خون انسان وجود دارد.

فروکتوز

ایزومر کتوهگزوزی گلوکز ، فروکتوز است. فروکتوز شیرین‌ترین قند طبیعی است (برخی از قندهای سنتزی شیرین‌ترند). فروکتوز نیز در بسیاری از میوه‌ها (فروکتوز در فرهنگ لاتین به معنی میوه) و در عسل وجود دارد.

ریبوز

قند طبیعی مهم دیگر آلدوپنتزو ریبوز است. این قند واحد ساختاری ریبونوکلئیک اسیدها می‌باشد. فرمول ساده یا تجربی برای همه قندها می‌باشد. این فرمول ، هم ارز فرمول هیدرات کربن است. این یکی از دلایلی است که به این دسته از ترکیبات کربوهیدرات گفته می‌شود.

دی‌ساکاریدها و پلی‌ساکاریدها

دی‌ساکارید از تشکیل دو مونوساکارید از طریق تشکیل یک پل اتری (معمول استال) بدست می‌آید. هیدرولیز دی‌ساکاریدها ، منوساکاریدها را دوباره بدست می‌دهد. تشکیل اتر بین یک منو و یک دی‌ساکارید یک تری‌ساکارید ایجاد می‌کند و تکرار این فرآیند نهایتا به تولید یک پلیمر طبیعی (پلی‌ساکارید) منجر می‌شود. چنین کربوهیدراتهای پلیمری ، تشکیل‌دهنده اسکلت اصلی سلولز و نشاسته هستند.

فعالیت نوری قندها

به استثناء 1 و 3 - دی‌هیدروکسی- پروپانون ، همه قندهایی که تاکنون ذکر شده‌اند، حداقل حاوی یک مرکز فضایی‌اند. ساده‌ترین قند کایرال ، 3 و 2 - دی‌هیدروکسی پروپانون (گلیسرآلدئید) با یک کربن نامتقارن است. فرم راست‌بر آن R است، به صورتی که در طرحهای فیشر مولکول نشان داده می‌شود، انانتیومر چپ‌بر آن ، S می‌باشد.

گر چه نامگذاری S و R برای نامیدن قندها کاملا رضایت بخش است، اما سیستم نامگذاری قدیمی هنوز بکار گرفته می‌شود. این سیستم نامگذاری ، قبل از تدوین پیکربندی مطلق قندها متداول بوده ، همه قندها را به 2 و 3 - دی‌هیدروکسی پروپانال (گلیسرآلدئید) مرتبط می‌سازد. در این روش بجای استفاده از S و R از پیشوند D برای انانتیومر (+) وL برای انانتیومر (-) گلیسرآلدئید استفاده می‌شود.

قندها ، تشکیل‌دهنده همی‌استالهای درون مولکولی

قندها ترکیبات هیدروکسی کربونیل‌اند و بایستی قادر به تشکیل درون مولکولی همی استال باشند. در واقع گلوکز و سایر هگزوزها و پنتوزها به صورت مخلوط در حال تعادل با ایزومرهای حلقوی همی‌استال خود هستند. در این مخلوط در حال تعادل ، ایزومر حلقوی همی‌استال برتر است. در اصل هر یک از پنج گروه هیدروکسی می‌توانند به گروه کربونیل آلدئید افزوده شوند. اما گرچه حلقه‌های پنج ضلعی نیز شناخته شده هستند، حلقه‌های شش ضلعی معمولا محصول برتر می‌باشند.

گسستگی اکسایشی قندها

واکنشگری که باعث شکستن پیوند C-C می‌شود، پریدیک اسید (HIO₄) است. این ترکیب دی‌الهای مجاور را اکسایش کرده ، ترکیبات کربونیل ایجاد می‌شوند. از آنجا که اغلب قندها چندین دی‌ال مجاور دارند، اکسایش با HIO₄مخلوط پیچیده‌ای ایجاد می‌کند. مقدار کافی از اکسنده ، زنجیر قند را بطور کامل به ترکیبات یک کربنی تبدیل می‌کند.

از این روش برای شناسایی ساختار قندها استفاده می‌شود. مثلا از مجاورت گلوکز با 5 اکی والان HIO₄، پنج اکی والان فرمی اسید و 1 اکی والان فرمالدئید بدست می‌آیند. در اکسایش فروکتوز ایزومری نیز همان مقدار عامل اکسنده مصرف شده، اما محصولات ، 3 اکی والان اسید ، 2 اکی والان آلدئید و یک اکی والان دی‌اکسید هستند.

پیوند هیدروژنی

مقدمه

وقتی اتم هیدروژن به دو یا چند اتم دیگر پیوند شده باشد، یک پیوند هیدروژنی وجود دارد. این تعریف اشاره بر این دارد که پیوند هیدروژنی نمی‌تواند یک پیوند کووالانسی عادی باشد، زیرا اتم هیدروژن تنها یک اوربیتال (1S) در سطح انرژی به قدر کافی پایین دارد که درگیر تشکیل پیوند کووالانسی شود.

جاذبه بین مولکولی و پیوند هیدروژنی

جاذبه بین مولکولی در برخی از ترکیبات هیدروژن‌دار بطور غیر عادی قوی است. این جاذبه در ترکیباتی مشاهده می‌شود که در آنها بین هیدروژن و عناصری که اندازه کوچک و الکترونگاتیوی زیاد دارند، پیوند هیدروژنی وجود دارد. در این ترکیبات ، اتم عنصر الکترونگاتیو چنان جاذبه شدیدی بر الکترونهای پیوندی اعمال می‌کند که در نتیجه آن ، هیدروژن دارای بار مثبت قابل ملاحظه ⁺δ می‌گردد. هیدروژن در این حالت ، تقریبا به صورت یک پروتون بی‌حفاظ است، زیرا این عنصر فاقد الکترون پوششی است. اتم هیدروژن یک مولکول و زوج الکترون غیر مشترک مولکول دیگر ، متقابلا همدیگر را جذب می‌کنند و پیوندی تشکیل می‌شود که به پیوند هیدروژنی مرسوم است. هر اتم هیدروژن قادر است تنها یک پیوند هیدروژنی تشکیل دهد.

نقطه جوش و پیوند هیدروژنی

ترکیباتی که پیوند هیدروژنی دارند، خواص غیر عادی از خود نشان می‌دهند. تغییرات نقاط جوش در مجموعه ترکیبات SnH₄ , GeH₄ , SiH₄ , CH₄ مطابق روال پیش بینی شده برای ترکیبات است نیروهای بین مولکولی آنها منحصر به نبروهای لاندن است. نقطه جوش در این مجموعه با افزایش اندازه مولکولی ، زیاد می‌شود. ترکیبات هیدروژنی عناصر گروه چهار اصلی ، مولکولهای ناقطبی هستند. اتم مرکزی هر مولکول فاقد زوج الکترون غیر مشترک است. در گروههای پنج ، شش و هفت اصلی نیروهای دو قطبی - دوقطبی به نیروهای لاندن در چسباندن مولکولها به یکدیگر کمک می‌کند. ولی نقطه جوش نخستین عنصر هر مجموعه (NH₃,H₂O , HF) بطور غیر عادی بالاتر از نقاط جوش سایر اعضای آن مجموعه است. پیوند هیدروژنی در هر یک از این سه ترکیب ، جدا شدن مولکولها را از مایع مشکلتر می‌کند.

سایر خواص غیر عادی مربوط به پیوند هیدروژنی

ترکیباتی که مولکولهای آنها از طریق پیوند هیدروژنی به همدیگر پیوسته‌اند، علاوه بر دارا بودن نقاط جوش بالا ، بطور غیرعادی در دمای بالا ذوب می‌شوند و آنتالپی تبخیر ، آنتالپی ذوب و گرانروی آنها زیاد است.

شروط تشکیل پیوند هیدروژنی قوی

·         مولکولی که پروتون را برای تشکیل پیوند هیدروژنی در اختیار می‌گذارد (مولکول پروتون دهنده) باید چنان قطبیتی داشته باشد که بار ⁺δ اتم هیدروژن نسبتا زیاد باشد. افزایش قدرت پیوند هیدروژنی به ترتیب N-H.....N

·         اتم مولکول پروتون گیرنده که زوج الکترون لازم برای تشکیل پیوند هیدروژنی را در اختیار می‌گذارد، باید نسبتا کوچک باشد. پیوند هیدروژنی واقعا موثر یا قوی فقط در ترکیبات فلوئور ، اکسیژن و نیتروژن تشکیل می‌شوند. ترکیبات کلر پیوند هیدروژنی ضعیف تشکیل می‌دهند و این خصلت ، با توجه به تغییر جزئی نقطه جوش HCl پیداست. الکترونگاتیوی کلر تقریبا با نیتروژن برابر است. ولی چون اتم کلر بزرگتر از اتم نیتروژن است، پراکندگی ابر الکترونی در اتم کلر بیش از اتم نیتروژن می‌باشد.

مقایسه پیوند هیدروژنی در آب و هیدروژن فلوئورید

تاثیر پیوند هیدروژنی به نقطه جوش آب بیش از هیدروژن فلوئورید است. اگر چه قدرت پیوند O−H…O در حدود 2.3 قدرت پیوند F_H…F است، ولی تاثیر فوق مشاهده می‌شود. بطور متوسط ، تعداد پیوندهای هیدروژنی به ازای هر مولکول در H₂O دو برابر آن در HF است. اتم اکسیژن در هر مولکول آب ، با دو اتم هیدروژن پیوند دارد و دارای دو زوج الکترون آزاد غیر مشترک است. اتم فلوئور در مولکول هیدروژن فلوئورید ، سه زوج الکترون آزاد دارد که می‌توانند با اتمهای هیدروژن پیوند تشکیل دهند ولی فقط دارای یک اتم هیدروژن است که می‌تواند با ان پیوند هیدروژنی تشکیل دهد.

پیوند هیدروژنی و بلور یخ

پیوند هیدروژنی در آب به مقدار خیلی زیاد بر روی سایر خواص آن نیز تاثیر می‌گذارد. آرایش چهار وجهی اتمهای هیدروژن و زوج الکترونهای غیر مشترک اکسیژن در آب ، سبب می‌شوند که پیوندهای هیدروژنی بلور یخ دارای چنین آرایشی باشد و منبع به ساختار گشوده بلور یخ می‌شوند. به همین علت چگالی یخ نسبتا کم است. در نقطه انجماد آب ، مولکولها به هم نزدیکترند و به همین علت و بطور غیر متعارف چگالی آب بیشتر از چگالی یخ است. باید توجه داشت که مولکولهای H₂O در حالت مایع توسط پیوندهای هیدروژنی به هم پیوسته‌اند ولی میزان این پیوستگی و استحکام آن در حالت مایع کمتر از جامد (یخ) است.

پیوند هیدروژنی و انحلال پذیری ترکیبات مختلف

با توجه به پیوند هیدروژنی می‌توان انحلال پذیری غیر منتظره برخی ترکیبات حاوی اکسیژن ، نیتروژن و فلوئور را در برخی حلالهای هیدروژن‌دار بویژه آب ، توجیه کرد. مثلا آمونیاک (NH₃) و متانول (CH₃OH) با تشکیل پیوندهای هیدروژنی در آب حل می‌شوند. علاوه بر این ، برخی آنیونهای اکسیژن‌دار (مانند یون سولفات ، ₄²⁺SO) ، با تشکیل پیوند هیدروژنی در آب حل می‌شوند.

نقش پیوند هیدروژنی در سیستمهای زنده

پیوند هیدروژنی در تعیین ساختار و خواص مولکولهای سیستمهای زنده نقش اساسی دارد. اجزای مارپیچ آلفا در ساختار پروتئینها و اجزای مارپیچ دوگانه در ساختمان DNA توسط پیوند هیدروژنی به هم می‌پیوندند تشکیل و گسسته شدن پیوندهای هیدروژنی در تقسیم یاخته و سنتز پروتئینهای آن دارای اهمیت اساسی است.

کشش سطحی

حتما تاکنون ایستادن حشرات را در سطح آب رودخانه‌ها دیده‌اید. علت این امر و پیوند هیدروژنی بین مولکولهای آب سطح رودخانه و ایجاد کشش سطحی و در نتیجه یک لایه به هم پیوسته و تور مانند در سطح آب است که وزن پاهای نازک حشرات را می‌تواند تحمل کند.