Задание 52.

1.     Концепция  возникновения  жизни на  Земле.

Сторонники теории биогенеза (от греч. «био» — жизнь и «ге­незис»— происхождение) полагали, что все живое происходит только от живого. Великий Аристотель (IV в. до н. э.)  не сомневался   в самозарождении  лягушек, мышей.  В III в. н. э. философ   Плотин (ярко выраженный  идеалист)  говорил  о  самозарождении живых  существ  из  земли в  процессе гниения. Их противники защищали теорию абиогенеза («а» — лат. отрицательная приставка); они считали возможным происхождение живого из неживого.

Многие ученые средневековья допускали возможность самозарождения жизни. В XVII в. голландский ученый Я.Б. Ван-Гельмонт составлял рецепты получения мышей из пшеницы и загрязненного потом белья. В. Гарвей, Р.Декарт, Г.Галилей, Ж.Б. Ламарк, Г. Ге­гель тоже придерживались мысли о постоянно осуществляю­щемся самопроизвольном зарождении живого из неживого.   По их мнению, рыбы могли зарождаться из ила, черви из почвы, мыши из грязи, мухи из мяса и т. д.

Против теории самозарождения в XVII в. выступил флорентийский врач Франческо Реди. Положив мясо в закрытый гор­шок, Ф. Реди показал, что в гнилом мясе личинки мясной мухи не самозарождаются. Сторонники теории самозарождения не сдавались, они утверждали, что самозарождение личинок не произошло по той лишь причине, что в закрытый горшок не по­ступал воздух. Тогда Ф. Реди поместил кусочки мяса в несколь­ко глубоких сосудов. Часть из них он оставил открытыми, а часть прикрыл кисеей. Через некоторое время в открытых со­судах мясо кишело личинками мух, тогда как в сосудах, прикры­тых кисеей, в гнилом мясе никаких личинок не было.

В XVIII в. теорию самозарождения жизни продолжал защи­щать немецкий математик и философ Лейбниц. Он и его сторон­ники утверждали, что в живых организмах существует особая «жизненная сила». По мнению виталистов (от лат. «вита» — жизнь), «жизненная сила» присутствует всюду. Достаточно лишь вдохнуть ее, и неживое станет живым.

Микроскоп открыл людям микромир. Наблюдения показыва­ли, что в плотно закрытой колбе с мясным бульоном или сенным настоем через некоторое время обнаруживаются микроорганиз­мы. Но стоило прокипятить мясной бульон в течение часа и за­паять горлышко, как в запаянной колбе ничего не возникало. Виталисты выдвинули предположение, что длительное кипяче­ние убивает «жизненную силу», которая не может проникнуть в запаянную колбу.

Споры между сторонниками абиогенеза и биогенеза продол­жались и в XIX в. Даже Ламарк в 1809 г. писал о возможности самозарождения грибков.

С появлением книги Дарвина «Проис­хождение видов» вновь встал вопрос о том, как же все-таки возникла жизнь на Земле. Французская Академия наук в 1859 г. назначила специальную премию за попытку осветить по-новому вопрос о самопроизвольном зарождении. Эту премию в 1862 г. получил знаменитый французский ученый Луи Пастер.

Луи Пастер провел эксперимент, соперничавший по простоте со знаменитым опытом Реди. Он кипятил в колбе различные пи­тательные среды, в которых могли развиваться микроорганизмы. При длительном кипячении в колбе погибали не только микроор­ганизмы, но и их споры. Помня об утверждении виталистов, что мифическая «жизненная сила» не может проникнуть в запаян­ную колбу, Пастер присоединил к ней S-образную трубку со сво­бодным концом. Споры микроорганизмов оседали на поверхности тонкой изогнутой трубки и не могли проникнуть в питательную среду. Хорошо прокипяченная питательная среда оставалась стерильной, в ней не наблюдалось самозарождения микроорганизмов, хотя доступ воздуха (а с ним и пресловутой «жизненной силы») был обеспечен.

Пастер своими опытами доказал невозможность самопроиз­вольного зарождения жизни. Представлениям о «жизненной си­ле»— витализму был нанесен сокрушительный удар.

Эксперимент Па­стера продемонстрировал невозможность самопроизвольного за­рождения жизни в настоящее время. Вопрос о возникновении жизни на нашей планете долгое время еще оставался открытым.

Существует также точка зрения, что жизнь возникла чисто случайно и совершенно внезапно. Американский генетик Г. Меллер (лауреат Нобелевской пре­мии) допускает, что живая молекула, способная размножаться, могла возникнуть вдруг, случайно в результате взаимодействия простейших веществ. Он считает, что элементарная еди­ница наследственности — ген — является и основой жизни. И жизнь в форме гена, по его мнению, возникла путем слу­чайного сочетания атомных группировок и молекул, существо­вавших в водах первичного океана. Но подсчеты показывают невероятность такого события. Трудно рассчитывать получить одну молекулу РНК вируса табачной мозаики за 109 лет даже в том случае, если бы весь Космос представлял собой реагирующую смесь нуклеотидов, входящих в РНК. Большинство уче­ных отказалось от такого предположения.

Ф. Энгельс одним из первых высказал мысль, что жизнь возникла не внезапно, а сформировалась в ходе длительной эволюции материи. Эволюционная идея положена в основу гипотезы сложного, многоступенчатого пути развития материи, предшествовавшего зарождению жизни на Земле, выдвинутой А.И. Опариным в 1924 г. и английским исследователем Дж. Холдейном в 1929 г.

В 1924 г. известный биохимик А. И. Опарин высказал пред­положение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4—4,5 млрд. лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть про­стейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Предсказание академика Опарина оправдалось. В 1955 г. американский исследователь С. Миллер, пропуская электрические разряды напряжением до 60 000 В через смесь СН4, NH3, H2 и паров Н2О под давлением в несколько паскалей при температуре 80 °С, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько амино­кислот, в том числе глицин и аланин. А аминокислоты  в  свою  очередь являются  веществом, из которого построены молекулы белков. Поэтому экспериментальное доказательство возможности образования аминокислот из неорганических соеди­нений — чрезвычайно важное указание на то, что первым шагом на пути возникновения жизни на Земле был абиогенный (небио­логический) синтез органических веществ.

Наиболее существенная черта гипо­тезы А. И. Опарина — постепенное усложнение химической структуры и морфологического облика предшественников жизни (пробионтов) на пути к живым организмам.

Большое количество данных говорит о том, что средой воз­никновения жизни могли быть прибрежные районы морей и оке­анов. Здесь, на стыке моря, суши и воздуха, создавались благо­приятные условия для образования сложных органических со­единений. Например, растворы некоторых органических веществ (сахаров, спиртов) обладают большой устойчивостью и могут су­ществовать неограниченно долгое время. В концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот могут образовываться сгустки подобно водным растворам желатина. Такие сгустки на­зывают коацерватными каплями или коацерватами. Коацерваты способны адсорбировать различные вещества. Из рас­твора в них поступают химические соединения, которые преобра­зуются в результате реакций, происходящих в коацерватных каплях, и выделяются в окружающую среду.

Коацерваты — это еще не живые существа. Они проявляют лишь внешнее сходство с такими признаками живых организмов, как рост и обмен веществ с окружающей средой. Поэтому воз­никновение коацерватов рассматривают как стадию развития   преджизни.

Коацерваты претерпели очень длительный отбор на устойчивость структуры. Устойчивость была достигнута вследствие со­здания ферментов, контролирующих синтез тех или иных соеди­нений. Наиболее важным этапом в происхождении жизни было возникновение механизма воспроизведения себе подобных и на­следования свойств предыдущих поколений. Это стало возмож­ным благодаря образованию сложных комплексов нуклеиновых кислот и белков. Нуклеиновые кислоты, способные к самовос­произведению, стали контролировать синтез белков, определяя в них порядок аминокислот. А белки-ферменты осуществляли процесс создания новых копий нуклеиновых кислот. Так возник­ло главное свойство, характерное для жизни,— способность к воспроизведению подобных себе молекул.

Живые существа представляют собой так называемые от­крытые системы, т. е. системы, в которые энергия поступает из­вне. Без поступления энергии жизнь существовать не может. По способам потребления энергии  ор­ганизмы делятся на две большие группы: автотрофные и гетеро­трофные. Автотрофные организмы прямо используют солнечную энергию в процессе фотосинтеза (зеленые растения), гетеротрофные используют энергию, которая выделяется при распаде орга­нических веществ.

Очевидно, первые организмы были гетеротрофами, получаю­щими энергию путем бескислородного расщепления органиче­ских соединений. На заре жизни в атмосфере Земли не было сво­бодного кислорода. Возникновение атмосферы современного хи­мического состава теснейшим образом связано с развитием жиз­ни. Появление организмов, способных к фотосинтезу, привело к выделению в атмосферу и воду кислорода. В его присутствии стало возможным кислородное расщепление органических веществ, при котором получается во много раз больше энергии, чем при бескислородном.

С момента возникновения жизни геологическая и геохимиче­ская история Земли неотделима от биологических процессов. Их изучением занимается специальная наука — биогеохимия, со­зданная в основном трудами нашего выдающегося соотечествен­ника академика В. И. Вернадского.

Про­цесс возникновения живых организмов из простых органических соединений был крайне длительным. Чтобы на Земле зароди­лась жизнь, понадобился длившийся много миллионов лет эво­люционный процесс, в течение которого сложные молекулярные структуры, прежде всего нуклеиновые кислоты и белки, прошли отбор на устойчивость, на способность к воспроизведению себе подобных.

Если сейчас на Земле где-нибудь в районах интенсивной вул­канической деятельности и могут возникнуть достаточно слож­ные органические соединения, то вероятность сколько-нибудь продолжительного существования этих соединений ничтожна. Они немедленно будут окислены или использованы гетеротроф­ными организмами. Это прекрасно понимал еще Ч. Дарвин: в 1871 г. он писал: «Но если бы сейчас... в каком-либо теплом во­доеме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества и т. п., хи­мически образовался белок, способный к дальнейшим, все более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено или поглощено, что было невозможно в период до возникновения живых существ».

Жизнь возникла на земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхож­дение). Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.


2. Основные  способы  получения аминов.  В  каких сложных  органических  соединениях  встречаются  аминогруппы.  Биологическая  особенность этих веществ.

Замещение в аммиаке атомов водорода углеводородными остатка­ми приводит к соединениям, называемым аминами.

Алифатические амины были открыты А. Вюрцем в 1849 г. в ре­зультате случайного воспламенения их паров, выделившихся при взаимодействии калиевых солей серной и циановой кислот. Группа, характеризующая этот класс соединений, называется аминогруппой Число аминогрупп в молекуле определяет принадлежность соедине­ния к моно-, ди- или полиаминам. По количеству замещенных атомов водорода различают первичные, вторичные и третичные амины:

CH3-N-H                                CH3-N-CH3                      CH3-N-CH3

        H                                                H                               CH3

Метиламин                                       Диметиламин                       Триметиламин                     

Способы получения.

1. Восстановление азотсодержащих со­единений.

 а) Восстановление нитроалканов удобно проводить в при­сутствии никелевого катализатора в метаноле при 40—50°С и дав­лении 6-103—10* 103Па. При этом нитроалканы (например, нитрометан, нитроэтан, нитропропаны) с выходами 92—98% превращаются  в  амины: 

                      3H2(Ni)

CH3-CH-CH3                                CH3-CH-CH3

         NO2          -2H2O            NH2

2-Нитропропан                       2-Аминопропан


Восстановление ннтроалканов в кислой среде сопровождается образованием алифатических карбоновых кислот, а в щелочной среде приводит к получению промежуточных продуктов восстанов­ления, ннтроэосоедннений и оксимов:

                                                   «Н»

CH3-(CH2)8-CH-CH3-CH3

                    NO            (CH3-CH2OH+Na)

            3-Нитрододекан                      -H2O

                                               Изомеризация

     CH3-(CH2)8-CH-CH3-CH3

                              NO                       

  3-Нитрозододекан

        CH3-(CH2)8-C-CH2-CH3

                                NOH                 

Оксим 3-дедодекан

б) Амины получаются и при восстановлении нитрилов водородом в присутствии катализаторов (никеля) в органических растворителях или натрием в спиртовом растворе:

                         2H2(Ni)

CH3-CH2-CºN                   CH3-CH2-CH2NH2

Пропионитрил                         Пропиламин

2. Аминирование галогеноалканов в спиртовом растворе при на­гревании под давлением (А. Гофман, 1849 г.) приводит к образова­нию смеси аминов. Реакция проходит через стадию присоединения алкилыюй группы к азоту за счет неподеленной пары электронов и образования производного алкиламмония.

Йодистый метиламмоний под влиянием избытка аммиака разла­гается на метиламин и иод ид аммония. Последовательное частичное алкплирование метиламина приводит к ди- и триметиламинам; реак­ция может завершиться образованием йодистого тетраметиламмония.

При избытке аммиака получают смеси аминов с преобладанием  первичных.

3. Аминирование    спиртов осуществляют, пропуская смесь их паров и аммиака над катализатором (например, оксидом кальция):

                   NH3                                       CH3-CH2OH

CH3-CH2OH            CH3-CH2NH2                            (CH3-CH2)2NH

                   -H2O                              -H2O

                               Этиламин                                         Диэтиламин            

CH3-CH2OH

                                (CH3-CH2)2N

-H2O

                             Триэтиламин

 

Оба приведенных выше способа имеют препаративное значение лишь в тех случаях, когда образующиеся амины различаются по тем­пературам кипения и могут быть разделены разгонкой.

4. Первичные амины (особенно трудно получаемые другими мето­дами) синтезируются из амидов кислот бронированием их в щелоч­ной среде (А. Гофман, 1881 г.). Образующийся N-бромацетамнд че­рез стадию сопряженного аниона перегруппировывается в изоцианат, который гидролизуется до амина и оксида углерода (IV). Установле­но, что центральная стадия процесса — перегруппировка — проте­кает синхронно с одновременным разрывом связей С—С и N—Вr:

                   Br2,NaOH                     H             +OH

CH3-C-NH2                                   CH3-C-N                                  

         O                                        O  Br        -H(-H2O)

Аксид кислоты                      N-бромоцетамид

                                    Перегруппировка                                        -H2O

            çCH3-C-N-Brç                                        OH=C=N-CH3

                       O                     -Br                Изоцианат                    

Сопряженный  анион                                                        


                        CH3NH2+CO2

 

 

 



















Продукты, получаемые на  основе анилина


Красители

 

Фенилдиазонийхлорид

C6H5-N2Cl

 
           диазотиро-

                 вание

 

 

 

Циклогексиламин


                         NH2

 
                      

                   гидриро-

                    зование

Фениламиноуксусная   кислота

                                  

                 - NH-CH2COOH                                           

 
 

 

 

 

Индиго

 
                  ClH2COOH

 

 

 

 

Анилиноформальдегидные смолы

 
                  формальдегид

Красители

 

Сульфамидные

лекарственные средства

 
 

 




            сульфиро-

   вание

Анилин

C6H5NH2

 

Ацетанилид

     

            -NH-COOH3

 

n-Нитроанилин


   O2N -         - NH2

 
 




  ацилирование


           

Диметиланилин


  -   N(CH3)2

 
 


          алкилирование

 










Список литературы:


 

1. Перекалин В.В., Зонис С. А. Органическая  химия. М.: «Просвещение», 1977, 622с.

2. Потапов В.М., Татаринчин С.Н.. Органическая  химия: М.:Химия, 1980г – 464с.

3. Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания: Гуманит. изд , ВЛАДОС, 2001, -232с