สารชีวโมเลก ุล · PDF file · 2013-07-15สารชีวโมเลก ... ตัวหนึ่ง และมีน้ําเป นผลิตภัณฑ

โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2010 ____________________________________ PAT2 ความถนัดทางวิทยาศาสตร เคมี (1)

สารชีวโมเลกุล สารประกอบชีวโมเลกุล คือ สารประกอบอินทรียตามธรรมชาติท่ีมีอยูในกระบวนการเมตาบอลิซึมของส่ิงมีชีวิต โดยรางกายนั้นไดรับจากการรับประทานอาหารประเภทตางๆ เชน ไขมัน โปรตีน คารโบไฮเดรต วิตามิน เกลือแร และเมื่อถูกยอยแลวรางกายจะนําไปใชประโยชนได สามารถแบงออกเปนประเภทดังตอไปน้ี - โปรตีน เปนพอลิเมอรของกรดอะมิโนตางๆ ซึ่งเชื่อมตอกันดวยพันธะเพปไทด - คารโบไฮเดรต เปนสารประกอบพวกมอนอเมอรหรือไดเมอร/โอลิโกเมอร/พอลิเมอรของนํ้าตาลชนิด polyhydroxy aldehyde หรือ polyhydroxy ketone - ลิพิด เปนสารชีวโมเลกุลกลุมใหญ ประกอบดวยไขมันและน้ํามัน และไมละลายน้ํา - กรดนิวคลีอิก (nucleic acids) มีอยู 2 ประเภท คือ ribonucleic acid หรือ RNA และ deoxyribonucleic acid หรือ DNA เปนพอลิเมอรของนิวคลีโอไทดตอเชื่อมกันดวยพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร กรดอะมิโนและพันธะเพปไทด โปรตีนเปนสารอินทรียท่ีมีความจําเปนตอเซลล พบในอาหารประเภทเนื้อสัตว นม ไข ถั่ว งา และธัญพืช เมื่อนําโปรตีนมาวิเคราะหหาธาตุองคประกอบ พบวาจะประกอบดวยธาตุคารบอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และไนโตรเจนเปนองคประกอบหลัก นอกจากนี้ยังพบธาตุชนิดอื่นๆ เชน กํามะถัน ฟอสฟอรัส เหล็ก สังกะสี ทองแดง เปนตน โปรตีนทุกชนิดจะมีกรดอะมิโนเปนองคประกอบ กรดอะมิโนเหลานี้จะเชื่อมตอกันดวยพันธะเอไมด หรือท่ีเรียกกันเฉพาะวา พันธะเพปไทด ซึ่งเปนพันธะโคเวเลนตท่ีเกิดขึ้นระหวางหมูคารบอกซิลของกรดอะมิโนตัวหนึ่งกับหมูอะมิโนของกรดอะมิโนอีกตัวหนึ่ง และมีนํ้าเปนผลิตภัณฑพลอยได 1 โมเลกุล เพปไทดท่ีประกอบดวยกรดอะมิโน 2 หนวย เรียกวา ไดเพปไทด ถาประกอบดวยกรดอะมิโน 3 หนวย จะเรียกวา ไตรเพปไทด และถาประกอบดวยกรดอะมิโนจํานวนไมมากนัก เปนเพปไทดสายส้ันๆ จะเรียกวา โอลิโกเพปไทด และถามีจํานวนมาก จะเรียกวา พอลิเพปไทด

H2NHC CR

OOH H N

H HCR

CO

OH+ H2NHC CR

O HN

HCR

CO

OH

peptide bond

dipeptide

+ H2O

PAT2 ความถนัดทางวิทยาศาสตร เคมี (2) ___________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2010

โปรตีนเกิดจากการรวมกันของกรดอะมิโนจํานวนมากเกิดเปนพอลิเพปไทด ซึ่งจัดเปนพอลิเมอรตามธรรมชาติ ในรางกายของเราประกอบดวยโปรตีนหลากหลายชนิด ซึ่งโปรตีนแตละชนิดนั้นประกอบดวยกรดอะมิโนที่เปนพื้นฐานจํานวนทั้งหมด 20 ชนิด กรดอะมิโนบางชนิดตองไดรับจากภายนอกโดยการรับประทานเทานั้น รางกายสังเคราะหเองไมได เรียกวา กรดอะมิโนจําเปน (essential amino acid) ซึ่งไดแก เมไทโอนีน ทรีโอนีน ไลซีน วาลีน ลิวซีน ไอโซลิวซีน ฟนิลอะลานีน ทริปโตเฟน ฮีสทิดีน* และอารจีนีน* (สองชนิดหลังจําเปนในเด็กทารก) สวนกรดอะมิโนที่เหลือรางกายสามารถสังเคราะหได โดยกรดอะมิโนทั้ง 20 ชนิด จะมีโครงสรางพื้นฐานที่เหมือนกัน คือ ประกอบดวยหมูอะมิโน หมูคารบอกซิลท่ีตออยูบนคารบอนอะตอมเดียวกัน เรียกวา แอลฟา-คารบอน (α-carbon) โดยจะมีสวนที่แตกตางกันคือโซขาง หรือหมู R (R side chain) โดยหมูโซขางนั้นจะมีโครงสรางที่แตกตางกันดังนี้ ท้ังนี้สามารถแบงกลุมของหมูโซขางตามหมูฟงกชันที่แตกตางกันได เชน กลุมท่ีโซขางมีสมบัติเปนกรด ไดแก กรดกลูตามิก กรดแอสปาติก กลุมท่ีโซขางมีสมบัติเปนเบส ไดแก ไลซีน ฮีสทิดีน อารจีนีน กลุมท่ีโซขางเปนสารไมมีขั้ว ไดแก ไกลซีน อะลานีน วาลีน ลิวซีน ไอโซลิวซีน โปรลีน เปนตน

H2NC

O

OHH R

side chain

carboxyl groupamino group

α-carbon

CH2

C

C

C

O

ONH2

NH2 OHH

Asparagine (Asn)

CCO

NH2

CH2

OH

H

SH

Cysteine (Cys)

C

O

C

CH2

NH2 OH

H

OH

Tyrosine (Tyr)

CC

O

NH2

CH

CH3

CH3

OH

H

Valine (Val)

C

C

O

C

O

CH2

CH2

NH2

NH2 OHH

Glutamine (Gln)

CC

O

NH2

CH2

OH

OH

H

Serine (Ser)

C

O

CCH2

NH2

NNH

OH

H

Histidine (His)

CC

O

CH2

NH2

CHCH3CH3

OHH

Leucine (Leu)

C

O

CNH2

NH2

CH2

CH2

CH2

CH2

OH

H

Lysine (Lys)

C C

O

CHNH2

OH

CH3

OH

H

Threonine (Thr)

C

O

CCH2

NH2 OHH

NH

Tryptophan (Trp)

CC

O

NH2

CHCH2

CH3

OH

H

CH3

Isoleucine (Ile)

Aspartic acid (Asp)

OH

OH

NH2

O

O

C

C

C

CH2

H

C

ONH

OH

Proline (Pro)

C

C

NH

O

NH

C

NH2

NH2

CH2

CH2

CH2

OHH

Arginine (Arg)

C

O

NH2 C OH

H

H

Glycine (Gly)

C

C

OCH2

O

CH2

C OH

OH

NH2

H

Glutamic acid (Glu)

C

O

CNH2

S

CH2

CH2

CH3

OH

H

Methionine (Met)

CC

O

CH2

NH2 OH

H

Phenylalanine (Phe)

Alanine (Ala)

C

O

CNH2

CH3

OH

H


1. โครงสราง ชนิด และหนาที่ของโปรตีน โปรตีนสวนใหญท่ีพบในรางกายมักจะเปนโมเลกุลท่ีมีขนาดใหญ เปนพอลิเพปไทดท่ีประกอบดวยกรดอะมิโนหลายชนิดและมีจํานวนที่แตกตางกันตั้งแตหลักพันถึงหลักหมื่น โดยยึดเหนี่ยวกันไวดวยพันธะเพปไทดและยังมีพันธะชนิดอื่นๆ ทําใหโปรตีนนั้นมีโครงสรางในระดับท่ีแตกตางกันถึง 4 ระดับ ไดแก โครงสรางปฐมภูมิ (primary structure) เปนโครงสรางในระดับท่ีงายที่สุด เปนการแสดงการเรียงลําดับของกรดอะมิโนที่เชื่อมตอกันเปนสายยาวในโมเลกุลโปรตีน การเรียงลําดับของกรดอะมิโนในโปรตีนแตละชนิดจะมีความแตกตางกัน และมีความจําเพาะเจาะจง ในการเขียนการเรียงลําดับกรดอะมิโนตามหลักสากลจะเขียนแทนกรดอะมิโนดวยระบบสามตัวอักษรของกรดอะมิโนชนิดนั้นจากปลายเอ็น (N-terminal) ไปปลายซี (C-terminal) เพื่อปองกันความสับสน เชน ไดเพปไทดท่ีประกอบดวยกรดอะมิโน 2 ชนิด ไดแก อะลานีน และ ไกลซีน จะสามารถเขียนได 2 แบบ ซึ่งไดเพปไทด 2 ชนิดนี้จะเปนเพปไทดคนละชนิดกัน N-terminal C-terminal N-terminal C-terminal

H2N

HC CH

O HN

HCCH3

CO

OH

H2N

HC CCH3

O HN

HCH

CO

OH

Gly-Ala Ala-Gly

ไดเพปไทด 2 ชนิด ไดแก ไกลซีน-อะลานีน และอะลานีน-ไกลซีน โครงสรางทุติยภูมิ (secondary structure) เปนโครงสรางที่เกิดจากการขดหรือมวนหรือพับตัวของโครงสรางปฐมภูมิ เนื่องมาจากการเกิดพันธะไฮโดรเจนระหวางหมูคารบอกซิล (C O) ของกรดอะมิโนตัวหนึ่งกับหมูอะมิโน (N H) ของกรดอะมิโนอีกตัวหนึ่งในระยะถัดไป 4 หนวยในสายเพปไทดเดียวกัน เกิดโครงสรางในลักษณะบิดเปนเกลียวเหมือนขดสปริง ซึ่งเรียกวาเกลียวแอลฟา ถาพันธะไฮโดรเจนเกิดจากหมูคารบอกซิล (C O) ของกรดอะมิโนตัวหนึ่งกับหมูอะมิโน (N H) ของกรดอะมิโนอีกตัวหนึ่งระหวางสายเพปไทดท่ีอยูใกลกัน จะเกิดโครงสรางที่มีลักษณะเปนแผนพับงอ ซึ่งเรียกวา แผนพลีทเบตา ซึ่งสามารถเกิดซอนทับกันไปมาได โดยสามารถเกิดได 2 ลักษณะ คือ เกิดพันธะไฮโดรเจนระหวางสายเพปไทดท่ีหันไปทางเดียวกัน เรียกวา พาราเลล กับเกิดพันธะไฮโดรเจนระหวางสายเพปไทดท่ีหันไปทางตรงขามกัน เรียกวา แอนตี้พาราเลล ดังรูป

(ก) (ข) (ค)

โครงสราง (ก) เกลียวแอลฟา (ข) แผนเบตาแบบพาราเลล (ค) แผนเบตาแบบแอนตี้พาราเลล


โครงสรางตติยภูมิ (tertiary structure) เปนโครงสรางที่เกิดจากโครงสรางทุติยภูมิ เกิดการมวนเขาหากันและไขวกัน โดยมีแรงยึดเหนี่ยวหลายชนิดเกิดเปนรูปรางตางๆ ท่ีมีความจําเพาะในโปรตีนแตละชนิด โดยแรงยึดเหนี่ยวที่สําคัญ เชน พันธะไฮโดรเจน แรงระหวางประจุ พันธะไดซัลไฟด แรงลอนดอน แรงไดโพล-ไดโพล ซึ่งแรงเหลานี้จะยึดเหนี่ยวกันทําใหโครงสรางตติยภูมิอยูตัวได

แรงชนิดตาง ๆ ที่พบในโครงสรางตติยภูมิ

โครงสรางจตุรภูมิ (quaternary structure) เปนโครงสรางของโปรตีนขนาดใหญท่ีมีความซับซอนมาก เกิดจากการรวมตัวของโครงสรางตติยภูมิหนวยยอยชนิดเดียวกันหรือตางชนิดกัน โดยอาศัยแรงยึดเหนี่ยวเหมือนที่พบในโครงสรางตติยภูมิ และอาจจะมีโมเลกุลหรืออะตอมอ่ืนๆ อยูในโครงสรางดวย เชน ในโปรตีนฮีโมโกลบินที่มีรูปรางเปนทรงกลมมีอะตอมเหล็กเปนองคประกอบ หรือโปรตีนคอลลาเจนมีรูปรางเปนเกลียวเสนตรง โปรตีนแตละชนิดจะมีโครงสรางที่แตกตางกัน มีจํานวนและชนิดของกรดอะมิโนที่เปนองคประกอบแตกตางกัน และมีหนาที่ท่ีแตกตางกันดวย ซึ่งก็ขึ้นอยูกับโครงสราง 3 มิติของโปรตีนเหลานั้น เราสามารถแบงประเภทของโปรตีนออกไดเปนหลายประเภท เชน แบงตามองคประกอบ แบงตามรูปรางใน 3 มิติ การแบงโปรตีนตามองคประกอบสามารถแบงไดเปน 2 กลุม ไดแก โปรตีนอยางงาย ซึ่งจะมีเฉพาะกรดอะมิโนเปนองคประกอบเทานั้นกับโปรตีนเชิงซอน จะมีท้ังสวนที่เปนกรดอะมิโน และสวนที่ไมใชกรดอะมิโน (prosthetic group) เชน คารโบไฮเดรต ไขมัน กรดนิวคลีอิก เปนองคประกอบดวย ซึ่งจะพบอยูท่ัวๆ ไปและพบมากกวาโปรตีนอยางงาย สวนการแบงโปรตีนตามลักษณะการจัดตัวในโครงสราง 3 มิติ สามารถแบงออกเปน - โปรตีนทรงกลม (globular protein) โปรตีนเหลานี้เกิดจากการขดตัวและอัดแนน (coil) จนเปนกอนกลม สามารถละลายน้ําไดดี สวนใหญทําหนาที่เกี่ยวกับกระบวนการตางๆ ท่ีเกิดขึ้นภายในเซลล ตัวอยางเชน เอนไซม ฮอรโมนอินซูลิน ฮีโมโกลบิน โกลบูลิน เปนตน - โปรตีนเสนใย (fibrous protein) โปรตีนเหลานี้เกิดจากการพันกันของสายพอลิเพปไทดในลักษณะเปนสายยาวคลายเสนใย ละลายน้ําไดนอย หรือไมละลายน้ํา มีความแข็งแรง เหนียวและมีความยืดหยุนสูง สวนใหญทําหนาที่เปนโครงสรางในเนื้อเยื่อ เสนผม เล็บ กลามเนื้อ ตัวอยางเชน คอลลาเจนในเนื้อเยื่อไฟโบรอินในเสนไหม อิลาสตินในเอ็น เคราตินในเสนผม เปนตน นอกจากนี้ยังสามารถแบงชนิดของโปรตีนตามหนาที่ทางชีวภาพไดอีกดวยดังตาราง

ชนิดของโปรตีน หนาที่ ตัวอยาง

โปรตีนเรงปฏิกิริยา เรงปฏิกิริยาเชิงชีวภาพในส่ิงมีชีวิต เอนไซมอะไมเลส เอนไซมทริปซิน โปรตีนฮอรโมน ควบคุมกระบวนการตางๆ ในรางกาย อินซูลิน ฮอรโมนเจริญเติบโต โปรตีนขนสง ขนสงสารไปสูสวนตางๆ ของรางกาย ฮีโมโกลบิน ทรานสเฟอริน โปรตีนโครงสราง สรางความแข็งแรงใหกับอวัยวะตางๆ คอลลาเจน เคราติน อิลาสติน โปรตีนสะสม สะสมสารอาหารตางๆ เฟอริทิน เคซีน โปรตีนปองกัน ปกปองและกําจัดส่ิงแปลกปลอม แอนติบอดี


2. สมบัติบางประการของโปรตีน โปรตีนชนิดหนึ่งทําหนาที่เปนตัวเรงปฏิกิริยาทางชีวภาพในเซลลส่ิงมีชีวิต คือ เอนไซม ซึ่งเปนโปรตีนที่ชวยควบคุมการเกิดปฏิกิริยาเคมีภายในรางกาย โดยการลดพลังงานกอกัมมันต และทําใหอนุภาคของสารตั้งตนรวมกับเอนไซมไดอยางเหมาะสม ทําใหปฏิกิริยาเกิดไดเร็วขึ้น การทํางานของเอนไซมน้ันจะเรงปฏิกิริยาเฉพาะอยางใดอยางหนึ่งเทานั้น หมายความวาเอนไซมชนิดหนึ่งๆ จะเรงปฏิกิริยาชนิดหนึ่งใหเร็วขึ้น แตวาจะไมเรงปฏิกิริยาชนิดอื่นเลย แมวาจะเปนปฏิกิริยาที่คลายคลึงกันมากก็ตาม เชน เอนไซมซูเครสจะเรงปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของซูโครสใหกลายเปนกลูโคสและฟรุกโทส แตจะไมเรงปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของมอลโทสใหกลายเปนกลูโคส 2 โมเลกุล ดังนั้นจึงพบวามีเอนไซมหลายชนิดในเซลลของส่ิงมีชีวิต การทํางานของเอนไซมจะเร่ิมจากสารตั้งตนซึ่งในทางชีวเคมีจะเรียกวา สับสเตรต เขาจับกับเอนไซมและเกิดการเปลี่ยนแปลงไปจนกระทั่งปฏิกิริยาส้ินสุด ไดผลิตภัณฑและเอนไซมกลับคืนมา โดยในเอนไซมจะมีบริเวณเรง (active site) ซึ่งเปนบริเวณจําเพาะที่จะใหสับสเตรตเขามาจับกันไดพอดีกับเอนไซมเหมือนกับแมกุญแจกับลูกกุญแจ อยางไรก็ตามเอนไซมบางชนิดอาจมีบริเวณเรงมากกวาหนึ่งบริเวณได การแปลงสภาพของโปรตีน (denaturation of protein) โปรตีนแตละชนิดไมวาจะอยูในโครงสรางระดับใด ถาแรงยึดเหนี่ยวตางๆ ถูกทําลาย จะทําใหโครงสรางของโปรตีนเปล่ียนแปลงไป โดยเกิดการคลายตัวออก ทําใหโครงสรางในสามมิติของโปรตีนเปล่ียนแปลงไป และไมสามารถทําหนาที่ทางชีวภาพได เรียกวา การแปลงสภาพของโปรตีน โดยปจจัยตางๆ ท่ีมีผลตอการแปลงสภาพของโปรตีน เชน ความรอน pH ตัวทําละลาย ไอออนของโลหะบางชนิด เชน Pb2+, Hg2+, Ag+, Cd2+ เปนตน สําหรับการทดสอบโปรตีนนั้น โปรตีนทุกชนิดจะสามารถทําปฏิกิริยากับ CuSO4 ในสารละลาย NaOH ซึ่งเรียกวาสารละลายไบยูเรต ไดสารสีมวงหรือสีนํ้าเงินซึ่งเปนสีท่ีเกิดจากสารเชิงซอนระหวางพันธะเพปไทดและ Cu2+ ในขณะที่กรดอะมิโนนั้นจะไมทําปฏิกิริยานี้ คารโบไฮเดรต คารโบไฮเดรต คือ สารประเภทไฮเดรตของคารบอน สูตรทั่วไปคือ Cn(H2O)n แตในปจจุบันหมายถึงสารประเภท polyhydroxylated aldehyde หรือ ketone ประเภทของคารโบไฮเดรต

แบงเปนน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยว (monosaccharide) นํ้าตาลโมเลกุลคู (disaccharide) และน้ําตาลพอลิแซคคาไรด (polysaccharide) โดยในการแยกประเภทของคารโบไฮเดรตนั้นจะตองพิจารณา 3 ลักษณะที่สําคัญ คือ - พิจารณาวาเปนน้ําตาลแอลโดส (แอลดีไฮด) หรือคีโตส (คีโตน) - พิจารณาจํานวนคารบอนอะตอมวาเปน triose (C3) tetrose (C4) pentose (C5) หรือ hexose (C6) โดยน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยวที่ควรรูจัก ไดแก กลูโคส กาแล็กโทส และฟรุกโทส


โครงสรางประเภทวงของน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยว นํ้าตาลโมเลกุลเดี่ยวสามารถเกิดเปนโครงสรางแบบวงได โดยการทําปฏิกิริยาระหวางหมูแอลดีไฮด ( CHO) หรือคีโตน (C O) กับหมูไฮดรอกซี ( OH) ภายในโมเลกุล ซึ่งจะเกิดเปนโครงสราง 5 เหล่ียม (furanose) หรือ 6 เหล่ียม (pyranose) ดังภาพ

น้ําตาลโมเลกุลคู

เกิดจากการรวมตัวของน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยว 2 โมเลกุล โดยมีพันธะไกลโคซิดิกเชื่อมตอระหวางโมเลกุลท้ัง 2 ในทํานองเดียวกันก็สามารถถูกไฮโดรลิซิสไดนํ้าตาลโมเลกุลเดี่ยว 2 โมเลกุลเชนกัน นํ้าตาลโมเลกุลคูท่ีควรรูจัก ไดแก ซูโครส ท่ีเกิดจากกลูโคส + ฟรุกโทส แล็กโทสที่เกิดจากกาแล็กโตส + กลูโคส และมอลโทสที่เกิดจากกลูโคส + กลูโคส น้ําตาลพอลิแซคคาไรด เกิดจากการรวมกันของน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยวจํานวนมาก เชน แปง ไกลโคเจน และเซลลูโลส โดยทั้งแปง ไกลโคเจน และเซลลูโลสนั้นตางประกอบดวยกลูโคสทั้งหมด เพียงแตมีการสรางพันธะและความเปนโซตรง โซกิ่งที่แตกตางกันเทานั้นทั้งสามชนิดสามารถเกิดการไฮโดรลิซิสไดนํ้าตาลโมเลกุลเดี่ยวที่เปนกลูโคสจํานวนมาก โดยในการทดสอบแปงจะใหผลบวกกับสารละลายไอโอดีน ไดเปนสารประกอบเชิงซอนสีนํ้าเงิน เราสามารถทดสอบน้ําตาลไดโดยทดสอบกับสารละลายเบเนดิกต (สารละลายผสมระหวาง CuSO4, Na2CO3 และโซเดียมซิเตรต เปน Cu2+/OH- มีสีนํ้าเงิน) โดยน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยว และน้ําตาลโมเลกุลคูแล็กโทสกับมอลโทสที่สามารถทําปฏิกิริยากับสารละลายเบเนดิกตไดตะกอนสีแดงอิฐ ซึ่งจะเรียกน้ําตาลชนิดนี้วาน้ําตาลรีดิวซ (reducing sugar) สวนน้ําตาลโมเลกุลคู (ซูโครส) และน้ําตาลพอลิแซคคาไรดไมสามารถทําปฏิกิริยาได ยกเวนแตวาจะไฮโดรไลซิสใหไดเปนน้ําตาลโมเลกุลเดี่ยวกอน

สําหรับนํ้าตาลพอลิแซคคาไรดประเภทแปงนั้น ประกอบดวย 2 ชนิด คือ อะไมโลสซึ่งเปนน้ําตาลพอลิแซคคาไรดแบบโซตรง และอะไมโลเพคตินซึ่งเปนน้ําตาลพอลิแซคคาไรดแบบโซกิ่ง นอกจากนี้ยังพบไกลโคเจนซึ่งเปนคารโบไฮเดรตที่สะสมในเซลลของสัตวพบมากในตับและกลามเนื้อ จะประกอบดวยสวนที่เปนอะไมโลเพคติน แตจะมีมวลโมเลกุลและโซกิ่งมากกวา


เซลลูโลสเปนน้ําตาลพอลิแซคคาไรดท่ีประกอบดวยเซลลูโลสจํานวนมากเชื่อมตอกันเปนพอลิเมอรแบบโซตรงเชนเดียวกับ อะไมโลส แตลักษณะการเชื่อมตอของพันธะจะตางกัน ดังรูป

OH

HO

HH

H

OHO

H

OHOH

O

H

HO

HH

H

OHO

H

H

O

OH

H

HH

HO

H

O

OH HOH

H

HH

HO

H

O

O

OH

OH

HO

HH

H

OHH

O

OH

OH

O

O

H

HO

HH

H

OHH

O

HOH

H

HH

HO

HO

1

6

OH

HO

HH

H

OHH

O

OHHOH

H

HH

HO

H

O

O

OH

OH

O

HOH

H

HH

HO

HO

เซลลูโลส

แปง

ไกลโคเจน

การทดสอบน้ําตาล

น้ําตาล การทดสอบเบเนดิกต การทดสอบกับ I2 ลักษณะอื่นๆ มอนอแซคคาไรด (ไดตะกอนแดงอิฐ) ไมมีสี - ไดแซคคาไรด (ยกเวนซูโครส) ไมมีสี ตมกับกรดไดนํ้าตาลโมเลกุลเดี่ยว แปง (สีนํ้าเงิน) ตมกับกรดไดกลูโคส ไกลโคเจน (สีแดง) ตมกับกรดไดกลูโคส เซลลูโลส ไมมีสี ตมกับกรดไดกลูโคส

ลิพิด ไขมัน มีความสําคัญตอส่ิงมีชีวิตในแงท่ีเปนทั้งแหลงพลังงานสวนประกอบของเนื้อเยื่อ และฮอรโมน ลิพิดสวนใหญเปนสารประกอบเอสเทอรของกรดไขมันกับกลีเซอรอล Fatty acids : เปนกรดคารบอกซิลิกที่ตอกับไฮโดรคารบอนสายยาวมีท้ังอิ่มตัวและไมอ่ิมตัว Waxes : เปนเอสเทอรของแอลกอฮอลสายยาว Triacylglycerols (fats, oils) : เปนเอสเทอรของกลีเซอรอล Glycerophospholipids : เปนเอสเทอรของกลีเซอรอลกับกรดฟอสฟอริก และ แอลกอฮอล ไขมันและน้ํามันเปนสารประกอบประเภทเอสเทอรท่ีเกิดจากกลีเซอรอล (แอลกอฮอลชนิดหนึ่ง ดังภาพ) กับกรดไขมัน 3 โมเลกุล จึงเรียกวา ไตรกลีเซอไรด หรือไตรเอซิลกลีเซอรอล ซึ่งมีสูตรโครงสรางทั่วไปแสดงดังภาพ


กรดไขมันเปนกรดคารบอกซิลิกประเภทหนึ่งที่มีจํานวนคารบอนอะตอมตั้งแต 12 อะตอมขึ้นไป โดยสวนใหญในธรรมชาติจะพบเปนเลขคู และมีท้ังชนิดกรดไขมันอิ่มตัว (มีแตพันธะเดี่ยว) เชน กรดลอริก [CH3(CH2)10COOH] กรดสเตียริก [CH3(CH2)16COOH] สวนกรดไขมันไมอ่ิมตัว (มีพันธะคูอยางนอยหนึ่งตําแหนงอยูในโมเลกุล) เชน กรดโอเลอิก [CH3(CH2)7CH CH(CH2)7COOH] กรดไลโนเลอิก [CH3(CH2)4(CH CHCH2)2(CH2)6COOH] เปนตน กรดไขมันอิ่มตัวมีจุดเดือดและจุดเยือกแข็งสูงกวากรดไขมัน ไมอ่ิมตัวที่มีมวลโมเลกุลใกลเคียงกัน เนื่องจากโมเลกุลของกรดไขมันอิ่มตัวเปนสายตรงทําใหสามารถจัดเรียงโมเลกุลไดเปนระเบียบ ดังนั้นไขมันซึ่งเปนของแข็งและพบในสัตว ประกอบดวยกรดไขมันอิ่มตัวมากกวากรดไขมันไมอ่ิมตัว สวนน้ํามันซึ่งเปนของเหลวและมักพบในพืชประกอบดวยกรดไขมันไมอ่ิมตัวมากกวากรดไขมันอิ่มตัว

กรดไขมันอิ่มตัว กรดไขมันไมอ่ิมตัว ปฏิกิริยาของไขมัน 1. การเกิดกลิ่นเหม็นหืน เกิดจากปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสกับนํ้าโดยมีจุลินทรียเปนตัวเรงปฏิกิริยา หรือเกิดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันกับอากาศทําใหไดสารประกอบอินทรียประเภทเปอรออกไซดท่ีไมเสถียร ซึ่งจะสลายตัวตอไดเปนแอลดีไฮด ซึ่งมีกล่ินเหม็นหืน วิธีการปองกัน คือ การเก็บในที่ท่ีแหง หรือเติมสารกันเหม็นหืน (Antioxidiant) เชน วิตามิน E วิตามิน C สาร BHT เปนตน 2. ไฮโดรจีเนชัน : การเตรียมเนยเทียม (margarine)

นํ้ามัน + H2 / ตัวเรงปฏิกิริยา ไขมัน 3. ฮาโลจีเนชัน : สังเกตการฟอกสีสารละลาย l2 ใชทดสอบปริมาณของกรดไขมันไมอ่ิมตัว

O

OH

2I

O

OHI

I

4. Saponification :

ไขมัน สบู กลีเซอรอล ในโครงสรางทางเคมีของไขมันหรือนํ้ามันจะประกอบดวยกลีเซอรอลกับกรดไขมัน ซึ่งมารวมกันอยูในรูปของเอสเทอร ซึ่งเอสเทอรของกรดไขมันนี้จะสามารถทําปฏิกิริยากับนํ้าได โดยตองมีตัวเรงปฏิกิริยา เชน กรดหรือเบส ถาใชกรดเปนตัวเรงปฏิกิริยาจะไดผลิตภัณฑเปนกลีเซอรอลและกรดไขมันกลับคืนมา จะเรียกปฏิกิริยานั้นวา ปฏิกิริยาไฮโดรไลซีสของไขมัน แตถาใชเบสเปนตัวเรงปฏิกิริยาจะไดผลิตภัณฑเปนกลีเซอรอลและเกลือของกรดไขมันแทน และจะเรียกปฏิกิริยานั้นวา ปฏิกิริยาสะปอนนิฟเคชัน (sponification) เกลือของกรดไขมันนี้ก็คือสบูน่ันเอง โดยที่โครงสรางทางเคมีของสบูจะประกอบดวยไฮโดรคารบอนสายยาว และมีปลายเปนหมูคารบอกซีเลท (carboxylate) ซึ่งทั้งสองสวนนี้จะมีสมบัติตางกัน คือ สวนของไฮโดรคารบอนสายยาวจะสามารถละลายน้ํามันหรือไขมันไดดี สวนปลายท่ีเปนหมูคารบอกซีเลทจะสามารถละลายน้ําไดดี ดังนั้นเมื่อนําสบูมาเติมในสารผสมระหวางน้ํามันกับนํ้าจึงทําใหสารทั้งสองสามารถละลายกันได โดยมีสบูเปนตัวกลาง เปรียบไดกับการใชสบูทําความสะอาดเสื้อผาที่มีคราบสกปรกเปนไขมัน ใหสบูเปนตัวพาไขมันละลายไปกับนํ้านั่นเอง


กรดนิวคลีอิก กรดนิวคลีอิกเปนสารที่มีโมเลกุลขนาดใหญ เปนพอลิเมอรท่ีพบบนโครโมโซมในนิวเคลียสของเซลล มีสมบัติเปนกรด และมีหนาที่ควบคุมการสังเคราะหโปรตีนซึ่งนําไปสูการถายทอดทางพันธุกรรม กรดนิวคลีอิกแบงออกเปน 2 ชนิด คือ deoxyribonucleic acid (DNA) และ ribonucleic acid (RNA)

โดยปกติ DNA จะประกอบดวยเกลียวสายพอลิเมอร 2 สาย ท่ียึดติดกันดวยพันธะไฮโดรเจนลักษณะคลายบันไดวน โดยแตละสายของพอลิเมอรเกิดจากมอนอเมอรท่ีเรียกวา nucleotides ซึ่งนิวคลีโอไทดจะประกอบดวยสวนสําคัญ 3 สวน คือหนวยของน้ําตาลไรโบส หนวยไนโตรจีนัสเบส และหมูฟอสเฟต แสดงดังภาพ

โดยน้ําตาลที่พบใน DNA น้ันจะเปนน้ําตาลดีออกซีไรโบส สวนน้ําตาลที่พบใน RNA น้ันจะเปนน้ําตาลไรโบส ในขณะที่หมูเบสนั้นจะมี 5 ชนิด ไดแก อะดินีน (adenine, A) ไทมีน (thymine, T) ไซโตซีน (cytosine, C) และกวานีน (guanine, G) และยูราซิล (uracil, U) โดยใน DNA จะพบ A T C G สวนในกรณี RNA จะพบ A U C G แทน (พบ U แทน T ใน RNA) เมื่อนิวคลีโอไทดหลายโมเลกุลมารวมกันจะเกิดเปนพอลิเมอรท่ีเชื่อมตอกันระหวางน้ําตาลไรโบสของนิวคลีโอไทดโมเลกุลหนึ่งกับหมูฟอสเฟตของนิวคลีโอไทดอีกโมเลกุลหนึ่ง เรียกวา พอลินิวคลีโอไทด และในธรรมชาติเราจะพบพอลินิวคลีโอไทดในลักษณะเกลียวคู ซึ่งประกอบดวยสายพอลินิวคลีโอไทด 2 สายยึดเหนี่ยวกันดวยพันธะไฮโดรเจนระหวางคูเบส โดยมีการจับคูคือเบสไทมีนจะจับกับ อะดินีน (เกิดจากพันธะไฮโดรเจน 2 พันธะ) และเบสไซโตซีนจะจับกับกวานีน (เกิดจากพันธะไฮโดรเจน 3 พันธะ) และเรามักอานลําดับเบส (code) จากปลายดาน 5′ ไปยัง 3′ (CTAG) ดังรูป

PAT2 ความถนัดทางวิทยาศาสตร เคมี (10) __________________________________ โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2010

HHH

H HO

O

HHH

H HO

O

HHH

H HOO

HHOH H

H HOO

N

N

NH2

O

N

NH

O

O

N

NN

N

NH2

N

NN

N

OH

NH2

P

P

P

P

-O

O

-O

O

-O

O

O

O

O-O

O-

O

C

T

A

G

สวน RNA เปนพอลินิวคลีโอไทดคลายกับ DNA แตโครงสรางของ RNA จะประกอบดวยสายพอลินิวคลีโอไทดเพียงสายเดียว ไมเปนเกลียวคู และมีเบส A U C G เทานั้น

ตัวอยางขอสอบ PAT2 1. หากนําสบูซึ่งมีโครงสรางดังตอไปน้ีมาเติมสารตางๆ ลงไป

O

O

Na สารในขอใดที่เกิดปฏิกิริยากับสบูแลวไดตะกอนของกรดไขมันอิ่มตัวกลับคืนมา 1) HCl(aq) 2) กลีเซอรอล 3) เอทานอล 4) ไมเกิดปฏิกิริยากับสารใดๆ 2. Thyrotropin-releasing hormone มีโครงสรางเปนเพปไทดสายส้ันๆ ดังภาพ

N

OHN

O

HNO

H2N

N NH

O

หากฮอรโมนนี้จํานวน 1 โมล เกิดปฏิกิริยาไฮโดรลิซิสอยางสมบูรณดวยสารละลายกรดจะไดผลิตภัณฑท่ีมีโครงสรางเปนกรดอะมิโนที่

แตกตางกันทั้งส้ินกี่ชนิด 1) 1 ชนิด 2) 2 ชนิด 3) 3 ชนิด 4) 4 ชนิด 3. ถานํากรดอะมิโนสองชนิด คือ ไกลซีน และอะลานีน ชนิดละ 1 โมล มาตมรวมกันโดยมีกรดเปนตัวเรงปฏิกิริยาจะไดผลิตภัณฑ

เฉพาะที่เปนสารประกอบไดเพปไทดท้ังส้ินกี่ชนิด 1) 1 ชนิด 2) 2 ชนิด 3) 3 ชนิด 4) 4 ชนิด

โครงการแบรนดซัมเมอรแคมป 2010 ___________________________________ PAT2 ความถนัดทางวิทยาศาสตร เคมี (11)

เชื้อเพลิงซากดึกดําบรรพและผลิตภัณฑ เชื้อเพลิงซากดึกดําบรรพ ไดแก นํ้ามันปโตรเลียม ถานหิน หินน้ํามัน และแกสธรรมชาติ เปนพลังงานที่เกิดจากการทับถมกันของซากพืช ซากสัตว ดึกดําบรรพ อยูในชั้นหินทราย หินปูน เปนเวลานาน ซึ่งสามารถนํามาใชเปนเชื้อเพลิงได และยังสามารถนํามาแปรรูปเปนผลิตภัณฑตางๆ ท่ีเรียกวา ผลิตภัณฑปโตรเคมี ไดแก นํ้ามันสําเร็จรูป พลาสติก เสนใยสังเคราะห ยางสังเคราะห ผงซักฟอก ปุย และตัวทําละลายบางชนิด ปโตรเลียม

ปโตรเลียมเปนสารประกอบไฮโดรคารบอนที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ จากการทับถมของซากพืชซากสัตว ภายใตความดัน และอุณหภูมิสูงๆ ปโตรเลียมมีธาตุคารบอนและไฮโดรเจนเปนองคประกอบหลัก และอาจมีสารประกอบของธาตุอ่ืน เชน กํามะถัน ออกซิเจน ไนโตรเจน และโลหะ เชน แคลเซียม แมกนีเซียม อะลูมิเนียม เหล็ก วาเนเดียม และนิกเกิลปะปนอยู ปโตรเลียมเปนไดท้ังของแข็ง ของเหลว หรือแกส ขึ้นอยูกับองคประกอบของปโตรเลียม พลังงานความรอน และความกดดันตามสภาพแวดลอมท่ีปโตรเลียมสะสมตัวอยู แบงตามสถานะในธรรมชาติได 2 ชนิด คือ นํ้ามันดิบ (crude oil) และแกสธรรมชาติ (natural gas) โดยเมื่อมีการขุดเจาะแหลงปโตรเลียมแลว จะไดนํ้ามันดิบและแกสธรรมชาติซึ่งเปนของผสม จึงตองมีการนํามากล่ันเพื่อแยกของผสมเหลานั้นใหไดเปนผลิตภัณฑประเภทตางๆ การกล่ันน้ํามันปโตรเลียมเปนการกลั่นลําดับสวน เพื่อแยกสารโดยใชความแตกตางของจุดเดือด

น้ํามันดิบ

อุณหภูมิ 320-385

ควบแนน

< 30°C

30-110

65-170

170-250

250-340

> 500

นํ้ามันเบนซิน แนฟทาหนัก

นํ้ามันหลอล่ืน

ไข นํ้ามันเตาและยางมะตอย

ตัวทําละลาย แนฟทาเบา

ทําสารเคมี วัสดุสังเคราะหเช้ือเพลิงแกสหุงตม

> 350

41 C C -

นํ้ามันกาด เช้ือเพลงเครื่องยนตไอพน และตะเกียง

1910 C C -

75 C C -

126 C C -

นํ้ามันดีเซล เช้ือเพลงเครื่องยนตดีเซล

1914 C C -

3519 C C -

35C C >

ผลิตภัณฑที่ไดจากการกลั่นลําดับสวนน้ํามันปโตรเลียม


อยางไรก็ตาม เราสามารถเปลี่ยนสารไฮโดรคารบอนที่มีคารบอนมากๆ ใหกลายเปนสารไฮโดรคารบอนที่มีขนาดเล็กลง ซึ่งเปนที่ตองการของตลาดและมีมูลคาสูง ไดดวยการปรับปรุงโครงสราง ดวยวิธีดังตอไปน้ี 1. กระบวนการแตกสลาย (cracking process) คือ การนําสารไฮโดรคารบอนโมเลกุลใหญมาเผาที่อุณหภูมิสูง ภายใตความดันต่ํา โดยมีซิลิกา-อะลูมินา เปนตัวเรงปฏิกิริยา

C10H22 C8H12 + C2H6 2. วิธีรีฟอรมมิง (reforming) เปนการเปลี่ยนสารไฮโดรคารบอนที่มีโครงสรางแบบโซตรงใหกลายเปนโซกิ่ง โดยใชความรอนและตัวเรงปฏิกิริยา

H2SO4+

3. วิธีแอลคิลเลชัน (alkylation) เปนการรวมโมเลกุลของแอลเคนและแอลคีน โดยมีกรดซัลฟูริกเปนตัวเรงปฏิกิริยา ไดโมเลกุลท่ีมีโครงสรางแบบโซกิ่ง

Catalyst

Heat 4. วิธีโอลิโกเมอไรเซชัน (oligomerization) เปนวิธีรวมสารไฮโดรคารบอนไมอ่ิมตัว (แอลคีน) โมเลกุลเล็กๆ เขาดวยกัน โดยใชความรอนและตัวเรงปฏิกิริยาไดสารไฮโดรคารบอนที่มีจํานวนคารบอนเพิ่มขึ้น 1-4 เทา

Catalyst+

Heat การวัดคุณภาพนํ้ามัน เลขออกเทนของน้ํามันเบนซิน เลขออกเทนเปนสมบัติของนํ้ามันเบนซินที่แสดงถึงความสามารถในการตานทานการชิงจุดระเบิดกอนเวลาที่กําหนดในเครื่องยนตเบนซิน อีกนัยหนึ่งคือตัวเลขแสดงความตานทานการน็อคของน้ํามันเชื้อเพลิงในเครื่องยนตเบนซิน โดยกําหนดใหสารประกอบไอโซออกเทน และนอรมอล-เฮปเทน มีเลขออกเทนเปน 100 และ 0 ตามลําดับ เชน นํ้ามันที่มีเลขออกเทน 95 จะหมายถึง นํ้ามันที่ความสามารถในการตานทานการน็อคเทากับนํ้ามันเชื้อเพลิงมาตรฐานที่มีสวนประกอบของไอโซออกเทน 95% โดยปริมาตร และนอรมอล-เฮปเทน 5% โดยปริมาตร Isooctane n-Heptane

Isooctane (octane number = 100) Heptane (octane number = 0) โดยทั่วไปน้ํามันเบนซินออกเทน 91 จะเหมาะกับเคร่ืองยนตท่ีมีอัตราสวนการอัดต่ํา (compression ratio) สวนเบนซินออกเทน 95 จะเหมาะกับเคร่ืองยนตท่ีมีอัตราสวนการอัดสูง และเพื่อใหสามารถจําแนกประเภทของน้ํามันได ผูประกอบการจะตองเติมสีลงในน้ํามันเบนซินที่ใสไมมีสี โดยน้ํามันเบนซินออกเทน 91 และ 95 จะมีสีแดงและเหลือง ตามลําดับ โดยปกตินํ้ามันที่กล่ันไดมีคาออกเทนไมสูงพอ (ประมาณ 75) ซึ่งในสมัยกอนจะตองทําการเติมสารเพิ่มคาออกเทน ซึ่งไดแก เตตระเมทิลเลดหรือเตตระเอทิลเลด เมื่อสารเพ่ิมคาออกเทนนี้ถูกเผาไหมและจะได PbO และ PbCO3 ซึ่งเปนอันตรายตอรางกาย จึงหามใชในปจจุบันนี้ใช เมทิลเทอเชียรีบิวทิลอีเทอร (MTBE) เอทิลเทอเชียรีบิวทิลอีเทอร (ETBE) เอทานอลหรือเมทานอลแทน จึงเรียกนํ้ามันที่เติมสารเหลานี้วา นํ้ามันไรสารตะกั่ว (ULG = UnLeaded Gasoline)


Pb Pb O O

Tetramethyl lead Tetraethyl lead MTBE ETBE เลขซีเทน หรือดัชนีซีเทนของน้ํามันดีเซล นํ้ามันดีเซลเปนเชื้อเพลิงราคาถูก ไดจากการนําน้ํามันที่ไดจากการกลั่นที่มีชวงจุดเดือดกวางมาผสมเขาดวยกัน จึงจัดวาเปนน้ํามันที่มีองคประกอบมากที่สุด นํ้ามันเหลานี้หากมีปริมาณของกํามะถันสูงจะตองนําไปกําจัดกอนนําไปใช เนื่องจากกํามะถันมีผลตอตัวเรงปฏิกิริยาในกระบวนการปรับปรุงคุณภาพน้ํามัน เครื่องยนตดีเซลมีพ้ืนฐานการทํางานที่แตกตางจากเครื่องยนตเบนซิน กลาวคือการจุดระเบิดของเครื่องยนตดีเซลใชความรอนที่เกิดจากการอัดอากาศอยางมากในกระบอกสูบแลวฉีดเชื้อเพลิงเขาไปเพื่อทําการเผาไหม ไมใชเปนการจุดระเบิดจากหัวเทียนเหมือนในเครื่องยนตเบนซิน ดังนั้นน้ํามันดีเซลที่ดีตองจุดระเบิดไดเองอยางรวดเร็วและเผาไหมไดหมดภายใตสภาวะภายในหองเผาไหมของเครื่องยนต นํ้ามันดีเซลแบงไดเปน 2 ประเภท คือ นํ้ามันดีเซลหมุนเร็วหรือนํ้ามันโซลาจําหนายตามสถานีบริการน้ํามัน และน้ํามันดีเซล หมุนชา หรือนํ้ามันขี้โล ซึ่งใชกับเคร่ืองยนตในโรงงานอุตสาหกรรม คุณภาพของน้ํามันดีเซลจะวัดโดยใชเลขซีเทน ซึ่งจะเปรียบกับสาร 2 กลุมน้ีเปนหลัก นํ้ามันเชื้อเพลิงอางอิง 2 ชนิดที่ใช คือ นอรมอล-ซีเทน และแอลฟา-เมทิลแนฟทาลีน ซึ่งมีเลขซีเทนเปน 100 และ 0 ตามลําดับ ปจจุบันนิยมใชเฮปตาเมทิลโนเนนที่มีเลขซีเทน 15 แทนแอลฟา-เมทิลแนฟทาลีน โครงสรางทางเคมีของเชื้อเพลิงอางอิงเปนดังนี้ n-Hexadecane Hexadecane (cetane) cetane number = 100 α-Methylnaphthalene Heptamethylnonane

α-Methylnaphthalene 2,2,4,4,6,8,8-Heptamethylnonane (isocetane) cetane number = 0 cetane number = 15 โดยปกตินํ้ามันดีเซลมีสีชาออน แตอาจเปลี่ยนไปบางตามแหลงกําเนิดน้ํามันดิบ อยางไรก็ตามสีไมไดเปนตัวสําคัญที่กําหนดคุณภาพน้ํามัน สีของนํ้ามันดีเซลอาจเขมขึ้นหากเก็บไวนานๆ แตในกรณีท่ีสีเปล่ียนแปลงไปมากเชนเปนสีเขียวหรือสีดําคลํ้า ควรตั้งขอสังเกตวาอาจมีการปลอมปนของน้ํามันกาด นํ้ามันเตา หรือนํ้ามันเครื่องที่ใชแลว


พลังงานทดแทน แกสโซฮอล แอลกอฮอลท่ีใชผสม คือ เอทิลแอลกอฮอล (ethyl alcohol ; C2H5OH) ซึ่งเปนสารที่มีออกซิเจนเปนองคประกอบ (oxygenate) จึงชวยเพิ่มคาออกเทนทําใหการเผาไหมดีขึ้นและสามารถใชทดแทนสารเติมแตงชนิดอื่น ท่ีนิยมใชในปจจุบัน คือ MTBE ซึ่งละลายและสะสมอยูในระบบน้ําใตดินและอาจเปนอันตรายตอผูบริโภคได โดยทั่วไปจะเติมเอทานอล 99.5% ในปริมาณ 10% 20% และ 85% จะทําใหไดนํ้ามันแกสโซฮอล E10 E20 และ E85 ตามลําดับ ไบโอดีเซล ไบโอดีเซล คือ นํ้ามันเชื้อเพลิงที่ผลิตมาจากน้ํามันพืชหรือไขมันสัตว อาจเกิดจากการนํามาผสมกันอยางงายๆ หรือผานกระบวนการที่เรียกวา ทรานสเอสเทอริฟเคชัน (transesterification) ทําใหโมเลกุลเล็กลงโดยมีโซเดียมหรือโพแทสเซียมไฮดรอกไซดเปนตัวเรงปฏิกิริยาเคมี ทําใหเกิดผลิตภัณฑในรูปของเอทิลเอสเทอร (ethyl ester) หรือเมทิลเอสเทอร (methyl ester) ซึ่งมีคุณสมบัติใกลเคียงกับนํ้ามันดีเซล จึงใชทดแทนโดยตรงหรือเติมเปนสวนผสมในดีเซลได นอกจากสารกลุมเอสเทอรแลวยังมีผลิตภัณฑขางเคียงที่เกิดขึ้นคือ กลีเซอรอล ซึ่งตองแยกออกจากน้ํามันเอสเทอรและนําไปใชในอุตสาหกรรมยาและเครื่องสําอางได

CH2

CH

CH2

O

O

O

C R

O

C R

C R

O

OR C

O

OCH3

CH2

CH

CH2

OH

OH

OH

+ 3 +3CH3OHKOH

สมการทั่วไปของปฏิกิริยาทรานสเอสเทอริฟเคชัน

อุตสาหกรรมปโตรเคมี อุตสาหกรรมปโตรเคมี เปนการนําสารที่ไดจากการกลั่นน้ํามันดิบและการแยกแกสธรรมชาติมาผลิตสารเคมีตางๆ ซึ่งแบงออกเปน - อุตสาหกรรมปโตรเคมีขั้นตน นําสารประกอบไฮโดรคารบอนที่ไดจากแกสหรือนํ้ามันดิบมาผลิตสารโมเลกุลขนาดเล็ก “มอนอเมอร” หรือตัวทําละลาย - อุตสาหกรรมปโตรเคมีขั้นตอเนื่องนํามอนอเมอรมาผลิต “พอลิเมอร” ซึ่งไดแก ผลิตภัณฑตางๆ เชน พลาสติก เสนใยสังเคราะห สารเคลือบผิว พอลิเมอร พอลิเมอร คือ สารประกอบที่โมเลกุลมีขนาดใหญมาก เกิดจากโมเลกุลเดี่ยวหลายๆ โมเลกุลท่ีเรียกวา มอนอเมอร มาเชื่อมตอกันดวยพันธะเคมี พอลิเมอรน้ันมีท้ังพอลิเมอรท่ีพบในธรรมชาติ เชน แปง เซลลูโลสที่เปนพอลิเมอรของนํ้าตาลกลูโคส พอลิเพปไทดหรือโปรตีนที่เปนพอลิเมอรของกรดอะมิโน พอลินิวคลีโอไทดหรือดีเอ็นเอที่เปนพอลิเมอรของกรดนิวคลีอิก นอกจากนี้ยังมีพอลิเมอรสังเคราะหอ่ืนๆ อีก เชน พอลิเมอรท่ีไดจากผลิตภัณฑปโตรเคมี เปนตน พอลิเมอรหรือพลาสติกเปนวัสดุสังเคราะหท่ีไดมาจากอุตสาหกรรมปโตรเคมีท่ีมีวัตถุดิบพ้ืนฐาน 7 ชนิด ไดแก มีเทน เอทิลีน โพรพิลีน บิวทะไดอีน/บิวทีน เบนซีน โทลูอีน และไซลีน โดยเอทิลีนและโพรพิลีนรวมเรียกวา โอเลฟนส สวนเบนซีน โทลูอีนและไซลีน รวมเรียกวา อะโรมาติกส พอลิเมอรน้ันมาจากภาษากรีก โดย พอลิ แปลวา มาก และเมอร แปลวา หนวย พอลิเมอรจึงหมายถึงสารที่มีนํ้าหนักโมเลกุลสูงที่ประกอบดวยหนวยยอยๆ ท่ีซ้ําๆ กัน (repeating unit) โครงสรางของหนวยยอยสามารถแสดงโครงสรางของพอลิเมอรท้ังหมดได กระบวนการสังเคราะหพอลิเมอร เรียกวา พอลิเมอไรเซชัน ท่ีเกิดจากการทําปฏิกิริยาระหวางสารโมเลกุลเล็กๆ ท่ีเรียกวา มอนอเมอร n monomers polymer

polymerization

C C C CHH

H Hn

n

H

H

H

H

polymerization

ethylene polyethylene


การแบงประเภทของพอลิเมอร แบงตามการเกิด 1. พอลิเมอรธรรมชาติ เปนพอลิเมอรท่ีเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เชน โปรตีน แปง เซลลูโลส ยางธรรมชาติ ดีเอ็นเอ อารเอ็นเอ เสนใยธรรมชาติ เปนตน 2. พอลิเมอรสังเคราะห เปนพอลิเมอรท่ีเกิดจากการสังเคราะหเพื่อใชประโยชนตางๆ เชน พลาสติกชนิดตางๆ ไนลอน ดาครอนและลูไซต ยางสังเคราะห เสนใยสังเคราะห เปนตน แบงตามชนิดมอนอเมอรท่ีเปนองคประกอบ 1. โฮโมพอลิเมอร เปนพอลิเมอรท่ีประกอบดวยมอนอเมอรชนิดเดียวกัน เชน แปง พอลิเอทิลีน PVC

nA A-A-A-A-A-A-... หรือ A-(A-A)n-2-A 2. โคพอลิเมอร เปนพอลิเมอรท่ีประกอบดวยมอนอเมอรตางชนิดกัน เชน โปรตีน พอลิเอสเทอร พอลิเอไมด

nA + mB A-B-A-B-A-B-.... แบงตามปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันที่เกิด 1. Addition Polymerization เกิดจากมอนอเมอรท่ีมีพันธะคู หรือพันธะสามระหวางคารบอนอะตอมทําปฏิกิริยาเกิดเปนพอลิเมอร เชน พอลิเอทิลีน พอลิโพรพิลีน พอลิไวนิลคลอไรด (PVC) พอลิสไตรีน

ตวัเรงปฏิกริิยา

T , P สงูEthylene

H

H

H

H* *

H H

HH n

n

Polyethylene

ตวัเรงปฏิกริิยา

T , P สงูEthylene

H

H

H

H* *

H H

HH n

n

Polyethylene 2. Condensation Polymerization เกิดจากมอนอเมอรท่ีมีหมูฟงกชันมากกวา 1 หมูทําปฏิกิริยากันเกิดเปนพอลิเมอร และไดสารโมเลกุลเล็ก เชน นํ้า แกสไฮโดรเจนคลอไรด แอมโมเนีย หรือเมทานอลเปนผลพลอยได เชน พอลิเอทิลีนเทเรฟทาเรต พอลิเอไมด พอลิคารบอเนต พอลิยูรีเทน พอลิยูเรีย-ฟอรมาลดีไฮด พอลิเมลามีน-ฟอรมาลดีไฮด

H2N R NH2 HO CO

R CO

OH+HN R

HN C

OR C

OOHH + (2n-1)H2On

n n

Diamine Diacid Polyamide


ตารางแสดงโครงสรางมอนอเมอรและพอลิเมอรชนิดตางๆ มอนอเมอร พอลิเมอร ชื่อทางเคมี ชื่อทางการตลาด

C CH

H

H

H C CH H

H H n

พอลิเอทิลีน (polyethylene) --

C CF

F

F

F C CF F

F F n

พอลิเตตระฟลูออโรเอทิลีน (poly(tetrafluoroethylene)) เทฟลอน (Teflon)

C CH

Cl

H

H C CH H

H Cl n

พอลิไวนิลคลอไรด (polyvinyl chloride) พีวีซี (PVC)

C CCl

Cl

H

H C CH Cl

H Cl n

พอลิไวนิลลิดีนคลอไรด (poly(vinyllidene chloride)) ซาราน (saran)

C CH

CH3

H

H C CH H

H CH3 n

พอลิโพรพิลีน (polypropylene) เฮอรคูลอน (herculon)

C CH

CN

H

H C CH H

H CN n

พอลิอะคริโลไนไตรล (polyacrylonitrile) ออรลอน (orlon)

C CH

C

H

HC

C CC

CH

H

HH

H

C CH H

H n

พอลิสไตรีน (polystyrene)

--

โครงสรางและสมบัติของพอลิเมอร 1. พอลิเมอรแบบเสน (linear polymers) พอลิเมอรชนิดนี้สายของพอลิเมอรสามารถเขาใกลกันไดมากขึ้น ทําใหจับตัวกันไดแนนขึ้น เชน พอลิเอทิลีน พีวีซี 2. พอลิเมอรแบบกิ่ง (branch chain polymers) โครงสรางของพอลิเมอรชนิดนี้จะมีโซกิ่งแตกออกจากโซหลัก การจัดเรียงตัวของโซพอลิเมอรจึงไมชิดกัน เชน พอลิเอทิลีนชนิดความหนาแนนต่ํา (LDPE) พอลิสไตรีน 3. พอลิเมอรแบบรางแห (Network polymers) พอลิเมอรท่ีมีการเชื่อมกันระหวางสายพอลิเมอร ทําใหแข็งตัวและไมยืดหยุน ไดแก เมลามีน เบกาไลต และอีพอกซี


การใชงานพอลิเมอร จําแนกพลาสติกออกไดเปน 2 ประเภท คือ เทอรมอพลาสติก และเทอรมอเซต 1. เทอรมอพลาสติก เปนพอลิเมอรท่ีสามารถออนตัวหรือหลอมเหลวไดเมื่อไดรับความรอน และเมื่อเย็นลงก็จะแข็งตัวไดอีก โดยไมทําใหสมบัติทางเคมีและทางกายภาพเปลี่ยนไป เทอรมอพลาสติกสามารถนํากลับมาเขากระบวนการรีไซเคิลได เชน พีวีซี พอลิสไตรีน พอลิเอทิลีน เปนตน 2. เทอรมอเซต เปนพอลิเมอรท่ีจะหลอมเหลวไดในขั้นตอนแรกเทานั้น เมื่อเกิดการเชื่อมโยงระหวางโมเลกุลจนไดโครงสรางแบบเชื่อมโยงแลวจะไมสามารถหลอมเหลวไดอีก เทอรมอเซตจะไมสามารถนํามาผานกระบวนการรีไซเคิลไดอีก เชน ไฟเบอรกลาส เมลานิน อาจจะจําแนกการใชงานพอลิเมอรออกเปนเสนใยและยาง เสนใย มีลักษณะเปนเสน มีสมบัติทนแรงดึงไดสูง การยืดตัวต่ํา มีจุดหลอมเหลวสูง เกิดการเปลี่ยนรูปไดยาก แบงออกเปน 3 ชนิด คือ 1. เสนใยธรรมชาติ (Natural fibers) คือ พอลิเมอรท่ีไดจากวัสดุธรรมชาติ เชน เซลลูโลส โปรตีน ใยหิน เปนตน 2. เสนใยกึ่งสังเคราะห (Modified natural fibers) คือ พอลิเมอรธรรมชาติท่ีนํามาปรับปรุงคุณภาพโดยผานปฏิกิริยาเคมี เชน เรยอน 3. เสนใยสังเคราะห (Synthetic fibers) คือ พอลิเมอรท่ีไดจากการสังเคราะห เชน ไนลอน โทเรเทโทรอน อิลาสโตเมอร หรือยาง เปนวัสดุสังเคราะหท่ีมีสมบัติคลายยาง มีสภาพยืดหยุน สามารถยืดหดตัวไดสูงเมื่อไดรับแรงกระทํา มีการเชื่อมโยงระหวางโมเลกุลทําใหเกิดความคงตัว แบงออกเปน 2 ประเภท ไดแก 1. ยางธรรมชาติ (Natural rubbers) คือ พอลิเมอรท่ีเกิดจากตนยาง เกิดจากมอนอเมอรท่ีมีชื่อวาไอโซพรีน (isoprene) เชื่อมตอกันตั้งแต 1,500 ถึง 15,000 หนวย (โครงรูปของโมเลกุลจะเปน cis ซึ่งเปนโครงรูปท่ีมีหมูท่ีเหมือนกันอยูดานเดียวกันของพันธะคู) สวนยางธรรมชาติอีกชนิดหนึ่ง ไดแก ยางกัตตา ซึ่งไดจากตนยางกัตตา โดยยางกัตตาจะตางไปจากยางพาราตรงที่โครงรูปโมเลกุลเปนแบบ trans (โมเลกุลท่ีมีหมูท่ีเหมือนหันอยูคนละขางของพันธะคู)

CH2C C

CH3

CH2

H

CH2C

CH3

CCH2

H

CH2C

CH3

CCH2

H

CH2C C

CH3

CH2

H

CH2C

CH3

CH

CH2

CH3C

CH2

CCH2

H ยางพารา ยางกัตตา กระบวนการวัลคาไนเซชัน (vulcanization) เปนการปรับปรุงคุณภาพยาง โดยการนําเอากํามะถันมาเผากับยาง จะเกิดการเชื่อมระหวางโซพอลิเมอรดวยอะตอมซัลเฟอร

CH2 CH C CH2

CH3

n

CH2 CH C CH2 nCH3

+S8 (8-x)H2S

CH2 CH C CH2

CH3

n

CH2 CH C CH2 nCH3

Sx

2. ยางสังเคราะห (Synthetic rubbers) คือ ยางที่ไดจากการสังเคราะหโดยเลียนแบบยางธรรมชาติ เชน พอลิบิวทาไดอีน (ใชบิวทาไดอีนเปนมอนอเมอร) ยาง SBR (Styrene-Butadiene Rubber)


ตัวอยางขอสอบ PAT2 1. โครงสรางของเมลามีน และฟอรมาลดีไฮดเปนดังนี้

N

N

N

NH2

H2N NH2 H

O

H เมลานีน ฟอรมาลดีไฮด ในอุตสาหกรรมพลาสติกที่นําเมลามีนมาทําปฏิกิริยาควบแนนกับฟอรมาลดีไฮด จะไดผลิตภัณฑพอลิเมอรท่ีมีโครงสรางแบบใด 1) เสนตรง 2) ขดเปนวง 3) ขดเปนเกลียว 4) รางแห 2. พอลิเมอรขนาดโมเลกุลใกลเคียงกันที่มีโครงสรางในขอใดนาจะมีจุดหลอมเหลวสูงที่สุด

1) nO

OO O 2)

O

O

n

H

HN N

3) n

4) n

3. พอลิเมอรท่ีเปนองคประกอบของกาวชนิดพิเศษ (Superglue) มีโครงสรางดังนี้

* CH

CO2CH3

CN

H

n

*

ขอใดผิด 1) เปนโฮโมพอลิเมอรแบบเสน 2) จัดอยูในกลุมพอลิเอสเทอร 3) เตรียมไดจากพอลิเมอไรเซชันแบบเติม 4) สูตรของมอนอเมอร คือ CO2CH3

CN

4. ปฏิกิริยาตอไปน้ีเปนการผลิตสารใด

CH

O CO

OO

OO

C

C

2CH

2CH

OH3CH3+ CO

3 3CH O +

2CH

CH

2CH

OH

OH

OH31H15C

31H15C

31H15C

31H15C

1) ไบโอดีเซล 2) ดีโซฮอล 3) แกสโซฮอล 4) สบู 5. การผลิตพอลิสไตรีนโดยเริ่มตนจากน้ํามันดิบจะขาดกระบวนการใดไมได 1) แตกสลาย 2) รีฟอรมมิง 3) แอลคิลเลชัน 4) โอลิโกเมอไรเซชัน


เคมีอินทรีย เคมีอินทรียเปนสาขาหนึ่งของวิชาเคมี เปนการศึกษาเกี่ยวกับสารอินทรีย ซึ่งเดิมน้ันเขาใจวาไดมาจากสิ่งมีชีวิตเทานั้น แตในปจจุบันเมื่อกลาวถึงสารอินทรียจะหมายถึง สารประกอบของคารบอน คือ สารที่มีคารบอนเปนองคประกอบ แตอยางไรก็ตามสารประกอบที่มีคารบอนก็ไมไดเปนสารอินทรียเสมอไป โดยสารประกอบของคารบอนที่เปนขอยกเวน ไดแก อัญรูปของคารบอน เชน เพชร แกรไฟต C60 เปนตน สารประกอบโลหะคารไบด เชน Ca2C Mg2C เปนตน สารประกอบออกไซดของคารบอน เชน CO CO2 เปนตน สารประกอบกรดคารบอนิกและเกลือ เชน H2CO3 NaHCO3 CaCO3 เปนตน สารประกอบเกลือ cyanide cyanate และ thiocyanate เชน KCN NaOCN NH4SCN เปนตน • การเขียนสูตรโครงสรางของสารประกอบอินทรีย จากการศึกษาเรื่องพันธะเคมี ทําใหเราสามารถแสดงโครงสรางของสารดวยโครงสรางแบบลิวอิสได แตเมื่อโมเลกุลมีขนาดใหญขึ้น จะเปนการยุงยากและเสียเวลามาก จึงมีการกําหนดการเขียนสูตรโครงสรางเปนแบบตางๆ ดังนี้

สูตรโครงสรางแบบเสน (ลิวอิส) C C C OHCH

CH HH

HH

H H H

H H

สูตรโครงสรางแบบลิวอิสผสมแบบยอ 3CH

OHCH 2CH 2CHCH3

สูตรโครงสรางแบบยอ (CH3)2CH(CH2)2OH

3-methyl-butanol

สูตรโครงสรางแบบเสนและมุม OH

• ประเภทของสารอินทรีย การจําแนกประเภทของสารอินทรียสามารถจําแนกไดวิธี เชน การจําแนกตามธาตุองคประกอบ จะไดสารอินทรีย 2 ประเภท ไดแก 1. สารประกอบไฮโดรคารบอน ซึ่งจะประกอบดวยธาตุคารบอน และไฮโดรเจนเทานั้น และยังสามารถแบงแยกยอยออกเปนสารประกอบไฮโดรคารบอนอิ่มตัว และไมอ่ิมตัวไดอีก 2. สารอินทรียอ่ืนๆ ซึ่งนอกจากจะมีธาตุคารบอนและไฮโดรเจนเปนองคประกอบแลว ยังมีธาตุอ่ืนๆ เชน ไนโตรเจน ออกซิเจนอยูดวย หรือการจําแนกตามโครงสราง จะไดสารอินทรีย 4 ประเภท ไดแก - สารประกอบอะลิฟาติก คือ สารประกอบที่มีโครงสรางแบบโซเปด ท้ังโซตรง หรือโซกิ่ง - สารประกอบอะลิไซคลิก คือ สารประกอบที่มีโครงสรางแบบโซปดหรือเปนวง - สารประกอบอะโรมาติก คือ สารประกอบที่มีวงแหวนเบนซีน (C6H6) อยูในโครงสราง - สารประกอบเฮเทอโรไซคลิก สารประกอบที่มีอะตอมของคารบอนตอกันเปนวง โดยมีอะตอมของธาตุอ่ืน เชน ไนโตรเจน ออกซิเจน ซัลเฟอรอยูดวย นอกจากนี้ยังมีการจําแนกประเภทตามหมูฟงกชัน ซึ่งเปนการจําแนกตามสมบัติเฉพาะที่เรียกวา หมูฟงกชัน โดยหมูฟงกชันในเคมีอินทรียสามารถจําแนกไดดังตาราง สารอินทรียบางชนิดอาจจะมีหมูฟงกชันเปนองคประกอบมากกวาหนึ่งหมูก็ได และสารอินทรียชนิดหนึ่งๆ อาจจะสามารถจัดเปนประเภทไดหลากหลาย เชน CH2 CH OH เปนสารอินทรียท่ีเปนโซตรงและเปนไฮโดรคารบอนชนิดไมอ่ิมตัวที่มีออกซิเจนเปนองคประกอบ มีหมูฟงกชันเปนแอลกอฮอล


ประเภทของสารประกอบอินทรีย โครงสรางทั่วไป ชื่อของหมูฟงกชัน ตัวอยาง

สารประกอบไฮโดรคารบอน (Hydrocarbon)

แอลเคน (Alkane) R H - CH3 CH3 แอลคีน (Alkene) R R - CH3 CH CH2 แอลไคน (Alkyne) R R - CH3 C CH อนุพันธของเบนซีน (Benzene) R C6H5 Aryl group C6H5 CH3 สารประกอบที่มีอะตอมของธาตุอื่นอยูดวย

แอลกอฮอล (Alcohol) R OH hydroxyl group CH3 CH2 OH อีเทอร (Ether) R O R oxy group CH3 O CH3

แอลดีไฮด (Aldehyde) O

HR Carboxaldehyde group HCHO (Fomaldehyde)

คีโตน (Ketone) O

RR carbonyl group CH3COCH3 (Prppanone)

เอมีน (Amine) R NH2 amino group CH3 NH2

กรดคารบอกซีลิก (Carboxylic acid) O

OHR carboxylic group CH3COOH (Acetic acid)

เอสเทอร (Ester) O

ORR

oxycarbonyl group CH3COOCH3 (Methyl acetate)

เอไมด (Amide) O

NH2R amide group CH3CONH2

• ไอโซเมอริซึม (Isomerism) ไอโซเมอร คือ สารที่มีสูตรโมเลกุลเหมือนกัน แตมีสูตรโครงสรางที่แตกตางกัน ซึ่งจะทําใหสารนั้นมีสมบัติทางกายภาพ และทางเคมีท่ีแตกตางกันไปดวย สามารถแบงประเภทของไอโซเมอร ไดดังตอไปน้ี

Functional isomer : มีหมูฟงกชันแตกตางกัน OH O

Positional isomer : มีตําแหนงของหมูฟงกชันแตกตางกัน OH

OH

Skeleton isomer : มีหมูแทนที่แตกตางกัน OH

OH

Geometrical isomer (cis-trans isomer) H3C

H

H

CH3

H3C

H

CH3

H


สําหรับวิธีพิจารณาวาสารเปนไอโซเมอรหรือไม มีขั้นตอนการพิจารณาดังนี้ 1. พิจารณาจํานวนอะตอมของแตละธาตุวาเทากันหรือไม ถาเทากันแสดงวามีสูตรโมเลกุลเหมือนกัน 2. พิจารณาวาสูตรโครงสรางตางกันหรือไม ถาโครงสรางตางกัน แสดงวาเปนไอโซเมอรกัน ตัวอยาง จงพิจารณาวาสารคูท่ีกําหนดใหตอไปน้ีเปนไอโซเมอรกันหรือไม 1. 2.

3. 4.

5. O O

6. • Double Bond Equivalent (DBE) โครงสรางของสารประกอบอินทรียน้ัน เมื่อพิจารณาจากสูตรโมเลกุลก็พอจะทราบไดวาสารอินทรียน้ันๆ จะมีพันธะคู พันธะสาม หรือมีโครงสรางที่เปนวงมากนอยเพียงใด โดยพิจารณาจากสูตรโครงสรางตอไปน้ี

สูตรโมเลกุล โครงสรางที่พบได สูตรโครงสราง

CaH(2a+2) [H มากที่สุดเทาที่จะเปนไปได] สายเปด พันธะเดี่ยว

H C C C C

H

H

H

H

H

H

H

H

H

สายเปด + พันธะคู 1 พันธะ

H C C C C

H

H

H H H

H

H

CaH(2a) [H ขาดไป 1 คู]

วงปด พันธะเดี่ยว

C C C C

H

H

H

H

H

H

H

H ดังนั้น เมื่อนับจํานวนคู H ท่ีหายไปจากโครงสรางที่มี H มากที่สุดเทาที่จะเปนไปไดก็จะทราบถึงลักษณะโครงสรางที่นาจะเปนไปได เชน H หายไป 2 คู อาจจะมีโครงสรางเปน 1. สายเปด + พันธะสาม 1 พันธะ 2. สายเปด + พันธะคู 2 พันธะ 3. วงปด 2 วง 4. วงปด 1 วง + พันธะคู 1 พันธะ คาจํานวนคูของจํานวน H ท่ีหายไป สามารถเรียกไดอีกอยางวา คา Double Bond Equivalent (DBE) หรือคา degree of unsaturation ซึ่งคํานวณไดจากสมการตอไปน้ี DBE = C - 2H + 2N + 1 ตัวอยาง จงหาโครงสรางทั้งหมดที่เปนไปไดของ C2H3N (มีท้ังหมด 5 โครงสราง) ตัวอยาง จงหาโครงสรางทั้งหมดที่เปนไปไดของ C5H12O (มีท้ังหมด 14 โครงสราง)


• การอานชื่อสารประกอบอินทรีย การอานชื่อสารอินทรียน้ันมี 2 ระบบ แบงเปน ระบบชื่อสามัญ ซึ่งจะใชเรียกสารประกอบขนาดไมใหญมาก และมีโครงสรางไมซับซอนมาก และระบบ IUPAC โดยโครงสรางชื่อของสารอินทรียประกอบดวย

Prefix - Core - Suffix Prefix = ระบุกิ่ง - หมูแทนที่ Core = ระบุจํานวนคารบอนทั้งหมดในโครงสราง Suffix = ระบุหมูฟงกชัน

R-FG RC(O) -FG Common Name Alkyl FG CarboxylFG IUPAC Name Alk(an) FG Alk(an) FG

1. สวน Core

จํานวน C ชื่อ (Alk) จํานวน C ชื่อ (Alk) 1 Meth Mother 9 Non Nonember 2 Eth Eat (enjoy) 10 Dec December 3 Prop Peanut 11 Undec 4 But Butter 12 Dodec 5 Pent Pentagon 13 Tridec 6 Hex Hexagon 14 Tetradec 7 Hept Heptember M 8 Oct October 20 Eicos

จํานวน C ชื่อ (Carboxyl) จํานวน C ชื่อ (Carboxyl)

1 Form 4 Butyr 2 Acet 5 Valer 3 Propion 6 Capr


2. สวน Suffix Functional Group Common Name IUPAC Name

1. Hydrocarbon 1.1 Alkane R H Alkane Alkane Butane Butane 1.2 Alkene R R Alkylene Alkene Propylene Propene 1.3 Alkyne R R Alkylyne Alkyne Butylyne Butyne

2. Alcohol R OH Alkyl alcohol Alkanol C2H5OH Ethyl alcohol Ethanol

3. Ether R O R Alkyl(small) alkyl(big) ether Alkoxy(small) alkane(big) O Methyl ethyl ether Methoxy ethane

4. Amine R NH2 Alkylamine Alkanamine NH2 Ethylamine Ethanamine

5. Carboxylic acid R COOH Carboxylic acid Alkanoic acid

OH

O

Propionic acid Propanoic acid

6. Ester R COO R Alkyl carboxylate Alkyl alkanoate CH3COOCH3 Methyl Acetate Methyl ethanoate

7. Amide R COONH2 Carboxylamide Alkanamide

NH2

O

Propionamide Propanamide

8. Aldehyde R CHO Carboxylaldehyde Alkanal

H

O

Butyraldehyde Butanal

9. Ketone R CO R Alkyl(small) alkyl(big) ketone Alkanone

O

Methyl ethyl ketone Butanone


3. สวน Prefix

O

FG

X

Prefix ใชอานชื่อหมูแทนที่ (Substituent : X) FG

X

โครงสรางหมูแทนที่ ชื่อหมูแทนที่ โครงสรางหมูแทนที่ ชื่อหมูแทนที่

R Alkyl Cl Chloro (Halo) CH CH2 Vinyl NO2 Nitro C6H5 Phenyl CN Cyano

3.1 Common Name (R FG)

โครงสราง Prefix FG n Hexyl FG n = normal

FG iso Hexyl FG

FG neo Hexyl FG

FG sec Hexyl FG sec = secondary

FG tert Hexyl FG tert = tertiary

FG

Cyclohexyl FG

3.2 IUPAC Name 1. สายไฮโดรคารบอนที่ยาวที่สุดที่มีหมูฟงกชันอยูถือเปนสายหลัก ใชอาน core + suffix 2. หมูแทนที่ตางๆ อานเปน prefix นับตําแหนง C ท่ีปลายสายที่ใกลกับหมูฟงกชันที่สุดเปน C1

แลวไลไปจนถึงอีกปลายหนึ่ง 3. ถาเลขเทากัน ใหใชทิศที่ทําใหเลขตําแหนงหมูแทนที่รวมกันนอยที่สุด 4. เรียงลําดับการอานชื่อหมูแทนที่ ตามตัวอักษร

n

FGX


3.3 IUPAC Name กรณีมีหมูฟงกชันมากกวา 1 หมู (Polyfunctional group) ถามีหมูฟงกชันมากกวา 1 ชนิด จะตองเรียงลําดับความสําคัญ (priority) โดยหมูฟงกชันที่มี priority ต่ําวาจะอานเปนหมูแทนที่ ดังตาราง

Priority Functional group Structure Prefix Suffix 1 Carboxylic acid COOH carboxy oic acid 2 Ester COOR alkoxycarbonyl ate 3 Amide CONH2 carbamoyl amide 4 Nitrile CN cyano nitrile 5 Aldehyde CHO formyl al 6 Ketone C(O) oxo one 7 Alcohol OH hydroxy ol 8 Amine NH2 amino amine 9 Ether O oxy

ตัวอยาง จงอานชื่อสารประกอบตอไปน้ี

โครงสราง ชื่อตามระบบ IUPAC

3, 4, 4-trimethyl-heptane

OH 3-cyclohexenol

O 2NHH

Br 2-bromo-3-amino-butanal

O Ethyl isobutyl ketone O

O Ethyl acetate

OOOH

3-Oxo-butanoic acid

• สมบัติทางกายภาพของสารประกอบอินทรีย สมบัติทางกายภาพโดยทั่วไปจะหมายรวมถึง สถานะ จุดเดือด จุดหลอมเหลว และความสามารถในการละลาย เปนตน ซึ่งสมบัติตางๆ ดังกลาว ลวนเปนผลมาจากแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลท้ังส้ิน ดังนั้นสารประกอบอินทรียจึงสามารถจัดแบงประเภทได 3 ประเภท ตามแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุล และเรียงลําดับจากแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลมากไปนอยของโมเลกุลท่ีมีขนาดเทาๆ กัน ไดดังตอไปน้ี 1. กลุมท่ีสามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกุลได : amide > carboxylic > alcohol > amine 2. กลุมท่ีเปนโมเลกุลมีขั้วสูง เกิดแรงระหวางขั้วยึดเหนี่ยวกัน : ketone > aldehyde > ester > ether 3. กลุมท่ีมีขั้วต่ํา หรือไมมีขั้ว ยึดเหนี่ยวกันดวยแรงลอนดอน : alkyne > alkane > alkene โดยคราวๆ แลวจุดเดือดจากทุกกลุมสารจากมากไปนอย เมื่อมีขนาดโมเลกุลใกลเคียงกัน จะสามารถเรียงไดดังนี้ amide > carboxylic acid > alcohol > ketone > amine > aldehyde > ester > alkyne > ether > alkane > alkene


สวนความสามารถในการละลายน้ํานั้น สารในกลุมท่ี 1 และ 2 สามารถละลายน้ําไดดีเมื่อมีขนาดโมเลกุลเล็ก และความสามารถในการละลายน้ําจะคอยๆ ลดลงไปเมื่อขนาดของโมเลกุลใหญขึ้นเร่ือยๆ โมเลกุลท่ีเปนกิ่งจะมีแรงยึดเหนี่ยวระหวางโมเลกุลต่ํากวาโมเลกุลท่ีเปนเสนตรง เพราะการอัดตัวกันเปนไปไดยากกวา จึงเปนผลใหโมเลกุลท่ีมีกิ่งมาก ละลายน้ําไดงายขึ้น และ มีจุดเดือด จุดหลอมเหลวต่ําลง • ปฏิกิริยาของสารประกอบอินทรีย ปฏิกิริยาเคมีของสารประกอบอินทรีย อาจจะสามารถแบงออกไดเปนกลุม เพื่อความเขาใจไดงายขึ้นดังตอไปน้ี - ปฏิกิริยาการเผาไหม (Combustion Reaction) - ปฏิกิริยาการแทนที่ (Substitution Reaction) - ปฏิกิริยาการเติม (Addition Reaction) - ปฏิกิริยารีดอกซกับโลหะโซเดียม (Redox reaction with Na metal) - ปฏิกิริยาสะเทินระหวางกรด-เบส (Acid-base neutralisation) - ปฏิกิริยาควบแนน และปฏิกิริยาการแยกออกดวยน้ํา (Condensation-hydrolysis) 1. ปฏิกิริยาการเผาไหม (Combustion Reaction) สามารถเกิดไดกับสารอินทรียทุกชนิด โดยเปนปฏิกิริยา oxidation ดวย O2 ซึ่งจะเขาดึงอะตอมของธาตุองคประกอบออกมาเปนสารประกอบ oxide จนหมด การเผาไหมไมสมบูรณ (incomplete combustion) : เมื่อปฏิกิริยาการเผาไหมท่ีเกิดไมสมบูรณ จะเหลือเขมา และ ควันดํา ซึ่งก็คือ C เอาไว และมี CO ปนออกมาดวย ซึ่งการเผาไหมท่ีไมสมบูรณน้ันเกิดไดจาก - สารอินทรียท่ีมี C C หรือ C C หรือ วงเบนซีน ซึ่งพันธะที่แข็งแรงจะทําใหไมสามารถสลายพันธะระหวางคารบอนท้ังหมดได จึงเหลือเปนเขมา - ปริมาณ O2 นอยเกินไป เชน การเผาในภาชนะปดที่มี O2 จํานวนจํากัด - สารอินทรียท่ีมีขนาดโมเลกุลใหญมาก ทําให O2 เขาแทรกทําปฏิกิริยาไดยาก จึงเกิดการเผาไหมท่ีไมสมบูรณไดเชนกัน 2. ปฏิกิริยาการแทนที่ (Substitution Reaction) 2.1 ปฏิกิริยา halogenation ของแอลเคน ปฏิกิริยานี้เรียกไดวาเปนปฏิกิริยาการฟอกสีของธาตุฮาโลเจน เนื่องจากสีของธาตุฮาโลเจนนั้นจะหายไปหลังจากเกิดปฏิกิริยา เพราะผลิตภัณฑท่ีไดท้ัง 2 ชนิดไมมีสี และจะมีแกสท่ีเปนกรด (HX) สามารถเปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากน้ําเงินเปนแดงได 2.2 ปฏิกิริยา halogenation ของเบนซีน สารในกลุมเบนซีนเปนสารที่ไมมีขั้ว และเสถียรมากเนื่องจากสามารถเกิดเรโซแนนซไดทําใหเฉ่ือยตอปฏิกิริยามากกวาแอลเคน จําเปนตองใชตัวเรงปฏิกิริยาจึงจะสามารถเกิดปฏิกิริยาการแทนที่กับ halogen ได ปฏิกิริยานี้จะคลายกับแอลเคน แตตองใชตัวเรงปฏิกิริยาแทนที่จะใชแคแสง UV หรือความรอนเทานั้น โดยตัวเรงปฏิกิริยาที่ใชจะแตกตางกันไปตามฮาโลเจนที่ตองการจะใหเกิด ปฏิกิริยา คือ สําหรับ X2 จะใชตัวเรงปฏิกิริยาเปน FeX3 เมื่อ X เปนธาตุฮาโลเจนใดๆ สวน Cl อาจจะใช AlCl3 แทนก็ได 3. ปฏิกิริยาการเติม (Addition Reaction) ปฏิกิริยานี้จะเกิดขึ้นกับพันธะคูและพันธะสาม (multiple bond) ซึ่งมีอิเล็กตรอนหนาแนน ดังนั้นสารประกอบในกลุม แอลคีน และแอลไคนจะถูกเติมดวยสารที่ตองการอิเล็กตรอนมากๆ ไดเปนอยางดี และปฏิกิริยาในกลุมน้ีแอลไคนจะมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาเร็วกวาแอลคีน เพราะมีอิเล็กตรอนหนาแนนกวา สามารถแบงออกเปนปฏิกิริยายอยๆ ได 5 ปฏิกิริยา ไดแก 3.1 ปฏิกิริยา halogenation ของแอลคีนและแอลไคน (X2) 3.2 ปฏิกิริยา oxidation ของแอลคีนและแอลไคน (O2) 3.3 ปฏิกิริยา hydrohalogenation ของแอลคีนและแอลไคน (HX) 3.4 ปฏิกิริยา hydration ของแอลคีนและแอลไคน (H2O) 3.5 ปฏิกิริยา hydrogenation ของแอลคีนและแอลไคน (H2)


4. ปฏิกิริยารีดอกซกับโลหะโซเดียม ปฏิกิริยานี้จะเกิดขึ้นกับไฮโดรเจนที่สรางพันธะอยูกับออกซิเจน ซึ่งจะเกิดรีดักชันไปเปน H2 ทําใหสังเกตพบฟองแกสจากปฏิกิริยานี้ไดงาย สวนโลหะโซเดียมจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันไดเปน Na+ เหมือนปฏิกิริยาระหวางโซเดียมและน้ํา Na(s) + 2H2O(aq) 2NaOH(aq) + H2(g) ดังนั้นสารอินทรียท่ีสามารถเกิดปฏิกิริยาดังกลาวนี้ขึ้นได จะมีอยู 2 กลุมดวยกัน อันไดแก กรดคารบอกซิลิก และแอลกอฮอล โดยที่กรดคารบอกซิลิกสามารถเกิดปฏิกิริยาไดเร็วและรุนแรงกวา RCOOH + Na RCOONa + H2(g) ROH + Na RONa + H2(g) 5. ปฏิกิริยาสะเทินระหวางกรด-เบส (acid-base neutralisation) กรดและเบสสามารถทําปฏิกิริยากันได โดย H+ จากกรดจะทําปฏิกิริยากับอิเล็กตรอนคูโดดเดี่ยวของเบส ไดผลิตภัณฑเปนเกลือ หรือสารประกอบไอออนิกขึ้น ในกลุมของสารอินทรียสารที่มีฤทธิ์เปนกรด คือ กรดคารบอกซิลิก และสารที่มีฤทธิ์เปนเบส คือ เอมีน เมื่อรวมกับปฏิกิริยารีดอกซดวย Na แลวจะสามารถใชในการวิเคราะหวาสารอินทรียท่ีสงสัยเปนกรดคารบอกซิลิก หรือแอลกอฮอลหรือไม ดังตาราง

สิ่งที่สามารถสังเกตไดจากปฏิกิริยา สาร

โลหะ Na สารละลาย NaHCO3 สารอินทรียท่ัวไป - -

ROH H2(g) - RCOOH H2(g) CO2(g)

6. ปฏิกิริยาควบแนน และ ปฏิกิริยาการแยกออกดวยน้ํา ปฏิกิริยาการควบแนน หมายถึง การควบรวมกันของหมูฟงกชัน ตั้งแต 2 กลุมขึ้นไป เปนหมูฟงกชันชนิดใหม สวนการไฮโดรไลซิส คือ การทําปฏิกิริยาของน้ํากับหมูฟงกชันใดๆ เปนผลใหโมเลกุลเกิดการแตกออก ซึ่งทั้งสองปฏิกิริยาในที่น้ีจะเปนปฏิกิริยายอนกลับซึ่งกันและกันได 6.1 Esterification และ hydrolysis 6.2 Amidation และ hydrolysis 6.3 Saponification ตัวอยาง พิจารณาแผนภาพปฏิกิริยาตอไปน้ี ระบุโครงสรางของสาร A ถึง D มาใหสมบูรณ

KMnO4(cold)

(dark)

Na

2BrH

O∆+ , H , HO

A B C

DCyclohexane1, 2 - Dibromo (ตอบ A = cyclohexene)


ตัวอยางขอสอบ PAT2 1. สารประกอบแอโรมาติกชนิดหนึ่งมีวงเบนซีนเปนองคประกอบอยู 1 วง มีสูตรโมเลกุลเปน C7H8 สารประกอบนี้มีโครงสรางที่เปนไป

ไดท้ังส้ินกี่แบบ 1) 3 แบบ 2) 4 แบบ 3) 5 แบบ 4) 6 แบบ 2. พิจารณาขอมูลตอไปน้ี

สารที่ใชทดสอบแลผลของปฏิกิริยา สาร การละลายน้ําและนําไฟฟา

โลหะโซเดียม NaHCO3 Br2 ในที่สวาง Br2 ในที่มืด ก. ละลายได นําไฟฟา เกิดฟองแกส เกิดฟองแกส ฟอกสี ฟอกสี ข. ละลายได ไมนําไฟฟา เกิดฟองแกส ไมเกิดฟองแกส ไมฟอกสี ไมฟอกสี ค. ไมละลาย ไมนําไฟฟา ไมเกิดฟองแกส ไมเกิดฟองแกส ฟอกสี ฟอกสี

ขอใดเปนสารประกอบ ก., ข. และ ค. ตามลําดับ 1) CH2 CHCOOH CH3CH2CH2OH CH2 CH CH CH2 2) CH3CH2COOH CH2 CHCH2OH CH3CH2CH2CH2 3) CH3CH2CH2OH CH3CH2COOH C6H5 CH2CH3 4) CH2 CHCH2OH CH3CH2CH2COOH C6H5 CH CH2 3. สารประกอบไฮโดรคารบอนชนิดใดตอไปน้ี เมื่อทําปฏิกิริยากับคลอรีนในที่มีแสงแลวใหผลิตภัณฑท่ีมีจํานวนไอโซเมอรท่ีเปนไปได

ท้ังหมดมากที่สุด

1) 3CHCH3

2CH3CH

H 2) 3CH2CH

3CH3CH

CCHH 23 3)

3CH2CHCCHH 233CH2CH

H 4) CH3CH2CH2CH2CH3

4. เมื่อนําเฮกเซน เฮกซีน เฮกไซน และเบนซีน อยางละ 1 กรัม มาเผาไหมอยางสมบูรณ สารประกอบไฮโดรคารบอนใดตองใชปริมาณ

ออกซิเจนมากที่สุดและนอยที่สุดตามลําดับ 1) เฮกเซนและเบนซีน 2) เบนซีนและเฮกเซน 3) เบนซีนและเฮกซีน 4) เบนซีนและเฮกไซน 5. สารประกอบอินทรียชนิดหนึ่ง มีโครงสรางดังตอไปน้ี

NHO

ขอใดกลาวไดถูกตองเกี่ยวกับปฏิกิริยาของสารประกอบนี้ 1) เกิดปฏิกิริยาเปล่ียนสีกระดาษลิตมัสจากแดงเปนน้ําเงินได 2) เกิดปฏิกิริยาการเติมกับโบรมีนจะไดผลิตภัณฑเปน C4H7NOBr2 3) ตมกับนํ้าโดยมี H+ เปนตัวเรงปฏิกิริยาจะไดผลิตภัณฑเปน C4H9NO2 4) เฉ่ือยตอปฏิกิริยา ไมสามารถเกิดปฏิกิริยาใดๆ ได

Documents

สารชีวโมเลก ุล · PDF file · 2013-07-15สารชีวโมเลก ... ตัวหนึ่ง และมีน้ําเป นผลิตภัณฑ