20.5: Amines na Amides

Last updated
Save as PDF

Page ID: 188908

$ \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } $ $ \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} $$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$$\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}$

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

Eleza muundo na mali ya amine
Eleza muundo na mali ya amide

Amini ni molekuli zilizo na vifungo vya kaboni-nitrojeni. Atomu ya nitrojeni katika amini ina jozi pekee ya elektroni na vifungo vitatu kwa atomi nyingine, ama kaboni au hidrojeni. Nomenclatures mbalimbali hutumika kupata majina kwa ajili ya amini, lakini yote yanahusisha darasa kutambua suffix -ine kama inavyoonyeshwa hapa kwa mifano michache rahisi:

Miundo mitatu imeonyeshwa, kila mmoja na atomi nyekundu, ya kati ya N ambayo ina jozi ya dots za elektroni zilizoonyeshwa katika nyekundu juu ya atomi za N. Mfumo wa kwanza unaitwa methyl amine. Kwa upande wa kushoto wa N, kundi la C H linajiunga na 3 linaunganishwa. Atomi H huunganishwa kwa haki na chini ya atomi ya kati ya N. Mfumo wa pili unaitwa dimethyl amine. Muundo huu una C H subscript 3 makundi bonded kwa upande wa kushoto na kulia wa N atomi na moja H atomi ni Bonded chini. Muundo wa tatu ni kinachoitwa trimethyl amine, ambayo ina C H subscript makundi 3 bonded kwa kushoto, kulia, na chini ya kati N atomi.

Katika baadhi ya amini, atomi ya nitrojeni inachukua nafasi ya atomi ya kaboni katika hidrokaboni yenye kunukia. Pyridine (Kielelezo 20.17) ni moja ya amine ya heterocyclic. Kiwanja cha heterocyclic kina atomi za elementi mbili au zaidi tofauti katika muundo wake wa pete.

Muundo wa Masi unaonyeshwa. Pete ya atomi tano za C na atomi moja ya N inavyoonyeshwa kwa vifungo viwili vya kubadilisha. Atomi za H Single zimeunganishwa, zinaonekana nje ya pete kwenye kila atomu C. Atomu ya N ina jozi ya elektroni isiyoshirikishwa inayoonyeshwa kwenye atomu ya N upande wa nje wa pete. Atomu ya N, jozi ya dot ya elektroni, na vifungo vilivyounganishwa nayo kwenye pete vinaonyeshwa kwa rangi nyekundu.

Kielelezo 20.17 Mfano unaonyesha moja ya miundo ya resonance ya pyridine.

Jinsi Sayansi Interconnect

DNA katika Forensics na Ubaba

Vifaa vya maumbile kwa vitu vyote vilivyo hai ni polymer ya molekuli nne tofauti, ambazo wenyewe ni mchanganyiko wa subunits tatu. Taarifa ya maumbile, kanuni ya kuendeleza kiumbe, imetolewa katika mlolongo maalum wa molekuli nne, sawa na jinsi barua za alfabeti zinaweza kupangiliwa ili kuunda maneno yanayofikisha habari. Taarifa katika mlolongo wa DNA hutumiwa kuunda aina nyingine mbili za polima, moja ambayo ni protini. Protini huingiliana ili kuunda aina fulani ya viumbe na sifa za kibinafsi.

Molekuli ya maumbile inaitwa DNA, ambayo inasimama kwa asidi deoxyribonucleic. Molekuli nne zinazounda DNA zinaitwa nucleotidi. Kila nucleotide ina molekuli moja au mbili-pete zenye nitrojeni, kaboni, oksijeni, na hidrojeni inayoitwa msingi wa nitrojeni. Kila msingi huunganishwa na sukari ya kaboni tano inayoitwa deoxyribose. Sukari kwa upande wake imefungwa kwa kundi la phosphate $({-PO}_{4}^{3-})$ Wakati DNA mpya inafanywa, mmenyuko wa upolimishaji hutokea ambao hufunga kundi la phosphate la nucleotide moja kwa kundi la sukari la nucleotide ya pili. Msingi wa nitrojeni wa kila nucleotide hutoka kwenye uti wa mgongo huu wa sukari-phosphate. DNA ni kweli sumu kutoka polima mbili hizo coiled kuzunguka kila mmoja na uliofanyika pamoja na vifungo hidrojeni kati ya besi nitrojeni. Hivyo, backbones mbili ni nje ya jozi ya coiled ya strands, na besi ni ndani. Sura ya vipande viwili vilivyojeruhiwa karibu na kila mmoja huitwa helix mbili (angalia Mchoro 20.18).

Pengine ni busara kwamba mlolongo wa nucleotides katika DNA ya paka hutofautiana na yale ya mbwa. Lakini pia ni kweli kwamba utaratibu wa DNA katika seli za pugs mbili za mtu binafsi hutofautiana. Vivyo hivyo, utaratibu wa DNA ndani yako na ndugu hutofautiana (isipokuwa ndugu yako ni pacha sawa), kama vile wale kati yako na mtu asiyehusiana. Hata hivyo, Utaratibu wa DNA wa watu wawili wanaohusiana ni sawa zaidi kuliko utaratibu wa watu wawili wasiohusiana, na kufanana hizi katika mlolongo zinaweza kuzingatiwa kwa njia mbalimbali. Hii ni kanuni ya nyuma ya uchapishaji wa vidole vya DNA, ambayo ni njia inayotumiwa kuamua kama sampuli mbili za DNA zilitoka kwa watu binafsi wanaohusiana (au sawa) au watu wasiohusiana.

Mchoro a inaonyesha DNA kama helix mara mbili linajumuisha besi nitrojeni adenine, thymine, guanine, na cytosine paired up pamoja sukari phosphate uti wa mgongo. Helix ina lebo 3 mkuu na 5 maelekezo mkuu au mwisho. Katika mchoro b, mpangilio wa kiwango cha Masi ya besi zilizounganishwa na bonding ya hidrojeni ndani ya uti wa mgongo wa sukari-phosphate huonyeshwa. Adenine inavyoonekana na bonding hidrojeni kwa thymine na vilevile uhusiano kupitia bonding hidrojeni kati ya cytosine na guanine inavyoonekana. Tena, 3 mkuu na 5 mkuu directional habari hutolewa. Katika mchoro c, uhusiano kati ya msingi wa nitrojeni, sukari, na phosphate huonyeshwa.

Kielelezo 20.18 DNA ni molekuli ya kikaboni na vifaa vya maumbile kwa viumbe hai vyote. (a) DNA ni helix mara mbili yenye DNA mbili single strands hidrojeni bonded pamoja katika kila msingi nitrojeni. (b) Maelezo haya inaonyesha bonding hidrojeni (dotted mistari) kati ya besi nitrojeni katika kila strand DNA na njia ambayo kila nucleotide ni alijiunga na ijayo, na kutengeneza uti wa mgongo wa sukari na makundi phosphate pamoja kila strand. (c) Maelezo haya yanaonyesha muundo wa moja ya nucleotidi nne zinazounda polymer ya DNA. Kila nucleotide ina msingi wa nitrojeni (molekuli ya pete mbili, katika kesi hii), sukari ya kaboni tano (deoxyribose), na kikundi cha phosphate.

Kutumia kufanana katika utaratibu, mafundi wanaweza kuamua kama mtu ni baba wa mtoto (utambulisho wa mama ni mara chache katika shaka, isipokuwa katika kesi ya mtoto aliyepitishwa na mama aliyezaliwa uwezo). Vivyo hivyo, maumbile ya maumbile yanaweza kuamua kama sampuli ya eneo la uhalifu wa tishu za binadamu, kama vile damu au seli za ngozi, ina DNA inayofanana hasa na DNA ya mtuhumiwa.

Unganisha na Kujifunza

Tazama uhuishaji wa video hii ya jinsi DNA inavyowekwa vifurushi kwa somo la kuona katika muundo wake.

Kama amonia, amini ni besi dhaifu kutokana na jozi pekee ya elektroni kwenye atomi zao za nitrojeni:

Athari mbili zinaonyeshwa. Katika kwanza, amonia humenyuka na H superscript plus. Jozi isiyoshirikiwa ya dots za elektroni inakaa juu ya atomi ya N. Kwa upande wa kushoto, kulia, na chini, atomi za H zimefungwa. Hii inafuatiwa na ishara ya pamoja na atomi ya H yenye alama ya superscript pamoja. Kwa haki ya mshale wa mmenyuko, ion ya amonia inavyoonyeshwa kwenye mabano na ishara ya superscript pamoja na nje. Ndani ya mabano, atomi ya N inaonyeshwa na atomi za H zilizounganishwa pande zote nne. Katika mmenyuko sawa wa pili, amine ya methyl humenyuka na H superscript pamoja na kutoa ion ya amonia ya methyl. Muundo wa amini ya methyl ni kama amonia isipokuwa kundi la C H subscript 3 linaunganishwa mahali pa atomu ya kushoto zaidi H katika muundo. Vile vile, ioni ya amonia ya methyl inawakilishwa katika mabano na alama ya superscript pamoja inayoonekana nje. Ndani muundo huo unafanana na ule wa amine ya methyl isipokuwa kuwa atomi ya H inaonekana juu ya atomu ya N ambako jozi ya elektroni isiyoshirikishwa ilionyeshwa hapo awali.

Msingi wa atomi ya nitrojeni ya amine ina jukumu muhimu katika sehemu kubwa ya kemia ya kiwanja. Makundi ya kazi ya Amine hupatikana katika misombo mbalimbali, ikiwa ni pamoja na rangi za asili na za synthetic, polima, vitamini, na dawa kama vile penicillin na codeine. Pia hupatikana katika molekuli nyingi muhimu kwa maisha, kama vile amino asidi, homoni, nyurotransmitters, na DNA.

Jinsi Sayansi Interconnect

Alkaloids addictive

Tangu nyakati za kale, mimea imetumiwa kwa madhumuni ya dawa. Darasa moja la vitu, inayoitwa alkaloidi, iliyopatikana katika mimea mingi hii imetengwa na kupatikana kuwa na molekuli za mzunguko na kikundi cha kazi cha amine. Amini hizi ni besi. Wanaweza kuguswa na H ₃ O ⁺ katika asidi ya kuondokana ili kuunda chumvi ya amonia, na mali hii hutumiwa kuwaondoa kutoka kwenye mmea:

R_{3} N + H_{3} O^{+} + {Cl}^{-} ⟶ [R_{3} {NH}^{+}] {Cl}^{-} + H_{2} O

Jina alkaloid linamaanisha “kama alkali.” Hivyo, alkaloid humenyuka na asidi. Kiwanja cha bure kinaweza kupatikana baada ya uchimbaji kwa majibu na msingi:

[R_{3} {NH}^{+}] {Cl}^{-} + {OH}^{-} ⟶ R_{3} N + H_{2} O + {Cl}^{-}

Miundo ya alkaloids nyingi zinazotokea kwa kawaida zina madhara makubwa ya kisaikolojia na ya kisaikolojia kwa wanadamu. Mifano ya dawa hizi ni pamoja na nikotini, morphine, codeine, na heroin. Mti huu hutoa vitu hivi, kwa pamoja huitwa misombo ya mimea ya sekondari, kama ulinzi wa kemikali dhidi ya wadudu wengi ambao hujaribu kulisha mmea:

Miundo ya molekuli ya nikotini, morphine, codeine, na heroin huonyeshwa. Miundo hii kubwa hushiriki vipengele vya kawaida, ikiwa ni pamoja na pete. Katika miundo tata ya morphine, codeine, na heroin, vifungo kwa baadhi ya atomi O katika miundo huonyeshwa kwa wedges zilizopigwa na vifungo kwa atomi za H na atomi za N zinaonyeshwa kama wedges imara.

Katika michoro hizi, kama ilivyo kawaida katika kuwakilisha miundo ya misombo kubwa ya kikaboni, atomi za kaboni katika pete na atomi za hidrojeni zilizounganishwa nao zimeondolewa kwa uwazi. Wedges imara zinaonyesha vifungo vinavyoenea nje ya ukurasa. Wedges zilizopigwa zinaonyesha vifungo vinavyoenea kwenye ukurasa. Angalia kwamba mabadiliko madogo kwa sehemu ya molekuli hubadilisha mali ya morphine, codeine, na heroin. Morphine, narcotic yenye nguvu inayotumiwa kupunguza maumivu, ina makundi mawili ya kazi ya hidroxyl, yaliyo chini ya molekuli katika fomu hii ya kimuundo. Kubadilisha mojawapo ya makundi haya ya hydroxyl kwenye kikundi cha methyl ether huunda codeine, dawa isiyo na nguvu inayotumiwa kama anesthetic ya ndani. Kama makundi yote hydroxyl ni waongofu kuwa esta ya asidi asetiki, nguvu addictive madawa ya kulevya heroin matokeo (Kielelezo 20.19).

Hii ni picha ya shamba la poppies nyekundu-machungwa.

Kielelezo 20.19 Poppies inaweza kutumika katika uzalishaji wa afyuni, mpira wa mimea ambayo ina morphine ambayo afyuni nyingine, kama vile heroin, inaweza synthesized. (mikopo: Karen Roe)

Amidi ni molekuli ambazo zina atomi za nitrojeni zilizounganishwa na atomi ya kaboni ya kundi la kabonili. Kama amines, sheria mbalimbali za majina zinaweza kutumiwa kutaja amides, lakini zote zinajumuisha matumizi ya kiambishi maalum cha darasa -amide:

Takwimu hii inaonyesha miundo mitatu. Mifano miwili hutolewa. Muundo wa msingi una atomu ya H au kundi la R linalounganishwa na atomu ya C ambayo inaunganishwa mara mbili kwa atomu ya O. Atomu O ina seti mbili za nukta za elektroni. Atomu ya C inaunganishwa na atomi ya N ambayo kwa upande wake inaunganishwa na makundi mawili ya R au atomi mbili za H. Atomu N kama seti moja ya nukta za elektroni. Muundo unaofuata ni pamoja na acetamide, ambayo ina C H subscript 3 iliyounganishwa na atomi C yenye atomi ya O iliyounganishwa mara mbili. atomi ya pili ya C pia imeunganishwa na N H subscript 2. Hexanamide ina mlolongo wa hydrocarbon wa urefu 6 unaohusisha vifungo vyote. Muundo uliohifadhiwa umeonyeshwa hapa. Kwa atomi ya sita ya C kwenye mwisho wa kulia wa mlolongo, atomi ya O inaunganishwa mara mbili na kikundi cha N H kilichosajiliwa 2 ni kikundi kimoja.

Amidi zinaweza kuzalishwa wakati asidi ya kaboksili huguswa na amines au amonia katika mchakato unaoitwa amidation. Molekuli ya maji hutolewa kutokana na mmenyuko, na amide hutengenezwa kutoka vipande vilivyobaki vya asidi ya kaboksili na amine (kumbuka kufanana na malezi ya ester kutoka asidi ya kaboksili na pombe iliyojadiliwa katika sehemu iliyopita):

Mmenyuko wa kemikali huonyeshwa kati ya asidi ya kaboksili na amine ili kuunda amide na maji. Miundo imeonyeshwa. Asidi ya kaboksili inavyoonyeshwa kama kikundi cha C H kilichojisajili 3 kilichounganishwa na kundi la C H subscript 2 linalounganishwa na chembe C na atomi ya O iliyofungwa mara mbili hapo juu na kikundi cha O H kilichounganishwa na haki. Kuna ishara ya pamoja. Amini huonyeshwa kama atomi ya N yenye atomi mbili H zilizounganishwa kwa pande za chini na za kushoto. C H subscript 3 kundi ni bonded kwa upande wa kulia wa N atomi. Na haki ya mshale, amide ni umeonyesha kama C H subscript 3 kundi Bonded kwa C H subscript 2 kundi Bonded kwa C atomi ambayo ni mara mbili bonded kwa O atomi juu na N na H atomi Bonded chini. atomi N ni bonded kwa C H subscript 3 kundi. Bidhaa ya mwisho iliyoonyeshwa baada ya ishara ya pamoja ni maji, H subscript 2 O.

Majibu kati ya amines na asidi ya carboxylic kuunda amides ni muhimu kwa biolojia. Ni kwa njia ya mmenyuko huu kwamba amino asidi (molekuli zenye mbadala zote za amine na asidi ya kaboksili) zinaunganisha pamoja katika polymer ili kuunda protini.

Jinsi Sayansi Interconnect

Protini na Enzym

Protini ni molekuli kubwa za kibiolojia zinazoundwa na minyororo ndefu ya molekuli ndogo zinazoitwa amino asidi. Viumbe hutegemea protini kwa aina mbalimbali za kazi-protini husafirisha molekuli katika utando wa seli, kuiga DNA, na kuchochea athari za kimetaboliki, kwa jina chache tu ya kazi zao. Mali ya protini ni kazi za mchanganyiko wa amino asidi zinazoziandika na zinaweza kutofautiana sana. Ushirikiano kati ya utaratibu wa asidi amino katika minyororo ya protini husababisha kukunja kwa mnyororo katika miundo maalum, mitatu ambayo huamua shughuli za protini.

Asidi amino ni molekuli za kikaboni ambazo zina kundi la kazi ya amine (—NH ₂), kundi la kazi la asidi ya kaboksili (—COOH), na mnyororo wa upande (yaani maalum kwa kila asidi amino binafsi). Vitu vingi vilivyo hai hujenga protini kutoka kwa asidi 20 tofauti za amino. Asidi amino huungana na kuundwa kwa dhamana ya peptidi, ambayo ni dhamana ya covalent inayoundwa kati ya asidi amino mbili wakati kundi la asidi ya kaboksili la asidi amino moja humenyuka na kundi la amino la asidi nyingine ya amino. Kuundwa kwa matokeo ya dhamana katika uzalishaji wa molekuli ya maji (kwa ujumla, athari zinazosababisha uzalishaji wa maji wakati molekuli nyingine mbili zinachanganya hujulikana kama athari za condensation). Mfungo-kati ya kundi la kabonili atomi ya kaboni na atomi ya nitrojeni ya amine inaitwa kiungo cha peptidi au dhamana ya peptidi. Kwa kuwa kila moja ya asidi amino ya awali ina kundi lisilojitokeza (moja ina amine isiyojitokeza na nyingine asidi ya kaboksili isiyofanywa), vifungo vingi vya peptidi vinaweza kuunda hadi asidi nyingine za amino, kupanua muundo. (Kielelezo 20.20) Mlolongo wa amino asidi iliyounganishwa huitwa polypeptide. Protini zina angalau mlolongo mmoja wa polipeptidi mrefu.

Takwimu hii inaonyesha molekuli mbili za amino asidi. Molekuli hizi zina atomi mbili za kaboni zilizounganishwa moja kwa moja ambazo kundi la amino linaunganishwa upande wa kushoto na atomi C upande wa kulia ni sehemu ya kundi la carboxyl. C atomi katika kituo ina R kundi bonded chini na H atomi bonded juu. Asidi amino upande wa juu kushoto ina kundi amino kutambuliwa na iliyoambatanishwa katika mstatili kijani dashed. Kundi hili linajumuisha atomi ya N yenye atomi mbili za H zilizounganishwa. Asidi ya amino upande wa kulia ina kundi la carboxyl linalotambuliwa katika mstatili wa kijani. Kundi hili lina atomi ya C ambayo kikundi cha O H na atomi ya O iliyounganishwa mara mbili huunganishwa. Asidi amino upande wa kushoto ina kundi la O H upande wa kulia wa chini katika nyekundu. Asidi amino upande wa kulia ina atomu ya H inayounganishwa na atomu ya N katika nyekundu. Mshale unaonyesha chini na umeandikwa majibu ya condensation. Mshale wa mviringo unaendelea chini na kulia mbali ya mshale wa chini, akielezea H subscript 2 O, ambayo ni nyekundu. Molekuli moja, kubwa inaonekana chini ya mshale wa chini. Katika maeneo ya kikundi cha O H nyekundu na atomi ya H, molekuli za amino asidi zinaunganishwa pamoja. Dhamana hii ni kinachoitwa kama dhamana peptide na molekuli kubwa sumu ni kinachoitwa kama mnyororo polipeptidi.

Kielelezo 20.20 Mmenyuko huu wa condensation huunda dipeptide kutoka asidi mbili za amino na husababisha kuundwa kwa maji.

Enzymes ni molekuli kubwa za kibiolojia, hasa linajumuisha protini, ambazo zinawajibika kwa maelfu ya michakato ya kimetaboliki inayotokea katika viumbe hai. Enzymes ni vichocheo maalum sana; huharakisha viwango vya athari fulani. Enzymes hufanya kazi kwa kupunguza nishati ya uanzishaji wa majibu ambayo huchochea, ambayo inaweza kuongeza kasi ya mmenyuko. Athari nyingi zilizochochewa na enzymes zina viwango ambavyo ni mamilioni ya nyakati kwa kasi zaidi kuliko toleo la noncatalized. Kama vichocheo vyote, enzymes hazitumiwi wakati wa athari ambazo zinachochea. Enzymes hutofautiana na vichocheo vingine katika jinsi maalum kwa substrates zao (molekuli ambazo enzyme itabadilika kuwa bidhaa tofauti). Kila enzyme ina uwezo tu wa kuharakisha athari moja au chache maalum au aina ya athari. Kwa kuwa kazi ya enzymes ni maalum sana, ukosefu au utendaji mbaya wa enzyme unaweza kusababisha madhara makubwa ya afya. Ugonjwa mmoja ambao ni matokeo ya malfunction ya enzyme ni phenylketonuria. Katika ugonjwa huu, enzyme ambayo huchochea hatua ya kwanza katika uharibifu wa phenylalanine ya amino asidi haifanyi kazi (Mchoro 20.21). Bila kutibiwa, hii inaweza kusababisha mkusanyiko wa phenylalanine, ambayo inaweza kusababisha ulemavu wa akili.

Takwimu hii ni pamoja na kompyuta yanayotokana picha ya molekuli enzyme kuonyesha kamba na curled Ribbon-kama vipengele miundo katika zambarau, kijani, na hues njano.

Kielelezo 20.21 Utoaji wa kompyuta unaonyesha muundo wa pande tatu wa enzyme phenylalanine hydroxylase. Katika ugonjwa phenylketonuria, kasoro katika sura ya phenylalanine hydroxylase husababisha kupoteza kazi yake katika kuvunja phenylalanine.

Kemia katika Maisha ya Kila siku

Kevlar

Kevlar (Kielelezo 20.22) ni polymer ya synthetic iliyotengenezwa kutoka monoma mbili 1,4-phenylene-diamine na kloridi ya terephthaloyl (Kevlar ni alama ya biashara iliyosajiliwa ya DuPont). Nyenzo hizo zilianzishwa na Susan Kwolek wakati alipofanya kazi ili kupata nafasi ya chuma katika matairi. Kazi ya Kwolek ilihusisha kuunganisha polyamides na kufuta katika vimumunyisho, kisha kugeuka suluhisho linalosababisha nyuzi. Moja ya ufumbuzi wake imeonekana kuwa tofauti kabisa katika kuonekana na muundo wa awali. Na mara moja spun, nyuzi kusababisha walikuwa hasa nguvu. Kutokana na ugunduzi huu wa awali, Kevlar iliundwa. Vifaa vina uwiano mkubwa wa nguvu hadi uzito (ni karibu mara 5 zaidi kuliko uzito sawa wa chuma), na kuifanya kuwa muhimu kwa maombi mengi kutoka kwa matairi ya baiskeli kwa sails kwa silaha za mwili.

Kielelezo 20.22 Mchoro huu unaonyesha formula ya Kevlar ya polymeric.

Vifaa vina nguvu nyingi kwa vifungo vya hidrojeni kati ya minyororo ya polymer (rejea kwenye sura ya mwingiliano wa intermolecular). Hizi vifungo fomu kati ya kundi carbonyl oksijeni atomi (ambayo ina sehemu hasi malipo kutokana na electronegativity oksijeni) juu ya monoma moja na sehemu chanya kushtakiwa chembe hidrojeni katika N-H dhamana ya monoma karibu katika muundo polymer (tazama dashed line katika Kielelezo 20.23). Kuna nguvu zaidi inayotokana na mwingiliano kati ya orbitals unhybridized p katika pete sita membered, aitwaye stacking kunukia.

Mchoro huu unaonyesha vitengo vya kurudia, vilivyounganishwa vilivyopo katika Kevlar, vinavyoonekana kuonekana kama karatasi. Makundi ya mstari yaliyopigwa yanaonyeshwa kati ya vitengo. Vitengo vya kibinafsi vinajumuisha nitrojeni, hidrojeni, oksijeni na atomi za kaboni. Vitengo vya miundo ya kurudia ni pamoja na pete za benzini na vifungo viwili.

Mchoro 20.23 Mchoro unaonyesha muundo wa polymer wa Kevlar, na vifungo vya hidrojeni kati ya minyororo ya polymer iliyowakilishwa na mistari ya dotted

Kevlar inaweza kuwa anafahamika zaidi kama sehemu ya silaha za mwili, helmeti za kupambana, na masks ya uso. Tangu miaka ya 1980, jeshi la Marekani limetumia Kevlar kama sehemu ya PASGT (mfumo wa silaha binafsi kwa askari wa ardhi) kofia na vest. Kevlar pia hutumiwa kulinda magari ya mapigano ya kivita na flygbolag za ndege. Maombi ya kiraia yanajumuisha gear ya kinga kwa wafanyakazi wa huduma za dharura kama silaha za mwili kwa maafisa wa polisi na mavazi ya joto ya wapiganaji Mavazi ya msingi ya Kevlar ni nyepesi sana na nyembamba kuliko gear sawa iliyofanywa kutoka kwa vifaa vingine (Mchoro 20.24). Zaidi ya Kevlar, Susan Kwolek alikuwa muhimu katika maendeleo ya Nomex, nyenzo za moto, na pia alihusika katika uumbaji wa Lycra. Yeye akawa tu mwanamke wa nne inducted katika National Inventors Hall of Fame, na kupokea idadi ya tuzo nyingine kwa michango yake muhimu kwa sayansi na jamii.

Picha tatu zinaonyeshwa. Katika kwanza, askari wawili wa kiume wanaonyeshwa kuchagua kupitia nyenzo za rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya kijani Katika pili, watu wawili wanaonyeshwa kupiga mbizi. Katika tatu, kamba nyeupe nyeupe inafanywa kwa chombo cha mkono.

Kielelezo 20.24 (a) Askari hawa ni kuchagua kupitia vipande vya kofia ya Kevlar iliyosaidia kunyonya mlipuko wa grenade. Kevlar pia hutumiwa kutengeneza (b) mitumbwi na (c) mistari ya kuendesha baharini. (mikopo a: mabadiliko ya kazi na “Cla68" /Wikimedia Commons; mikopo b: mabadiliko ya kazi na “OakleyOriginals” /Flickr; mikopo c: mabadiliko ya kazi na Casey H. Kyhl)

Mbali na matumizi yake inayojulikana zaidi, Kevlar pia hutumiwa mara nyingi katika cryogenics kwa conductivity yake ya chini sana ya mafuta (pamoja na nguvu zake za juu). Kevlar inaendelea nguvu zake za juu wakati kilichopozwa hadi halijoto ya nitrojeni kiowevu (—196 °C).

Jedwali hapa linafupisha miundo iliyojadiliwa katika sura hii:

Jedwali hili hutoa majina ya kiwanja, miundo yenye vikundi vya kazi katika nyekundu, na mifano ambayo ni pamoja na fomu, fomu za kimuundo, mifano ya mpira na fimbo, na majina. Majina ya kiwanja ni pamoja na alkene, alkyne, pombe, ether, aldehyde, ketone, asidi kaboksili, ester, amine, na amidi. Alkenes wana dhamana mbili. formula ni C subscript 2 H subscript 4 ambayo ni jina ethene. Mfano wa mpira-na-fimbo unaonyesha mipira miwili nyeusi inayounda dhamana mara mbili na kila mmoja amefungwa na mipira miwili nyeupe. Alkynes wana dhamana tatu. formula ni C subscript 2 H subscript 2 ambayo ni jina ethyne. Mfano wa mpira-na-fimbo unaonyesha mipira miwili nyeusi yenye dhamana tatu kati yao kila mmoja amefungwa na mpira mmoja mweupe. Pombe zina kundi la O H. O ina jozi mbili za dots za elektroni. formula ni C H subscript 3 C H subscript 2 O H ambayo ni jina ethanol. Mfano wa mpira-na-fimbo unaonyesha mipira miwili nyeusi na mpira mmoja mwembamba unaounganishwa kwa dhamana moja. Kuna mipira minne nyeupe inayoonekana. Ethers zina atomi ya O katika muundo kati ya vikundi viwili vya R. Atomu O ina seti mbili za nukta za elektroni. formula ni (C subscript 2 H subscript 5) Subscript 2 O ambayo ni jina ethanal. Mpira-na-fimbo mfano inaonyesha mipira miwili nyeusi Bonded kwa mpira nyekundu ambayo ni Bonded kwa mipira miwili zaidi nyeusi. Vifungo vyote ni moja. Kuna mipira mitano nyeupe inayoonekana. Aldehydes zina atomi ya C ambayo mara mbili iliyounganishwa O na H na R ni pamoja na muundo. Atomu O ina seti mbili za nukta za elektroni. formula ni C H subscript 3 C H O ambayo ni jina Ethanal. Mfano wa mpira-na-fimbo unaonyesha vifungo viwili vya rangi nyeusi vilivyounganishwa na mipira miwili nyekundu. Mfano wa mpira-na-fimbo unaonyesha mipira miwili nyeusi iliyofungwa na dhamana moja na mpira wa pili mweusi huunda dhamana mbili na mpira mweusi. Kuna mipira mitatu nyeupe inayoonekana. Ketoni zinaonyesha atomi ya C ambayo O iliyofungwa mara mbili imefungwa. Upande wa kushoto wa atomi C huunganishwa na R na upande wa kulia umefungwa kwa R mkuu. Atomu O ina seti mbili za nukta za elektroni. Fomu ni C H subscript 3 C O C H subscript 2 C H subscript 3 na inaitwa methyl ethyl ketone. Mifano ya mpira-na-fimbo inaonyesha mipira minne nyeusi yote kutengeneza vifungo moja kwa kila mmoja. Mpira wa pili mweusi huunda dhamana mbili na mpira mwembamba. Kuna mipira mitano nyeupe inayoonekana. Asidi ya kaboksili ina C ambayo O mara mbili iliyounganishwa na O H ni pamoja na muundo. Kila atomu O ina seti mbili za nukta za elektroni. formula ni C H subscript 3 C O O H ambayo ni jina ethanoic au asidi asetiki. Mfano wa mpira-na-fimbo unaonyesha mipira miwili nyeusi na mpira mmoja nyekundu kutengeneza vifungo moja kwa kila mmoja. Mpira wa pili mweusi pia huunda dhamana mara mbili na mpira mwingine mwembamba. Mipira mitatu nyeupe inaonekana. Esta zina atomi ya C ambayo huunda dhamana mara mbili na atomu O na dhamana moja na atomi nyingine O ambayo ina kundi la hidrokaboni lililounganishwa katika muundo. Kila atomu O ina seti mbili za nukta za elektroni. formula ni C H subscript 3 C O subscript 2 C H subscript 2 C H subscript 3 ambayo ni jina lake ethyl acetate. Mfano wa mpira-na-fimbo unaonyesha mipira miwili nyeusi, mpira nyekundu, na mipira miwili nyeusi inayounda vifungo moja kwa kila mmoja. Mpira wa pili mweusi huunda dhamana mbili na mpira mwingine mwembamba. Kuna mipira mitano nyeupe inayoonekana. Amini huwa na atomi ya N katika muundo ambao makundi matatu ya hidrokaboni, vikundi viwili vya hidrokaboni na atomi moja ya H, au kundi moja la hidrokaboni na atomi mbili za H zinaweza kuunganishwa. Kila n ina seti moja ya dots za elektroni. formula ni C subscript 2 H subscript 5 N H subscript 2 ambayo ni jina ethylamine. Mfano wa mpira-na-fimbo unaonyesha mipira miwili nyeusi na mpira mmoja wa bluu kutengeneza vifungo moja kwa kila mmoja. Kuna mipira mitano nyeupe inayoonekana. Amides na C ambayo mara mbili Bonded O na moja N kuingizwa katika muundo kati ya makundi mawili hydrocarbon. Kundi moja la hidrokaboni linaunganishwa na C, nyingine kwa N. amides pia inaweza kuwa na atomi ya H iliyounganishwa na N. atomi O kama seti mbili za dots za elektroni, na atomi ya N ina seti moja. formula ni C H subscript 3 C O N H subscript 2 ambayo ni jina ethanamide au acetamide. Mfano wa mpira-na-fimbo unaonyesha mipira miwili nyeusi na mpira mmoja wa bluu kutengeneza vifungo moja kwa kila mmoja. Mpira wa pili mweusi huunda dhamana mbili na mpira mmoja mwembamba. Kuna mipira minne nyeupe inayoonekana.