Em formação

5.2: Classes da Coroa - Biologia


Classe Crown é um termo usado para descrever a posição de uma árvore individual no dossel da floresta. 1997 e Helms 1998 modificado para maior clareza):

  • Árvores Dominantes Essas coroas se estendem acima do nível geral do dossel. Eles recebem luz total de cima e alguma luz dos lados. Geralmente, eles têm as coroas maiores e mais cheias do suporte (Figura 5.4).
  • Árvores Codominantes Essas copas constituem o nível geral da copa. Eles recebem luz direta de cima, mas pouca ou nenhuma luz dos lados. Geralmente são mais curtos do que as árvores dominantes.
  • Árvores Intermediárias Essas coroas ocupam uma posição subordinada no dossel. Eles recebem alguma luz direta de cima, mas nenhuma luz direta dos lados. As copas são geralmente estreitas e / ou unilaterais, e mais curtas do que as árvores dominantes e codominantes.
  • Árvores suprimidas (árvores suspensas) Essas copas estão abaixo do nível geral do dossel. Eles não recebem luz direta. As coroas são geralmente curtas, esparsas e estreitas.

Figura 5.4. Uma ilustração das classes da coroa. “D” = dominante; “C” = Codominante; “I” = intermediário e “S” = suprimido.

“Camada geral do dossel” refere-se à classe de tamanho ou coorte que está sendo examinada. As classes de copas são mais facilmente determinadas em povoamentos uniformes, conforme ilustrado na Figura 5.4. Em um povoamento irregular, uma árvore seria comparada a outras árvores na mesma camada. As classes de copa são função do vigor da árvore, espaço de crescimento da árvore, acesso à luz solar (funções da densidade do povoamento) e tolerância à sombra das espécies. Uma árvore de abeto Douglas “suprimida” provavelmente terá pouco vigor e provavelmente morrerá. Normalmente não seria capaz de responder a um aumento da luz solar se uma árvore vizinha caísse. Por outro lado, uma cicuta ocidental “suprimida” tolerante à sombra pode sobreviver muito bem e ser capaz de aproveitar o aumento da luz solar se uma árvore vizinha cair.

A classe Crown também pode nos dizer algo sobre o vigor geral de uma postura equilibrada. Se a maioria das árvores estiver na classe de copa intermediária, então o talhão provavelmente está muito lotado e as árvores estão estagnadas. Um povoamento com quase todas as árvores na categoria dominante é muito jovem e todas as árvores estão recebendo bastante sol ou muito esparso e pode ser considerado "sem estoque". Um povoamento uniforme típico tem a maioria das árvores na classe codominante e o menor número de árvores na classe suprimida. As proporções relativas das classes dominantes e intermediárias são geralmente uma função da composição das espécies. Examine os dados na Figura 5.5 e na Tabela 5.1 abaixo.

Figura 5.5. Dados de diâmetro e classe de copa para um povoamento equilibrado perto da montanha Larch. Dados coletados pela classe MHCC Forest Measurements I em 26 de janeiro de 2005.

Este antigo povoamento de 60 anos, principalmente de pinheiros de Douglas e cicuta ocidental, exibe uma distribuição de diâmetro em forma de sino, típica de um povoamento regular. A maioria das árvores está agrupada em torno do DAP médio, com algumas menores e outras maiores do que a faixa central.

Tabela 5.1. Porcentagem de cada espécie por classe de coroa. Dados coletados em povoamento regular próximo ao Larch Mt. pela classe MHCC Forest Measurements I em 26 de janeiro de 2005.
EspéciesDominante

29% de todas as árvores medidas

Codominante

35% de todas as árvores medidas

Intermediário

24% de todas as árvores medidas

Suprimido

13% de todas as árvores medidas

Douglas Fir67644012
Cicuta ocidental33366088

Observe que a maioria das árvores está na classe de copa codominante (35%), que provavelmente constitui a maior parte das árvores de 16 '' - 22 ". É interessante examinar os dados de composição de espécies. A maioria das árvores dominantes e codominantes são pinheiros Douglas, enquanto as árvores intermediárias e suprimidas são primariamente cicutas ocidentais tolerantes à sombra. Portanto, muitas das árvores nas classes de diâmetro pequeno (6'-10 ") podem sobreviver ao longo do tempo, mesmo que estejam rodeadas por árvores grandes. Portanto, há outro elemento a examinar além da posição na coroa.


5.2: Classes da Coroa - Biologia

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Conteúdo

UMA sistema de rede é uma classe de reticulados com o mesmo conjunto de grupos de pontos de reticulado, que são subgrupos das classes de cristal aritmético. As 14 redes Bravais estão agrupadas em sete sistemas de rede: triclínico, monoclínico, ortorrômbico, tetragonal, romboédrico, hexagonal e cúbico.

Em um sistema de cristal, um conjunto de grupos de pontos e seus grupos espaciais correspondentes são atribuídos a um sistema de rede. Dos 32 grupos de pontos que existem em três dimensões, a maioria é atribuída a apenas um sistema de rede, caso em que ambos os sistemas de cristal e rede têm o mesmo nome. No entanto, cinco grupos de pontos são atribuídos a dois sistemas de rede, romboédrico e hexagonal, porque ambos exibem simetria rotacional tripla. Esses grupos de pontos são atribuídos ao sistema de cristal trigonal. No total, são sete sistemas de cristais: triclínico, monoclínico, ortorrômbico, tetragonal, trigonal, hexagonal e cúbico.

UMA família de cristal é determinado por reticulados e grupos de pontos. É formado pela combinação de sistemas de cristal que possuem grupos espaciais atribuídos a um sistema de rede comum. Em três dimensões, as famílias e sistemas de cristal são idênticos, exceto os sistemas de cristal hexagonal e trigonal, que são combinados em uma família de cristal hexagonal. No total, existem seis famílias de cristais: triclínica, monoclínica, ortorrômbica, tetragonal, hexagonal e cúbica.

Espaços com menos de três dimensões têm o mesmo número de sistemas de cristal, famílias de cristal e sistemas de rede. No espaço unidimensional, existe um sistema de cristal. No espaço 2D, existem quatro sistemas de cristal: oblíquo, retangular, quadrado e hexagonal.

A relação entre famílias de cristal tridimensionais, sistemas de cristal e sistemas de rede é mostrada na tabela a seguir:

Família cristal Sistema de cristal Simetrias necessárias do grupo de pontos Grupos de pontos Grupos de espaço Treliças Bravais Sistema de treliça
Triclínico Triclínico Nenhum 2 2 1 Triclínico
Monoclínico Monoclínico 1 eixo duplo de rotação ou 1 plano de espelho 3 13 2 Monoclínico
Ortorrômbico Ortorrômbico 3 eixos duplos de rotação ou 1 eixo duplo de rotação e 2 planos espelhados 3 59 4 Ortorrômbico
Tetragonal Tetragonal 1 eixo quádruplo de rotação 7 68 2 Tetragonal
Hexagonal Trigonal 1 eixo triplo de rotação 5 7 1 Romboédrico
18 1 Hexagonal
Hexagonal 1 eixo sêxtuplo de rotação 7 27
Cúbico Cúbico 4 eixos triplos de rotação 5 36 3 Cúbico
6 7 Total 32 230 14 7
Nota: não existe um sistema de rede "trigonal". Para evitar confusão de terminologia, o termo "rede trigonal" não é usado.

Os 7 sistemas de cristal consistem em 32 classes de cristal (correspondendo aos 32 grupos de pontos cristalográficos), conforme mostrado na tabela a seguir:

Família cristal Sistema de cristal Grupo de pontos / classe de cristal Schönflies Hermann – Mauguin Orbifold Coxeter Simetria de ponto Pedido Grupo abstrato
triclínico pedial C1 1 11 [ ] + enantiomórfico polar 1 trivial Z 1 < displaystyle mathbb _<1>>
pinacoidal Ceu (S2) 1 1x [2,1 + ] centrosimétricos 2 cíclico Z 2 < displaystyle mathbb _<2>>
monoclínico esfenoidal C2 2 22 [2,2] + enantiomórfico polar 2 cíclico Z 2 < displaystyle mathbb _<2>>
domático Cs (C1h) m *11 [ ] polar 2 cíclico Z 2 < displaystyle mathbb _<2>>
prismático C2h 2 / m 2* [2,2 + ] centrosimétricos 4 Klein quatro V = Z 2 × Z 2 < displaystyle mathbb = mathbb _ <2> times mathbb _<2>>
ortorrômbico rômbico-disfenoidal D2 (V) 222 222 [2,2] + enantiomórfico 4 Klein quatro V = Z 2 × Z 2 < displaystyle mathbb = mathbb _ <2> times mathbb _<2>>
rômbico-piramidal C2v mm2 *22 [2] polar 4 Klein quatro V = Z 2 × Z 2 < displaystyle mathbb = mathbb _ <2> times mathbb _<2>>
rômbico-dipiramidal D2h (Vh) mmm *222 [2,2] centrosimétricos 8 V × Z 2 < displaystyle mathbb times mathbb _<2>>
tetragonal tetragonal-piramidal C4 4 44 [4] + polar enantiomórfico 4 cíclico Z 4 < displaystyle mathbb _<4>>
tetragonal-disphenoidal S4 4 2x [2 + ,2] não centrosimétrico 4 cíclico Z 4 < displaystyle mathbb _<4>>
tetragonal-dipiramidal C4h 4 / m 4* [2,4 + ] centrosimétricos 8 Z 4 × Z 2 < displaystyle mathbb _ <4> times mathbb _<2>>
trapézio-tetragonal D4 422 422 [2,4] + enantiomórfico 8 diédrico D 8 = Z 4 ⋊ Z 2 < displaystyle mathbb _ <8> = mathbb _ <4> rtimes mathbb _<2>>
ditetragonal-piramidal C4v 4mm *44 [4] polar 8 diédrico D 8 = Z 4 ⋊ Z 2 < displaystyle mathbb _ <8> = mathbb _ <4> rtimes mathbb _<2>>
escalenoédrico tetragonal D2d (Vd) 4 2m ou 4 m2 2*2 [2 + ,4] não centrosimétrico 8 diédrico D 8 = Z 4 ⋊ Z 2 < displaystyle mathbb _ <8> = mathbb _ <4> rtimes mathbb _<2>>
ditetragonal-dipiramidal D4h 4 / mmm *422 [2,4] centrosimétricos 16 D 8 × Z 2 < displaystyle mathbb _ <8> times mathbb _<2>>
hexagonal trigonal trigonal-piramidal C3 3 33 [3] + enantiomórfico polar 3 cíclico Z 3 < displaystyle mathbb _<3>>
romboédrico C3i (S6) 3 3x [2 + ,3 + ] centrosimétricos 6 cíclico Z 6 = Z 3 × Z 2 < displaystyle mathbb _ <6> = mathbb _ <3> times mathbb _<2>>
trapézio-trigonal D3 32 ou 321 ou 312 322 [3,2] + enantiomórfico 6 diédrico D 6 = Z 3 ⋊ Z 2 < displaystyle mathbb _ <6> = mathbb _ <3> rtimes mathbb _<2>>
ditrigonal-piramidal C3v 3m ou 3m1 ou 31m *33 [3] polar 6 diédrico D 6 = Z 3 ⋊ Z 2 < displaystyle mathbb _ <6> = mathbb _ <3> rtimes mathbb _<2>>
escalenoédrico ditrigonal D3d 3 m ou 3 m1 ou 3 1m 2*3 [2 + ,6] centrosimétricos 12 diédrico D 12 = Z 6 ⋊ Z 2 < displaystyle mathbb _ <12> = mathbb _ <6> rtimes mathbb _<2>>
hexagonal hexagonal-piramidal C6 6 66 [6] + enantiomórfico polar 6 cíclico Z 6 = Z 3 × Z 2 < displaystyle mathbb _ <6> = mathbb _ <3> times mathbb _<2>>
trigonal-dipiramidal C3h 6 3* [2,3 + ] não centrosimétrico 6 cíclico Z 6 = Z 3 × Z 2 < displaystyle mathbb _ <6> = mathbb _ <3> times mathbb _<2>>
hexagonal-dipiramidal C6h 6 / m 6* [2,6 + ] centrosimétricos 12 Z 6 × Z 2 < displaystyle mathbb _ <6> times mathbb _<2>>
hexagonal-trapezohedral D6 622 622 [2,6] + enantiomórfico 12 diédrico D 12 = Z 6 ⋊ Z 2 < displaystyle mathbb _ <12> = mathbb _ <6> rtimes mathbb _<2>>
dihexagonal-piramidal C6v 6mm *66 [6] polar 12 diédrico D 12 = Z 6 ⋊ Z 2 < displaystyle mathbb _ <12> = mathbb _ <6> rtimes mathbb _<2>>
ditrigonal-dipiramidal D3h 6 m2 ou 6 2m *322 [2,3] não centrosimétrico 12 diédrico D 12 = Z 6 ⋊ Z 2 < displaystyle mathbb _ <12> = mathbb _ <6> rtimes mathbb _<2>>
dihexagonal-dipiramidal D6h 6 / mmm *622 [2,6] centrosimétricos 24 D 12 × Z 2 < displaystyle mathbb _ <12> times mathbb _<2>>
cúbico tetartoidal T 23 332 [3,3] + enantiomórfico 12 alternando A 4 < displaystyle mathbb _ <4>>
diploidal Th m 3 3*2 [3 + ,4] centrosimétricos 24 A 4 × Z 2 < displaystyle mathbb _ <4> times mathbb _<2>>
giroide O 432 432 [4,3] + enantiomórfico 24 simétrico S 4 < displaystyle mathbb _<4>>
hextetraédrico Td 4 3m *332 [3,3] não centrosimétrico 24 simétrico S 4 < displaystyle mathbb _<4>>
hexoctaédrico Oh m 3 m *432 [4,3] centrosimétricos 48 S 4 × Z 2 < displaystyle mathbb _ <4> times mathbb _<2>>

A simetria de ponto de uma estrutura pode ser descrita como segue. Considere os pontos que compõem a estrutura e os reflita todos por meio de um único ponto, para que (x,y,z) torna-se (-x,−y,−z) Esta é a 'estrutura invertida'. Se a estrutura original e a estrutura invertida forem idênticas, a estrutura é centrosimétricos. Caso contrário, é não centrosimétrico. Ainda assim, mesmo no caso não centrossimétrico, a estrutura invertida pode, em alguns casos, ser girada para se alinhar com a estrutura original. Este é um não centrosimétrico aquiral estrutura. Se a estrutura invertida não pode ser girada para alinhar com a estrutura original, então a estrutura é quiral ou enantiomórfico e seu grupo de simetria é enantiomórfico. [1]

Uma direção (ou seja, uma linha sem uma seta) é chamada polar se seus sentidos bidirecionais são geometricamente ou fisicamente diferentes. Uma direção de simetria de um cristal que é polar é chamada de eixo polar. [2] Grupos contendo um eixo polar são chamados polar. Um cristal polar possui um eixo polar único (mais precisamente, todos os eixos polares são paralelos). Algumas propriedades geométricas ou físicas são diferentes nas duas extremidades deste eixo: por exemplo, pode desenvolver uma polarização dielétrica como nos cristais piroelétricos. Um eixo polar pode ocorrer apenas em estruturas não centrosimétricas. Não pode haver um plano de espelho ou eixo duplo perpendicular ao eixo polar, porque eles tornariam as duas direções do eixo equivalentes.

As estruturas cristalinas das moléculas biológicas quirais (como estruturas de proteínas) podem ocorrer apenas nos 65 grupos espaciais enantiomórficos (as moléculas biológicas são geralmente quirais).

Existem sete tipos diferentes de sistemas de cristal, e cada tipo de sistema de cristal tem quatro tipos diferentes de centralizações (primitivo, centrado na base, centrado no corpo, centrado na face). No entanto, nem todas as combinações são exclusivas, algumas das combinações são equivalentes, enquanto outras combinações não são possíveis devido a razões de simetria. Isso reduz o número de redes únicas para as 14 redes Bravais.

A distribuição das 14 redes Bravais em sistemas de rede e famílias de cristais é dada na tabela a seguir.

Em geometria e cristalografia, um Treliça Bravais é uma categoria de grupos de simetria translativa (também conhecidos como reticulados) em três direções.

Esses grupos de simetria consistem em traduções por vetores da forma

Onde n1, n2, e n3 são inteiros e uma1, uma2, e uma3 são três vetores não coplanares, chamados vetores primitivos.

Essas redes são classificadas pelo grupo espacial da própria rede, visto como uma coleção de pontos, há 14 redes Bravais em três dimensões, cada uma pertencendo a um único sistema de rede. Elas [ esclarecimento necessário ] representam a simetria máxima que uma estrutura com a simetria translacional dada pode ter.

Todos os materiais cristalinos (não incluindo quasicristais) devem, por definição, se encaixar em um desses arranjos.

Por conveniência, uma rede de Bravais é representada por uma célula unitária que é um fator 1, 2, 3 ou 4 maior do que a célula primitiva. Dependendo da simetria de um cristal ou outro padrão, o domínio fundamental é novamente menor, até um fator 48.

As redes Bravais foram estudadas por Moritz Ludwig Frankenheim em 1842, que descobriu que havia 15 redes Bravais. Isso foi corrigido para 14 por A. Bravais em 1848.

‌ A célula unitária quadridimensional é definida por quatro comprimentos de aresta (uma, b, c, d) e seis ângulos interaxiais (α, β, γ, δ, ε, ζ) As seguintes condições para os parâmetros de rede definem 23 famílias de cristal

Os nomes aqui são dados de acordo com Whittaker. [3] Eles são quase iguais aos de Brown et al, [4] com exceção dos nomes das famílias de cristal 9, 13 e 22. Os nomes dessas três famílias de acordo com Brown et al são fornecidos entre parênteses.

A relação entre famílias de cristal quadridimensionais, sistemas de cristal e sistemas de rede é mostrada na tabela a seguir. [3] [4] Os sistemas enantiomórficos são marcados com um asterisco. O número de pares enantiomórficos é dado entre parênteses. Aqui, o termo "enantiomórfico" tem um significado diferente do que na tabela para classes de cristal tridimensionais. O último significa que grupos de pontos enantiomórficos descrevem estruturas quirais (enantiomórficas). Na tabela atual, "enantiomórfico" significa que um grupo em si (considerado como um objeto geométrico) é enantiomórfico, como pares enantiomórficos de grupos espaciais tridimensionais P31 e P32, P4122 e P4322. Partindo do espaço quadridimensional, os grupos de pontos também podem ser enantiomórficos neste sentido.


Biologia AP

Este curso pode ajudar a preparar alunos que desejam continuar sua educação científica após o ensino médio, bem como alunos que desejam se preparar para o exame SAT. O nível de aptidão nesta disciplina ajudará os alunos que desejam se destacar no SAT e em cursos universitários.

De acordo com o site do College Board, os cursos de Biologia AP são projetados para ser o equivalente a um curso introdutório à faculdade, geralmente feito durante o primeiro ano de faculdade de biologia. Os alunos que optam por fazer Biologia AP podem pular os cursos introdutórios de biologia e se inscrever em cursos nos quais a biologia é um pré-requisito. Como as universidades concedem crédito universitário para este curso, elas exigem que os livros didáticos, laboratórios e cursos usados ​​pelos cursos AP sejam equivalentes aos usados ​​nos cursos universitários reais.

Este curso é oferecido a alunos altamente motivados que desejam seguir seus interesses nas ciências biológicas. Os requisitos de inscrição para o curso de Biologia AP dependem das políticas estabelecidas por cada escola secundária que oferece o curso, mas Biologia AP é geralmente precedida por um curso de Biologia de nível de entrada menos rigoroso e, às vezes, por Química também. Enquanto algumas escolas podem ter aceitação seletiva no curso, determinada pelo histórico acadêmico em cursos pré-requisitos, outras escolas aderem a uma política de inscrições abertas, incentivando sua participação por alunos que demonstrem capacidade para o curso, embora possam ter um desempenho insatisfatório em ciências anteriores cursos.

Os tópicos abordados neste curso incluem Anatomia e Fisiologia, Bioquímica, Biodiversidade, Botânica, A Célula, Biologia do Desenvolvimento, Ecologia, Genética, Biologia Molecular, Origem da vida, Biologia Populacional e Evolução.

Os alunos que fazem Biologia AP devem primeiro concluir um curso introdutório à Biologia, geralmente com duração de um ano letivo. Um curso introdutório irá preparar os alunos para estudar níveis superiores de ciência e familiarizá-los com o processo científico. Os alunos também devem ter experiência com funções matemáticas básicas para realizar experimentos.

AP Biology é um curso sério com vários objetivos. De acordo com o site do College Board, no momento em que os alunos fazem o exame AP Biology (ou o exame SAT), eles devem:

  • Desenvolver uma estrutura conceitual da Biologia como ciência. Os alunos devem se concentrar mais em conceitos e descobertas, em vez de simplesmente memorizar termos e detalhes técnicos e repetir rotineiramente as informações nos exames. Os alunos devem ser capazes de apreciar as ciências como um corpo coerente de informações e buscar aplicá-las dentro e fora da sala de aula.
  • Aprecie o processo científico, sua história e suas aplicações atuais. Os alunos também devem ser capazes de compreender a importância do processo científico durante a experimentação e ser capazes de explicar como eles usaram o processo científico em seus próprios experimentos, tanto por escrito quanto por meio da palavra escrita.
  • Desenvolva uma compreensão mais profunda dos diferentes processos biológicos, especialmente no que se refere aos seres vivos e aos ciclos de vida.
  • Use notas de estudo e outras técnicas de estudo em conjunto com vários livros didáticos de Biologia AP.

O College Board também divulgou recentemente um requisito para o exame AP Biology, destacando que parte do teste deve ser dedicada a qual campo de estudo. Consequentemente, os seguintes objetivos para o teste foram lançados:

  • 25% do teste deve ser dedicado a moléculas e células.
  • 25% do teste deve ser dedicado à Hereditariedade e Evolução.
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Os alunos que estudam tanto para o exame de Biologia AP quanto para o SAT devem manter esses parâmetros em mente. Essas metas básicas podem determinar quanto tempo é gasto cobrindo essas diferentes áreas de estudo ao longo do ano letivo, bem como quanto tempo é alocado para completar cada seção do teste de Biologia AP.

Os alunos interessados ​​em fazer Biologia AP ou qualquer outro curso de Colocação Avançada devem ter em mente que fazer cursos de nível universitário no ensino médio requer um compromisso de tempo e energia. Os alunos que se comprometem com suas aulas e os tratam como cursos de nível universitário verão uma recompensa definitiva em suas notas, bem como em sua confiança.

Os alunos que desejam ingressar em faculdades ou universidades respeitadas e de prestígio devem definitivamente considerar fazer os cursos de Colocação Avançada. Esses cursos parecem excelentes nas transcrições do ensino médio e podem dar aos alunos uma visão inestimável dos cursos da faculdade antes mesmo de se matricularem neles. Os alunos também têm a oportunidade de obter créditos universitários antes de se formarem, o que pode economizar tempo e dinheiro valiosos quando a faculdade começar. Quanto mais os alunos trabalham para se preparar para a atmosfera de alta pressão da faculdade antes de iniciar sua educação universitária, mais agradável e bem-sucedida será sua carreira universitária no final. Portanto, para os alunos que desejam dar um salto em sua educação universitária e em suas carreiras após a faculdade, o programa do curso AP é a escolha perfeita!

Aqui você encontrará esboços e slides da AP Biology. Estamos trabalhando para adicionar mais recursos de Biologia AP, como termos de vocabulário, notas de unidade, notas de tópicos, questões de estudo, testes práticos e termos de glossário.


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Os éteres apresentam ligações C – O – C dobradas. No éter dimetílico, o ângulo de ligação é 111 ° e as distâncias C – O são 141 pm. [3] A barreira à rotação em torno das ligações C – O é baixa. A ligação do oxigênio em éteres, álcoois e água é semelhante. Na linguagem da teoria das ligações de valência, a hibridização no oxigênio é sp 3.

O oxigênio é mais eletronegativo do que o carbono, portanto, os hidrogênios alfa a éteres são mais ácidos do que os hidrocarbonetos simples. Eles são muito menos ácidos do que os hidrogênios alfa para grupos carbonila (como nas cetonas ou aldeídos), no entanto.

Os éteres podem ser simétricos do tipo ROR ou assimétricos do tipo ROR '. Exemplos dos primeiros são éter dietílico, éter dimetílico, éter dipropílico, etc. Os éteres assimétricos ilustrativos são anisol (metoxibenzeno) e dimetoxietano.

No sistema de nomenclatura IUPAC, os éteres são nomeados usando a fórmula geral "alcoxialcano", por exemplo CH3-CH2–O – CH3 é metoxietano. Se o éter for parte de uma molécula mais complexa, ele é descrito como um substituinte alcoxi, então –OCH3 seria considerado um "metoxi-" grupo. O radical alquil mais simples é escrito na frente, então CH3–O – CH2CH3 seria dado como metoxi(CH3O)etano(CH2CH3).

Nome trivial Editar

As regras da IUPAC geralmente não são seguidas para éteres simples. Os nomes triviais para éteres simples (isto é, aqueles com nenhum ou poucos outros grupos funcionais) são um composto dos dois substituintes seguidos por "éter". Por exemplo, éter etilmetílico (CH3OC2H5), éter difenílico (C6H5OC6H5) Quanto a outros compostos orgânicos, éteres muito comuns adquiriram nomes antes da formalização das regras de nomenclatura. O éter dietílico é simplesmente chamado de "éter", mas já foi chamado óleo doce de vitríolo. Éter metilfenil é anisol, porque foi originalmente encontrado em sementes de anis. Os éteres aromáticos incluem furanos. Os acetais (éteres α-alcoxi R – CH (–OR) –O – R) são outra classe de éteres com propriedades características.

Edição de poliéteres

Os poliéteres são geralmente polímeros que contêm ligações éter em sua cadeia principal. O termo glicol geralmente se refere a poliéter polióis com um ou mais grupos terminais funcionais, como um grupo hidroxila. O termo "óxido" ou outros termos são usados ​​para polímero de alta massa molar quando os grupos finais não afetam mais as propriedades do polímero.

Os éteres da coroa são poliéteres cíclicos. Algumas toxinas produzidas por dinoflagelados, como brevetoxina e ciguatoxina, são extremamente grandes e são conhecidas como cíclico ou escada poliéteres.

Poliéteres alifáticos
Nome dos polímeros com massa molar baixa a média Nome dos polímeros com alta massa molar Preparação Unidade de repetição Exemplos de nomes comerciais
Paraformaldeído Polioximetileno (POM) ou poliacetal ou poliformaldeído Polimerização por etapa de crescimento de formaldeído -CH2O– Delrin da DuPont
Polietilenoglicol (PEG) Óxido de polietileno (PEO) ou polioxietileno (POE) Polimerização de abertura de anel de óxido de etileno -CH2CH2O– Carbowax da Dow
Polipropilenoglicol (PPG) Óxido de polipropileno (PPOX) ou polioxipropileno (POP) polimerização aniônica de abertura de anel de óxido de propileno -CH2CH (CH3) O– Arcol de Covestro
Politetrametilenoglicol (PTMG) ou Politetrametilenoglicol (PTMEG) Politetrahidrofurano (PTHF) Polimerização de abertura de anel catalisada por ácido de tetrahidrofurano -CH
2 CH
2 CH
2 CH
2 O–
Terathane da Invista e PolyTHF da BASF

Os polímeros de fenil éter são uma classe de poliéteres aromáticos contendo ciclos aromáticos em sua cadeia principal: éter polifenílico (PPE) e poli (póxido de fenileno) (PPO).

Compostos relacionados Editar

Muitas classes de compostos com ligações C – O – C não são consideradas éteres: Ésteres (R – C (= O) –O – R ′), hemiacetais (R – CH (–OH) –O – R ′), ácido carboxílico anidridos (RC (= O) –O – C (= O) R ′).

Os éteres têm pontos de ebulição semelhantes aos dos alcanos análogos. Os éteres simples são geralmente incolores.

Dados selecionados sobre alguns éteres alquílicos
Éter Estrutura p.f. (° C) b.p. (° C) Solubilidade em 1 litro de H2O Momento dipolar (D)
Éter dimetil CH3–O – CH3 −138.5 −23.0 70 g 1.30
Éter dietílico CH3CH2–O – CH2CH3 −116.3 34.4 69 g 1.14
Tetrahidrofurano O (CH2)4 −108.4 66.0 Miscível 1.74
Dioxano O (C2H4)2O 11.8 101.3 Miscível 0.45

As ligações C-O que compreendem éteres simples são fortes. Eles não reagem a tudo, exceto às bases mais fortes. Embora geralmente de baixa reatividade química, eles são mais reativos do que os alcanos.

Éteres especializados, como epóxidos, cetais e acetais, são classes não representativas de éteres e são discutidos em artigos separados. Reações importantes estão listadas abaixo. [4]

Edição de clivagem

Embora os éteres resistam à hidrólise, eles são clivados pelo ácido bromídrico e ácido iodídrico. O cloreto de hidrogênio cliva os éteres apenas lentamente. Os éteres metílicos normalmente fornecem haletos de metila:

Estas reações prosseguem via intermediários ônio, isto é, [RO (H) CH3] + Br -.

Alguns éteres sofrem clivagem rápida com tribrometo de boro (mesmo cloreto de alumínio é usado em alguns casos) para dar o brometo de alquila. [5] Dependendo dos substituintes, alguns éteres podem ser clivados com uma variedade de reagentes, por ex. base forte.

Formação de peróxido Editar

Quando armazenados na presença de ar ou oxigênio, os éteres tendem a formar peróxidos explosivos, como o hidroperóxido de éter dietílico. A reação é acelerada por luz, catalisadores metálicos e aldeídos. Além de evitar condições de armazenamento que possam formar peróxidos, recomenda-se, quando um éter é usado como solvente, não destilar até a secura, pois quaisquer peróxidos que possam ter se formado, sendo menos voláteis que o éter original, ficarão concentrados nas últimas gotas de líquido. A presença de peróxido em amostras antigas de éteres pode ser detectada agitando-as com solução recém-preparada de um sulfato ferroso seguido pela adição de KSCN. O aparecimento de cor vermelho sangue indica a presença de peróxidos. As propriedades perigosas dos peróxidos de éter são a razão pela qual o éter dietílico e outros éteres formadores de peróxidos como o tetra-hidrofurano (THF) ou o éter dimetílico do etilenoglicol (1,2-dimetoxietano) são evitados nos processos industriais.

Lewis bases Edit

Ethers serve as Lewis bases. For instance, diethyl ether forms a complex with boron trifluoride, i.e. diethyl etherate (BF3·OEt2) Ethers also coordinate to the Mg center in Grignard reagents. The cyclic ether thf is more basic than acyclic ethers. It forms complexes with many metal halides.

Alpha-halogenation Edit

This reactivity is similar to the tendency of ethers with alpha hydrogen atoms to form peroxides. Reaction with chlorine produces alpha-chloroethers.

Ethers can be prepared by numerous routes. In general alkyl ethers form more readily than aryl ethers, with the later species often requiring metal catalysts. [7]

The synthesis of diethyl ether by a reaction between ethanol and sulfuric acid has been known since the 13th century. [8]

Dehydration of alcohols Edit

2 R–OH → R–O–R + H2O at high temperature

This direct nucleophilic substitution reaction requires elevated temperatures (about 125 °C). The reaction is catalyzed by acids, usually sulfuric acid. The method is effective for generating symmetrical ethers, but not unsymmetrical ethers, since either OH can be protonated, which would give a mixture of products. Diethyl ether is produced from ethanol by this method. Cyclic ethers are readily generated by this approach. Elimination reactions compete with dehydration of the alcohol:

The dehydration route often requires conditions incompatible with delicate molecules. Several milder methods exist to produce ethers.

Williamson ether synthesis Edit

This reaction is called the Williamson ether synthesis. It involves treatment of a parent alcohol with a strong base to form the alkoxide, followed by addition of an appropriate aliphatic compound bearing a suitable leaving group (R–X). Suitable leaving groups (X) include iodide, bromide, or sulfonates. This method usually does not work well for aryl halides (e.g. bromobenzene, see Ullmann condensation below). Likewise, this method only gives the best yields for primary halides. Secondary and tertiary halides are prone to undergo E2 elimination on exposure to the basic alkoxide anion used in the reaction due to steric hindrance from the large alkyl groups.

In a related reaction, alkyl halides undergo nucleophilic displacement by phenoxides. The R–X cannot be used to react with the alcohol. However phenols can be used to replace the alcohol while maintaining the alkyl halide. Since phenols are acidic, they readily react with a strong base like sodium hydroxide to form phenoxide ions. The phenoxide ion will then substitute the –X group in the alkyl halide, forming an ether with an aryl group attached to it in a reaction with an SN2 mechanism.

Ullmann condensation Edit

The Ullmann condensation is similar to the Williamson method except that the substrate is an aryl halide. Such reactions generally require a catalyst, such as copper.

Electrophilic addition of alcohols to alkenes Edit

Alcohols add to electrophilically activated alkenes.

Acid catalysis is required for this reaction. Often, mercury trifluoroacetate (Hg(OCOCF3)2) is used as a catalyst for the reaction generating an ether with Markovnikov regiochemistry. Using similar reactions, tetrahydropyranyl ethers are used as protective groups for alcohols.

Preparation of epoxides Edit

Epoxides are typically prepared by oxidation of alkenes. The most important epoxide in terms of industrial scale is ethylene oxide, which is produced by oxidation of ethylene with oxygen. Other epoxides are produced by one of two routes:


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6 Class 4: Driven Self-Assembly (Kr≠1)

6.1 Concept

(3) (4) (5)

Class 4: Driven self-assembly. a) Kinetic asymmetry arises from the presence of different energy barriers for the fuel and waste reactions with respect to the unassembled (M) and assembled (M2) states. b) Energy diagram illustrating how kinetic asymmetry creates the conditions required for the permanent population of the high-energy assembly M2 under stationary conditions. The green trajectory represents the counterclockwise (green) direction of the cycle depicted in Figure 11 a. The dark green arrow corresponds to the process during which waste molecules are generated. The size of the dark red circles indicate the relative population of the respective state reported in previous simulations. 62

(6)

This equilibrium illustrates that the self-assembly of M to form M2 is now coupled to fuel consumption, thus permitting a transfer of energy between the two processes. Kinetic asymmetry in the system creates a situation in which a chemical fuel drives the self-assembly of M into M2. In this case, the identification of the high-energy molecule as a “fuel” that drives the system to a non-equilibrium state leaves no room for ambiguity. 41

6.2 Biology—Microtubule Formation

Microtubules are noncovalent protein polymers that play an essential role in intracellular organization. Microtubule filaments give structure and shape to eukaryotic cells, serve as tracks for intracellular transport, and are involved in chromosome segregation during cell division. Microtubule networks are highly dynamic structures which are continuously being remodeled through stochastic length fluctuations at the ends of the individual microtubules, a property referred to as dynamic instability. 137, 138 Dynamic instability manifests itself through periods of persistent microtubule growth which are occasionally interrupted by moments of rapid shrinkage (called “catastrophe”), followed by a switch back to polymer growth (called “rescue”). We will illustrate here that dynamic instability is a property that originates from kinetic asymmetry in the energy consumption pathway of this chemically fueled self-assembly process.

Microtubules are stiff, nanotubular structures with an outer diameter of around 25 nm (Figure 12). 19, 139 The subunit of microtubules is a heterodimer of α- and β-tubulin proteins—each with a mass of around 50 kDa—which associate in a head-to-tail manner to form linear structures called protofilaments. Typically, 13 such protofilaments engage in lateral interactions to form a microtubule. In the microtubule lattice, lateral interactions between protofilaments are α to α and β to β, except at the seam, where α-tubulin binds β-tubulin. As a result of the longitudinal arrangement of αβ-tubulins in protofilaments, microtubules have one end (−) where the α-subunits are exposed, and one end (+) where the β-subunits are exposed. Frequently, the (−)-end of microtubules is anchored to microtubule organizing centers, such as the centrosome. Dynamic instability occurs predominantly at the (+)-end of microtubules.

a) GTP-fueled self-assembly of microtubules. b) Structural changes in the αβ-tubulin dimer as a function of the occupancy of the E-site with GDP or GTP. Conversion of GTP into GDP in assembled tubulin leads to strain in the microtubule lattice. Figure inspired by Ref. 144 .

Microtubule assembly and disassembly is regulated by guanosine triphosphate (GTP Figure 12 a). Both α- and β-tubulin have a binding site for GTP, but these sites have very different properties and functions. 140 The binding site in α-tubulin (N-site) is buried within the tubulin dimer at the interface between α- and β-tubulin. GTP bound to the N-site plays a structural role and is non-exchangeable and non-hydrolysable. On the other hand, the binding site in β-tubulin (E-site) is exposed on the surface of free tubulin and on the terminal tubulin subunits located at the (+)-end of microtubules. The properties of this binding site change dramatically upon the incorporation of free tubulin onto the microtubule. With free tubulin, nucleotide exchange at the E-site is possible and the bound GTP is chemically stable. However, upon inclusion in the microtubule, nucleotides bound to the E-site become non-exchangeable and GTP is rapidly converted into GDP+Peu. 141, 142 The difference in the properties of the E-site between free and polymerized tubulin constitutes the basis for kinetic asymmetry in this process and for that reason it is relevant to discuss what happens upon polymerization from a structural point of view.

Microtubule formation initiates with an exchange of GDP by GTP in free tubulin. GDP-tubulin does not polymerize, but the exchange of GDP with GTP causes a conformational change in the T5 loop of β-tubulin, which activates tubulin for polymerization (Figure 12 b). 143, 144 Polymerization of GTP-tubulin is a thermodynamically favored process, which is evidenced by the fact that the use of non-hydrolysable analogues of GTP results in the formation of thermodynamically stable microtubules that do not display dynamic instability. 145 Two important processes occur when GTP-activated tubulin attaches to the microtubule (+)-end. Firstly, lateral and longitudinal interactions with the microtubule lattice cause a straightening of the tubulin, which in the free form is curved with a 12° kink at the dimer interface. Secondly, binding to the polymer activates the E-site for the catalytic cleavage of GTP into GDP+Peu, which occurs rapidly after association of GTP-tubulin with the microtubule following first order kinetics . Consequently, microtubules are composed mostly of GDP-tubulin, even though that unit by itself does not polymerize under equilibrium conditions. Importantly, the conversion of GTP into GDP compacts the tubulin structure, leading to an increase in lattice strain in the microtubule. The presence of lattice strain implies that these are high-energy structures composed of “spring-loaded” GDP-tubulin. The reason why the structure does not collapse originates from the presence of a stabilizing GTP cap at the (+)-end of the microtubule. Although the precise nature of the GTP cap is still under debate, there is consensus that the microtubule end must be regarded as a dynamic structure, where the amount of GTP-tubulin depends on the availability of free GTP-tubulin. 146 A reduced influx lowers the amount of stabilizing GTP-tubulin in the cap and increases the possibility that the entire microtubule will collapse (“catastrophe”).

Within the context of this Review, it is of relevance to recognize the elements that install kinetic asymmetry in the cycle that describes GTP-fueled microtubule formation. The observation that GDP–GTP exchange can only occur in the E-site of free tubulin implies that fuel activation involves only the building block and not the assembly. In addition, only the E-site of assembled tubulin is catalytically active, which implies that energy dissipation leads to the formation of a high-energy assembly composed of GDP-tubulin. Consequently, a kinetic preference for counterclockwise directionality exists in the system, which shows that GTP–GDP conversion and microtubule self-assembly are coupled processes. The structural analysis illustrates that the energy released from GTP is stored as lattice strain in the GDP-rich assembly.

6.3 Chemistry—Self-Assembled Fibers with Dynamic Instability

The installation of kinetic asymmetry has so far rarely been considered in the design of synthetic dissipative self-assembly processes. As discussed above, the main focus has been on the formation of the self-assembled structure, which in nearly all cases regards the thermodynamically stable self-assembly corresponding to M*2 in our general scheme. In most cases, little attention has been paid to the potential presence of the high-energy assembly M2, although, as we have seen in this section, it is the fuel-driven formation of this species that leads to valuable properties, such as the dynamic instability of microtubules. However, although kinetic asymmetry has not been actively sought for, experimental observations strongly suggest that some systems behave in a similar manner as microtubules.

Van Esch and co-workers reported on the chemically fueled self-assembly of fibers which displayed properties that strongly resembled the dynamic instability of microtubules (Figure 13). 147, 148 This system relied on the activation of N,N′-dibenzoyl- l -cysteine (DBC) for self-assembly by means of an esterification reaction with dimethyl sulfate. DBC by itself did not assemble under the experimental conditions (basic pH) because of electrostatic repulsion between the carboxylate groups. The addition of dimethyl sulfate, which is a strong methylating agent, caused the formation of the monoester of DBC, which self-assembled into bundles of fibers with micrometer dimensions, thereby leading to gelation of the aqueous solution. However, at the high experimental pH values, gradual hydrolysis of the methyl ester took place, which caused re-formation of the starting compound DBC, and spontaneous dissolution of the gel was observed over time. Similar to the example discussed in the Section 5.3, it was observed that the lifetime of the gel could be regulated by tuning the rates of the forward (fuel concentration) and backward reactions (pH).

Chemically fueled driven self-assembly of fibers that show features reminiscent of the catastrophic collapse of microtubules.

Two observations strongly suggested that the properties of the system were not solely governed by the thermodynamically stable fibers (M*n) composed of the monoester of DBC, but that also the unactivated building block DBC played a role in the self-assembly process. Firstly, a delay was observed between changes in the concentration of the monoester and the rheological behavior of the gel in the decay phase. For example, at pH 11, a gel state was still observed after 10 hours, whereas the concentration of the monoester had already dropped to 0.6 m m after 5 hours. The second observation came from a confocal microscopy study, which provided insight into the behavior of single fibers during the dissipative cycle. The addition of dimethyl sulfate at pH 11 resulted in the rapid formation of fibers, which reached a maximum length in a time that corresponded with the time required for the gel to reach the maximum storage modulus. Next, the fibers entered a shrinking regime and decreased in length. However, rather than the expected gradual and simultaneous shrinking of all fibers, a stochastic abrupt collapse of the fibers was observed, reminiscent of the collapse of microtubules. The fibers shrunk only from their ends a fracturing or homogeneous dissolution of the fibers was not observed. A time regime existed in which the growing and shrinking of fibers occurred simultaneously. Altogether, these observations are coherent with the formation of high-energy fibers that are (partially) composed of the non-activated building block DBC, obtained through the hydrolysis of the methyl esters of the building blocks in the fibers. The strong similarity with the dynamic instability of microtubules suggests that the fuel-driven cycle is regulated by a similar kinetic scheme. A detailed kinetic analysis of the activation and deactivation reaction steps would serve to unequivocally demonstrate the presence of kinetic asymmetry in this system.


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