Reaviz герман планшет вв в биоорг химию

Институт физической химии и электрохимии

им. А.Н. Фрумкина

Российской Академии наук

Негосударственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Московский Медицинский институт «РЕАВИЗ»

К.Э. Герман, А.В. Афанасьев, В.Е. Трегубова

ВВЕДЕНИЕ В БИООРГАНИЧЕСКУЮ ХИМИЮ

Учебно-методическое пособие

для студентов медицинских вузов и НОЦ РАН

Версия для планшетов

2

Москва 2014

УДК Ж 91

Рецензенты:

– доктор химических наук А.Б.Юсов;

– доктор химических наук, профессор В.Е. Баулин

Герман К.Э., Афанасьев А.В., Трегубова В.Е.. Введение

в биоорганическую химию: Учебно-методическое пособие

для студентов медицинских вузов и НОЦ. – Москва, ИФ-

ХЭ РАН и НОУ ВПО «Московский Медицинский инсти-

тут «РеаВиЗ» Московский филиал, 2013 − 51 с.

Освоение основ биоорганической химии студентами ме-

дицинских вузов и аспирантами смежных специальностей

НОЦ академических институтов должно бы базироваться

на курсе органической химии, пройденном в средней

школе, однако генезис современной школы не позволяет

надеяться на наличие сколько-нибудь значимого фунда-

мента. В связи с этим курс перестроен с ориентацией ак-

тивного ( и интерактивного) усвоением большого объема

материала через введение в текст активных интернет ссы-

лок, позволяющих быстро восполнить существующие

пробелы в знаниях. В учебном пособии изложены базовые

элементы биоорганической химии, с акцентом на студен-

тов медицинских, физических, технических и экологиче-

ских специальностей.

© ИФХЭ РАН, 2014 ©НОУ ВПО «Московский Медицинский институт «РеаВиЗ»

Издательство ИД ГРАНИЦА

3

Глава 1. Основы строения и факторы, определяющие

реакционную способность органических соединений

1.1. Введение в биоорганическую химию.

Основные понятия и термины

Биоорганическая химия изучает строение и свойства

веществ, участвующих в процессах жизнедеятельности, в

непосредственной связи с познанием их биологических

функций.

Объекты биоорганической химии

Биомономеры Биополимеры Биорегулято-

ры −

Моносахариды

Жиры

Аминокислоты

Полифункциона-

лы

(их структурные

компоненты) –

Высокомолекуляр-

ные природные со-

единения, служащие

структурной основой

живых организмов

(пептиды, белки, уг-

леводы, нуклеиновые

кислоты, липиды).

Соединения,

регулирующие

обмен веществ

(витамины,

гормоны, син-

тетические

БАВ, лекарст-

венные сред-

ства).

Некоторые понятия и термины

Метаболизм (обмен веществ) – совокупность хими-

ческих реакций, протекающих в организме; дает энергию

и вещества, необходимые для функционирования орга-

низма.

4

Катаболизм – реакции распада (выделение энергии,

окисление [O]).

Анаболизм – реакции биосинтеза (затрата энергии,

восстановление [H]).

Биосинтез – химические реакции, приводящие в ус-

ловиях организма к получению конкретного класса со-

единений.

Для обозначения химического процесса, протекаю-

щего вне организма используется латинское название – in

vitro, внутри организма – in vivo.

1.2. Классификация и номенклатура органических

соединений

В основу современной классификации органических

соединений положены два признака:

строение углеродного скелета;

наличие в молекуле функциональных групп.

5

Классификация органических соединений

по строению углеродного скелета

6

Функциональная группа – это атом или группа ато-

мов неуглеводородного характера, которые определяют

принадлежность вещества к определенному классу и от-

вечают за его реакционную способность.

Основные функциональные группы и классы

органических соединений

№ Функциональная

группа

Название

функциональной группы

Название класса,

общая формула

1. 2. 3. 4.

1. –F, –Cl, –Br, –I

(Hal)

Фтор, хлор, бром, иод

(галогены)

Галогенопроизводные

R–Hal

2. –OH Гидроксильная

– спиртовая,

– фенольная

Спирты, фенолы

R–OH,

Ar–OH,

3. –OR Алкоксильная

Простые эфиры

R–O–R

4. –SH Тиольная

Тиолы (меркаптаны)

R–SH

5. –SR Алкилтиольная

Сульфиды (тиоэфиры)

R–S–R

6. –S–S– Дисульфидная

Дисульфид

R–S–S–R

7.

Сульфоновая Сульфокислоты

8.

Соли сульфоновых

кислот

9.

Производные

Сульфокислот

Сульфамид

7

10. –NH2

Аминогруппа

Первичные

R– NH2

11. –NH–

Амины Вторичные

R–NH–R

12.

Третичные

13.

Нитрогруппа

Нитросоединения

14. –C≡N

Цианогруппа Нитрилы

R–C≡N

15.

Карбонильная

(оксогруппа)

Альдегиды

16.

Кетоны

17.

Карбоксильная

Карбоновые кислоты

18.

Производные

Карбоновых кислот

Соли карбоновых ки-

слот

19.

Алкоксикарбонильная

Сложные эфиры

20.

Карбоксамидная

Амиды

21.

Карбоангидридная

Ангидриды

8

Классификация органических соединений по наличию

функциональных групп

глицерин

молочная кислота

Номенклатура (нем. «nomes» − имя, «сlature» − объ-

яснять) – система правил, позволяющая дать однозначное

название каждому индивидуальному веществу (или хими-

ческий язык для отражения строения вещества).

Общепризнанна систематическая номенклатура

ИЮПАК (IUPAC – международный союз теоретической и

прикладной химии), для понимания основных положений

которой следует разграничивать понятия:

родоначальная структура – главная С-цепь в

ациклической молекуле, карбоциклическая или гетеро-

циклическая система, лежащая в основе соединения;

характеристическая группа – атом или группа

атомов, введенных в родоначальную структуру на место

атома водорода и соединенных с ней связью C–X (где X -

неуглеродный атом).

Название соединения согласно номенклатуре являет-

ся составным словом:

9

Приставки и окончания, применяемые для обозначения некото-

рых групп в биологически важных соединениях

Группа Приставки Окончания

Уб

ыв

ан

ие

ста

рш

ин

ств

а г

ру

пп

ы

–COOH карбокси- - овая кислота

-C=O

H

оксо-

-аль

C=O -он

–OH гидрокси- -ол

–SH меркапто-

(тио-) -тиол

–NH2 амино- -амин

–O–CH3 метокси-

этокси- алко

к-

си

–

–O–C2H5 –

C=C – -ен

Галогены бромо-, йодо-,

фторо-, хлоро- –

Радикалы:

–CH3 метил-

алки

лы

–

–C2H5 этил- –

–C3H7 пропил- –

–СH(CH3)2 изопропил- –

10

При построении названия соединения:

определить тип характеристической группы (или

групп);

если характеристических групп несколько, необ-

ходимо выделить старшую;

ограничить родоначальную структуру, в которую

должна входить старшая характеристическая группа и

провести нумерацию атомов углерода родоначальной

структуры;

старшая характеристическая группа отражается

суффиксом, младшие группы – префиксом;

заместители обозначаются префиксами, пере-

числяются в алфавитном порядке с указанием их числа и

места у пронумерованного атома углерода родоначальной

структуры;

Ациклические углеводороды

Алканы – ациклические углеводороды, содержащие

максимальное количество атомов водорода. Первые четы-

ре представителя имеют полусистематические названия –

метан, этан, пропан, бутан. Остальные алканы называют с

помощью корня соответствующего греческого числитель-

ного с добавлением суффикса – ан:

n CnH2n+2 n CnH2n+2

1 CH4 - метан 12 C12H26 - додекан

2 C2H6 - этан 15 C15H32 - пентадекан

3 C3H8 - пропан 18 C18H38 - октадекан

11

4 C4H10 - бутан 20 C20H42 - эйкозан

5 C5H12 - пентан 21 C21H44 - генэйкозан

6 C6H14 - гексан 28 C28H58 - октакозан

7 C7H16 - гептан 30 C30H62 - триаконтан

8 C8H18 - октан

9 C9H20 - нонан

10 C10H22 - декан

Одновалентные радикалы, производимые от насы-

щенных ациклических углеводородов, называют путем

замены окончания –ан на –ил:

CH3 – метил-

C2H5 – этил-

CH3–CH2–CH2 – пропил-

H3C

CH– изопропил-

H3C

CH3–CH2–CH–CH3 – втор-бутил-

|

H3C

CH– CH2– изобутил- и т.д.

H3C

12

Наиболее длинная С-цепь (родоначальная структура)

нумеруется так, чтобы номера были наименьшими:

2,3,5 – триметилпентан

3,3 – диметил – 4 – этилгептан

Непредельные ациклические углеводороды содержат

кратные связи, наличие которых обозначают путем заме-

ны суффикса -ан на -ен (при двойной связи С=С), на -ин

(при тройной связи С≡С).

Соединения, имеющие как двойные, так и тройные

связи, получают названия путем замены суффикса –ан в

названии соответствующего алкана на -енин, -адиенин, -

атриенин, -ендин и т.п. Кратным связям должны соответ-

ствовать низкие цифровые обозначения, а двойным связям

присваивают наименование номера:

3,4 – диметилгексен -1

4,6-диметил-3-этилгептин-1

пентен-1-ин-4

Одновалентные радикалы непредельных ациклических

углеводородов: CH2=CH– винил-, CH2=CH–CH2– аллил-

HC≡C– этенил

13

Карбоциклические углеводороды

Названия насыщенных моноциклических углеводо-

родов образуются путем добавления префикса цикло- к

названию алициклического насыщенного неразветвленно-

го углеводорода – алкана – с тем же числом атомов угле-

рода (циклоалканы). Ненасыщеность цикла обозначается

суффиксом –ен или –ин. При этом удобно использовать

упрощенные скелетные формулы:

Одновалентные радикалы, образованные из циклоал-

канов, называют, заменяя суффикс –ан на –ил. Атом уг-

лерода, несущий свободную валентность, обозначают но-

мером 1.

циклопропил- циклобутил- циклопентил-

Моноциклические и полициклические ароматические

углеводороды (арены) имеют тривиальные названия, ис-

пользование которых разрешено правилами ИЮПАК:

или

циклопропан

циклогексен

14

бензол

CH3

толуол ксилол

CH=CH2

стирол

Прочие моноциклические ароматические углеводо-

роды называют как производные бензола. Положения за-

местителей указывают цифрами, за исключением случаев,

когда при наличии двух заместителей вместо

1,2-; 1,3- и 1,4- могут быть использованы обозначения о-

(орто-); м- (мета-); п- (пара-) соответственно:

CH3

CH3

1,2 – диметилбензол

(о-ксилол)

CH=CH2

CH2–CH3

4-этилстирол

(п-этилстирол)

15

Одновалентные радикалы моноциклических арома-

тических углеводородов:

фенил-

бензил-

стирил-

мезитил-

n-толил-

и т.д.

16

Гетероциклические соединения

Названия ароматических гетероциклических соединений тривиаль-

ные и приняты номенклатурой ИЮПАК:

пиррол

фуран

тиофен

пиразол

имидазол

тиазол

пиридин

пиридазин

пиримидин

пиразин

17

Если в гетероцикле имеются заместители,

то нумерацию начинают со старшего гетероа-

тома (O>S>N) и ведут так, чтобы сумма цифр,

обозначающих положение гетероатомов и за-

местителей была наименьшей.

2,4,5-триметилтиазол

Если гетероциклическое ядро сконденсировано с

ароматическим, то за основу берут название гетероцикла,

а ароматическое ядро обозначают приставкой бензо-:

Бензо [b] пиррол или индол

(узловые атомы С не нумеруют).

Названия производных гетероциклов строятся по об-

щим правилам номенклатуры:

2-метилпиридин

O

C

O H

фуран-2-карбальдегид

18

Функциональные производные углеводородов

Спирты и фенолы

При назывании спиртов по заместительной но-

менклатуре группа –OH рассматривается как глав-

ная и обозначается суффиксом –ол (-диол, -триол, -

тетраол и т.д.), нумерация осуществляется с таким

расчетом, чтобы группа –OH получила меньший

номер:

пропанол-1

бутандиол-1,3

2-этилпентен-2-ол-1

Для некоторых спиртов сохранены тривиальные

названия:

CH2=CH–CH2OH - аллиловый спирт

C6H5–CH2OH - бензиловый спирт

циклогексен-2-ол-1

19

OH

CH2OH - салициловый спирт

CH2 (OH)–CH2OH - этиленгликоль

CH2 (OH) – CH (OH)–CH2OH - глицерин

Для простых фенолов сохранены тривиальные названия:

OH

фенол

OH

CH3

о- ,м-, н-крезолы

CH3

OH

CH

CH3 CH3

тимол

OH

OH

пирокатехин

OH

OH

резорцин

OH

OH

гидрохинон

OH

HO OH

пирогаллол

OH

HO OH

флороглюцин

20

Оксосоединения (альдегиды и кетоны)

Названия неразветвленных ациклических моно-

и диальдегидов образуются путем добавления суф-

фикса –аль или –диаль к названию соответствую-

щего углеводорода:

Если альдегидная группа непосредственно свя-

зана с атомом углерода цикла, то ее наличие обозна-

чается суффиксом –карбальдегид:

Если соединение содержит боле старшую функ-

циональную группу, чем альдегидная, то предпоч-

тение отдается ей, а альдегидная обозначается пре-

фиксом –формил:

2-метилпентаналь

ундекандиаль

циклогексанкарбальдегид

циклопентан-1,2-дикарбальдегид

4-формилгексановая

кислота

21

Названия кетонов образуются добавлением

суффикса –он:

бутанол-2

пентен-4-он-2

1-фенилбутанон-2

Для карбоциклических кетонов с карбонильной

группой в боковой цепи допускаются названия по

алифатическому кетону, боковая цепь при этом на-

зывается как остаток кислоты; название имеет суф-

фикс –офенон, -онафтон:

ацетофенон

пропиофенон

Сохранены тривиальные названия:

формальдегид

ацетон

22

Карбоновые кислоты

Карбоксильная группа в молекулах алифатиче-

ских кислот должна получать наименьший номер и

обозначается она суффиксом –овая кислота:

Если группа –COOH рассматривается как замес-

титель (и не входит в родоначальную структуру), то

она получает название –карбоновая кислота:

2-метилциклогексанкарбоновая

кислота

Карбоксигруппу обозначают приставкой кар-

бокси- если в соединении присутствует другая

группа, имеющая преимущество в перечислении:

диацетил

ацетальдегид

акролеин

бензальдегид

гептандиовая кислота

2,3-диметилгексановая

кислота

23

1.3.

Электронное строение органических соединений

В составе органических соединений чаще всего

находят следующие элементы: C, O, H, N, S, P, ко-

торые получили название элементов – органогенов.

Электронное состояние углерода (невозбужден-

ное) – 1S2 2S2 2P2, при переходе в возбужденное со-

стояние - 1S2 2S1 2P3.

Интерес представляют S и P орбитали, посколь-

ку валентные электроны углерода и элементов-

органогенов находятся на них.

Гибридизация орбиталей – смешение несколь-

ких атомных орбиталей различной формы и близкой

энергии с образованием такого же числа новых гиб-

ридных орбиталей, расположение которых в про-

п-карбоксифенилуксусная кислота

24

странстве соответствует геометрии молекулы. Гиб-

ридные орбитали за счет более эффективного пере-

крывания образуют более прочные связи по сравне-

нию с негибридными.

В органических соединениях углерод может на-

ходиться в одном из трех валентных состояний:

I валентное состояние – sp3-гибридизация, при

которой происходит смешивание I S и 3 p-

орбиталей, с возникновением 4-х гибридизованных

орбиталей, расположенных в пространстве под уг-

лом 109º28´ по отношению друг к другу. Углерод в

таком состоянии получил название тетрагонального

атома углерода и встречается в предельных органи-

ческих соединениях.

sp3-гибридные орбитали направлены в про-

странстве к вершинам тетраэдра (тетраэдрическая

конфигурация).

II валентное состояние – sp2-гибридизация, при

которой происходит смешивание I S и 2 p-

орбиталей, с возникновением 3-х гибридизованных

25

орбиталей, расположенных в одной плоскости под

углом 120º по отношению друг к другу. Негибриди-

зованная p-орбиталь расположена перпендикулярно

плоскости гибридизованных орбиталей. Углерод в

таком состоянии называют тригональным и встреча-

ется он в соединениях с двойными связями (атом C

в алкенах, карбонильной и карбоксильной группах).

III валентное состояние – sp-гибридизация, при

которой происходит смешивание I S и 1p-орбитали с

возникновением 2-х гибридизованых орбиталей,

расположенных в пространстве под углом 180º (ли-

нейно), а две негибридизованые p-орбитали распо-

ложены взаимно перпендикулярно друг другу. Sp-

гибридизация характерна для углерода, связанного

тройной связью или двумя двойными связями.

26

Если углерод образует одну углерод-

углеродную связь, то его называют первичным, если

две углерод-углеродные связи − то вторичным; если

три углерод-углеродные связи – то третичным; если

четыре углерод-углеродные связи – то четвертич-

ным.

Например:

1-й и 5-й углероды – первичные; 4-й – вторичный; 3-й

– третичный; 2-ой – четвертичный.

27

1.4. Химические связи атома углерода

Ковалентная связь – это химическая связь, обра-

зованная в результате обобществления электронов

связываемых атомов.

σ-связь – ковалентная одинарная связь, которая

образуется при перекрывании гибридных и негиб-

ридных АО с максимальным перекрыванием по

прямой, соединяющей ядра атомов.

π-связь − ковалентная связь, которая образуется

за счет бокового перекрывания негибридных p-

атомных орбиталей с максимумом перекрытия по

обе стороны от прямой, соединяющей ядра атомов.

28

Схема перекрывания орбиталей при образовании σ-

связей с участием атома углерода

метан CH4 – тетраэдрическая молекула

Кратные связи

Образование σ-связей в этане

29

Характеристики ковалентной связи

(длина, энергия, полярность, поляризуемость)

Длина связи – это расстояние между центрами свя-

занных атомов.

Энергия связи – это энергия, которая выделяется при

образовании связи или необходимая для разъединения

двух атомов.

1.5. Сопряжение

Молекулы с чередующимися двойными π и простыми

σ связями называют сопряженными системами.

Сопряжение – это перераспределение электронной

плотности в системе π – связей, приводящее к стабилиза-

ции молекулы.

Энергия сопряжения – это уменьшение энергии мо-

лекулы благодаря сопряжению.

30

Открытые системы сопряжения

Бутадиен-1,3, каждый из четырех углеродов в со-

стоянии sp2-гибридизации, у каждого углерода – по одной

свободной p-орбитали. В результате бокового пере-

крывания орбиталей происходит сопряжение двух

локализованных двойных связей с образованием де-

локализованной четырехцентровой молекулярной

орбитали. Этот вид сопряжения называют π-π-

сопряжение. Есопряж. = 250 кДж/моль – 235 кДж/моль

= 15 кДж/моль. Наблюдается выравненность элек-

тронных плотностей в результате делокализации

электронов, создание единого электронного облака.

Делокализация электронов в циклических со-

единениях приводит к возникновению ароматиче-

ских систем.

Правила ароматичности.

1. Наличие плоского цикла (кольца), состоящего

из sp2-гибридизованных атомов, образующих σ-

скелет (молекула копланарна).

2. Делокализация электронов, приводящая к об-

разованию единого электронного облака (π-секстет).

3. Подчинение правилу Э. Хюккеля, т.е. элек-

тронное облако должно насчитывать (4n+2) π-

электронов, где n=1,2,3,4…

4. Высокая степень термодинамической устой-

чивости (энергия сопряжения).

31

Гомоциклические ароматические системы.

Бензол – плоский правильный шестиугольник с

валентными углами 120º; все связи С-С равноценны

(0,139 нм), и все атомы углерода sp2-гибридизованы;

все связи С-С и С-Н лежат в одной плоскости.

бензол

n=1

6ē делокализовано

в

π- секстет

нафталин

n=2

10ē делокализовано

антрацен

фенантрен

n=3 14ē делокализовано

32

Гетероциклические ароматические системы.

а) пиррол

У пиррольного азота следующее строение:

Три sp2-гибридизованные орбитали израсходо-

ваны на образование

σ-связей, две из которых с углеродом, а одна − с во-

дородом; негибридизованная p-орбиталь с неподе-

ленной парой электронов включена в ароматический

секстет (4ē+2ē). Шестиэлектронное облако прихо-

дится на пятицентровую ситему, поэтому эта систе-

ма называется суперароматической.

б) пиридин

У пиридинового азота несколько другое распре-

деление электронов:

33

Только две sp2-гибридизованные орбитали из-

расходованы на образование σ-связей (с углерода-

ми), свободная p-орбиталь с одним электроном уча-

ствует в образовании π-секстета, а не вошедшая в

сопряжение пара электронов располагается на

третьей sp2-гибридизованой орбитали, обеспечивая

основность пиридина.

Так как азот более электроотрицателен (э.о.=3),

то общее электронное облако сдвинуто в сторону

азота. Такая система называется π-недостаточной.

1.6. Электронные эффекты заместителей

Элекроотрицательность (ЭО) – способность

атомов притягивать к себе электроны.

34

Смещение электронной плотности в сторону

более электроотрицательного атома называется по-

ляризацией связи, результат – появление частичных

разрядов на атомах:

неполярная связь полярная связь

CH3–CH3 С δ+ → Clδ-

CH2=CH2 С δ+ = Oδ-

CH≡CH

Смещение электронной плотности вдоль σ-

связи носит название индуктивного эффекта (I-

эффект). Графически он изображается прямой

стрелкой, острие которой направлено в сторону бо-

лее электроотрицательного элемента. (← →). Ин-

дуктивный эффект может быть +I-эффект, если

электронная плотность в молекуле возрастает, или

35

-I-эффект, если он приводит к уменьшению элек-

тронной плотности в молекуле. Смещение частич-

ных зарядов обозначают так: δ+ или δ-.

Электронодонорные заместители: CH3 и другие

алкилы, Li, Mg, Na, -O − обладают положительным

I-эффектом.

Электроноакцепторные заместители: -Hal; -OH;

H2O; NH3+; NH2; NO2; --C≡N; - COH; - COOH, -

COOR, SO3H обладают отрицательным

I-эффектом.

Передача полярных эффектов через π-связи но-

сит название мезомерного эффекта (М-эффект). Он

может быть положительным (+М – эффект) и отри-

цательным (-М – эффект).

Влияние заместителя, передаваемое по сопря-

женной системе

π-связей с перераспределением электронной плот-

ности, называется мезомерным эффектом.

Мезомерный эффект может быть обусловлен

взаимодействием π-π связей (π-π-сопряжение), что

приводит к появлению + М-эффекта. Графически

36

мезомерный эффект изображают изогнутой стрел-

кой, острие которой направлено в сторону атома, к

которому происходит смещение электронной плот-

ности. ( )

Например:

Электронодонорные заместители – C=C; C6H5-;

-OH; -OR; -NH2.

Электроноакцепторные заместители – C=O; -

COOH; -NO2.

Индуктивные и мезомерные эффекты замести-

телей могут не совпадать по направлению, сущест-

венно влияют на реакционную способность соеди-

нений.

37

Характер совместного действия заместителей

1.7. Пространственное строение органических со-

единений.

Изомерия.

Молекула органического соединения характери-

зуется строением, конфигурацией и конформацией.

Строение – последовательность химических

связей атомов в молекуле; отображается при помо-

щи структурных формул.

Конфигурация – это пространственное распо-

ложение атомов или атомных группировок.

Конформация – это различные геометрические

формы молекулы, переходящие друг в друга путем

вращения вокруг простых σ-связей.

Многообразие органических соединений обу-

словлено явлением изомерии.

38

Изомерия – это явление, когда вещества, обла-

дающие одинаковым элементарным составом и мо-

лекулярной массой, имеют различное строение,

конфигурацию или конформацию, что приводит к

появлению различных физических и химических

свойств.

Виды изомерии

структурная Пространственная

цепи (скелета)

положения замести-

телей или кратных

связей

взаимного распо-

ложения заместите-

лей в кольце

межклассовая

геометрическая

оптическая (сте-

реоизомерия)

поворотная

Структурная изомерия C-скелета

бутан

2-метилпропан

Изомерия положения кратных связей или

функциональных групп

39

и

бутен-1 бутен-2

и

бутанол-1 бутанол-2

Изомерия, обусловленная взаимным расположением заместителей

в кольце.

а) б)

Например:

а)

мета-диметилбензол

(мета-ксилол)

пара-диметилбензол

(пара-ксилол)

если два заместителя

орто- мета- пара-

изомеры

если три заместителя

рядовой- асим.- симм.-

изомеры

ортодиметилбензол

(орто-ксилол)

40

б)

рядовой (вициналь-

ный)

(V)

триоксибензол

(пирогаллол)

асиметричный

(AS)


(оксигидрохинон)

симметричный

(S)


(флороглюцин)

Межклассовая изомерия

и

циклопропан пропен

Пространственная изомерия

геометрическая – обусловлена различным рас-

положением заместителей вокруг двойных связей

или относительно плоскости циклов).

бутен-2-диовая кислота

транс-форма

(фумаровая кислота)

цис-форма

(малеиновая кислота)

41

Это конфигурационные изомеры, которые не

могут быть превращены друг в друга без разрыва

ковалентных связей.

Оптическая изомерия

Стереоизомерия связана с различным располо-

жением в пространстве атомов и атомных групп во-

круг асимметрического углеродного атома.

Асимметрический атом углерода – это углерод,

все четыре валентности которого замещены различ-

ными заместителями.

Хиральность – свойство предмета быть неиден-

тичным своему зеркальному отображению (от греч.

cheir – рука). Молекулы тоже могут быть хиральны-

ми и ахиральными.

Простейший случай хиральности – наличие в

молекуле центра хиральности, которым является

асимметрический атом углерода.

Вследствие хиральности некоторые молекулы

существуют в виде пары стереоизомеров – энантио-

меров.

Энантиомеры – это стереоизомеры, относя-

щиеся друг к другу как предмет и его зеркальное от-

ражение, различные по абсолютной и относитель-

ной конфигурации, биологическим свойствам, но

42

обладающие одинаковыми физическими и химиче-

скими свойствами.

Конфигурационный стандарт – глицериновый альдегид

Стереохимическая формула

Углеродная цепь расположена

сверху вниз

(наверху старшая группа)

Горизонтальные связи выходят

вперед из плоскости чертежа, а вер-

тикальные – назад за плоскость

чертежа

Формулы Фишера

Перестановка двух заместите-

лей изменяет конфигурацию

молекулы на противоположную

Энантиомеры отличаются противоположными

знаками оптической активности, которая проявляет-

ся в способности вещества вращать плоскость поля-

ризованного света.

Так, при прохождении плоскополяризованного

света через раствор одного энантиомера происходит

отклонение плоскости поляризации влево, другого –

вправо на тот же по величине угол – α (удельное

вращение).

Левое вращение обозначается знаком (-), правое

– знаком (+), а энантиомеры называют соответст-

венно лево- и правовращающими.

43

Каждое соединение, существующее в виде двух

оптических энантиомеров, может иметь и третью,

оптически неактивную форму – рацемат.

Рацемат – равномолекулярная смесь двух

энантиомеров, когда левое вращение одного энан-

тиомера полностью компенсируется правым враще-

нием другого.

Если в органической молекуле содержится не

один ассиметрический атом углерода, а несколько,

то наряду с существованием энантиомеров, появля-

ются уже и диастереомеры. (Если в молекуле n ас-

симетрических атомов углерода, то существуют 2n

конфигурационных изомеров или 2n-1 пар энантио-

меров).

Диастереомеры – это стереоизомеры, не яв-

ляющиеся зеркальным отражением один другого и

имеющие различные физические, химические и

биологические свойства.

Например: 2 амино-3-гидроксибутановая ки-

слота (треонин)

44

Поворотная изомерия (или конформационная)

Характерна для веществ с sp3-гибридными ато-

мами С, соединенных σ-связью, относительно кото-

рой возможно свободное вращение.

Для изображения конформационных изомеров

на плоскости используют проекции Ньюмена.

Взаимное расположение заместителей при вра-

щении их вдоль C–C связи харакетризуется углом

поворота относительно друг друга. В зависимости

от угла возникают различные конформации, пре-

вращающиеся друг в друга.

45

Конформации 1,2 – дихлорэтана

заслоненная

(атомные группы у соседних ато-

мов располагаются одна за дру-

гой)

Emax

заторможенная

(атомные группы максимально

удалены друг от друга)

Emin

Пространственное строение циклических соеди-

нений

При замыкании колец в органических соедине-

ниях можно наблюдать возникновение углового на-

пряжения.

Угловое напряжение – увеличение энергии мо-

лекулы, вызванное отклонением угла между связями

от идеальной величины (109º28´) − напряжение Бай-

ера. Это напряжение необходимо отличать от тор-

сионного напряжения.

Торсионное напряжение – увеличение энергии

молекулы, вызванное заслоненным положением за-

местителей – обычно по σ-связям.

46

Циклогексановое кольцо встречается во многих

биологически активных соединениях. Все шесть уг-

леродных атомов находятся в состоянии sp3-

гибридизации, следовательно, их химические связи

не лежат в одной плоскости. Если бы циклогексано-

вое кольцо было плоским, то все его заместители

находились бы в невыгодной заслоненной конфор-

мации, что приводило бы к возникновению торси-

онного напряжения. На деле кольцо это очень проч-

но, так как существует в виде двух конформаций:

кресла или ванны (лодки):

конформация кресла конформация ванны (лодки)

Наиболее выгодной является конформация

«кресла», так как в ней полностью отсутствует угло-

вое напряжение.

Каждый атом углерода в циклогексановом

47

кольце может иметь два заместителя: в аксиальном

(а) и экваториальном (е) положениях.

Аксиальные заместители (а) располагаются

вверх и вниз параллельно оси симметрии.

Экваториальные заместители (е) расположены

под углом 109º28´ к оси симметрии в направлении к

периферии от молекулы.

Наиболее энергетически выгодным является эк-

ваториальное расположение заместителей в цикло-

гексановом кольце, так как при этом отсутствует

торсионное напряжение.

При аксиальном расположении заместителей

возникают 1,3 диаксиальные взаимодействия, что

ведет к возникновению торсионного напряжения и

образованию термодинамически менее устойчивых

соединений.

1.8. Классификация реагентов и органиче-

ских реакций.

Реакционная способность – способность веще-

ства вступать в ту или иную химическую реакцию и

реагировать с большей или меньшей скоростью.

Реакционный центр – атом или группа атомов

в молекуле, непосредственно участвующие в хими-

ческой реакции.

Субстрат – вещество, подвергающееся изме-

нениям в результате химической реакции.

48

Реагент – партнер субстрата и более простое

вещество.

Типы реагентов и характер изменения связей

в реакционном центре субстрата

Кислотные реагенты (кислоты) – доноры

протона по отношению к реакционному партнеру:

частично или нацело ионизированные в водных рас-

творах нейтральные молекулы (HCl, CH3COOH) или

положительно заряженные частицы (NH4+, H3O

+).

Основные реагенты (основания) – акцепторы

протона по отношению к реакционному партнеру.

Отрывают протон от кислотного центра:

отрицательно заряженные частицы B(ASE)- HO-,

CH3O-

или нейтральные молекулы B: – NH3 , H2O.

Нуклеофильные реагенты (нуклеофилы) – час-

тицы, образующие новую ковалентную связь за счет

своей электронной пары.

Свойства:

- обладают повышенной электронной плотно-

стью, взаимодействуют с любым атомом (кроме во-

49

дорода), несущим частичный или полный положи-

тельный заряд;

- нуклеофил заряжен отрицательно (Nu-, Cl-, HO-

, CH3O-, R3C

- - карбоанион) или имеет неподелен-

ную пару электронов (Nu, NH3 , H2O) или π-связь

CH2= CH2, C6H6.

Электрофильные реагенты (электрофилы) –

частицы, образующие новую ковалентную связь за

счет пары электронов партнера.

Свойства:

- взаимодействуют с реакционным центром

партнера с повышенной электронной плотностью;

- имеют атом, несущий частичный или полный

положительный заряд или обладают вакантной ор-

биталью.

Радикальные реагенты (радикалы) – свободные

атомы или частицы с неспаренным электроном (па-

рамагнитные частицы).

R• – Cl•, Br•, HOO•, R•, •O–O• (бирадикал)

50

Окислители –

нейтральные молекулы

или ионы, принимаю-

щие электроны или

атомы водорода от ор-

ганического субстрата.

[O] (или Ox) – O2, Fe3+,

органические окислите-

ли

Восстановители –

нейтральные молекулы

или ионы, отдающие

электроны или атомы

водорода органиче-

скому субстрату.

[H] (или Red) – Р2, Fe2+,

Н-,

органические восста-

новители

реакционный центр кислотный,

реагент основный

реакционный центр основный,

реагент кислотный

Способы разрыва ковалентной связи

Гомолитический (свободнорадикальный)

гомолиз связи

Образующиеся промежуточные частицы – сво-

бодные радикалы

51

Гетеролитический (ионный)

гетеролиз связи

Образующиеся органические промежуточные части-

цы

- карбокатионы (с положительным зарядом на атоме уг-

лерода) или

- карбоанионы (с отрицательным зарядом на атоме уг-

лерода)

Классификация реакций

1. По характеру изменения связей в субстрате и реаген-

те

(а) Гомолитические реакции

(б) Гетеролитические реакции

.

.

52

2. По направлению (конечному результату)

Изменение степени окисления углерода, высту-

пающего в роли

реакционного центра

53

3. По числу молекул (частиц), участвующих в ста-

дии, определяющей общую скорость реакции

Методики выполнения общих качественных ре-

акций

на функциональные группы

Реакции идентификации кратной связи

(двойной, тройной)

1. Бромирование бромной водой

В пробирку поместите 2 капли бромной воды,

добавьте 2–3 капли исследуемого раствора, встрях-

ните пробирку.

Внешние признаки:

Наблюдается обесцвечивание желтого раствора

бромной воды.

2. Реакция гидроксилирования (реакция Вагнера)

В пробирку поместите 2 капли 0,1н KMnO4, до-

бавьте 2–3 капли исследуемого раствора, встряхните

пробирку.


Наблюдается обесцвечивание розового раствора

KMnO4 и выпадение бурого осадка MnO2.

54

Реакция идентификации многоатомных

спиртов

В пробирку поместите 3 капли 0,2н CuSO4, 3 ка-

пли 2н NaOH. К образовавшемуся осадку Cu (OH)2

добавьте 1 каплю исследуемого соединения.


Происходит растворение голубого осадка гид-

роксида меди с образованием комплексной соли ме-

ди тёмно–синего цвета.

Опыт следует проводить в избытке щёлочи.

Идентификация первичных и вторичных спир-

тов

реакцией окисления бихроматом калия в кислой

среде

В пробирку поместите 2 капли исследуемого

спирта, добавьте 1 каплю 2н H2SO4 и 2 капли 0,5н

K2Cr2O7. Полученный раствор нагрейте над пламе-

нем спиртовки.


Происходит изменение цвета в синевато–зелёный.

Охладите пробирку и добавьте 1–2 капли рас-

твора фуксинсернистой кислоты, если появляется

розово-фиолетовое окрашивание, то продуктом

окисления является альдегид: следовательно, исход-

ный спирт был первичным. Если не наблюдается

изменения окраски фуксинсернистой кислоты – то

исходный спирт был вторичным. Третичные спирты

в этих условиях не окисляются.

55

Реакция идентификации фенольного гидро-

ксида

В пробирку поместите 1 каплю 1% раствора фе-

нола, добавьте 1 каплю 0,1н FeCl3.


Наблюдается сине–фиолетовое окрашивание

комплексной соли железа.

Реакции идентификации альдегидов и кетонов

Идентификация карбонильной группы

Образование 2,4–динитрофенилгидразонов На предметное стекло нанесите по 1 капле ис-

следуемого соединения, добавьте к ним 1 каплю

раствора 2,4–динитрофенилгидразина.


Моментально образуется кристаллический оса-

док жёлтого цвета.

Реакции различия альдегидов кетонов

1. Реакция “серебряного зеркала”

В пробирке приготовьте раствор оксида сереб-

ра, для чего к 1 капле 0,2н AgNO3 добавьте 1 каплю

2н NaOH, а затем по каплям 2н NH4OH до растворе-

ния образовавшегося осадка гидроксида серебра. К

полученному раствору аммиаката серебра прибавьте

1–2 капли исследуемого соединения. Пробирку на-

грейте.


Наблюдается образование серебристого налёта

или чёрного осадка серебра.

56

Эту реакцию дают алифатические и ароматиче-

ские альдегиды.

2. Реакция “медного зеркала”

Поместите в пробирку 6 капель 2н NaOH, 6 ка-

пель воды и 1 каплю 0,2н CuSO4. К выпавшему

осадку гидроксида меди прибавьте 2 капли иссле-

дуемого соединения, нагрейте.


Образуется вначале желтый осадок гидроксида

меди (I), а затем красный осадок оксида меди (I).

Ароматические альдегиды не дают реакцию

“медного зеркала”, несмотря на наличие альдегид-

ной группы. В этих условиях (избыток щелочи) идет

реакция Канниццаро.

3.Идентификация альдегидов по реакции с фуксин-

сернистой кислотой


вещества и 2 капли раствора фуксинсернистой ки-

слоты. Пробирку встряхните.


Наблюдается появление розового окрашивания.

4. Идентификация метилкетонов “йодоформ-

ной пробой”

Поместите в пробирку 1 каплю раствора иода в

растворе иодида калия и почти до обесцвечивания

несколько капель 2н NaOH. К обесцвеченному рас-

твору добавьте 1 каплю исследуемого вещества.

57


Выпадает желтовато–белый осадок с характер-

ным запахом йодоформа.

Идентификация карбоновых кислот

1. Идентификация карбоновых кислот, раство-

римых в воде

по изменению окраски индикатора

На полоску синей лакмусовой бумаги или уни-

версальной индикаторной бумаги нанесите в виде

маленьких капель исследуемый раствор.


Наблюдаем изменение синей лакмусовой бума-

ги и универсальной индикаторной бумаги на крас-

ный (розовый) цвет.

2. Идентификация нерастворимых карбоновых

кислот

по реакции взаимодействия со щелочами

В пробирку поместите исследуемое вещество и

2–3 капли воды. Получилась взвесь. Добавьте при

встряхивании 5–6 капель 2н NaOH.


Наблюдаем растворение осадка.

Частные качественные реакции, которые ис-

пользуются

для подтверждения функциональных групп или

класса соединений

Идентификация –аминокислот.

58

Образование комплексной медной соли –

аминокислот

Поместите в пробирку на кончике лопаточки

CuO. Добавьте 3 капли раствора –аминокислоты и,

нагрев над пламенем спиртовки, дайте отстояться

избытку чёрного осадка CuO.


Образуется тёмно–синий раствор медной соли

–аминокислоты.

Идентификация –аминокислот нингидрин-

ной реакцией


раствора –аминокислоты и 2 капли 0,2% раствора

нингидрина. Слегка нагрейте содержимое пробирки.


Появляется сине–фиолетовое окрашивание.

Реакция идентификации крахмала

В пробирку поместите 5 капель исследуемого

раствора и 1 каплю сильно разбавленного раствора

йода.


Наблюдается появление синей окраски.

59

Реакция идентификации молочной кислоты

А. Определение муравьиной кислоты

В пробирку поместите 1 каплю конц. Н2SО4 и 1

каплю исследуемого раствора, закройте газоотводной

пробкой, нагрейте над пламенем спиртовки.


Жидкость темнеет и пенится от выделения СО,

который при поджигании горит голубым пламенем.

Б. Определение уксусного альдегида

Подготовьте 2 пробирки. В первую пробирку,

снабжённую газоотводной трубкой, поместите 2 ка-

пли воды, 1 каплю конц. Н2SО4 и

1 каплю исследуемого раствора.

Конец газоотводной трубки поместите в другую

пробирку с 1 каплей раствора J2/KJ и 2 каплями

NaOH. Первую пробирку нагрейте.


Во второй пробирке появляется желтовато–белый

осадок йодоформа.

60

Сводные вопросы к теоретическому экзамену

по биоорганической химии

I. Теоретические основы строения и реакцион-

ной способности органических соединений.

Основные принципы классификации и но-

менклатуры органических соединений. Элек-

тронное строение химической связи.

1. Классификация органических соединений по

строению углеродного скелета и по функциональ-

ным группам. Моно- и гетерофункциональные со-

единения. Основные классы функциональных про-

изводных углеводородов: спирты, амины, альдеги-

ды, кетоны, кислоты, простые и сложные эфиры,

тиолы, тиоэфиры.

2. Принципы заместительной номенклатуры

IUPAC. Органический радикал: первичный, вторич-

ный и третичный атомы углерода. Родоначальная

структура, характеристическая группа, заместитель,

приставки и окончания.

3. Типы химических связей в органических соеди-

нениях. Гибридизация атомных орбиталей (Sp3, Sp2,

Sp). Свойства ковалентных - и - связей.

Сопряженные системы. Ароматичность. Вза-

имное влияние атомов.

61

4. Электронное строение р, - и ,- сопряженных

систем. Делокализация электронов и стабильность

систем. Энергия сопряжения.

Соединения с открытой цепью сопряжения (бутади-

ен, изопрен). Полиены (-каротин, ретинол), гетеро-

сопряженные системы.

5. Электронное строение соединений с замкнутой

цепью сопряжения (ароматических). Критерии аро-

матичности. Проявление ароматичности в ряду аре-

нов (бензол, нафталин, антрацен, фенантрен).

6. Ароматичность гетероциклических соединений

(пиррол, пиридин, пиримидин, имидазол, пурин).

Критерии ароматичности. Электронное строение

пиррольного и пиридинового атомов азота.

7. Индуктивный и мезомерный эффекты – два ме-

ханизма передачи взаимного влияния атомов. Усло-

вия их проявления, знаки эффектов функциональ-

ных групп. Электронодонорные и электроноакцеп-

торные заместители.

Пространственное строение органических со-

единений.

8. Пространственная изомерия (стереоизомерия).

Конформации алканов, их энергетическая характе-

62

ристика. Проекция Ньюмена. Конформации откры-

тых углеводородных цепей.

9. Конформации циклоалканов. Конформационный

анализ циклогексана и его производных. Аксиаль-

ные и экваториальные связи. 1,3-диаксильное взаи-

модействие, инверсия цикла.

10. Конфигурационная стереоизомерия: энантиоме-

рия и диастереомерия (примеры) цис-транс-

изомерия алкенов и циклоалканов (примеры).

11. Хиральные молекулы, условия хиральности.

Стереоизомеры соединений с одним центром хи-

ральности (глицериновый альдегид, молочная ки-

слота, -аминокислоты). Проекционные формулы

энантиомеров. Абсолютная и относительная конфи-

гурация, D- и L-стереохимические ряды.

12. Стереоизомеры соединений с несколькими цен-

трами хиральности (-аминокислоты, винные ки-

слоты, моносахариды). Рацематы. Мезоформы.

Связь пространственного строения органических

соединений с их биологической активностью.

Кислотность и основность органических со-

единений.

13. Кислотность и основность органических соеди-

нений по теории Бренстеда-Лоури и Льюиса. При-

меры кислот и оснований Бренстеда и Льюиса. рКа

как количественная мера кислотных свойств. Каче-

63

ственная оценка силы кислот и оснований (общие

принципы).

14. Кислотные свойства органических соединений с

водородсодержащими функциональными группами:

(спирты, фенолы, тиолы, карбоновые кислоты, ами-

ны). Качественная оценка силы кислотных свойств.

Общие закономерности в изменении кислотных

свойств во взаимосвязи с природой атома кислотно-

го центра электронными эффектами заместителей,

сольватационный эффект.

15. Основные свойства нейтральных молекул, со-

держащих гетероатомы с неподеленными парами

электронов (спирты, тиолы, простые эфиры, суль-

фиды, карбонильные соединения, амины) и анионов

(гидроксид-, алкоксид-ионы, анионы органических

кислот). Качественная оценка силы оснований. Об-

щие закономерности в изменении основных свойств.

II. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РЕАКЦИОННОЙ СПО-

СОБНОСТИ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ КАК ХИ-

МИЧЕСКАЯ ОСНОВА ИХ БИОЛОГИЧЕСКОГО ФУНК-

ЦИОНИРОВАНИЯ.

Классификация химических реакций. Реак-

ционная способность алифатических и аромати-

ческих углеводородов.

64

16. Химическая реакция, субстрат, реагент, типы

реагентов. Примеры. Классификация органических

реакций. Понятие о механизме реакций, гомо- и ге-

теролитическое расщепление связей. Электронное и

пространственное строение промежуточных частиц

(радикал, карбкатион и карбанион). Реакционная

способность органических соединений, реакцион-

ный центр.

17. Реакционная способность алканов и циклоалка-

нов. Механизм реакций радикального замещения

(SR). Галогенирование алканов и циклоалканов

(обычные циклы). Понятие о региоселективности,

цепном процессе.

18. Реакционная способность алкенов и алкадиенов.

Механизм реакций электрофильного присоединения

(AЕ), гидрогалогенирование, гидратация. Правило

Марковникова. Особенности электрофильного при-

соединения к сопряженным системам. Гидратация

, -непредельных карбоновых кислот.

19. Реакционная способность ароматических соеди-

нений. Реакции электрофильного замещения (SЕ).

Галогенирование, сульфирование, нитрование, ал-

килирование и ацилирование ароматических угле-

водородов. Ориентирующее действие заместителей.

65

Реакции нуклеофильного замещения у тетра-

гонального атома углерода. Реакционная способ-

ность спиртов, фенолов, тиолов, аминов.

20. Реакционные центры и химические свойства

спиртов. Кислотные и основные свойства. Влияние

электронных и пространственных факторов на реак-

ционную способность соединений в реакциях SN.

21. Реакции нуклеофильного замещения (SN1), (SN2)

у тетрагонального атома углерода в ряду спиртов и

их тиоаналогов. Реакции алкилирования. Роль ки-

слотного катализа в реакциях (SN) у спиртов. Био-

логическая роль реакций алкилирования.

22. Конкурентные реакции элиминирования (E): ре-

акции внутримолекулярной дегидратации спиртов.

Повышенная СН-кислотность как причина реакций

элиминирования, сопровождающих нуклеофильное

замещение.

23. Реакционные центры аминов, их основность.

Амины как нуклеофильные реагенты в реакциях ал-

килирования, ацилирования и присоединения-

отщепления. Схемы реакций.

Биологически важные реакции карбониль-

ных соединений. Реакционная способность аль-

дегидов и кетонов. Реакции нуклеофильного

присоединения у тригонального атома углерода.

24. Электронное строение оксогруппы. Реакционные

центры альдегидов и кетонов. Реакции нуклеофиль-

66

ного присоединения (AN): гидратация, восстановле-

ние, реакция со спиртами (ацетализация) и тиолами.

Гидролиз ацеталей. Кислотный катализ.

25. Реакционная способность альдегидов и кетонов

в реакциях AN. Реакции присоединения – отщепле-

ния AN-E. Взаимодействие альдегидов и кетонов с

аммиаком, аминами. Гидролиз иминов.

26. Реакции с участием СН-кислотного центра аль-

дегидов и кетонов: альдольное присоединение, га-

лоформные реакции. Основной катализ, окисление

альдегидов. Реакция диспропорционирования.

Реакционная способность карбоновых ки-

слот и их функциональных производных. Реак-

ции нуклеофильного замещения у тригонального

атома углерода.

27. Электронное и пространственное строение кар-

боксильной группы. Реакционные центры карбоно-

вых кислот. Характеристика кислотных свойств

карбоновых кислот. Реакции декарбоксилирования

карбоновых кислот в зависимости от числа и взаим-

ного расположения карбоксильных групп.

28. Реакции нуклеофильного замещения у триго-

нального атома углерода в ряду карбоновых кислот.

Реакции ацилирования - образования галогенангид-

ридов, сложных эфиров и тиоэфиров, амидов и об-

ратные им реакции гидролиза.

67

29. Ацилирующие агенты (ангидриды, карбоновые

кислоты, сложные эфиры, сложные тиоэфиры),

сравнительная активность этих агентов. Механизм

реакций ацилирования (SN).

Ацилфосфаты и ацилкофермент А-природные мак-

роэргические ацилирующие реагенты. Биологиче-

ская роль реакций ацилирования.

Гетерофункциональные органические соеди-

нения алифатического и бензольного рядов.

Строение и реакционная способность.

30. Особенности химического поведения полифунк-

циональных соединений. Многоатомные спирты,

двухатомные фенолы. Многоосновные кислоты.

Примеры. Система гидрохинон-хинон. Образование

хелатных комплексов как качественная реакция.

Особенности поведения дикарбоновых кислот при

нагревании. Полиамины.

31. Аминоспирты и аминофенолы: каламин, холин,

норадреналин, адреналин. Строение, свойства. Био-

логическая роль.

32. Гидрокси- и аминокислоты. Одноосновные (мо-

лочная), двухосновные (яблочная, винная) и трехос-

новные (лимонная) гидроксикислоты. Характерные

свойства и специфические реакции , , -гидрокси–

и аминокислот.

68

33. Оксокислоты: альдегидо и кетонокислоты. Гли-

оксалевая, пировиноградная, ацетоуксусная, щаве-

левоуксусная, -оксоглутаровая кислоты − важней-

шие метаболиты. Характерные и специфические

свойства. Кето-енольная таутомерия. Реакции де-

карбоксилирования -оксокислот.

34. Гетерофункциональные производные бензольно-

го ряда. Салициловая кислота: салицилат натрия,

метилсалицилат, ацетилсалициловая кислота и фе-

нилсалицилат, их лекарственное значение. Схемы

реакций получения производных салициловой ки-

слоты.

35. Гетерофункциональные производные бензольно-

го ряда. n-Аминобензойная кислота и ее производ-

ные (анестезин, новокаин). Характерные реакции.

Сульфаниловая кислота и ее амид. Сульфаниламид-

ные препараты.

Биологически активные гетероциклические

соединения. Алкалоиды.

36. Биологически важные гетероциклические соеди-

нения. Пятичленные циклы с одним (пиррол, индол)

и двумя (имидазол, пиразол) гетероатомами азота.

Производные индола и имидазола, их структура и

биологическая роль, таутомерия имидазола. Пира-

золон-5 − основа ненаркотических анальгетиков.

69

37. Шестичленные гетероциклы с одним гетероато-

мом азота. Пиридин, проявление основности и нук-

леофильности у атомов азота, реакции электро-

фильного и нуклеофильного замещения в цикле.

Пиридиниевые ионы. Биологически важные произ-

водные пиридина − никотинамид, пиридоксаль.

38. Шестичленные гетероциклы с двумя гетероато-

мами азота. Пиримидин, его реакционные центры и

реакционная способность. Гидрокси- и аминопроиз-

водные пиримидина: урацил, тимин, цитозин, бар-

битуровая кислота. Таутомерия. Устойчивость тау-

томерных форм.

39. Конденсированные гетероциклы. Пурин, его ре-

акционные центры и реакционная способность.

Гидрокси- и аминопроизводные пурина: аденин,

гуанин, гипоксантин, ксантин, мочевая кислота.

Таутомерия. Устойчивость таутомерных форм. Ре-

акции таутомерных форм. Ураты. Алкалоиды пури-

нового ряда – теофиллин, теобромин, кофеин.

III. Биополимеры и их структурные компоненты.

Липиды.

Углеводы. Моносахариды.

40. Классификация, биологическая роль углеводов.

Моносахариды. Стереоизомерия моносахаридов. D-

и L-ряды, формулы Фишера. Энантиомерия, диасте-

реомерия, эпимерия. Структура важнейших пред-

70

ставителей пентоз и гексоз, производных моносаха-

ридов: дезоксисахаров, аминосахаров.

41. Цикло-оксо (окси- оксо-) − таутомерия моноса-

харидов. На примере D-глюкозы и D-фруктозы

формулы Хеуорса (пиранозы, фуранозы). Аномерия.

Конформации моносахаридов, наиболее устойчивые

конформации гексоз.

42. Реакционные центры ациклических и цикличе-

ских форм моносахаридов, нуклеофильное замеще-

ние у аномерного центра в циклических формах мо-

носахаридов. Механизм SN. O- и N- гликозиды. Гид-

ролиз гликозидов.

43. Реакции нуклеофильных центров моносахари-

дов: алкилирование и ацилирование. Гидролиз про-

дуктов. Значение реакций для структурных исследо-

ваний. Биологически важные фосфаты моносахари-

дов.

44. Окисление моносахаридов, в кислой нейтраль-

ной и щелочной средах, восстановительные свойст-

ва альдоз. Гликоновые, гликаровые, гликуроновые

кислоты. Реакция эпимеризации моносахаридов, ен-

диольная форма. Восстановление моносахаридов в

глициты (ксилит, сорбит, маннит).

Углеводы. Олиго- и полисахариды.

45. Общая характеристика и классификация полиса-

харидов. Дисахариды: мальтоза, лактоза, целлобио-

71

за, сахароза. Строение, цикло-оксотаутомерия. Вос-

становительные свойства. Гидролиз. Конформаци-

онное строение мальтозы и целлобиозы.

46. Химические свойства дисахаридов: реакционные

центры, общие и отличительные свойства восста-

навливающих и невосстанавливающих дисахаридов.

47. Гомополисахариды. Крахмал (амилоза, амино-

пектин), гликоген, целлюлоза, декстраны. Первич-

ная структура, гидролиз, понятие о вторичной

структуре (амилоза, целлюлоза).

48. Гетерополисахариды. Гиалуроновая кислота,

хондроитинсульфаты, гепарин. Первичная структу-

ра, биологическая роль. Понятие о смешанных био-

полимерах.

Природные -аминокислоты.

49. Классификация, стереохимия и строение при-

родных -аминокислот. Структура природных ами-

нокислот: гидрофобных, гидрофильных, отрица-

тельно и положительно заряженных.

50. Биосинтетические пути образования -

аминокислот из кетонокислот, реакции восстанови-

тельного аминирования и переаминирования. Пири-

доксалевый катализ. Незаменимые аминокислоты.

51. Кислотно-основные свойства аминокислот, би-

полярный ион, ионные формы аминокислот в рас-

72

творах, в зависимости от значения рН, изоэлектри-

ческая точка. (Примеры).

52. Характерные и качественные реакции аминокис-

лот, образование внутрикомплексных солей, нин-

гидриновая, ксантопротеиновая реакции.

53. Реакции, лежащие в основе количественного

анализа аминокислот: образование сложных эфиров,

реакции с азотистой кислотой, формальдегидом,

фенилизотиоцианатом. Реакционные центры, всту-

пающие во взаимодействие, тип и механизм реак-

ции.

54. Метаболизм аминокислот в организме: декар-

боксилирование и переход к биогенным аминам, не-

окислительное и окислительное дезаминирование,

трансаминирование. Реакции гидроксилирования.

Пептиды, строение, свойства, значение.

Уровни организации структуры белковой моле-

кулы.

55. Биологические функции пептидов и белков.

Принцип структурного построения пептидов и бел-

ков. Электронное строение и свойства пептидной

связи.

56. Свойства пептидов. Изоэлектрическое состояние

и изоэлектрическая точка пептидов, кислотный и

щелочной гидролиз пептидов.

73

57. Первичная структура пептидов (примеры) и бел-

ков. Определение аминокислотной последователь-

ности по Эдману (фенилизотиоцианатный метод).

58. Синтез пептидов in vitro методом “активации” и

“защиты” функциональных групп. Понятие о стра-

тегии пептидного синтеза.

59. Вторичная структура пептидов и белков. Регу-

лярные - спиральные и -структурные участки по-

липептидных цепей. Понятие о третичной и четвер-

тичной структурах белков.

Понятие о сложных белках. Гемоглобин, строение,

свойства, значение.

Пуриновые и пиримидиновые основания.

Нуклеозиды. Нуклеотиды. Нуклеиновые кисло-

ты.

60. Нуклеиновые основания, входящие в состав нук-

леиновых кислот. Пиримидиновые (урацил, тимин,

цитозин) и пуриновые (аденин, гуанин), азотистые

основания. Таутомерия, устойчивость таутомерных

форм. Реакции дезаминирования и алкилирования

азотистых оснований.

61. Нуклеозиды: рибозиды и дезоксирибозиды.

Структура, номенклатура, характер связи нуклеино-

вого основания с углеводными остатками; конфигу-

рация гликозидного центра. Гидролиз нуклеозидов.

74

62. Нуклеотиды: рибонуклеотиды и дезоксирибо-

нуклеотиды. Строение мононуклеотидов, образую-

щих нуклеиновые кислоты. Номенклатура. Гидро-

лиз нуклеотидов.

63. Первичная структура нуклеиновых кислот. Фос-

фодиэфирная связь. Рибонуклеиновые и дезоксири-

бонуклеиновые кислоты. Нуклеотидный состав РНК

и ДНК. Гидролиз нуклеиновых кислот.

64. Нуклеозид моно- и полифосфаты. АМФ, АТФ.

Нуклеозидциклофосфаты (ц. АМФ). Никотинамид-

нуклеотидные коферменты. Строение НАД+ и его

фосфата НАДФ+. Система НАД+ − НАД Н; гидрид-

ный перенос.

65. Изменение структуры нуклеиновых кислот под

действием химических веществ и радиации. Мута-

генное действие азотистой кислоты. Лекарственные

средства на основе модифицированных нуклеино-

вых оснований (фторурацил, 6-меркаптопурин),

нуклеозиды-антибиотики.

Омыляемые липиды.

66. Классификация липидов, их биологическое зна-

чение. Простые липиды. Нейтральные жиры. Насы-

щенные и ненасыщенные природные высшие жир-

ные кислоты, входящие в состав липидов. Особен-

ности ненасыщенных жирных кислот. -окисление

высших жирных кислот.

75

67. Реакционные центры и свойства омыляемых

простых и сложных липидов. Щелочной и кислот-

ный гидролиз, реакции присоединения, окисления.

68. Сложные липиды. Фосфолипиды. Глицерофос-

фолипиды: фосфатидовая кислота, фосфатидилхо-

лины, фосфатидилсерины. Сфингомиелины. Ли-

пидный бислой в структуре биологических мембран.

69. Пероксидное окисление фрагментов ненасыщен-

ных жирных кислот в клеточных мембранах, его ме-

ханизм. Роль пероксидного окисления липидов

мембран в действии малых доз радиации на орга-

низм. Системы антиоксидантной защиты.

70. Сложные липиды. Гликолипиды: цереброзиды,

ганглиозиды, их строение. Свойства, биологическая

роль.

Неомыляемые липиды. Изопреноиды.

71. Терпены. Классификация. Изопреновое правило.

Моно- и бициклические терпены: лимонен, ментол,

камфара. Сопряженные полиены: каратиноиды, ви-

тамин А, их биологическая роль. Сквален. Биогене-

тическая связь терпенов и стероидов.

72. Классификация стероидов. Стеран, конформаци-

онное строение 5 и 5-стеранового скелета. Угле-

водороды − родоначальники групп стероидов: анд-

ростан, эстран, прегнан, холан, холестан.

76

73. Стероидные гормоны: эстрогены, андрогены.

Строение, конфигурация, конформация, свойства,

биологическая роль.

74. Стероидные гормоны: кортикостероиды. Строе-

ние, конфигурация, конформация, свойства, биоло-

гическая роль.

75. Стерины, строение, свойства. Холестерин, его

роль в структуре мембран. Эргостерин. Превраще-

ние эргостерина в витамины группы D.

76. Желчные кислоты. Холевая и дезоксихолевая

кислоты, гликохолевая и таурохолевая кислоты,

строение, стереохимия, свойства, биологическая

роль.

77

Библиографический список

1. Грандберг И. И. Органическая химия: учебник

для студентов, обучающихся по агрохимиче-

ским специальностям. – М.: Дрофа, 2002. - 672

с.

2. Зурабян С. Е. Основы органической химии. М.:

Дрофа, 2006. - 576 с.

3. Эллиот В. Эллиот Д. Биохимия и молекулярная

биология . Изд. НАУКА, М. 2004. с. 14 – 124.

4. Оганесян Э. Т. Важнейшие понятия и термины

химии: справочное пособие. – М.: Высшая

школа, 1993. - 352 с.

5. Проскурина И. К. Биохимия: учебное пособие

для студентов высших учебных заведений. –

М.: Издательство Владос-Пресс, 2004. - 70 с.

6. Солдатенков А. Т. Основы органической химии

лекарственных веществ. М.: Мир; БИНОМ. Ла-

боратория занятий, 2007. - 191 с.

7. Сорочинская Е. И. Биоорганическая химия.

Поли- и гетерофункциональные соединения.

Биополимеры и их структурные компоненты.

78

Учебное пособие. – СПб.: Издательство

С.Петербургского университета, 1998. - 148 с.

8. Сорочинская Е. И. Биоорганическая химия.

Биологически важные классы соединений.

Учебное пособие. – СПб: Издательство

С.Петербургского университета. - 1998.

9. Тюкавкина Н. А. Биоорганическая химия:

учебник для вузов. – М.: Дрофа, 2005. – 542 с.

10. Тюкав-

кина Н. А. Органическая химия. – м.: Дрофа,

2003. – Кн.1: Основной курс. – 640 с.

Education

Reaviz герман планшет вв в биоорг химию