ТЕМА 1. Введение. Основы современной теории строения

ТЕМА 1. Введение. Основы современной теории строения

Органических соединений

Введение

Биоорганическая химия изучает строение и свойства веществ, участвующих в процессах жизнедеятельности, в непосредствен­ной связи с познанием их биологических функций.

Биологические функции органических веществ изучаются главным образом в курсах биологической химии и физиологии. Биоорганическая химия как учебная дис­циплина основное внимание уделяет вопросам строения и реак­ционной способности биологически значимых соединений.

Как самостоятельная наука биоорганическая химия возникла во второй половине XX века. Основными объектами ее изучения слу­жат биологические полимеры (биополимеры) и биорегуляторы.

Биополимеры– высокомолекулярные природные соединения, являющиеся структурной основой всех живых организмов и играющие определенную роль в процессах жизнедеятельности. К биополимерам относят пептиды и белки, полисахариды (углеводы), нуклеиновые кислоты. В эту группу включают и липиды, которые сами по себе не являются высокомолекулярными сое­динениями, но в организме обычно связаны с другими биополимерами.

Биорегуляторы – соединения, которые химически регулируют обмен веществ. К ним относят витамины, гормоны, многие синтетические биологически активные соединения, в том числе ле­карственные вещества.

Биоорганическая химия неразрывно связана с органической химией, базируется на её идеях и методах, т.к. большинство компонентов живой материи представлено органическими соединениями. Они могут синтезироваться в организме, поступать извне или модифицироваться в нем. Живой организм является «химическим производством», в каждой клетке его непрерывно протекают тысячи различных химических реакций, обеспечивающих существование и развитие организма.

Совокупность химических реакций, протекающих в организме, называют обменом веществ, или метаболизмом. Вещества, образующиеся в клетках, тканях и органах растений и животных в процессе метаболизма, назы­вают метаболитами.

Метаболизмвключает два направления – катаболизм и анаболизм.

К катаболизму относят реакции распада веществ, по­падающих в организм с пищей. Как правило, они сопровождают­ся окислением органических соединений и протекают с выделе­нием энергии.

Анаболизм представляет собой синтез сложных молекул из более простых, в результате которого осуществляется образо­вание и обновление структурных элементов живого организма.

Метаболические процессы протекают с участием ферментов, т. е. специфических белков, которые находятся в клетках орга­низма и играют роль катализаторов биохимических процессов (биокатализаторы).

Метаболиты – естественные, присущие организму вещества. С другой стороны, существуют соединения, называемые анти­метаболитами, т. е. являющиеся антагонистами естественных ме­таболитов. К ним относятся природные или синтетические биологически активные соединения, близкие по строению к метаболитам и вступающие с ними в конкуренцию в биохимических процессах. Антиметаболиты (в силу своего структурного сходства) способны вступать вместо метаболитов в биохимические реакции, которые с их участием будут заканчиваться иным результатом, чем с участием метаболитов.

Теории строения органических соединений

Согласно теории типов (Ш. Жерар) все органические вещества можно разделить на типы, соответс­твующие определенным неорганическим веществам.… Современная теория строения органических соединений создана выдающимся русским… Основные положения теории строения органических соединений А.М. Бутлерова

Алкены Алкадиены Алкины

Рис. 1. Классификация органических соединений по строению углеродного скелета Классы производных углеводородов по наличию функциональных групп: - галогенопроизводные R–Гал: СН3СН2Cl (хлорэтан), С6Н5Br (бромбензол);

Контрольные задания

1. Выберите наиболее правильную и полную формулировку биоорганической химии:

а) раздел общей химии, посвященный изучению строения, способов синтеза и химических превращений углеводородов и их производных;

б) раздел общей химии, посвященный изучению строения, способов синтеза и химических превращений углеводов, белков и аминокислот;

в) раздел общей химии, посвященный изучению строения, способов синтеза и химических превращений соединений углерода;

г) раздел общей химии, посвященный изучению строения, способов синтеза и химических превращений природных соединений, участвующих в процессах жизнедеятельности, в непосредствен­ной связи с познанием их биологических функций.

2. Выберите те признаки, которые лежат в основе классификации органических соединений: а) количество атомов углерода в молекуле; б) строение углеродной цепи;

в) присутствие функциональных групп; г) количество атомов водорода в молекуле.

3. Напишите структурную формулу коричной (3-фенилпропеновой) кислоты.

4. Лейцин, входящий в состав белков, имеет стро­ение CН₃СН(СН₃)CH₂СН(NН₂)СООН. Укажите его название по заместительной (международной) номенкла­туре:

а) 2-метил-4-аминопентановая кислота, б) 4-амино-2- метилпентановая кислота, в) 2-амино-4-метилпентановая кислота, г) a-амино-g-метилвалериановая кислота.

Тема 2. Химическая связь и взаимовлияние атомов

В органических соединениях.

Электронное строение атома углерода. Гибридизация.

Для того, чтобы привести в соответствие электронную формулу атома С и его валентность, допускают возбуждение внешнего электронного слоя атома… Гибридные орбитали алканов располагаются в пространстве симметрично и… Свойства s-связи:

Сопряженные системы

1. p, p-сопряжение — электроны делокализованы между двумя (и более) кратными связями. Например, в делокализации электронов в молекуле бутадиена… В молекуле бензола делокализация происходит с участием 6 атомов углерода (три…  

Н Н

+I- Эффектом характеризуются алкильные радикалы, -I эффектом– атомы галогенов, функциональные группы, содержащие кислород, азот, серу, кратные связи, а также группы, несущие положительный заряд.

Если в молекуле имеются системы сопряженных простых и кратных связей или атомы с неподеленными электронными парами, включенными в систему сопряжения, они могут участвовать в образовании общего p-электронного облака. Участие групп в сопряжении и влияние их на состояние p-электронного облака молекулы называют мезомерным эффектом (сдвиг электронной плотности сопряжённых p-связей) , или эффектом сопряжения (обычно обозначается заглавной буквой М; реже – заглавной буквой С). Для его обозначения используется изогнутая стрелка. У атомов азота, кислорода, фтора внешняя электронная оболочка заполнена, и они способны смещать p-электроны неподеленной электронной пары в сторону бензольного ядра или ненасыщенного углеродного атома:

СН₃ - О - СН = С^d-Н₂

Если в систему сопряжения входит кратная связь между разнородными атомами, то общее p-электронное облако смещается в сторону более электроотрицательного атома:

O^d-

СН₂ = СН-C^d+

Н

Положительный мезомерный эффект проявляют группы: –ОН; –OR; –NH₂; -NR₂; –SH; галогены (смещение электронной плотности от гетероатома); отрицательный: группы -NO₂, -CºN, -СООН, -SО₃Н (смещение электронной плотности к гетероатому функциональной группы). Наличие индуктивного и мезомерного эффектов приводит к перераспределению электронной плотности в молекуле. В результате на одних атомах концентрируется частичный отрицательный, а на других – частичный положительный заряды. В свою очередь, это перераспределение зарядов определяет реакционную способность соединений, их кислотно-основные свойства, дипольный момент молекул, силу межмолекулярных связей (а значит и такие свойства как темперутуры кипения и плавления, растворимость).

Контрольные задания

 

1. Выберите углеводород, в молекулах которого орбитали всех ато­мов углерода находятся в состоянии sр³- гибридизации:

а) пропен; б) 1-бром-2-бутен; в) 2,2-диметилпропан; г) пропин.

2. Определите тип гибридизации каждого атома углерода в коричной кислоте.

3. Напишите структурную формулу ментола (2-изопропил-5-метил-циклогексанол). Определите тип гибридизации каждого атома углерода в ментоле.

4. Сопряжённые системы – это соединения, содержащие:

а) две или несколько кратных связей, отделённых друг от друга одной простой связью;

б) две или несколько простых связей, отделённых друг от друга одной кратной связью;

в) только кратные связи; г) только простые связи.

5. К какому типу диенов относится 1,3-бутадиен:

а) сопряженные; б) кумулированные; в) изолированные?

6. Назовите приведённые ниже соединения. Какие из них являются ароматическими, а какие – нет и почему?

а) б) –СН₃ в) –СН₃ г)

Сформулируйте признаки ароматичности соединений.

9. Выберите и назовите соединения, в которых гидроксильная группа является электронодонорным заместителем:

а) СН₃СН₂СН₂ОН, б) ОН– –NO₂, в) НОСН₂СН₂СН₂ОН, г) НОСН₂СН₂СООН.

10. Какой электронный эффект (эффекты) проявляет гидроксильная группа в глицерине:

а) положительный индуктивный, б) отрицательный индуктивный,

в) положительный мезомерный, г) отрицательный мезомерный?

11. Укажите электронные эффекты (эффект) аминогруппы в анилине:

1) положительный мезомерный; 2) отрицательный мезомерный;

3) положительный индуктивный; 4) отрицательный индуктивный; 5) нет эффектов.

 

 

ТЕМА 3. Химическое строение и изомерия органических соединений

Если два или больше индивидуальных веществ имеют одинаковый количественный состав (молекулярную формулу), но отличаются друг от друга… Типы изомерии: структурная (изомеры строения) и стереоизомерия… Структурная изомерия может быть трёх видов:

Конформации органических молекул

Энергетически эти формы очень мало отличаются друг от друга и в результате теплового движения испытывают непре­рывные конформационные превращения. …                

Конформации циклических соединений.

  Рис. 3. Конформации циклопентана

Конфигурационные изомеры

Различают понятия диастереомерии и энантиомерии. Диастереомерами называются оптически активные изомеры. Свет представляет собой электромагнитные волны, в которых частицы колеблются во всех направлениях во…

Контрольные задания

1. Для аланина напишите и назовите все возможные структурные изомеры. Приведите формулу гомолога аланина, для которого возможна изомерия углеродной цепи.

2. Укажите изомеры по положению функциональной группы, назовите их:

а) СН₃-СН-СН₃ и СН₃-СН₂-СН₂ОН, б) СН₃-СН₂-СН₂ и СН₃-СН₂-СН₂Cl,

ОН NH₂ Cl

в) СН₃-СН₂-СН₂NH₂ и СН₃-СН₂-СН₂,

г) СН₃ – СН₂ – СН = СН₂ и СН₃ – СН = СН – СН₃,

д) СН₃ – СН₂ – СН = СН₂ и СН₂ = СН – СН₂ – СН₃.

3. Конформационные изомеры – это:

а) структурные изомеры, отличающиеся положением функциональной группы,

б) стереоизомеры, отличающиеся поворотом частей молекул вокруг s-связи,

в) стереоизомеры с различным расположением атомов в пространстве,

г) стереоизомеры, отличающиеся расположением частей молекулы вокруг двойной связи.

4. Приведите пример двух конформеров для любого соединения. Какая из конформаций энергетически более выгодна: 1) заслонённая; 2) ароматическая; 3) заторможенная; 4) расторможенная?

5. Укажите наиболее энергетически выгодную конформацию этандиола:

а) ОН б) Н ОН в) Н г) Н Н

ОН ОН ОН ОН

Н Н Н Н ОН ОН

Н Н Н Н Н Н Н Н

6. Выберите и назовите соединения, обладающие оптической активностью:

а) СН₃-СН(ОН)-СН₂-СН₃, б) СН₃-СН(Br)-СН₃, в) СН₃-СН₂-СН₂ОН,

г) НООС-СН(ОН)-СООН, д) НООС-СН(ОН)-СН₂-СООН.

7. Пеницилламин (2-амино-3-меркапто-3-метилбутановая кислота) эффективен в лечении хронического артрита лишь в форме S-изомера. R-Изомер не имеет фармакологического эффекта и является токсичным. Изобразите соединения. Являются ли они энантиомерами?

8. Выберите правильное и полное название конфигурации энантиомера молочной кислоты.

СООН а) S-2-гидроксипропановая кислота (абсолютная конфигурация);

С б) R-2-гидроксипропановая кислота (абсолютная конфигурация);

НО СН₃ в) D-2-гидроксипропановая кислота (относительная конфигурация);

г) L-2-гидроксипропановая кислота (относительная конфигурация);

д) S-2-гидроксипропановая кислота (относительная конфигурация);

е) R -2-гидроксипропановая кислота (относительная конфигурация);

ж) L-2-гидроксипропановая кислота (абсолютная конфигурация);

з) D -2-гидроксипропановая кислота (абсолютная конфигурация).

9. Соединения транс-2-бутен и цис-2-бутен представляют собой:

а) гомологи; б) структурные изомеры;

в) геометрические изомеры; г) изомеры положения кратной связи?

Различаются ли физические свойства цис- и транс-изомеров?

10. На рисунке представлена формула фумаровой кислоты. Приведите структурную формулу малеиновой кислоты, являющейся p-диастереомером фумаровой.

ТЕМА 4. Кислотность и основность органических веществ.

Общая характеристика реакций органических соединений.

Для оценки кислотности и основности органических соединений наибольшее значение имеют две теории – теория Бренстеда и теория Льюиса. По теории Льюиса кислотные и основ­ные свойства соединений определяются их… Кислотами Льюиса могут быть атомы, молекулы или катионы, обладающие вакантной орбиталью и способные принимать пару…

Кислоты Бренстеда (протонные кислоты) – нейтральные молекулы или ионы, способные отдавать протон (доноры протонов).

Основания Бренстеда – нейтральные молекулы или ионы, способные присоединять протон (акцепторы протонов).

В зависимости от природы элемента, с которым связан про­тон, различают ОН- кислоты (карбоновые кислоты, фенолы, спирты), SH-кислоты (тиолы),… Наличие в молекуле электроноакцепторных групп, обладающих отрицательными… Для образования ковалентной связи с протоном основания Бренстеда должны предоставлять либо неподелениую пару…

Значения рН некоторых жидких систем организма.

Нормальное функционирование живых организмов возможно только в условиях определенного постоянства рН и других параметров их внутренней среды. Это постоянство поддерживается соответствующими буферными системами.

Общая характеристика реакций органических соединений

Общая скорость сложной химической реакции определяется (лимитируется) скоростью ее наиболее медленной стадии, а скорость составляющих элементарных… Использование катализатора существенно снижает скорость реакции за счёт… Фермент карбоангидраза катализирует биохимические реакции гидратации альдегидов, сложных эфиров, а также диоксида…

Селективность реакций

Региоселективность — предпочтительное протекание реакции по одному из нескольких реакционных центров молекулы. Например, при взаимодействии пропана с бромом при УФ облучении в реакции… СН3—СН2—СН3 + Вr2 hv 120°С СН3—СНВr—СН3 + НВr

Контрольные задания

 

1. Какая из кислот обладает самыми сильными кислотными свойствами:

а) уксусная; б) трибромуксусная; в) бромуксусная; г) стеариновая?

2. Какой электронный эффект атома галогена является причиной изменения кислотности у галогенсодержащих кислот: 1) положительный индукционный, 2) отрицательный индукционный, 3) положительный мезомерный, 4) отрицательный мезомерный?

3. Какое из соединений обладает более выраженными основными свойствами:

а) метиламин, б) диметиламин, в) анилин, г) 4-нитроанилин.

4. Укажите электронные эффекты (электронный эффект) метильного радикала:

1) положительный мезомерный; 2) отрицательный мезомерный; 3) нет эффекта,

4) положительный индуктивный; 5) отрицательный индуктивный.

5. К какому типу относится реакция гидролиза галогенпроизводных углеводородов:

СН₃–СН₂С1 + NaOH_{(водный р-р)} ® СН₃–СН₂ОН + NaC1

а) электрофильное присоединение; б) нуклеофильное замещение;

в) элиминирование; г) электрофильное замещение; д) радикальное замещение.

6. По какому механизму протекает реакция синтеза кислоты из альдегида:

а) радикального замещения; б) нуклеофильного присоединения;

в) радикального присоединения; в) электрофильного присоединения;

г) электрофильного замещения; д) окисления-восстановления?

7. При обесцвечивании пропеном бромной воды образуется: 1,2-дибромпропан

К какому типу реакций относится взаимодействие пропена с водой в присутствии серной кислоты: 1) замещение; 2) элиминирование; 3) разложение; 4) присоединение

 

 

ТЕМА 5. Радикальные и электрофильные реакции органических соединений

Радикальные реакции.

СН4 + С12 ® СН3С1 + НС1 СН3С1 + С12 ® СН2С12 + НСl СН2С12 + С12 ® CHC13 + HCl

Реакции электрофильного присоединения

За счет электронов p-связи в молекулах алкенов имеется область повышенной электронной плотности. Поэтому они представляют собой нуклеофилы и,… Механизм реакции. Присоединение к алкенам галогеноводородов и родственных… Присоединение галогеноводородов и воды (гидратация) происходит по правилу Марковникова: атомы водорода присоединяются…

Контрольные задания

 

1. Укажите, какая из стадий хлорирования метана на свету показывает обрыв цепи:

а) СН₄ + С1× ® ×СН₃ + НС1; б) ×СН₃ + С1₂ ® СН₃С1 + Сl×;

в) СН₃С1+С1× ® ×СН₂С1+НС1; г) ×СН₃ + ×СН₃ ® CH₃ – CH₃.

К какому типу относится эта реакция?

2. Напишите уравнения бромирования, сульфирования, и нитрования бутана.

3. По какому механизму идёт реакция нитрования алканов:

а) радикального замещения; б) нуклеофильного присоединения; в) радикального присоединения;

в) электрофильного присоединения; г) электрофильного замещения?

4. Напишите уравнения реакции присоединения бромоводорода к 1-бутену в присутствии перекиси и без нее. В виде каких стереоизомеров может существовать исходное соединение? Образуют ли стереоизомеры продукты реакции?

5. Какое соединение образуется при гидратации 1-бутена:

а) 1-бутанол; б) 1-бутин; в) 2-бутанол; г) бутан; д) 2-бутен.

6. Взаимодействие воды с алкенами протекает по правилу Марковникова или против него?

7. Какое вещество преимущественно образуется при присоединении брома к 1,3-бутадиену при температуре минус 80 °С? А при температуре + 40 °С? Приведите уравнения реакций.

8. Приведите схемы алкилирования хлорбензола, фенола, нитробензола. Расположите эти соединения в ряд по увеличению скорости реакции.

9. Следующие соединения расположите в ряд по увеличе­нию реакционной способности при бромировании их в бензольное кольцо: а) бензол; б) фенол; в) бензальдегид; г) этилбензол. Дайте объяснения.

10. Определите положения, по которым преимущественно будет проходить нитрование м- нитротолуола и п- нитротолуола. Отметьте тип ориентации заместителей (совпадающая или несовпадающая).

 

ТЕМА 6. Конкурирующие реакции нуклеофильного замещения

И элиминирования у насыщенного атома углерода

Эти реакции протекают по механизму нуклеофильного замещения. Для первичных и вторичных соединений предполагается механизм нуклеофильного…    

Контрольные задания

1. Хлорэтон (1,1,1-трихлоро-2-метил-2-пропанол) оказыва­ет общеуспокаивающее действие. Способно ли это лекарственное средство подвергаться щелочному гидролизу? Если да, приведите уравнение реакции.

2. К какому типу относится реакция гидролиза галогенпроизводных:

а) электрофильное присоединение; б) нуклеофильное замещение;

в) элиминирование; г) электрофильное замещение; д) радикальное замещение.

3. L-2-бромбутан реагирует с водным раствором гидроксида натрия по механизму S_N2. Предскажите стереохимический результат реакции (укажите конфигурацию образующегося спирта): а) D - 2-бутанол; б) L-2-бутанол; в) рацемическая смесь; г) 2-бутен. Выберите определение рацемической смеси: 1) смесь эквимольных количеств оптически активных энантиомеров; 2) смесь эквимольных количеств геометрических (цис-, транс-) изомеров; 3) смесь эквимольных количеств оптически неактивных изомеров; 4) смесь эквимольных количеств исходного соединения и продукта реакции.

4. 1-Бромбутан гидролизуется водным раствором гидроксида натрия. Выберите название продукта реакции: а) D-1-бутанол; б) L- 1-бутанол; в) R-2-бутанол; г) S-2-бутанол; д) оптически неактивный 1-бутанол; е) оптически неактивный 2-бутанол; ж) оптически неактивный бутилат натрия. По какому механизму протекает эта реакция: 1) мономолекулярное нуклеофильное замещение; 2) бимолекулярное нуклеофильное замещение; 3) ароматическое электрофильное замещение; 4) радикальное замещение; 5) электрофильное присоединение; 6) элиминирование.

5. При взаимодействии R-2-бутанола с бромоводородом был получен S-2-бромбутан. По какому механизму прошла реакция: 1) мономолекулярное нуклеофильное замещение; 2) бимолекулярное нуклеофильное замещение; 3) ароматическое электрофильное замещение; 4) радикальное замещение; 5) электрофильное присоединение; 6) элиминирование.

6. 2-Хлорпропан гидролизуется по механизму S_N2. Будет ли оптически активным продукт реакции? Почему?

ТЕМА 7. Нуклеофильные реакции в ряду карбонильных соединений

Реакции нуклеофильного замещения с участием sр2-гибридизованного атома углерода.

Такое сопряжение является причиной, с одной стороны, повышенной кислотности карбоксильных соединений, а с другой уменьшения частичного… С целью увеличения заряда на атоме углерода используют дополнительное…  

Реакции нуклеофильного замещения в ряду карбоновых кислот.

Поляризация двойной связи С=О силь­но возрастает за счет дополнительного сдвига свободной элек­тронной пары с соседнего атома кислорода…   Следствием является значительное ослабление связи О–Н в гидроксиле и легкость отщепления атома водорода от него в виде…

Контрольные задания

1. Примером биологически важной реакции является присоединение аминов и некоторых других азотсодержащих соединений к карбонильным соединениям – альдегидам и кетонам. Напишите уравнение присоединения гидразина к пентаналю. Назовите продукт реакции. Поясните, можно ли с помощью этой реакции провести выделение и идентификацию пентаналя?

2. Наличие какой функциональной группы в молекуле формальдегида подтверждает реакция получения его динитрофенилгидразона:

а) карбоксильной; б) гидроксильной; в) карбонильной; г) метильной; д) атома водорода.

3. Для чего можно использовать реакцию альдегида с динитрофенилгидразином:

1) идентификации альдегида; 2) окисления альдегида; 3) восстановления альдегида; 4) выделения альдегида из смеси с карбоновой кислотой; 5) выделения альдегида из смеси с кетоном.

4. Приведите формулу изомера пропаналя. Будут ли для него характерны те реакции нуклеофильного присоединения, которые характерны для пропаналя?

5. Одним из феромонов является этиловый эфир 4-фенил-2-бутеновой кислоты (этилциннамат). Получите это соединение по реакции этерификации.

6. В реакции этерификации группа –ОН отщепляется (для образования воды) от молекулы: а) спирта; б) альдегида; в) кетона; г) кислоты? Приведите уравнение реакции этерификации.

7. Почему реакцию этерификации ведут, как правило, при температуре 100-105 °С:

1) чтобы сдвинуть равновесие в сторону образования сложного эфира;

2) чтобы сдвинуть равновесие в сторону образования кислоты;

3) чтобы сдвинуть равновесие в сторону образования спирта.

 

ТЕМА 8. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ реакции

Органических соединений.

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) занимают большое место в органической химии. Важнейшее значение имеют ОВР для процессов… Окисление в органической химии — процесс удаления водорода с образованием… Восстановление – процесс, обратный окислению, – сопровождается образованием новых связей с водородом и включает…

Контрольные задания

 

1. Выберите способ превращения альдегида в карбоновую кислоту: а) окисление альдегида; б) восстановление альдегида; в) взаимодействие между альдегидом и спиртом; г) гидратация альдегида (взаимодействие с водой).

2. Ментол (2-изопропил-5-метилциклогексанол) входит в состав препарата «Валидол». При окислении ментола образуется ментон. Напишите схему реакции окисления ментола.

3. В организме пировиноградная кислота восстанавливается в молочную. Напишите схему реакции.

4. Метиловый спирт при попадании в организм вызывает тяжелое отравление, сопровождаемое потерей зрения. Полагают, что потеря зрения вызвана взаимодействием промежуточного продукта окисления метанола с белками сетчатки глаза. Напишите схему реакции окисления.

 

 

ТЕМА 9. Поли- и гетерофункциональные соединения,

Участвующие в процессах жизнедеятельности

1) полифункциональные, содержащие одинаковые функциональные группы, например: этиленгликоль СН2ОН – СН2ОН, гидрохинон НО– –ОН, щавелевая кислота… 2) гетерофункциональные, содержащие различные функциональные группы, например:… 3) гетерополифункциональные, например: различные моносахариды, яблочная кислота

Двухатомные фенолы

Резорцин (м-дигидроксибензол) используется при лече­нии кожных заболеваний в составе примочек или мазей. Гидрохинон (п-дигидроксибензол) применяется как проявитель в фотографии. В… Простейшим диамином является этилендиамин. Он образуется при аммонолизе 1,2-дихлорэтана или этиленимина.

Дикарбоновые и ненасыщенные карбоновые кислоты.

Дикарбоновые кислоты – белые кристаллические вещества, обладающие более кислым характером, чем монокарбоновые ты. Дикарбоновые кислоты образуют два… Щавелевая кислота НООС–СООН – простейшая двухосновная кислота. Ее соли… Малоновая кислота НООС–СН2–СООН и ее производные по метиленовой группе легко декарбоксилируются при нагревании выше…

Аминоспирты

Холин (триметил-2-гидроксиэтиламмоний) — структурный элемент сложных липидов. Имеет большое значение как витаминоподобное вещество, регулирующее… В организме холин может образоваться из аминокислоты серина. При этом сначала… В результате окисления свободного холина in vivo образуется биполярный ион бетаин, который может служить источником…

Гидрокси- и аминокислоты.

В зависимости от расположения гидрокси- или аминогруппы по отношению к карбоксилу различают a-, b-, g- и т. д. гидроксикислоты или аминокислоты. a-Гидрокси и а-аминокислоты. При нагревании эти соединения претерпевают… a-Гидроксикислоты способны разлагаться при нагревании в присутствии минеральных кислот с образованием карбонильных…

Оксокислоты

Простейшей альдегидокислотой является глиоксиловая кислота НООС—СНО. Она содержится в недозрелых фруктах, но по мере созревания ее количество… Пировиноградная, щавелевоуксусная и a-оксоглутаровая кислоты участвуют в цикле трикарбоновых кислот. Ацетоуксусная…

Гетерофункциональные производные бензола как лекарственные средства.

Сам бензол может быть причиной острых и хронических отравлений. Он оказывает раздражающее действие на кожу, пары его в большой концентрации вызывают… Среди монофункциональных производных бензола особое место занимает производное… Бензойная кислота в свободном виде встречается в некоторых смолах и бальзамах, а также клюкве, бруснике, но чаще…

Контрольные задания

1. a-Гидроксикислоты получают при действии водным раствором щелочи на a- галогенокарбоновые кислоты. Синтезируйте молочную (2-гидроксипропановую) кислоту из соответствующей галогенкарбоновой кислоты. Каков механизм реакции? Является ли молочная кислота оптически активным соединением? Если да, изобразите оба энантиомера.

2. В метаболизме некоторых a-аминокислот участвует гомосерин (2-амино-4- гидроксибутановая кислота) и его лактон. Напишите уравнение образования лактона гомосерина.

3. Яблочная кислота НООС-СНОН-СН₂СООН при нагревании отщепляет воду. Напишите схему реакции дегидратации яблочной кислоты и объясните механизм. Чем объясняется лег­кость дегидратации яблочной кислоты?

4. Какое вещество можно распознать при помощи свежеосажденного гидроксида меди (II): а) глицерин; б) 1,3- бутадиен; в) этиловый спирт; г) бромбутан? К какому классу органических соединений относится выбранное Вами вещество? Обладает ли оно кислотными свойствами?

5. Наличие какой функциональной группы (групп) в молекуле салициловой кислоты подтверждает реакция декарбоксилирования:

а) карбоксильной; б) фенольного фрагмента; в) карбонильной; г) метильной; д) альдегидной.

6. Образование цикла при нагревании 4-гидроксипентановой кислоты это реакция:

а) дегидрирование; б) дегидратация; в) гидролиз; г) гидрирование; д) гидратация.

Приведите формулу соединения, образующегося при нагревании 4-гидроксипентановой кислоты.

ТЕМА 10. Биологически важные гетероциклические соединения

Гетероциклические соединения (гетероциклы) – соединения, включающие в цикл один или несколько атомов, отличных от углерода (гетероатомов).… Наибольшее значение для организма имеют ароматические азот­содержащие… 1. p-Избыточные системы — молекулы с повышенной электронной плотностью внутри цикла. Это происходит, когда пара…

Контрольные задания

1. Воспалительные процессы при подагре вызываются осаждением в суставах мононатриевой соли мочевой кислоты. В какой таутомерной форме мочевая кислота участвует в образовании натриевой соли?

2. Спазмолитическое средство дибазол является гидрохлоридом 2-бензимидазола. Какой из двух атомов азота имидазольного ядра участвует в реакции образования этой соли.

3. В каком сочетании нет соответствия между названием гетероцикла и его формулой:

а) цитозин; б) гуанин; в) аденин; г) фуран; д) пиридин.

 

4. Приведите структурную формулу пиррола. Является ли это соединение ароматическим?

 

 

ТЕМА 11. Аминокислоты, пептиды, белки

Аминокислоты — соединения, в молекулах которых одновременно присутствуют амино- и карбоксильные группы. Природные a-аминокислоты являются… Строение аминокислот. Все a-аминокислоты можно рассматривать как результат… Стереохимия природных a-аминокислот характеризуется тем, что все они, кроме глицина, имеют асимметрический атом…

Пространственное строение полипептидов и белков

Вторичная структура описывается пространственной ориентацией основной полипептидной цепи, третичная – трехмерной архитектурой всей белковой… Первые три уровня характерны для структурной организации всех белковых… Определяющее значение в формировании более высоких уровней организации белковых молекул имеет их первичная структура.…

Контрольные задания

1. Из представленных соединений выберите изомер глутаминовой кислоты по функциональной группе

а) НООС–СН₂СН₂СН(ОН)–СОNH₂; б) H₂NCО–СН₂СН₂СН(NН₂)–COOH;

в) HOOC–СН₂CH(NH₂)СН₂–COOH; г) HOOC–СН₂CH(NH₂)–COOH.

2. Какую среду покажет раствор лизина при растворении в дистиллированной воде: а) нейтральную; б) слабокислую; в) слабощелочную?

3. Какая кислота образуется при дезаминировании валина in vitro:

а) 3-метил-2-оксобутановая; б) 3-метил-2-бутеновая; в) 2-метил-3-оксобутановая; г) 2-гидрокси-3-метилбутановая; д) 2-метилбутандиовая?

4. Какое органическое соединение получится из серина при действии на него фермента декарбоксилазы: а) 2-амино-1-этанол; б) 2-аминопропановая кислота; в) 3- гидроксипропановая кислота; г) 3-оксо-2-аминопропановая кислота; д) пропандиовая кислота?

5. Реакция на серусодержащие аминокислоты (реакция Фоля) меняет окраску раствора аминокислоты от бесцветной до: а) жёлтой, б) сине-фиолетовой, в) васильковой, г) чёрной.

6. При взаимодействии с конц. азотной кислотой раствор аминокислоты приобрёл жёлтый цвет, перешедший в оранжевый при подщелачивании (ксантопротеиновая реакция). Это был раствор: а) аланина, б) серина, в) аспарагина, г) тирозина, д) метионина?

7. Вторичная структура белка — это: а) последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи; б) укладка полипептидной цепи в виде спирали или складчатой структуры; в) укладка полипептидной цепи в трёхмерную конфигурацию; г) комплекс из нескольких отдельных полипептидных цепей.

8. Закрепление конформации в третичной структуре белка происходит, в основном, за счёт связей: а) водородных; б) ионных; в) гидрофобных (силы Ван-дер-Ваальса); г) кислородных; д) азотных; е) дисульфидных.

9. Приведите структурную формулу лейцина и сокращённое обозначение его аминокислотного остатка. Назовите эту аминокислоту по правилам международной номенклатуры. Приведите (если это возможно) один изомер положения функциональной группы, один изомер функциональной группы и один изомер строения углеродного скелета. Изобразите L и D- энантиомеры.

ТЕМА 12. Углеводы: моно, ди- и полисахариды

Углеводы разделяют на простые (моносахариды) и сложные (полисахариды). Моносахариды (монозы). Это гетерополифункциональные соединения, содержащие… Оптическая изомерия моносахаридов. Характерной особенностью структуры моносахаридов является наличие в молекулах…

Контрольные задания

1. Для D-маннозы приведите проекционные формулы энантиомера и эпимера по С-2. Назовите оба соединения. Укажите атом, конфигурация которого определяет принадлежность моносахаридов к стереохимическим рядам.

2. Покажите явление цикло-оксо-таутомерии на примере D-рибозы. В состав каких биополимеров входит D-рибоза?

3. Из каких моносахаридных звеньев построен гликоген?

4. Изобразите в виде проекций Фишера и Хеуорса аномер a-L- арабинопиранозы.

5. Из перечисленных соединений выберите монозы, являющиеся диастереомерами: а) D-идоза; б) L-талоза; в) D-арабиноза; г) D-псикоза; д) L-альтроза; е) L-эритрулоза.

6. Из перечисленных соединений выберите монозы, образующиеся в процессе кето-енольной таутомерии из D-сорбозы (в щелочной среде): а) D-тагатоза; б) L-сорбоза; в) D-гулоза; г) D-галактоза; д) L-идоза; е) D-идоза.

7. Какие из приведённых углеводов дают реакцию «серебряного зеркала»: а) сахароза, б) манноза, в) крахмал, г) целлюлоза, д) мальтоза?

8. При восстановлении глюкозы образуется: а) гликозид, б) сложный эфир, в) шестиатомный спирт, г) енол.

9. В гепарине в состав повторяющихся дисахаридных единиц входят остатки D- глюкозамина, D- глюкуроновой и L-идуроновой кислот. К каким соединениям относится гепарин: а) гомополисахариды; б) трисахариды; в) гетерополисахариды; г) карбоновые кислоты.

ТЕМА 13. Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды) – это биополимеры, мономерными звеньями которых являются нуклеотиды. Нуклеотид представляет собой трехкомпонентную структуру, состоящую из… Важнейшими нуклеиновыми кислотами являются дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК), моносахаридные…

Нуклеозиды.

В зависимости от природы углеводного остатка различают рибонуклеозиды и дезоксирибонуклеозиды. Названия нуклеозидов строятся как для гликозидов,…      

Нуклеотиды.

За счет фосфатного остатка нуклеотиды проявляют свойства двухосновной кислоты и в физиологических условиях при рН » 7 находятся в полностью… Для нуклеотидов используют два вида названий. Одно включает наименование… Строение некоторых нуклеотидов:

Неомыляемые липиды

Вместе с омыляемыми липидами в липидных фракциях, извлекаемых из материала животного или растительного происхождения, содержатся в небольшом количестве вещества, обладающие высокой биологической активностью. К ним относятся стероиды, терпены, жирорастворимые витамины, алкалоиды, объединяемые общим названием — низкомолекулярные биорегуляторы. За этими веществами закрепилось и ещё одно название — неомыляемые липиды, эти соединения не подвергаются гидролизу с образованием кислоты и спирта.

Стероиды

   

Стероидные гормоны

Гормоны — промежуточное звено между нервной системой и ферментами. Синтезированные в железах внутренней секреции гормоны переносятся током крови к… Кортикостероиды (кортикоиды) образуются в корковом веществе надпочечников и… Андрогены стимулируют развитие вторичных половых признаков, влияют на эндокринную систему, обладают сильным…

Стерины

В качестве обязательного заместителя стерины содержат гидроксильную группу при С3, т. е. являются вторичными спиртами (поэтому в их названии часто… Из общего количества холестерина, содержащегося в организме (250 г при массе…    

Желчные кислоты

Другие холевые кислоты отличаются отсутствием одной или двух гидроксильных групп у С7 и С12. Желчные кислоты находятся в организме также в виде…              

Терпены и терпеноиды

Общая формула большинства терпеновых углеводородов — (C5H8)n. Они могут иметь нециклическое и циклическое строение. Терпены, содержащие две… Примерами ациклических терпенов служат мирцен — монотерпен, содержащийся в…  

Витамины

Это классическое определение в настоящее время используется с некоторыми оговорками. Термин «витамины», т. е. «амины жизни» (от лат. vita — жизнь),… Кроме этих групп витаминов, выделяют витаминоподобные вещества, например…

Житрорастворимые витамины

Витамины группы D относятся к классу стероидов, содержатся в рыбьем жире и яичном желтке (противорахитные). При их недостатке неправильно… Витамины К и К1 (филлохинон) являются производными нафтохинона, содержатся во… Витамины группы Е находятся в растительных маслах, молоке, яичном желтке, зародышах пшеницы, кукурузы т.п., регулируют…

Водорастворимые витамины

Витамин В1 является производным пиримидина, содержится в дрожжах, ростках пшеницы, шпинате, капусте, моркови, бобах, в печени животных. Вырабатывается кишечной флорой.