ЛЕКЦИЯ 1
Биоорганическая химия (БОХ), ее значение в медицине
БОХ – это наука, изучающая биологическую функцию органических веществ в организме.
БОХ возникла во 2-ой половине ХХ века. Объектами ее изучения служат биополимеры, биорегуляторы и отдельные метаболиты.
Биополимеры – высокомолекулярные природные соединения, которые являются основой всех организмов. Это пептиды, белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты (НК), липиды и др.
Биорегуляторы – соединения, которые химически регулируют обмен веществ. Это витамины, гормоны, антибиотики, алкалоиды, лекарственные препараты и др.
Знание строения и свойств биополимеров и биорегуляторов позволяет познать сущность биологических процессов. Так, установление строения белков и НК позволило развить представления о матричном биосинтезе белка и роли НК в сохранении и передаче генетической информации.
БОХ играет большую роль в установлении механизма действия ферментов, лекарств, процессов зрения, дыхания, памяти, нервной проводимости, мышечного сокращения и др.
Основная проблема БОХ – это выяснение взаимосвязи структуры и механизма действия соединений.
БОХ основана на материале органической химии.
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Это наука, изучающая соединения углерода. В настоящее время насчитывается ~ 16 млн. органических веществ.
Причины многообразия органических веществ.
1. Соединения атомов С друг с другом и др. элементами периодической системы Д. Менделеева. При этом образуются цепи и циклы:
Прямая цепь Разветвленная цепь
Тетраэдрическая Плоскостная конфигурация
конфигурация атома С атома С
2. Гомология – это существование веществ с близкими свойствами, где каждый член гомологического ряда отличается от предыдущего на группу
–СН 2 –. Например, гомологический ряд предельных углеводородов:
3. Изомерия – это существование веществ, имеющих одинаковый качественный и количественный состав, но различное строение.
А.М. Бутлеров (1861) создал теорию строения органических соединений, которая и по сей день служит научной основой органической химии.
Основные положения теории строения органических соединений:
1) атомы в молекулах соединены друг с другом химическими связями в соответствии с их валентностью;
2) атомы в молекулах органических соединений соединяются между собой в определенной последовательности, что обусловливает химическое строение молекулы;
3) свойства органических соединений зависят не только от числа и природы входящих в их состав атомов, но и от химического строения молекул;
4) в молекулах существует взаимное влияние атомов как связанных, так и непосредственно друг с другом не связанных;
5) химическое строение вещества можно определить в результате изучения его химических превращений и, наоборот, по строению вещества можно охарактеризовать его свойства.
Рассмотрим некоторые положения теории строения органических соединений.
Структурная изомерия
Она делится:
1) Изомерия цепи
2) Изомерия положения кратной связи и функциональных групп
3) Изомерия функциональных групп (межклассовая изомерия)
Формулы Ньюмена
Циклогексан
Форма «кресла» более энергетически выгодна, чем «ванна».
Конфигурационные изомеры
Это стереоизомеры, молекулы которых имеют различное расположение атомов в пространстве без учета конформаций.
По типу симметрии все стереоизомеры делятся на энантиомеры и диастереомеры.
Энантиомеры (оптические изомеры, зеркальные изомеры, антиподы) – это стереоизомеры, молекулы которых относятся между собой как предмет и несовместимое с ним зеркальное отображение. Это явление наз-ся энантиомерией. Все химические и физические св-ва энантиомеров одинаковы, кроме двух: вращение плоскости поляризованного света (в приборе поляриметре) и биологическая активность. Условия энантиомерии: 1) атом С находится в состоянии sp 3 -гибридизации; 2) отсутствие всякой симметрии; 3) наличие асимметрического (хирального) атома С, т.е. атома, имеющего четыре разных заместителя.
Многие окси- и аминокислоты обладают способностью вращать плоскость поляризации луча света влево или вправо. Это явление наз-ся оптической активностью, а сами молекулы оптически активными. Отклонение луча света вправо отмечают знаком «+», влево – «–» и указывают угол вращения в градусах.
Абсолютную конфигурацию молекул определяют сложными физико-химическими методами.
Относительную конфигурацию оптически активных соединений определяют путем сравнения со стандартом глицеринового альдегида. Оптически активные вещ-ва, имеющие конфигурацию правовращающего или левовращающего глицеринового альдегида (М. Розанов, 1906), наз-ся вещ-вами D- и L-ряда. Равная смесь право- и левовращающих изомеров одного соединения наз-ся рацематом и оптически неактивна.
Исследования показали, что знак вращения света нельзя связывать с принадлежностью вещ-ва к D- и L-рядам, его определяют только экспериментально в приборах – поляриметрах. Например, L-молочная к-та имеет угол вращения +3,8 о, D- молочная к-та - -3,8 о.
Энантиомеры изображают с помощью формул Фишера.
L-ряд D-ряд
Среди энантиомеров могут быть симметричные молекулы, не обладающие оптической активностью, и наз-ся мезоизомерами.
 |
| Например: Винная к-та |
| D – (+) – ряд L – (–) – ряд | Мезовинная к-та |
Рацемат – виноградная к-та
Оптические изомеры, не являющиеся зеркальными изомерами, отличающиеся конфигурацией нескольких, но не всех асимметрических атомов С, обладающие различными физическими и химическими св-вами, наз-ся s-ди -а -стереоизомерами.
p-Диастереомеры (геометрические изомеры) – это стереомеры, имеющие в молекуле p-связь. Они встречаются у алкенов, непредельных высших карбоновых к-т, непредельных дикарбоновых к-т
Биологическая активность органических вещ-в связана с их строением.
Например:
Цис-бутендиовая к-та, Транс-бутендиовая к-та,
малеиновая к-та – фумаровая к-та – не ядовита,
очень ядовита содержится в организме
Все природные непредельные высшие карбоновые к-ты являются цис-изомерами.
ЛЕКЦИЯ 2
Сопряженные системы
В простейшем случае сопряженные системы – это системы с чередующимися двойными и одинарными связями. Они могут быть открытыми и закрытыми. Открытая система имеется в диеновых углеводородах (УВ).
Примеры:СН 2 = СН – СН = СН 2
Бутадиен-1, 3
ХлорэтенСН 2 = СН – Сl
Здесь происходит сопряжение p-электронов с р-электронами. Этот вид сопряжения наз-ся р, p-сопряжением.
Закрытая система имеется в ароматических УВ.
С 6 Н 6
Ароматичность
Это понятие, включающее различные свойства ароматических соединений. Условия ароматичности: 1) плоский замкнутый цикл, 2) все атомы С находятся в sp 2 – гибридизации, 3) образуется единая сопряженная система всех атомов цикла, 4) выполняется правило Хюккеля: “В сопряжении участвуют 4n+2 p-электронов, где n = 1, 2, 3... ”
Простейший представитель ароматических УВ – бензол. Он удовлетворяет всем четырем условиям ароматичности.
Правило Хюккеля: 4n+2 = 6, n = 1.
Взаимное влияние атомов в молекуле
В 1861 г русский ученый А.М. Бутлеров высказал положение: «Атомы в молекулах взаимно влияют друг на друга». В настоящее время это влияние передается двумя путями: индуктивным и мезомерным эффектами.
Индуктивный эффект
Это передача электронного влияния по цепи s-связи. Известно, что связь между атомами с различной электроотрицательностью (ЭО) поляризована, т.е. смещена к более ЭО атому. Это приводит к появлению на атомах эффективных (реальных) зарядов (d). Такое электронное смещение наз-ся индуктивным и обозначается буквой I и стрелкой ®.
, X = Наl -, НО -, НS -, NН 2 - и др.
Индуктивный эффект может быть положительным или отрицательным. Если заместитель Х притягивает электроны химической связи сильнее, чем атом Н, то он проявляет – I. I(Н) = О. В нашем примере Х проявляет – I.
Если заместитель Х притягивает электроны связи слабее, чем атом Н, то он проявляет +I. Все алкилы (R = СН 3 -, С 2 Н 5 - и т.д.), Ме n + проявляют +I.
Мезомерный эффект
Мезомерный эффект (эффект сопряжения) – это влияние заместителя, передаваемое по сопряженной системе p-связей. Обозначается буквой М и изогнутой стрелкой. Мезомерный эффект может быть «+» или «–».
Выше было сказано, что имеется два вида сопряжения p, p и р, p.
Заместитель, притягивающий электроны из сопряженной системы, проявляет –М и наз-ся электроноакцептором (ЭА). Это заместители, имеющие двой-
 |
ную связь и др.
Заместитель, отдающий электроны в сопряженную систему, проявляет +М и наз-ся электронодонором (ЭД). Это заместители с одинарными связями, имеющие неподеленную электронную пару (и др.).
Таблица 1 Электронные эффекты заместителей
| Заместители | Ориентанты в С 6 Н 5 -R | I | М |
| Аlk (R-): СН 3 -, С 2 Н 5 -... | Ориентанты I рода: направляют ЭД заместители в орто- и пара- положения | + | |
| – Н 2 , –NНR, –NR 2 | – | + | |
| – Н, – Н, – R | – | + | |
| –Н L | – | + | |
|
ЛЕКЦИЯ 3 Кислотность и основность Для характеристики кислотности и основности органических соединений применяют теорию Бренстеда. Основные положения этой теории: 1) Кислота – это частица, отдающая протон (донор Н +); основание – это частица, принимающая протон (акцептор Н +). 2) Кислотность всегда характеризуется в присутствии оснований и наоборот. А – Н + : В Û А – + В – Н + осн-ие к-та СН 3 СООН + НОН Û СН 3 СОО – + Н 3 О + К-та Осн-ие Сопряженное Сопряженная осн-ие к-та НNО 3 + СН 3 СООH Û СН 3 СООН 2 + + NО 3 - К-та Осн-ие Сопряженная Сопряженное к-та осн-ие Кислоты Бренстеда 3) К-ты Бренстеда делятся на 4 вида в зависимости от кислотного центра: SН к-ты (тиолы), ОН к-ты (спирты, фенолы, карбоновые к-ты), NН к-ты (амины, амиды), СН к-ты (УВ). В этом ряду сверху вниз кислотность уменьшается. 4) Сила к-ты определяется стабильностью образующегося аниона. Чем стабильнее анион, тем сильнее к-та. Стабильность аниона зависит от делокализации (распределения) «-» заряда по всей частице (аниону). Чем больше делокализован «-» заряд, тем стабильнее анион и сильнее к-та. Делокализация заряда зависит: a) от электроотрицательности (ЭО) гетероатома. Чем больше ЭО гетероатома, тем сильнее соответствующая к-та. Например: R – ОН и R – NН 2 Спирты более сильные к-ты, чем амины, т.к. ЭО (О) > ЭО (N). б) от поляризуемости гетероатома. Чем больше поляризуемость гетероатома, тем сильнее соответствующая к-та. Например: R – SН и R – ОН Тиолы более сильные к-ты, чем спирты, т.к. атом S более поляризован, чем атом О. в) от характера заместителя R (длины его, наличие сопряженной системы, делокализации электронной плотности). Например: СН 3 – ОН, СН 3 – СН 2 – ОН, СН 3 – СН 2 – СН 2 – ОН Кислотность <, т.к. увеличивается длина радикала
СН 3 – ОН, С 6 Н 5 – ОН, Сила к-ты увеличивается Фенолы являются более сильными к-тами, чем спирты за счет р, p-сопряжения (+М) группы –ОН.
Кроме того карбоксилат-анион более стабилен, чем анион спирта за счет р,p-сопряжения в карбоксильной группе.
Например: р-Нитрофенол более сильная к-та, чем р-аминофенол, т.к. группа –NО 2 является ЭА. СН 3 –СООН ССl 3 –СООН рК 4,7 рК 0,65 Трихлоруксусная к-та во много раз сильнее СН 3 СООН за счет – I атомов Сl как ЭА. Муравьиная к-та Н–СООН сильнее СН 3 СООН за счет +I группы СН 3 – уксусной к-ты. д) от характера растворителя. Если растворитель является хорошим акцептором протонов Н + , то сила Основания Бренстеда 5) Они делятся на: а) p-основания (соединения с кратными связями); б) n-основания (аммониевые, содержащие атом , оксониевые, содержащие атом , сульфониевые, содержащие атом ) Сила основания определяется стабильностью образующегося катиона. Чем стабильнее катион, тем сильнее основание. Другими словами, сила основания тем больше, чем менее прочная связь с гетероатомом (О, S, N), имеющим свободную электронную пару, атакуемую Н + . Стабильность катиона зависит от тех же факторов, что и стабильность аниона, но с обратным действием. Все факторы, усиливающие кислотность, уменьшают основность. Самыми сильными основаниями являются амины, т.к. атом азота имеет меньшую ЭО по сравнению с О. При этом вторичные амины более сильные основания, чем первичные, третичные амины слабее вторичных за счет стерического фактора, затрудняющего доступ протона к N.
Ароматические амины более слабые основания, чем алифатические, что объясняется +М группы –NН 2 . Электронная пара азота, участвуя в сопряжении, становится малоподвижной. Стабильность сопряженной системы затрудняет присоединение Н + . В мочевине NН 2 –СО– NН 2 присутствует ЭА группа > С = О, которая значительно снижает оснóвные св-ва и мочевина образует соли только с одним эквивалентом к-ты. Т.о., чем сильнее к-та, тем слабее образуемое ею основание и наоборот. Спирты Это производные УВ, у которых один или несколько атомов Н замещены на –ОН группу. Классификация: I. По количеству групп ОН различают одноатомные, двухатомные и многоатомные спирты: СН 3 -СН 2 -ОН Этанол Этиленгликоль Глицерин
II. По характеру R различают: 1) предельные, 2) непредельные, 2) СН 2 = СН-СН 2 -ОН Аллиловый спирт
ретинол (витамин А) и холестерин
витаминоподобное в-во |
При одинаковом кислотном центре сила спиртов, фенолов и карбоновых к-т не одинакова. Например,
Связь О–Н более поляризуется в фенолах. Фенолы могут взаимодействовать даже с солями (FеС1 3) – качественная реакция на фенолы. Карбоновые
г) от введения заместителей в радикал. ЭА заместители увеличивают кислотность, ЭД заместители уменьшают кислотность.
3) К непредельным циклическим спиртам относятся:
ИнозитIII. По положению гр. –ОН различают первичные, вторичные и третичные спирты.
IV. По количеству атомов С различают низкомолекулярные и высокомолекулярные.
СН 3 –(СН 2) 14 –СН 2 –ОН (С 16 Н 33 ОН) СН 3 –(СН 2) 29 –СН 2 ОН (С 31 Н 63 ОН)
Цетиловый спирт Мирициловый спирт
Цетилпальмитат – основа спермацета, мирицилпальмитат содержится в пчелином воске.
Номенклатура:
Тривиальная, рациональная, МН (корень+окончание «ол»+арабская цифра).
Изомерия:
цепи, положения гр. –ОН, оптическая.
Строение молекулы спирта
СН-кислотный Nu центр
Электрофильный Центр Кислотный
центр основности центр
Р-ции окисления
1) Спирты – слабые кислоты.
2) Спирты – слабые основания. Присоединяют Н + лишь от сильных кислот, но они более сильные Nu.
3) –I эффект гр. –ОН увеличивает подвижность Н у соседнего углеродного атома. Углерод приобретает d+ (электрофильный центр, S Е) и становится центром нуклеофильной атаки (Nu). Связь С–О рвется более легко, чем Н–О, поэтому характерными для спиртов явл-ся р-ции S N . Они, как правило, идут в кислой среде, т.к. протонирование атома кислорода увеличивает d+ атома углерода и облегчает разрыв связи. К этому типу относятся р-ции образования эфиров, галогенопроизводных.
4) Смещение элекронной плотности от Н в радикале приводит к появлению СН-кислотного центра. В этом случае идут р-ции окисления и элиминирования (Е).
Физические св-ва
Низшие спирты (С 1 –С 12) – жидкости, высшие – твердые вещ-ва. Многие св-ва спиртов объясняются образованием Н-связи:
Химические св-ва
I. Кислотно-оснóвные
Cпирты – слабые амфотерные соединения.
2R–ОН + 2Nа ® 2R–ОNа + Н 2
Алкоголят
Алкоголяты легко гидролизуются, что показывает – спирты более слабые кислоты, чем вода:
R– ОNа + НОН ® R–ОН + NаОН
Оснóвный центр в спиртах – гетероатом О:
СН 3 -СН 2 -ОН + Н + ® СН 3 -СН 2 - -Н ® СН 3 -СН 2 + + Н 2 ОЕсли р-ция идет с галогеноводородами, то присоединяться будет галогенид-ион: СН 3 -СН 2 + + Сl - ® СН 3 -СН 2 Сl
НС1 RОН R-СООН NН 3 С 6 Н 5 ОNа
С1 - R-О - R-СОО - NН 2 - С 6 Н 5 О -
Анионы в таких р-циях выступают в качестве нуклеофилов (Nu) за счет «-» заряда или неподеленной электронной пары. Анионы являются более сильными основаниями и нуклеофильными реагентами, чем сами спирты. Поэтому на практике для получения простых и сложных эфиров используются –алкоголяты, а не сами спирты. Если нуклеофилом является другая молекула спирта, то она присоединяется к карбокатиону:
|
Это р-ция алкилирования (введение алкила R в молекулу).
Заместить –ОН гр. на галоген можно при действии РСl 3 , РСl 5 и SОСl 2 .
По такому механизму легче реагируют третичные спирты.
Р-цией S Е по отношению к молекуле спирта является р-ция образования сложных эфиров с органическими и минеральными к-тами:
R – О Н + Н О – R – О – + Н 2 О
Сложный эфир
Это р-ция ацилирования – введение ацила в молекулу.
СН 3 -СН 2 -ОН + Н + СН 3 -СН 2 - -Н СН 3 -СН 2 +При избытке Н 2 SО 4 и более высокой температуре, чем в случае р-ции образования простых эфиров, идет регенерация катализатора и образуется алкен:
СН 3 -СН 2 + + НSО 4 - ® СН 2 = СН 2 + Н 2 SО 4
Легче идет р-ция Е для третичных спиртов, труднее для вторичных и первичных, т.к. в последних случаях образуется менее стабильные катионы. В данных р-циях выполняется правило А. Зайцева: «При дегидратации спиртов атом Н отщепляется от соседнего атома С с меньшим содержанием атомов Н».
СН 3 -СН = СН -СН 3
Бутанол-2
В организме гр. –ОН превращается в легкоуходящую путем образования эфиров с Н 3 РО 4:
СН 3 -СН 2 -ОН + НО–РО 3 Н 2 СН 3 -СН 2 -ОРО 3 Н 2IV. Р-ции окисления
1) Первичные и вторичные спирты окисляются СuО, растворами КМnО 4 , К 2 Сr 2 О 7 при нагревании с образованием соответствующих карбонилсодержащих соединений:
Нитроглицерин – бесцветная маслянистая жидкость. В виде разбавленных спиртовых растворов (1%) применяется при стенокардии, т.к. оказывает сосудорасширяющее действие. Нитроглицерин – сильное взрывчатое вещество, способное взрываться от удара или при нагревании. При этом в малом объеме, который занимает жидкое вещество, мгновенно образуется очень большой объем газов, что и вызывает сильную взрывную волну. Нитроглицерин входит в состав динамита, пороха.
Представители пентитов и гекситов – ксилит и сорбит – соответственно, пяти- и шестиатомные спирты с открытой цепью. Накопление –ОН групп ведет к появлению сладкого вкуса. Ксилит и сорбит – заменители сахара для больных диабетом.
Глицерофосфаты – структурные фрагменты фосфолипидов, применяются как общеукрепляющее средство.
Бензиловый спирт
Изомеры положения
Современная биоорганическая химия - разветвленная область знаний, фундамент многих медикобиологических дисциплин и в первую очередь, биохимии, молекулярной биологии, геномики, протеомики и
биоинформатики, иммунологии, фармакологии.
В основу программы положен системный подход к построению всего курса на единой теоретической
основе, базирующейся на представлениях об электронном и пространственном строении органических
соединений и механизмах их химических превращений. Материал представлен в виде 5 разделов, важнейшие из которых: «Теоретические основы строения органических соединений и факторы, определяющие их реакционную способность», «Биологически важные классы органических соединений» и «Биополимеры и их структурные компоненты. Липиды»
Программа направлена на профильное преподавание биоорганической химии в медицинском вузе, в связи с чем дисциплина названа «биоорганическая химия в медицине». Профилизации преподавания биоорганической химии служит рассмотрение исторической взаимосвязи развития медицины и химии, в том числе органической, повышенное внимание классам биологически важных органических соединений (гетерофункциональные соединения, гетероциклы, углеводы, аминокислоты и белки, нуклеиновые кислоты, липиды) а также биологически важным реакциям этих классов соединений). Отдельный раздел программы посвящен рассмотрению фармакологическим свойствам некоторых классов органических соединений и химической природы некоторых классов лекарственных средств.
Учитывая важную роль «болезней окислительного стресса» в структуре заболеваемости современного человека в программе особое внимание придается реакциям свободнорадикального окисления, обнаружению конечных продуктов свободнорадикального окисления липидов в лабораторной диагностике, природным антиоксидантам и лекарственным средствам антиоксидантного действия. Программа предусматривает рассмотрение экологических проблем, а именно природы ксенобиотиков и механизмов их токсического действия на живые организмы.
1. Цель и задачи обучения.
1.1. Цель обучения предмету биоорганическая химия в медицине: сформировать понимание роли биоорганической химии как фундамента современной биологии, теоретической основы для объяснения биологических эффектов биоорганических соединений, механизмов действия лекарств и создания новых лекарственных средств. Заложить знания взаимосвязи строения, химических свойств и биологической активности важнейших классов биоорганических соединений, научить применять полученные знания при изучении последующих дисциплин и в профессиональной деятельности.
1.2.Задачи обучения биоорганической химии:
1. Формирование знаний строения, свойств и механизмов реакций важнейших классов биоорганических соединений, обусловливающих их медико-биологическую значимость.
2. Формирование представлений об электронном и пространственном строении органических соединений как основы для объяснения их химических свойств и биологической активности.
3. Формирование умений и практических навыков:
классифицировать биоорганические соединения по строению углеродного скелета и функциональных групп;
пользоваться правилами химической номенклатуры для обозначения названий метаболитов, лекарственных средств, ксенобиотиков;
определять реакционные центры в молекулах;
уметь проводить качественные реакции, имеющие клинико-лабораторное значение.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
Дисциплина «Биоорганическая химия» является составной частью дисциплины «Химия», которая относится к математическому, естественно-научному циклу дисциплин.
Основные знания, необходимые для изучения дисциплины формируются в цикле математических, естественно-научных дисциплин: физика, математика; медицинская информатика; химия; биология; анатомия, гистология, эмбриология, цитология; нормальная физиология; микробиология, вирусология.
Является предшествующей для изучения дисциплин:
биохимия;
фармакология;
микробиология, вирусология;
иммунология;
профессиональные дисциплины.
Параллельно изучаемые дисциплины, обеспечивающие междисциплинарные связи в рамках базовой части учебного плана:
химия, физика, биология, 3. Перечень дисциплин и тем, усвоение которых студентами необходимо для изучения биоорганической химии.
Общая химия. Строение атома, природа химической связи, виды связей, классы химических веществ, типы реакций, катализ, реакция среды в водных растворах.
Органическая химия. Классы органических веществ, номенклатура органических соединений, конфигурация атома углерода, поляризация атомных орбиталей, сигма- и пи- связи. Генетическая связь классов органических соединений. Реакционная способность разных классов органических соединений.
Физика. Строение атома. Оптика - ультрафиолетовая, видимая и инфракрасные области спектра.
Взаимодействие света с веществом - пропускание, поглощение, отражение, рассеяние. Поляризованный свет.
Биология. Генетический код. Химические основы наследственности и изменчивости.
Латинский язык. Освоение терминологии.
Иностранный язык. Умение работать с иностранной литературой.
4. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами №№ разделов данной дисциплины, необходимые для изучения обеспечиваемых № Наименование обеспечиваемых п/п (последующих) дисциплин (последующих) дисциплин 1 2 3 4 5 1 Химия + + + + + Биология + - - + + Биохимия + + + + + + 4 Микробиология, вирусология + + - + + + 5 Иммунология + - - - + Фармакология + + - + + + 7 Гигиена + - + + + Профессиональные дисциплины + - - + + + 5. Требования к уровню усвоения содержания дисциплины Достижение цели изучения дисциплины «Биоорганическая химия» предусматривает выполнение ряда целевых проблемных задач, в результате чего у студентов должны быть сформированы определенные компентенции, знания, умения, должны появиться определенные практические навыки.
5.1. Студент должен обладать:
5.1.1. Общекультурными компетенциями:
способностью и готовностью анализировать социально значимые проблемы и процессы, использовать на практике методы гуманитарных, естественнонаучных, медико-биологических и клинических наук в различных видах профессиональной и социальной деятельности (ОК-1);
5.1.2. Профессиональными компетенциями (ПК):
способностью и готовностью применять основные методы, способы и средства получения, хранения, переработки научной и профессиональной информации; получать информацию из различных источников, в том числе с использованием современных компьютерных средств, сетевых технологий, баз данных и способностью и готовностью работать с научной литературой, анализировать информацию, вести поиск, превращать прочитанное в средство для решения профессиональных задач (выделять основные положения, следствия из них и предложения);
способностью и готовностью к участию в постановке научных задач и их экспериментальной реализации (ПК-2, ПК-3, ПК-5, ПК-7).
5.2. Студент должен знать:
Принципы классификации, номенклатуры и изомерии органических соединений.
Фундаментальные основы теоретической органической химии, являющиеся базисом для изучения строения и реакционной способности органических соединений.
Пространственное и электронное строение органических молекул и химические превращения веществ, являющихся участниками процессов жизнедеятельности, в непосредственной связи с их биологической Строение, химические свойства и биологическую роль основных классов биологически важных органических соединений.
5.3. Студент должен уметь:
Классифицировать органические соединения по строению углеродного скелета и по природе функциональных групп.
Составлять формулы по названиям и называть по структурной формуле типичные представители биологически важных веществ и лекарственных средств.
Выделять функциональные группы, кислотный и основный центры, сопряженные и ароматические фрагменты в молекулах для определения химического поведения органических соединений.
Прогнозировать направление и результат химических превращений органических соединений.
5.4. Студент должен обладать:
Навыками самостоятельной работы с учебной, научной и справочной литературой; вести поиск и делать обобщающие выводы.
Иметь навыки обращения с химической посудой.
Иметь навыки безопасной работы в химической лаборатории и умение обращаться с едкими, ядовитыми, легколетучими органическими соединениями, работать с горелками, спиртовками и электрическими нагревательными приборами.
5.5. Формы контроля знаний 5.5.1. Текущий контроль:
Диагностический контроль усвоения материала. Проводится периодически в основном для контроля знаний формульного материала.
Обучающий компьютерный контроль на каждом занятии.
Тестовые задания, требующие умения анализировать и обобщать (см. Приложение).
Плановые коллоквиумы по завершению изучения больших разделов программы (см. Приложение).
5.5.2 Итоговый контроль:
Зачет (проводится в два этапа):
С.2 - Математический, естественнонаучный и медико-биологический Общая трудоемкость:
2 Классификация, номенклатура и Классификация и классификационные признаки органических современные физико- соединений: строение углеродного скелета и природа функциональной группы.
химические методы Функциональные группы, органические радикалы. Биологически важные исследования биоорганических классы органических соединений: спирты, фенолы, тиолы, эфиры, сульфиды, соединений альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и их производные, сульфокислоты.
номенклатура ИЮПАК. Разновидности международной номенклатуры заместительная и радикально-функциональная номенклатуры. Значение знания 3 Теоретические основы строения органических соединений и Теория строения органических соединений А.М.Бутлерова. Основные факторы, определяющие их положения. Структурные формулы. Характер атома углерода по положению в реакционную способность. цепи. Изомерия как специфическое явление органической химии. Виды Стереоизомерия.
Хиральность молекул органических соединений как причина оптической изомерии. Стереоизомерия молекул с одним центром хиральности (энантиомерия). Оптическая активность. Глицериновый альдегид как конфигурационный стандарт. Проекционные формулы Фишера. D и L-Система стереохимической номенклатуры. Представления о R,S-номенклатуре.
Стереоизомерия молекул с двумя и более центрами хиральности: энантиомерия и диастереомерия.
Стереоизомерия в ряду соединений с двойной связью (Пидиастереомерия). Цис- и транс-изомеры. Стереоизомерия и биологическая активность органических соединений.
Взаимное влияние атомов: причины возникновения, виды и способы его передачи в молекулах органических соединений.
Сопряжение. Сопряжение в открытых цепях (Пи-Пи). Конъюгированные связи. Диеновые структуры в биологически важных соединениях: 1,3-диены (бутадиен), полиены, альфа,бета-ненасышенные карбонильные соединения, карбоксильная группа. Сопряжение как фактор стабилизации системы. Энергия сопряжения. Сопряжение в аренах (Пи-Пи) и в гетероциклах (р-Пи).
Ароматичность. Критерии ароматичности. Ароматичность бензоидных (бензол, нафталин, антрацен, фенантрен) и гетероциклических (фуран, тиофен, пиррол, имидазол, пиридин, пиримидин, пурин) соединений. Широкая распространенность сопряженных структур в биологически важных молекулах (порфин, гем и др.).
Поляризация связей и электронные эффекты (индуктивный и мезомерный) как причина неравномерного распределения электронной плотности в молекуле. Заместители - электронодоноры и электроноакцепторы.
Важнейшие заместители и их электронные эффекты. Электронные эффекты заместителей и реакционная способность молекул. Правило ориентации в бензольном кольце, заместители I и II рода.
Кислотность и основность органических соединений.
Кислотность и основность нейтральных молекул органических соединений с водородсодержащими функциональными группами (амины, спирты, тиолы, фенолы, карбоновые кислоты). Кислоты и основания по БренстедуЛоури и Льюису. Сопряженные пары кислот и оснований. Кислотность и стабильность аниона. Количественная оценка кислотности органических соединений по величинам Ка и рКа.
Кислотность различных классов органических соединений. Факторы, определяющие кислотность органических соединений: электроотрицательность атома неметалла (С-Н, N-H, и O-H кислоты); поляризуемость атома неметалла (спирты и тиолы, тиоловые яды); природа радикала (спирты, фенолы, карбоновые кислоты).
Основность органических соединений. n-основания (гетероциклы) и Пиоснования (алкены, алкандиены, арены). Факторы, определяющие основность органических соединений: электроотрицательность гетероатома (О- и Nоснования); поляризуемость атома неметалла (О- и S-основания); природа радикала (алифатические и ароматические амины).
Значение кислотно-основных свойств нейтральных органических молекул для их реакционной способности и биологической активности.
Водородная связь как специфическое проявление кислотно-основных свойств. Общие закономерности реакционной способности органических соединений как химическая основа их биологического функционирования.
Механизмы реакций органических соединений.
Классификация реакций органических соединений по результату замещение, присоединение, элиминирование, перегруппировка, окислительновосстановительные и по механизму - радикальные, ионные (электрофильные, нуклеофильные). Типы разрыва ковалентной связи в органических соединениях и образующиеся при этом частицы: гомолитический разрыв (свободные радикалы) и гетеролитический разрыв (карбокатионы и карбоанионы).
Электронное и пространственное строение этих частиц и факторы, обусловливающие их относительную устойчивость.
Гомолитические реакции радикального замещения у алканов с участием С-Н связей sр 3-гибридизованного атома углерода. Реакции свободнорадикального окисления в живой клетке. Активные (радикальные) формы кислорода. Антиоксиданты. Биологическое значение.
Реакции электрофильного присоединения (Ае): гетеролитические реакции с участием Пи-связи. Механизм реакций галогенирования и гидратации этилена. Кислотный катализ. Влияние статических и динамических факторов на региоселективность реакций. Особенности реакций присоединения водородсодержащих веществ к Пи-связи у несимметричных алкенов. Правило Марковникова. Особенности электрофильного присоединения к сопряженным системам.
Реакции электрофильного замещения (Sе): гетеролитические реакции с участием ароматической системы. Механизм реакций электрофильного замещения в аренах. Сигма-комплексы. Реакции алкилирования, ацилирования, нитрования, сульфирования, галогенирования аренов. Правило ориентациии.
Заместители I-го и II-го рода. Особенности реакций электрофильного замещения в гетероциклах. Ориентирующее влияние гетероатомов.
Реакции нуклеофильного замещения (Sn) у sр3-гибридизованного атома углерода: гетеролитические реакции, обусловленные поляризацией сигма-связи углерод-гетероатом (галогенопроизводные, спирты). Влияние электронных и пространственных факторов на реакционную способность соединений в реакциях нуклеофильного замещения.
Реакция гидролиза галогенопроизводных. Реакции алкилирования спиртов, фенолов, тиолов, сульфидов, аммиака и аминов. Роль кислотного катализа в нуклеофильном замещении гидроксильной группы.
Дезаминирование соединений с первичной аминогруппой. Биологическая роль реакций алкилирования.
Реакции элиминирования (дегидрогалогенирование, дегидратация).
Повышенная СН-кислотность как причина реакций элиминирования, сопровождающих нуклеофильное замещение у sp3-гибридизированного атома углерода.
Реакции нуклеофильного присоединения (An): гетеролитические реакции с участием пи-связи углерод-кислород (альдегиды, кетоны). Классы карбонильных соединений. Представители. Получение альдегидов, кетонов, карбоновых кислот. Строение и реакционная способность карбонильной группы. Влияние электронных и пространственных факторов. Механизм реакций An: роль протонирования в повышении реакционной способности карбонила. Биологически важные реакции альдегидов и кетонов гидрирование, окисление-восстановление альдегидов (реакция дисмутации), окисление альдегидов, образование циангидринов, гидратация, образование полуацеталей, иминов. Реакции альдольного присодинения. Биологическая значимость.
Реакции нуклеофильного замещения у sp2-гибридизированного атома углерода (карбоновые кислоты и их функциональные производные).
Механизм реакций нуклеофильного замещения (Sn) у sp2гибридизированного атома углерода. Реакции ацилирования - образование ангидридов, сложных эфиров, сложных тиоэфиров, амидов- и обратные им реакции гидролиза. Биологическая роль реакций ацилирования. Кислотные свойства карбоновых кислот по О-Н группе.
Реакции окисления и восстановления органических соединений.
Окислительно-восстановительные реакции, электронный механизм.
Степени окисления атомов углерода в органических соединениях. Окисление первичного, вторичного и третичного атомов углерода. Окисляемость различных классов органических соединений. Пути утилизации кислорода в клетке.
Энергетическое окисление. Оксидазные реакции. Окисление органических веществ - основной источник энергии для хемотрофов. Пластическое окисление.
4 Биологически важные классы органических соединений Многоатомные спирты: этиленгликоль, глицерин, инозит. Образование Гидроксикислоты: классификация, номенклатура, представители молочная, бетаоксимасляная, гаммаоксимасляная, яблочная, винная, лимонная, восстановительного аминирования, переаминирования и декарбоксилирования.
Аминокислоты: классификация, представители бета- и гаммаизомеров аминопропановая, гаммааминомасляная, эпсилонаминокапроновая. Реакция Салициловая кислота и ее производные (ацетилсалициловая кислота жаропонижающее, противовоспалительное и антиревматическое средство, энтеросептол и 5-НОК. Ядро изохинолина как основа алкалоидов опия спазмолитиков (папаверин) и аналгетиков (морфин). Производные акридина дезинфицирующие средства.
производные ксантина - кофеин, теобромин и теофилин, производные индола резерпин, стрихнин, пилокарпин, производные хинолина - хинин, изохинолина морфин и папаверин.
цефалоспроины - производные цефалоспорановой кислоты, тетрациклины производные нафтацена, стрептомицины - амилогликозиды. Полусинтетические 5 Биополимеры и их структурные компоненты. Липиды. Определение. Классификация. Функции.
Цикло- оксотаутомерия. Мутаротация. Производные моносахаридов дезоксисахара (дезоксирибоза) и аминосахара (глюкозамин, галактозамин).
Олигосахариды. Дисахариды: мальтоза, лактоза, сахароза. Строение. Огликозидная связь. Восстанавливающие свойства. Гидролиз. Биологическая (путь распада аминокислот); реакции радикала - гидроксилирование (образование окси-производных аминокислот). Образование пептидной связи.
Пептиды. Определение. Строение пептидной группы. Функции.
Биологически активные пептиды: глутатион, окситоцин, вазопрессин, глюкагон, нейропептиды, пептиды-кинины, иммуноактивные пептиды (тимозин), пептиды воспаления (дифексин). Понятие о цитокинах. Пептиды-антибиотики (грамицидин, актиномицин D, циклоспорин А). Пептиды-токсины. Связь биологических эффектов пептидов с определенными аминокислотными остатками.
Белки. Определение. Функции. Уровни структуры белков. Первичная структура - последовательность аминокислот. Методы исследования. Частичный и полный гидролиз белков. Значение определения первичной структуры белков.
Направленный место-специфичный мутагенез как метод исследования связи функциональной активности белков с первичной структурой. Врожденные нарушения первичной структуры белков - точечные мутации. Вторичная структура и ее виды (альфа-спираль, бета-структура). Третичная структура.
Денатурция. Понятие об активных центрах. Четвертичная структура олигомерных белков. Кооперативные свойства. Простые и сложные белки гликопротеиды, липопротеиды, нуклеопротеиды, фосфопротеиды, металлопротеиды, хромопротеиды.
Азотистые основания, нуклеозиды, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты.
Определение понятий азотистое основание, нуклеозид, нуклеотид и нуклеиновая кислота. Пуриновые (аденин и гуанин) и пиримидиновые (урацил, тимин, цитозин) азотистые основания. Ароматические свойства. Устойчивость к окислительному распаду как основа для выполнения биологической роли.
Лактим - лактамная таутомерия. Минорные азотистые основания (гипоксантин, 3-N-метилурацил и др.). Производные азотистых оснований - антиметаболиты (5-фторурацил, 6-меркаптопурин).
Нуклеозиды. Определение. Образование гликозидной связи между азотистым основанием и пентозой. Гидролиз нуклеозидов. Нуклеозидыантиметаболиты (арабинозид аденина).
Нуклеотиды. Определение. Строение. Образование фосфоэфирной связи при этерификации С5 гидроксила пентозы фосфорной кислотой. Гидролиз нуклеотидов. Нуклеотиды-макроэрги (нуклеозидполифосффаты - АДФ, АТФ и др.). Нуклеотиды-коферменты (НАД+, ФАД), строение, роль витаминов В5 и В2.
Нуклеиновые кислоты - РНК и ДНК. Определение. Нуклеотидный состав РНК и ДНК. Первичная структура. Фосфодиэфирная связь. Гидролиз нуклеиновых кислот. Определение понятий триплет (кодон), ген (цистрон), генетический код (геном). Международный проект "Геном человека".
Вторичная структура ДНК. Роль водородных связей в формировании вторичной структуры. Комплементарные пары азотистых оснований. Третичная структура ДНК. Изменение структуры нуклеиновых кислот под действием химических веществ. Понятие о веществах-мутагенах.
Липиды. Определение, классификация. Омыляемые и неомыляемые липиды.
Природные высшие жирные кислоты - компоненты липидов. Важнейшие представители: пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая, эйкозопентаеновая, докозогексаеновая (витамин F).
Нейтральные липиды. Ацилглицерины - природные жиры, масла, воска.
Искусственные пищевые гидрожиры. Биологическая роль ацилглицеринов.
Фосфолипиды. Фосфатидовые кислоты. Фосфатидилхолины, фосфатидиэтаноламины и фосфатидилсерины. Строение. Участие в образовании биологических мембран. Перекисное окисление липидов в клеточных мембранах.
Сфинголипиды. Сфингозин и сфингомиелины. Гликолипиды (цереброзиды, сульфатиды и ганглиозиды).
Неомыляемые липиды. Терпены. Моно- и бициклические терпены 6 Фармакологические свойства Фармакологические свойства некоторых классов моно- поли- и некоторых классов гетерофункциональных соединений (галогенводороды, спирты, окси- и органических соединений. оксокислоты, производные бензола, гетерорциклы, алкалоиды.). Химическая Химическая природа некоторых природа противовоспалительных средств, аналгетиков, антисептиков и классов лекарственных средств. антибиотиков.
6.3. Разделы дисциплин и виды занятий 1. Введение в предмет. Классификация, номенклатура и исследования биоорганических соединений 2. Теоретические основы строения органических реакционную способность.
3. Биологически важные классы органических 5 Фармакологические свойства некоторых классов органических соединений. Химическая природа некоторых классов лекарственных средств Л- лекции; ПЗ – практические занятия; ЛР – лабораторные работы; С – семинары; СРС – самостоятельная работа студентов;
6.4 Тематический план лекций по дисциплине 1 1 Введение в предмет. История развития биоорганической химии, значение для 3 2 Теория строения органических соединений А.М.Бутлерова. Изомерия как 4 2 Взаимное влияние атомов: причины возникновения, виды и способы его передачи в 7 1,2 Контрольная работа по разделам «Классификация, номенклатура и современные физикохимические методы исследования биоорганических соединений» и «Теоретические основы строения органических соединений и факторы, определяющие их реакционную 15 5 Фармакологические свойства некоторых классов органических соединений. Химическая 19 4 14 Обнаружение нерастворимых кальциевых солей высших карбоновых 1 1 Введение в предмет. Классификация и Работа с рекомендуемой литературой.
номенклатура биоорганических соединений. Выполнение письменного задания на 3 2 Взаимное влияние атомов в молекулах Работа с рекомендуемой литературой.
4 2 Кислотность и основность органических Работа с рекомендуемой литературой.
5 2 Механизмы реакций органических Работа с рекомендуемой литературой.
6 2 Окисление и восстановление органических Работа с рекомендуемой литературой.
7 1,2 Контрольная работа по разделам Работа с рекомендуемой литературой. * современные физико-химические методы предлагаемым темам, проведение исследования биоорганических соединений» информационного поиска в различных органических соединений и факторы, ИНТЕРЕНЕТ и работу с англоязычными базами 8 3 Гетерофункциональные биоорганические Работа с рекомендуемой литературой.
9 3 Биологически важные гетероциклы. Работа с рекомендуемой литературой.
10 3 Витамины (лабораторная работа). Работа с рекомендуемой литературой.
12 4 Альфа-аминокислоты, пептиды и белки. Работа с рекомендуемой литературой.
13 4 Азотистые основания, нуклеозиды, Работа с рекомендуемой литературой.
нуклеотиды и нуклеиновые кислоты. Выполнение письменного задания на написание 15 5 Фармакологические свойства некоторых Работа с рекомендуемой литературой.
классов органических соединений. Выполнение письменного задания на написание Химическая природа некоторых классов химических формул некоторых лекарственных * - задания по выбору студента.
органических соединений.
органических молекул.
органических молекул.
органических соединений.
органических соединений.
соединения. Стереоизомерия.
некоторых классов лекарственных средств.
За семестр студент может набрать максимально 65 баллов на практических занятиях.
На одном практическом занятии студент максимально может набрать по 4,3 балла. Это количество складывается из баллов набираемых за посещение занятия (0,6 балла), выполнения задания по внеаудиторной самостоятельной работе (1,0 балла), лабораторной работы (0,4 балла) и баллов, начисляемых за устный ответ и тестовое задание (от 1,3 до 2,3 балла). Баллы за посещение занятия, выполнение задания по внеаудиторной самостоятельной работе и лабораторной работы начисляются по принципу «да» - «нет». Баллы за устный ответ и тестовое задание начисляются дифференцировано от 1,3 до 2,3 балла в случает положительных ответов: 0-1,29 балла соответствует оценке «неудовлетворительно», 1,3-1,59 – «удовлетворительно», 1,6-1,99 – «хорошо», 2,0-2,3 – «отлично». На контрольной работе студент максимально может набрать 5,0 балла: посещение занятия 0,6 балла и устный ответ 2,0-4,4 балла.
Для допуска к зачету студент должен набрать не менее 45 баллов, при этом текущая успеваемость студента оценивается следующим образом: 65-75 баллов – «отлично», 54-64 балла – «хорошо», 45-53 балла – «удовлетворительно», менее 45 баллов – неудовлетворительно. Если студент набирает от 65 до 75 баллов («отличный» результат), то он освобождается от зачета и получает отметку «зачет» в зачетную книжку автоматически, набирая за зачет 25 баллов.
На зачете студент максимально может набрать 25 баллов: 0-15,9 балла соответствует оценке «неудовлетворительно», 16-17,5 – «удовлетворительно», 17,6-21,2 – «хорошо», 21,3-25 – «отлично».
Распределение премиальных баллов (всего до 10 баллов за семестр) 1. Посещение лекции – 0,4 балла (100% посещение лекций – 6,4 балла за семестр);
2. Участие в УИРС до 3 баллов, в том числе:
написание реферата по предлагаемой теме – 0,3 балла;
подготовка доклада и мультимедийной презентации на итоговую учебно-теоретическую конференцию 3. Участие в НИРС – до 5 баллов, в том числе:
посещение заседания студенческого научного кружка при кафедре – 0,3 балла;
подготовка доклада на заседание студенческого научного кружка – 0,5 балла;
выступление с докладом на вузовской студенческой научной конференции – 1 балл;
выступление с докладом на региональной, всероссийской и международной студенческой научной конференции – 3 балла;
публикация в сборниках студенческих научных конференций – 2 балла;
публикация в рецензируемом научном журнале – 5 баллов;
4. Участие в воспитательной работе на кафедре до 3 баллов, в том числе:
участие в организации проводимых кафедрой мероприятий по воспитательной работе во внеучебное время – 2 балла за одно мероприятие;
посещение проводимых кафедрой мероприятий по воспитательной работе во внеучебное время – 1 балл за одно мероприятие;
Распределение штрафных баллов (всего до 10 баллов за семестр) 1. Отсутствие на лекции по неуважительной причине- 0,66-0,67 балла (0% посещения лекций - 10 баллов за Если студент пропустил занятие по уважительной причине, он имеет право отработать занятие для повышения своего текущего рейтинга.
Если пропуск неуважительный - студент должен отработать занятие и получить оценку с понижающим коэффициентом 0,8.
Если студент освобожден от физического присутствия на занятиях (по приказу академии), то ему начисляются максимальные баллы, если выполнено задание по внеаудиторной самостоятельной работе.
6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины 1. Н.А.Тюкавкина, Ю.И.Бауков, С.Э.Зурабян. Биоорганическая химия. М.:ДРОФА, 2009.
2. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия. М.:ДРОФА, 2005.
1. Овчиников Ю.А. Биоорганическая химия. М.: Просвещение, 1987.
2. Райлс А., Смит К., Уорд Р. Основы органической химии. М.: Мир, 1983.
3. Щербак И.Г. Биологическая химия. Учебник для медицинских вузов. С.-П. издательство СПбГМУ, 2005.
4. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: Медицина, 2004.
5. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: Медицина, Поступаев В.В., Рябцева Е.Г. Биохимическая организация клеточных мембран (учебное пособие для студентов фармацевтических факультетов медицинских вузов). Хабаровск, ДВГМУ. 2001г.
7. Соросовский образовательный журнал, 1996-2001гг.
8. Руководство к лабораторным занятиям по биоорганической химии. Под редакцией Н.А.Тюкавкиной, М.:
Медицина, 7.3 Учебно-методические материалы, подготовленные кафедрой 1. Методические разработки практических занятий по биоорганической химии для студентов.
2. Методические разработки самостоятельной внеаудиторной работы студентов.
3. Бородин Е.А., Бородина Г.П. Биохимический диагноз (физиологическая роль и диагностическое значение биохимических показателей крови и мочи). Учебное пособие Издание 4-ое. Благовещенск, 2010.
4. Бородина Г.П., Бородин Е.А. Биохимический диагноз (физиологическая роль и диагностическое значение биохимических показателей крови и мочи). Электронное учебное пособие. Благовещенск, 2007.
5. Задания для компьютерного тестирования знаний студентов по биоорганической химии (Сост. Бородин Е.А., Дорошенко Г.К., Егоршина Е.В.) Благовещенск, 2003.
6. Тестовые задания по биоорганической химии к экзамену по биоорганической химии для студентов лечебного факультета медицинских вузов. Методическое пособие. (Сост. Бородин Е.А., Дорошенко Г.К.). Благовещенск, 2002.
7. Тестовые задания по биоорганической химии к практическим занятиям по биоорганической химии для студентов лечебного факультета. Методическое пособие. (Сост. Бородин Е.А., Дорошенко Г.К.). Благовещенск, 2002.
8. Витамины. Методическое пособие. (Сост. Егоршина Е.В.). Благовещенск, 2001.
8.5 Обеспечение дисциплины оборудованием и учебными материалами 1 Химическая посуда:
Посуда из стекла:
1.1 пробирки химические 5000 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 1.2 пробирки центрифужные 2000 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 1.3 палочки из стекла 100 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 1.4. колбы различного объема (для 200 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 1.5 колбы большого объема - 0,5-2,0 30 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 1.6 химические стаканы различного 120 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 1.7 химические стаканы большого 50 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, приготовления рабочих 1.8 склянки различного объема 2000 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 1.9 воронки для фильтрования 200 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 1.10 стеклянная посуда Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, хроматографии и пр.).
1.11 спиртовки 30 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, Посуда из фарфора 1.12 стаканы разного объема (0,2- 30 Подготовка реактивов на практические занятия 1.13 ступки с пестиками Подготовка реактивов на практические занятия, химические опыты и 1.15 чашки для выпаривания 20 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, Мерная посуда:
1.16 мерные колбы различного 100 Подготовка реактивов на практические занятия, Химические опыты 1.17 мерные цилиндры различного 40 Подготовка реактивов на практические занятия, Химические опыты 1.18 мензурки различного объема 30 Подготовка реактивов на практические занятия, Химические опыты 1.19 пипетки измерительные на 2000 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, микропипетки) 1.20 механические автоматические 15 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 1.21 механические автоматические 2 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, дозаторы переменного объема НИРС 1.22 электронный автоматический 1 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 1.23 микрошприцы переменного 5 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 2 Техническое оборудование:
2.1 штативы для пробирок 100 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 2.2 штативы для пипеток 15 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 2.3 штативы металлические 15 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, Нагревательные приборы:
2.4 сушильные шкафы 3 Сушка химической посуды из стекла, проведение химических 2.5 термостаты воздушные 2 Термостатирование инкубационной смеси при определении 2.6 термостаты водяные 2 Термостатирование инкубационной смеси при определении 2.7 электроплитки 3 Подготовка реактивов на практические занятия, химические опыты и 2.8 Холодильники с морозильными 5 Хранение химреактивов, растворов и биологического материала для камерами «Чинар», «Бирюса», практических занятий, УИРС, НИРС «Стинол»
2.9 Шкафы для хранения 8 Хранение химреактивов химреактивов 2.10 Сейф металлический 1 Хранение ядовитых реактивов и этанола 3 Оборудование общего назначения:
3.1 аналитические демпферные 2 Гравиметрический анализ на практических занятиях, УИРС, НИРС 3.6 Ультрацентрифуга 1 Демонстрация метода седиментационного анализа на практических (Германия) 3.8 Магнитные мешалки 2 Подготовка реактивов на практические занятия 3.9 Дистиллятор электрический ДЭ– 1 Получение дистиллированной воды для приготовления реактивов на 3.10 Термометры 10 Контроль температуры при проведении химических анализов на 3.11 Набор ареометров 1 Измерение плотности растворов 4 Оборудование специального назначения:
4.1 Аппарат для электрофореза на 1 Демонстрация метода электрофореза белков сыворотки крови на 4.2 Аппарат для электрофореза в 1 Демонстрация метода разделения липопротеидов сыворотки крови 4.3 Оборудование для колоночной Демонстрация метода разделения белков с помощью хроматографии 4.4 Оборудование для Демонстрация метода ТСХ для разделения липидов на практических хроматографии в тонком слое. занятиях, НИРС Измерительное оборудование:
Фотоэлектроколориметры:
4.8 Фотометр “SOLAR” 1 Измерение светопоглощения окрашенных растворов при 4.9 Спектрофотометр СФ 16 1 Измерение светопоглощения растворов в видимой и УФ-областях 4.10 Клинический спектрофотометр 1 Измерение светопоглощения растворов в видимой и УФ-областях «Schimadzu - CL–770” спектра при использовании спектральных методов определения 4.11 Высокоэффективный 1 Демонстрация метода ВЭЖХ (практические занятия, УИРС, НИРС) жидкостный хроматограф "Милихром - 4".
4.12 Поляриметр 1 Демонстрация оптической активности энантиомеров, 4.13 Рефрактометр 1 Демонстрация рефрактометрического метода определения 4.14 рН-метры 3 Приготовление буферных растворов, демонстрация буферного 5 Проекционное оборудование:
5.1 Мультимедийный проектор и 2 Демонстрация мультимедийных презентаций, фото- и Диапроекторы: Демонстрация слайдов на лекциях и практических занятиях 5.3 «Пеленг- полуавтомат» 5.6 Прибор для демонстрации Закреплены за морфологическим учебным корпусом. Демонстрация прозрачных пленок (оверхэд) и иллюстративного материала на лекциях, в ходе УИРС и НИРС кинопроектор.
6 Вычислительная техника:
6.1 Кафедральная сеть из 1 Доступ к образовательным ресурсам ИНТЕРНЕТА (национальные и персональных компьютеров с международные электронные базы данных по химии, биологии и выходом в ИНТЕРНЕТ медицине) для преподавателей кафедры и студентов в учебное и 6.2 Персональные компьютеры 8 Создание преподавателями кафедры печатных и электронных сотрудников кафедры дидактических материалов в ходе учебно-методической работы, 6.3 Компьютерный класс на 10 1 Программированное тестирование знаний студентов на посадочных мест практических занятиях, в ходе зачетов и экзаменов (текущий, 7 Учебные таблицы:
1. Пептидная связь.
2. Регулярность структуры полипептидной цепи.
3. Типы связей в молекуле белков.
4. Дисульфидная связь.
5. Видовая специфичность белков.
6. Вторичная структура белков.
7. Третичная структура белков.
8. Миоглобин и гемоглобин.
9. Гемоглобин и его производные.
10. Липопротеиды плазмы крови.
11. Типы гиперлипидемий.
12. Электрофорез белков на бумаге.
13. Схема биосинтеза белка.
14. Коллаген и тропоколлаген.
15. Миозин и актин.
16. Авитаминоз РР (пеллагра).
17. Авитаминоз В1.
18. Авитаминоз С.
19. Авитаминоз А.
20. Авитаминоз Д (рахит).
21. Простагландины – физиологически активные производные ненасыщенных жирных кислот.
22. Нейроксины, образующиеся из катехаламинов и индоламинов.
23. Продукты не ферментативных реакций дофамина.
24. Нейропептиды.
25. Полиненасыщенные жирные кислоты.
26. Взаимодействие липосомы с клеточной мембраной.
27. Свободное окисление (различия с тканевым дыханием).
28. ПНЖК семейств омега 6 и омега 3.
2 Наборы слайдов по различным разделам программы 8.6 Интерактивные средства обучения (Интернет-технологии), мультимедийные материалы, Электронные библиотеки и учебник, фото- и видеоматериалы 1 Интерактивные средства обучения (Интернет-технологии) 2 Мультимедийные материалы Стоник В.А. (ТИБОХ ДНЦ СО РАН) «Природные соединения – основа 5 Бородин Е.А. (АГМА) «Геном человека. Геномика, протеомика и Авторская презентация 6 Пивоварова Е.Н (ИЦиГ СО РАМН) «Роль регуляции экспрессии генов Авторская презентация человека».
3 Электронные библиотеки и учебники:
2 MEDLINE. CD-версия электронных базы данных по химии, биологии и медицине.
3 Life Sciencies. CD-версия электронных базы данных по химии и биологии.
4 Cambridge Scientific Abstracts. CD-версия электронных базы данных по химии и биологии.
5 PubMed - электронная база данных национального института здоровья http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/ Органическая химия. Электронная библиотека. (Сост. Н.Ф. Тюкавкина, А.И. Хвостова) – М., 2005г.
Органическая и общая химия. Медицина. Лекции для студентов, курс. (Электронное пособие). М., 2005г.
4 Видеофильмы:
3 МЭС ТИБОХ ДНЦ ДВО РАН CD
5 Фото-видеоматериалы:Авторские фото и видеоматериалы зав. каф. проф. Е.А.Бородина об 1 университетах Упсалы (Швеция), Гранады (Испания), медицинских школах университетов Японии (гг.Ниигата, осака, Канадзава, Хиросаки), ИБМХ РАМН, ИФХМ МЗ России, ТИБОХе ДНЦ. ДВО РАН.
8.1. Примеры тестовых заданий текущего контроля (с эталонами ответов) к занятию №4 «Кислотность и основность органических молекул»
1.Выберите характерные признаки кислот Бренстеда-Лоури:
1.повышают концентрацию в водных растворах водородных ионов 2.повышают концентрацию в водных растворах гидроксид-ионов 3.являются нейтральными молекулами и ионами - донорами протонов 4.являются нейтральными молекулами и ионами - акцепторами протонов 5.не влияют на реакцию среды 2.Укажите факторы, влияющие на кислотность органических молекул:
1.электроотрицательность гетероатома 2.поляризуемость гетероатома 3.природа радикала 4.способность к диссоциации 5.растворимость в воде 3.Выберите из перечисленных соединений самые сильные кислоты Бренстеда:
1.алканы 2.амины 3.спирты 4.тиолы 5.карбоновые кислоты 4.Укажите характерные признаки органических соединений, обладающих свойствами оснований:
1.акцепторы протонов 2.доноры протонов 3.при диссоциации дают гидроксильные ионы 4.не диссоциируют 5.основные свойства определяют реакционную способность 5.Выберите самое слабое основание из приведенных соединений:
1.аммиак 2.метиламин 3.фениламин 4.этиламин 5.пропиламин 8.2 Примеры ситуационных задач текущего контроля (с эталонами ответов) 1. Определите родоначальную структуру в соединении:
Решение. Выбор родоначальной структуры в структурной формуле органического соединения регламентируется в заместительной номенклатуре ИЮПАК рядом последовательно применяемых правил (см. Учебник, 1.2.1).
Каждое последующее правило применяется только тогда, когда предыдущее не позволяет сделать однозначный выбор. Соединение I содержит алифатический и алициклический фрагменты. Согласно первому правилу в качестве родоначальной выбирают структуру, с которой непосредственно связана старшая характеристическая группа. Из двух имеющихся в соединении I характеристических групп (ОН и NH,) старшей является гидроксильная группа. Поэтому родоначальной будет служить структура циклогексана, что и отражается в названии этого соединения - 4-аминометилциклогексанол.
2. Основу ряда биологически важных соединений и лекарственных средств составляет конденсированная гетероциклическая система пурина, включающая ядра пиримидина и имидазола. Чем объясняется повышенная устойчивость пурина к окислению?
Решение. Ароматические соединения обладают большой энергией сопряжения и термодинамической устойчивостью. Одним из проявлений ароматических свойств является устойчивость к окислению, хотя «внешне»
ароматические соединения имеют высокую степень ненасыщенности, которая обычно обусловливает склонность к окислению. Для ответа на поставленный в условии задачи вопрос необходимо установить принадлежность пурина к ароматическим системам.
Согласно определения ароматичности необходимым (но недостаточным) условием возникновения сопряженной замкнутой системы является наличие в молекуле плоского циклического -скелета с единым электронным облаком. В молекуле пурина все атомы углерода и азота находятся в состоянии sp2-гибридизации, а потому все асвязи лежат в одной плоскости. Благодаря этому орбитали всех атомов, входящих в цикл, располагаются перпендикулярно плоскости -скелета и параллельно друг другу, что создает условия для их взаимного перекрывания с образованием единой замкнутой делокализо-ванной ти-электронной системы, охватывающей все атомы цикла (круговое сопряжение).
Ароматичность также определяется числом -электронов, которое должно соответствовать формуле 4/7+2, где п - ряд натуральных чисел О, 1, 2, 3 и т. д. (правило Хюккеля). Каждый атом углерода и пиридиновые атомы азота в положениях 1, 3 и 7 вносят в сопряженную систему по одному р-электрону, а пиррольный атом азота в положении 9 - неподеленную пару электронов. Сопряженная система пурина содержит 10 -электронов, что соответствует правилу Хюккеля при п =2.
Таким образом, молекула пурина обладает ароматическим характером и с этим связана ее устойчивость к окислению.
Наличие в цикле пурина гетероатомов приводит к неравномерности в распределении -электронной плотности. Пиридиновые атомы азота проявляют электроноакцепторный характер и уменьшают электронную плотность на атомах углерода. В связи с этим окисление пурина, рассматриваемое в общем случае как потеря электронов окисляющимся соединением, будет еще более затруднено по сравнению с бензолом.
8.3 Тестовые задания к зачету (один вариант в полном объеме с эталонами ответов) 1.Назовите органогенные элементы:
7.Si 8.Fe 9.Cu 2.Укажите функциональные группы, имеющие Пи-связь:
1.Карбоксильная 2. аминогруппа 3.гидроксильная 4.оксогруппа 5.карбонильная 3.Укажите старшую функциональную группу:
1.-С=О 2.-SО3Н 3.-СII 4.-СООН 5.-OH 4.К какому классу органических соединений относится молочная кислота СН3-СНОН-СООН, образующаяся в тканях в результате анаэробного распада глюкозы?
1.Карбоновые кислоты 2.Оксикислоты 3.Аминокислоты 4.Кетокислоты 5.Назовите по заместительной номенклатуре вещество, являющееся главным энергетическим топливом клетки и имеющее следующее строение:
СН2-СН -СН -СН -СН -С=О
I I III I
OH OH OH OH OH Н
1. 2,3,4,5,6-пентагидроксигексаналь 2.6-оксогексанпнентанол 1,2,3,4, 3.Глюкоза 4.Гексоза 5.1,2,3,4,5-пентагидроксигексаналь- 6.Укажите характерные признаки сопряженных систем:1.Выравнивание электронной плотности сигма- и пи- связей 2.Стабильность и низкая реакционная способность 3.Неустойчивость и высокая реакционная способность 4.Содержат чередующиеся сигма- и пи- связи 5.Пи-связи разделены -СН2-группами 7.Для каких соединений характерно Пи-Пи сопряжение:
1.каротины и витамин А 2.пиррол 3.пиридин 4.порфирины 5.бензпирен 8.Выберите заместители I рода, ориентирующие в орто- и пара-положения:
1.алкилы 2.- ОН 3.- NH 4.- СООН 5.- SO3H 9.Какой эффект оказывает -ОН группа в алифатических спиртах:
1.Положительный индуктивный 2.Отрицательный индуктивный 3.Положительный мезомерный 4.Отрицательный мезомерный 5.Тип и знак эффекта зависят от положения -ОН группы 10.Выбирите радикалы, оказывающие отрицательный мезомерный эффект 1.Галогены 2.Алкильные радикалы 3.Аминогруппа 4.Гидроксигруппа 5.Карбоксигруппа 11.Выберите характерные признаки кислот Бренстеда-Лоури:
1.повышают концентрацию в водных растворах водородных ионов 2.повышают концентрацию в водных растворах гидроксид-ионов 3.являются нейтральными молекулами и ионами - донорами протонов 4.являются нейтральными молекулами и ионами - акцепторами протонов 5.не влияют на реакцию среды 12.Укажите факторы, влияющие на кислотность органических молекул:
1.электроотрицательность гетероатома 2.поляризуемость гетероатома 3.природа радикала 4.способность к диссоциации 5.растворимость в воде 13.Выберите из перечисленных соединений самые сильные кислоты Бренстеда:
1.алканы 2.амины 3.спирты 4.тиолы 5.карбоновые кислоты 14.Укажите характерные признаки органических соединений, обладающих свойствами оснований:
1.акцепторы протонов 2.доноры протонов 3.при диссоциации дают гидроксильные ионы 4.не диссоциируют 5.основные свойства определяют реакционную способность 15.Выберите самое слабое основание из приведенных соединений:
1.аммиак 2.метиламин 3.фениламин 4.этиламин 5.пропиламин 16.Какие признаки используются для классификации реакций органических соединений:
1.Механизм разрыва химической связи 2.Конечный результат реакции 3.Количество молекул, принимающих участие в стадии, определяющей скорость всего процесса 4.Природа атакующего связь реагента 17.Выберите активные формы кислорода:
1.синглетный кислород 2.пероксидный бирадикал -О-Осупероксидный ион 4.гидроксильный радикал 5.триплетный молекулярный кислород 18.Выберите характерные признаки электрофильных реагентов:
1.частицы, несушие частичный или полный положительный заряд 2.образуются при гомолитическом разрыве ковалентной связи 3.частицы, несущие неспаренный электрон 4.частицы, несущие частичный или полный отрицательный заряд 5.образуются при гетеролитическом разрыве ковалентной связи 19.Выберите соединения, для которых характерны реакции электрофильного замещения:
1.алкены 2.арены 3.алкадиены 4.ароматические гетероциклы 5.алканы 20.Укажите биологическую роль реакций свободно-радикального окисления:
1.фагоциторная активность клеток 2.универсальный механизм разрушения клеточных мембран 3.самообновление клеточных структур 4.играют решающую роль в развитии многих патологических процессов 21.Выберите для каких классов органических соединений характерны реакции нуклеофильного замещения:
1.спирты 2.амины 3.галогенопроизводные углеводородов 4.тиолы 5.альдегиды 22.В какой последовательности уменьшается реакционная способность субстратов в реакциях нуклеофильного замещения:
1.галогенопроизводные углеводородов спирты амины 2.амины спирты галогенопроизводные углеводородов 3.спирты амины галогенопроизводные углеводородов 4.галогенопроизводные углеводородов амины спирты 23.Выберите из перечисленных соединений многоатомные спирты:
1.этанол 2.этиленгликоль 3.глицерин 4.ксилит 5.сорбит 24.Выберите характерное для данной реакции:
СН3-СН2ОН --- СН2=СН2 + Н2О 1.реакция элиминирования 2.реакция внутримолекулярной дегидратации 3.протекает в присутствии минеральных кислот при нагревании 4.протекает в обычных условиях 5.реакция межмолекулярной дегидратации 25.Какие свойства появляются при введении в молекулу органического вещества хлора:
1.наркотические свойства 2.лакриматорные (слезоточивость) 3.антисептические свойства 26.Выберите реакции, характерные для SP2-гибридизованного атома углерода в оксосоединениях:
1.нуклеофильное присоединение 2.нуклеофильное замещение 3.электрофильное присоединение 4.гомолитические реакции 5.гетеролитические реакции 27.В какой последовательности убывает легкость нуклеофильной атаки карбонильных соединений:
1.альдегидыкетоныангидридыэфирыамидысоли карбоновых кислот 2.кетоныальдегидыангидридыэфирыамидысоли карбоновых кислот 3.ангидридыальдегидыкетоныэфирыамидысоли карбоновых кислот 28.Определите характерное для данной реакции:
1.качественная реакция на альдегиды 2.альдегид - восстановитель, оксид серебра (I) - окислитель 3.альдегид - окислитель, оксид серебра (I) - восстановитель 4.окислительно-восстановительная реакция 5.протекает в щелочной среде 6.характерна для кетонов 29.Какие из приведенных карбонильных соединений подвергаются декарбоксилированию с образованием биогенных аминов?
1.карбоновые кислоты 2.аминокислоты 3.оксокислоты 4.оксикислоты 5.бензойная кислота 30.Как изменяются кислотные свойства в гомологическом ряду карбоновых кислот:
1.возрастают 2.уменьшаются 3.не изменяются 31.Какие из предложенных классов соединений относятся к гетерофункциональным:
1.оксикислоты 2.оксокислоты 3.аминоспирты 4.аминокислоты 5.дикарбоновые кислоты 32.К оксикислотам относятся:
1.лимонная 2.масляная 3.ацетоуксусная 4.пировиноградная 5.яблочная 33.Выберите лекарственные средства - производные салициловой кислоты:
1.парацетомол 2.фенацетин 3.сульфаниламиды 4.аспирин 5.ПАСК 34.Выберите лекарственные средства - производные р-аминофенола:
1.парацетомол 2.фенацетин 3.сульфаниламиды 4.аспирин 5.ПАСК 35.Выберите лекарственные средства - производные сульфаниловой кислоты:
1.парацетомол 2.фенацетин 3.сульфаниламиды 4.аспирин 5.ПАСК 36.Выберите основные положения теории А.М.Бутлерова:
1.атомы углерода соединяются простыми и кратными связями 2.углерод в органических соединениях четырехвалентен 3.функциональная группа определяет свойства вещества 4.атомы углерода образуют открытые и замкнутые циклы 5.в органических соединениях углерод находится в восстановленной форме 37.Какие изомеры относятся к пространственным:
1.цепи 2.положение кратных связей 3.функциональных групп 4.структурные 5.конфигурационные 38.Выберите, что характерно для понятия "конформация":
1.возможность вращения вокруг одной или нескольких сигма связей 2.конформеры - это изомеры 3.изменение последовательности связей 4.изменение пространственного расположения заместителей 5.изменение электронного строения 39.Выбирите сходство между энантиомерами и диастереомерами:
1.обладают одинаковыми физико-химическими свойствами 2.способны вращать плоскость поляризации света 3.не способны вращать плоскость поляризации света 4.являются стериоизомерами 5.характеризуются наличием центра хиральности 40.Выберите сходство между конфигурационной и конформационной изомерией:
1.Изомерия связана с различным положением в пространстве атомов и групп атомов 2.Изомерия обусловлена вращением атомов или групп атомов вокруг сигма-связи 3.Изомерия обусловлена наличием в молекуле центра хиральности 4.Изомерия обусловлена различным расположением заместителей относительно плоскости пи-связи.
41.Назовите гетероатомы входящие в состав биологически важных гетероциклов:
1.азот 2.фосфор 3.сера 4.углерод 5.кислород 42.Укажите 5-членный гетероцикл, входящий в состав порфиринов:
1.пирролидин 2.имидазол 3.пиррол 4.пиразол 5.фуран 43.Какой гетероцикл с одним гетероатомом входит в состав никотиновой кислоты:
1.пурин 2.пиразол 3.пиррол 4.пиридин 5.пиримидин 44.Назовите конечный продукт окисления пурина в организме:
1.гипоксантин 2.ксантин 3.мочевая кислота 45.Укажите алкалоиды опия:
1.стрихнин 2.папаверин 4.морфин 5.резерпин 6.хинин 6.Какие реакции окисления характерны для организма человека:
1.дегидрирование 2.присоединение кислорода 3.отдача электронов 4.присоединение галогенов 5.взаимодействие с перманганатом калия, азотной и хлорной кислотами 47.Чем определяется степень окисления атома углерода в органических соединениях:
1.числом его связей с атомами элементов, более электроотрицательных чем водород 2.числом его связей с атомами кислорода 3.числом его связей с атомами водорода 48.Какие соединения образуются при окислении первичного атома углерода?
1.первичный спирт 2.вторичный спирт 3.альдегид 4.кетон 5.карбоновая кислота 49.Определите характерное для оксидазных реакций:
1.кислород восстанавливается до воды 2.кислород включается в состав окисляемой молекулы 3.кислород идет на окисление водорода, отщепляемого от субстрата 4.реакции имеют энергетическое значение 5.реакции имеют пластическое значение 50.Какой из предложенных субстратов окисляется в клетке легче и почему?
1.глюкоза 2.жирная кислота 3.содержит частично окисленные атомы углерода 4.содержит полностью гидрированные атомы углерода 51.Выберите альдозы:
1.глюкоза 2.рибоза 3.фруктоза 4.галактоза 5.дезоксирибоза 52.Выберите запасные формы углеводов в живом организме:
1.клетчатка 2.крахмал 3.гликоген 4.гиалуровая кислота 5.сахароза 53.Выберите наиболее распространенные в природе моносахариды:
1.триозы 2.тетрозы 3.пентозы 4.гексозы 5.гептозы 54.Выберите аминосахара:
1.бета-рибоза 2.глюкозамин 3.галактозамин 4.ацетилгалактозамин 5.дезоксирибоза 55.Выберите продукты окисления моносахаров:
1.глюкозо-6-фосфат 2.гликоновые (альдоновые) кислоты 3.гликуроновые (уроновые) кислоты 4.гликозиды 5.эфиры 56.Выберите дисахариды:
1.мальтоза 2.клетчатка 3.гликоген 4.сахароза 5.лактоза 57.Выберите гомополисахариды:
1.крахмал 2.целлюлоза 3.гликоген 4.декстран 5.лактоза 58.Выберите, какие моносахара образуются при гидролизе лактозы:
1.бета-Д- галактоза 2.альфа-Д- глюкоза 3.альфа-Д- фруктоза 4.альфа-Д-галактоза 5.альфа-Д- дезоксирибоза 59.Выберите, что характерно для целлюлозы:
1.линейный, растительный полисахарид 2.структурной единицей является бета-Д- глюкоза 3.необходима для нормального питания, является баластным веществом 4.основной углевод человека 5.не расщепляется в желудочно кишечном тракте 60.Выберите производные углеводов, входящие в состав мурамина:
1.N-ацетилглюкозамин 2.N-ацетилмурамовая кислота 3.глюкозамин 4.глюкуроновая кислота 5.рибулезо-5-фосфат 61.Выберите из нижеследующих утверждений правильные: Аминокислоты-это...
1.соединения, содержащие в молекуле одновременно амино и гидроксигруппы 2.соединения, содержащие гидроксильную и карбоксильную группы 3.являются производными карбоновых кислот, в радикале которых водород замещен на аминогруппу 4.соединения, содержащие в молекуле оксо и карбоксильную группы 5. соединения, содержащие окси и альдегидную группы 62.Как классифицируют аминокислоты?
1.по химической природе радикала 2.по физико-химическим свойствам 3.по количеству функциональных групп 4.по степени ненасыщенности 5.по характеру дополнительных функциональных групп 63.Выберите ароматическую аминокислоту:
1.глицин 2.серин 3.глутаминовая 4.фенилаланин 5.метионин 64.Выберите аминокислоту, проявляющую кислотные свойства:
1.лейцин 2.триптофан 3.глицин 4.глутаминовая 5.аланин 65.Выберите аминокислоту основного характера:
1.серин 2.лизин 3.аланин 4.глутаминовая 5.триптофан 66.Выберите пуриновые азотистые основания:
1.тимин 2.аденин 3.гуанин 4.урацил 5.цитозин 67.Выберите пиримидиновые азотистые основания:
1.урацил 2.тимин 3.цитозин 4.аденин 5.гуанин 68.Выберите составные части нуклеозида:
1.пуриновые азотистые основания 2.пиримидиновые азотистые основания 3.рибоза 4.дезоксирибоза 5.фосфорная кислота 69.Укажите структурные компоненты нуклеотидов:
1.пуриновые азотистые основания 2.пиримидиновые азотистые основания 3.рибоза 4.дезоксирибоза 5.фосфорная кислота 70.Укажите отличительные признаки ДНК:
1.образована одной полинуклеотидной цепью 2.образована двумя полинуклеотидными цепями 3.содержит рибозу 4.содержит дезоксирибозу 5.содержит урацил 6.содержит тимин 71.Выберите омыляемые липиды:
1.нейтральные жиры 2.триацилглицерины 3.фосфолипиды 4.сфингомиелины 5.стероиды 72.Выберите ненасыщенные жирные кислоты:
1.пальмитиновая 2.стеариновая 3.олеиновая 4.линолевая 5.арахидоновая 73.Укажите, характерный состав нейтральных жиров:
1.мерициловый спирт + пальмитиновая кислота 2.глицерин + масляная кислота 3.сфингозин + фосфорная кислота 4.глицерин + высшая карбоновая кислота + фосфорная кислота 5.глицерин + высшие карбоновые кислоты 74.Выберите какую функцию выполняют фосфолипиды в организме человека:
1.регуляторная 2.защитная 3.структурная 4.энергетическая 75.Выберите гликолипиды:
1.фосфатидилхолин 2.цереброзиды 3.сфингомиелины 4.сульфатиды 5.ганглиозиды
ОТВЕТЫ К ТЕСТОВЫМ ЗАДАНИЯМ
8.4 Перечень практических навыков и заданий (в полном объеме), необходимых для сдачи 1. Умение классифицировать органические соединения по строению углеродного скелета и по 2. Умение составлять формулы по названиям и называть по структурной формуле типичные представители биологически важных веществ и лекарственных средств.3. Умение выделять функциональные группы, кислотный и основный центры, сопряженные и ароматические фрагменты в молекулах для определения химического поведения 4. Умение прогнозировать направление и результат химических превращений органических 5. Обладание навыками самостоятельной работы с учебной, научной и справочной литературой; вести поиск и делать обобщающие выводы.
6. Обладание навыками обращения с химической посудой.
7. Обладание навыками безопасной работы в химической лаборатории и умение обращаться с едкими, ядовитыми, легколетучими органическими соединениями, работать с горелками, спиртовками и электрическими нагревательными приборами.
1. Предмет и задачи биоорганической химии. Значение в медицинском образовании.
2. Элементарный состав органических соединений, как причина их соответствия обеспечению биологических процессов.
3. Классификация органических соединений. Классы, общие формулы, функиональные группы, отдельные представители.
4. Номенклатура органических соединений. Тривиальные названия. Заместительная номенклатура ИЮПАК.
5. Главные функциональные группы. Родоначальная структура. Заместители. Старшинство групп, заместителей. Названия функциональных групп и заместителей в качестве приставки и окончания.
6. Теоретические основы строения органических соединений. Теория А.М.Бутлерова.
Структурные формулы. Структурная изомерия. Изомеры цепи и положения.
7. Пространственное строение органических соединений. Стереохимические формулы.
Молекулярные модели. Важнейшие понятия в стереохими - конфигурации и конформации органических молекул.
8. Конформации открытых цепей - заслоненные, заторможенные, скошенные. Энергия и реакционная способность различных конформаций.
9. Конформации циклов на примере циклогексана (кресло и ванна). Аксиальные и экваториальные связи.
10.Взаимное влияние атомов в молекулах органических соединений. Его причины, виды проявления. Влияние на реакционную способность молекул.
11.Сопряжение. Сопряженные системы, сопряженные связи. Пи-пи сопряже ние в диенах. Энергия сопряжения. Устойчивость сопряженных систем (витамин А).
12.Сопряжение в аренах (пи-пи сопряжение). Ароматичность. Правило Хюккеля. Бензол, нафталин, фенантрен. Реакционная способность бензольного кольца.
13.Сопряжение в гетероциклах (р-пи и пи-пи сопряжение на примере пиррола и пиридина).
Стабильность гетероциклов - биологическое значение на примере тетрапиррольных соединений.
14.Поляризация связей. Причины. Поляризация в спиртах, фенолах, карбонильных соединениях, тиолах. Влияние на реакционную способность молекул.\ 15.Электронные эффекты. Индуктивный эффект в молекулах содержащих, сигма-связи. Знак индуктивного эффекта.
16.Мезомерный эффект в открытых цепях с сопряженными пи-связями на примере бутадиена-1,3.
17.Мезомерный эффект в ароматических соединениях.
18.Электронодонорные и электроноакцепторные заместители.
19.Заместители I-го и II-го рода. Правило ориентации в бензольном кольце.
20.Кислотность и основность органических соединений. Кислоты и основания Брендстета-Лоури.
Кислотно-основные пары - сопряженные кислоты и снования. Ка и рКа - количественные характеристики кислотности органических соединений. Значение кислотности для функциональной активности органических молекул.
21.Кислотность различных классов органических соединений. Факторы, определяющие кислотность органических соединений - электроотрицательность атома неметалла, связанного с водородом, поляризуемость атома неметалла, природа радикала, связанного с атомом неметалла.
22.Органические основания. Амины. Причина основности. Влияние радикала на основность алифатических и ароматических аминов.
23.Классификация реакций органических соединений по их механизму. Понятия гомолитические и гетеролитические реакции.
24.Реакции замещения по радикальному типу у алканов. Свободно-радикальное окисление в живых организмах. Активные формы кислорода.
25.Электрофильное присоединение у алкенов. Образование Пи-комплексов, карбокатионов. Реакции гидратации, гидрирования.
26.Электрофильное замещение в ароматическом ядре. Образование промежуточных сигмакомплексов. Реакция бромирования бензола.
27.Нуклеофильное замещение у спиртов. Реакции дегидратации, окисления первичных и вторичных спиртов, образования эфиров.
28.Нуклеофильное присоединение у карбонильных соединений. Биологически важные реакции альдегидов: окисление, образование полуацеталей при взаимодействии со спиртами.
29.Нуклеофильное замещение у карбоновых кислот. Биологически важные реакции карбоновых кислот.
30.Окисление органических соединений, биологическое значение. Степень окисления углерода в органических молекулах. Окисляемость разных классов органических соединений.
31.Энергетическое окисление. Оксидазные реакции.
32.Неэнергетическое окисление. Оксигеназные реакции.
33.Роль свободно-радикального окисления в бактерицидном действии фагоцитирующих клеток.
34.Восстановление органических соединений. Биологическое значение.
35.Полифункциональные соединения. Многоатомные спирты - этиленгликоль, глицерин, ксилит, сорбит, инозит. Биологическое значение. Биологи чески важные реакции глицерина - окисление, образование сложных эфиров.
36.Двухосновные дикарбоновые кислоты: щавелевая, малоновая, янтарная, глутаровая.
Превращение янтарной кислоты в фумаровую - пример биологического дегидрирования.
37.Амины. Классификация:
По характеру радикала (алифатические и ароматические); -по количеству радикалов (первичные, вторичные, третичные, четвертичные основания аммония); -по количеству аминогрупп (моно- и диамины-). Диамины: путресцин и кадаверин.
38.Гетерофункциональные соединения. Определение. Примеры. Особенности проявления проявления химических свойств.
39.Аминоспирты: этаноламин, холин, ацетилхолин. Биологическое значение.
40.Оксикислоты. Определение. Общая формула. Классификация. Номенклатура. Изомерия.
Представители монокарбоновых оксикислот: молочная, бета-оксимасляная, гамма-ксимасляная;
дикарбоновых: яблочная, винная; трикарбоновых: лимонная; ароматических: салициловая.
41.Химические свойства оксикислот: по карбоксилу, по годроксигруппе, реакции дегидратации у альфа-, бета- и гамма- изомеров, различие продуктов реакции (лактиды, непредельные кислоты, лактоны).
42.Стереоизомерия. Энантиомеры и диастереомеры. Хиральность молекул органических соединений, как причина оптической изомерии.
43.Энантиомеры с одним центром хиральности (молочная кислота). Абсолютная и относительная конфигурация энантиомеров. Оксикислотный ключ. D и L глицериновый альдегид. D и L изомеры.
Рацематы.
44.Энантиомеры с несколькими центрами хиральности. Винные и мезовинная кислоты.
45.Стереоизомерия и биологическая активность стереоизомеров.
46.Цис-и транс-изомерия на примере фумаровой и малеиновой кислот.
47.Оксокислоты. Определение. Биологически важные представители: пировиноградная, ацетоуксусная, щавелевоуксусная. Кетоенольная таутомерия на примере пировиноградной кислоты.
48.Аминокислоты. Определение. Общая формула. Изомеры положения аминогруппы (альфа-, бета-, гамма-). Биологическое значение альфааминокислот. Представители бета-, гамма- и др. изомеров (бетааминопропионовая, гаммааминомасляная, эпсилонаминокапроновая). Реакция дегидратации гамма- изомеров с образованием циклических лактонов.
49.Гетерофункциональные производные бензола, как основа лекарственных средств. Производные р-аминобензойной кислоты - ПАБК (фолиевая кислота, анестезин). Антагонисты ПАБК производные сульфаниловой кислоты (сульфаниламиды - стрептоцид).
50.Гетерофункциональные производные бензола - лекарственные средства. Производные раминофенола (парацетамол), производные салициловой кислоты (ацетилсалициловая кислота). раминосалициловая кислота - ПАСК.
51.Биологически важные гетероциклы. Определение. Классификация. Особенности строения и свойств: сопряжение, ароматичность, устойчивость, реакционная способость. Биологическое значение.
52.Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом и их производные. Пиррол (порфин, порфирины, гем), фуран (лекарственные препараты), тиофен (биотин).
53.Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами и их производные. Пиразол (5оксопроизводные), имидазол (гистидин), тиазол (витамин В1-тиамин).
54.Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом и их производные. Пиридин (никотиновая кислота - участие в окислительно-восстановительных реакциях, витамин В6-пиридоксаль), хинолин (5-НОК), изохинолин (алкаллоиды).
55.Шестичленные гетероциклы с двумя гетероатомами. Пиримидин (цитозин, урацил, тимин).
56.Конденсированные гетероциклы. Пурин (аденин, гуанин). Продукты окисления пурина гипоксантин, ксантин, мочевая кислота).
57.Алкалоиды. Определение и общая характеристика. Строение никотина и кофеина.
58.Углеводы. Определение. Классификация. Функции углеводов в живых организмах.
59.Моносахара. Определение. Классификация. Представители.
60.Пентозы. Представители - рибоза ии дезоксирибоза. Строение, открытые и циклические формулы. Биологическое значение.
61.Гексозы. Альдозы и кетозы. Представители.
62.Открытые формулы моносахаров. Определение стереохимической конфигурации. Биологическое значение конфигурации моносахаров.
63.Образование циклических форм моносахаров. Гликозидный гидроксил. Альфа- и бетааномеры. Формулы Хеуорса.
64.Производные моносахаров. Фосфорные эфиры, гликоновые и гликуроновые кислоты, аминосахара и их ацетильные производные.
65.Мальтоза. Состав, строение, гидролиз и значение.
66.Лактоза. Синоним. Состав, строение, гидролиз и значение.
67.Сахароза. Синонимы. Состав, строение, гидролиз и значение.
68.Гомополисахариды. Представители. Крахмал, строение, свойства, продукты гидролиза, значение.
69.Гликоген. Строение, роль в животном организме.
70.Клетчатка. Строение, роль в растениях, значение для человека.
72.Гетерополисахариды. Синонимы. Функции. Представители. Особенность строения-димерные звенья, состав. 1,3- и 1,4- гликозидные связи.
73.Гиалуроновая кислота. Состав, строение, свойства, значение в организме.
74.Хондроитинсульфат. Состав, строение, значение в организме.
75.Мурамин. Состав, значение.
76.Альфааминокислоты. Определение. Общая формула. Номенклатура. Классификация. Отдельные представители. Стереоизомерия.
77.Химические свойства альфааминокислот. Амфотерность, реакции декарбоксилирования, дезаминирования, гидроксилирование в радикале, образование пептидной связи.
78.Пептиды. Индивидуальные пептиды. Биологическая роль.
79.Белки. Функции белков. Уровни структуры.
80.Азотистые основания нуклеиновых кислот - пурины и пиримидины. Модифицированные азотистые основания - антиметаболиты (фторурацил, меркаптопурин).
81.Нуклеозиды. Нуклеозиды-антибиотики. Нуклеотиды. Мононуклеотиды в составе нуклеиновых кислот и свободные нуклеотиды - коферменты.
82.Нуклеиновые кислоты. ДНК и РНК. Биологическое значение. Образование фосфодиэфирных связей между мононуклеотидами. Уровни структуры нуклеиновых кислот.
83.Липиды. Определение. Биологическая роль. Классификация.
84.Высшие карбоновые кислоты - насыщенные (пальмитиновая, стеариновая) и ненасыщенные (олеиновая, линолевая, линоленовая и арахидоновая).
85.Нейтральные жиры - ацилглицерины. Строение, значение. Животные и растительные жиры.
Гидролиз жиров - продукты, значение. Гидрогенизация растительных масел, искусственные жиры.
86.Глицерофосфолипиды. Строение: фосфатидовая кислота и азотистые основания.
Фосфатидилхолиин.
87.Сфинголипиды. Строение. Сфингозин. Сфингомиелин.
88.Стероиды. Холестерин - строение, значение, производные: желчные кислоты и стероидные гормоны.
89.Терпены и терпеноиды. Строение и биологическое значение. Представители.
90.Жирорастворимые витамины. Общая характеристика.
91. Средства для наркоза. Диэтиловый эфир. Хлороформ. Значение.
92. Лекарственные препараты стимуляторы метаболических процессов.
93. Сульфаниламиды, строение, значение. Белый стрептоцид.
94. Антибиотики.
95. Противовоспалительные и жаропонижающие средства.Парацетамол. Строение. Значение.
96. Антиоксиданты. Характеристика. Значение.
96. Тиолы. Антидоты.
97. Антикоагулянты. Характеристика. Значение.
98. Барбитураты. Характеристика.
99. Аналгетики. З начение. Примеры. Ацетилсалициловая кислота (аспирин).
100. Антисептики. Значение. Примеры. Фурацилин. Характеристика. Значение.
101. Противовирусные препараты.
102. Мочегонные средства.
103. Средства для парентерального питания.
104. ПАБК, ПАСК. Строение. Характеристика. Значение.
105. Йодоформ. Ксероформ.Значение.
106. Полиглюкин. Характеристика. Значение 107.Формалин. Характеристика. Значение.
108. Ксилит, сорбит. Строение, значение.
109. Резорцин. Строение, значение.
110. Атропин. Значение.
111. Кофеин. Строение. Значение 113. Фурацилин. Фуразолидон. Характеристика.Значение.
114. ГАМК, ГОМК, янтарная кислота.. Строение. Значение.
115. Никотиновая кислота. Строение, значение
|
года проведен семинар Совершенствование механизмов регулирования рынка труда в Республике Саха (Якутия) с международным участием, организованный Центром стратегических исследований Республики Саха (Якутия). Участие в семинаре приняли представители ведущих научных учреждений зарубежья, Российской Федерации, Дальневосточного федерального...»
«Новосибирская государственная академия водного транспорта Шифр дисциплины: Ф.02, Ф.03 Материаловедение. Технология конструкционных материалов Рабочая программа по специальностям: 180400 Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов и 240600 Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики Новосибирск 2001 Рабочая программа составлена доцентом С.В. Гореловым на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального...» «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ и ГАЗА имени И.М. Губкина Утверждена проректором по научной работе проф. А.В. Мурадовым 31 марта 2014 года ПРОГРАММА вступительного испытания по направлению 15.06.01 - Машиностроение для поступающих в аспирантуру РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина в 2014/2015 уч. году Москва 2014 Программа вступительного испытания по направлению 15.06.01 Машиностроение разработана на основании требований, установленных паспортами научных специальностей (05.02.04,...» «Приложение 5А: Рабочая программа специальной дисциплины Психология психического развития ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПЯТИГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛИНГВИСТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Утверждаю Проректор по научной работе и развитию интеллектуального потенциала университета профессор З.А. Заврумов _2012 г. Аспирантура по специальности 19.00.07 Педагогическая психология отрасль науки: 19.00.00 Психологические науки Кафедра...» «Министерство образования и науки КБР Государственное казенное образовательное учреждение среднего профессионального образования Кабардино-Балкарский автомобильно-дорожный колледж Утверждаю: Директор ГКОУ СПО КБАДК М.А. Абрегов 2013 г. Программа подготовки квалифицированных рабочих, служащих по профессии 190631.01.01 Автомеханик Квалификация Слесарь по ремонту автомобилей. Водитель автомобиля, оператор заправочных станций форма подготовки - очная Нальчик, 2013 г. СОДЕРЖАНИЕ 1. ХАРАКТЕРИСТИКА...» « is expounded an essence of the ischemic heart disease mathematical model based on traditional view on organs’ blood supply mechanism, that has been worked out in “Medical Scientific Centre” joint-venture (Novgorod). Согласно статистическим данным, в настоящее время ишемическая болезнь сердца (ИБС) занимает первое место по заболеваемости...» «МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИрГУПС (ИрИИТ) УТВЕРЖДАЮ Декан ЭМФ Пыхалов А.А. 2011 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРАКТИКИ C5. П Производственная практика, 3 курс. Специальность 190300.65 Подвижной состав железных дорог Специализация ПСЖ.2 Вагоны Квалификация выпускника...» «МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тверской государственный университет Физико-технический факультет Кафедра общей физики УТВЕРЖДАЮ Декан физико-технического факультета Б.Б. Педько 2012 г. Рабочая программа дисциплины ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ для студентов 3 курса очной формы обучения Направление 222000.62 - Инноватика, профиль Управление инновациями (по отраслям и сферам...» «МИНОБРНАУКИ РОССИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ГОУ ВПО ВГУ) УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой трудового права Передерин С.В. 21.01.2011 РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ Б 3.Б.13 Земельное право 1. Шифр и наименование направления подготовки/специальности: 030900 юриспруденция 2. Профиль подготовки/специализации: юриспруденция_ 3. Квалификация (степень) выпускника: бакалавр юриспруденции_ 4. Форма...» «Рабочая программа составлена на основании Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования и с учетом рекомендаций Примерной основной образовательной программы подготовки специалистов 130400.65 Горное дело, специализация 130400.65.10 Электрификация и автоматизация горного производства. 1. Цели освоения дисциплины Основной целью дисциплины Электрические машины является формирование у студентов теоретической базы по современным электромеханическим...» «Содержание I. Пояснительная записка 3 II. Основные результаты, полученные в 2013 году при 6 реализации программы стратегического развития III. Приложения 2 I. Пояснительная записка Цели и задачи программы стратегического развития университета остаются неизменными на все время действия программы и поэтапно достигаются в каждом году ее реализации, обеспечивая достижение показателей, установленных в приложении к аннотированной программе. Цель 1 Развитие передовых образовательных технологий Задача...» «Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию РФ Владивостокский государственный университет экономики и сервиса _ ПОЛИТИЧЕСКАЯ ФИЛОСОФИЯ Учебная программа курса по специальности 03020165 Политология Владивосток Издательство ВГУЭС 2008 ББК 66.2 Учебная программа по дисциплине Политическая философия составлена в соответствии с требованиями ГОС ВПО РФ. Предметом курса является политика как сложный социальный феномен, ее ценности и цели, технологии и...» «СИСТЕМА КАЧЕСТВА ПРОГРАММА КАНДИДАТСКОГО ЭКЗАМЕНА ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ с. 2 из 5 05.16.04 ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО Настоящие вопросы кандидатского экзамена по специальности составлены в соответствии с программой кандидатского экзамена по специальности 05.16.04 Литейное производство, утвержденной Приказом Министерства образования и науки РФ № 274 от 08.10.2007 года. 1 ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ 1. Классификация литейных сплавов, применяемых в машиностроении. Основные параметры сплавов: температура плавления,...» «Рассмотрена и принята на УТВЕРЖДАЮ собрании трудового Директор ГАОУ МО СПО МКЭТИ коллектива колледжа В. В. Малков протокол № _ 2013 г. от_ Долгосрочная целевая программа Развитие Мурманского колледжа экономики и информационных технологий на 2013-2015 годы г. Мурманск 2013 год 2 1.Паспорт программы развития колледжа. Наименование Долгосрочная целевая программа Развитие Мурманского Программы колледжа экономики и информационных технологий на 2013годы (далее – Программа) Основание для Закон РФ от...» «Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЛЕСА Факультет Лесного хозяйства К а ф е д р а И с к у с с т в е н н о г о л е с о в ы р а щ и в а н и я и м е х а н и з а ц и и л/х работ УТВЕРЖДАЮ: Ректор Ф Г Б О У В П О МГУЛ ^J^AJTAEBJUX*ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА В АСПИРАНТУРУ Дисциплина Лесные культуры Кафедра Искусственного...» «ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ УТВЕРЖДАЮ Проректор по УМР В.В.Криницин _2007г. РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ Термодинамика и теплопередача, СД.04 (наименование, шифр по ГОС) Специальность 160901 Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей (шифр по ГОС) Факультет - Механический Кафедра - Двигатели летательных аппаратов Курс - 3 Форма обучения - очная Семестр Общий объём учебных часов на...» «MC45 b РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ MC45 Руководство пользователя 72E-164159-01RU Ред. B январь 2013 г. ii Руководство пользователя MC45 Ни одна часть настоящей публикации не может быть воспроизведена или использована в любой форме, или с помощью каких бы то ни было электрических или механических средств, без письменного разрешения компании Motorola. Сюда включаются электронные или механические средства, выполняющие фотокопирование или запись, а также устройства хранения информации и поисковые...» «Рабочая программа разработана на основании: 1. ФГОС ВПО по направлению подготовки бакалавров 560800 Агроинженерия утверждённого 05.04.2000 г. (регистрационный номер 313 с/бак). 2. Примерной программы дисциплины Основы теории машин, утвержденной 27 июня 2001 г. 3. Рабочего учебного плана, утвержденного ученым советом университета от 22.04.13, № 4. Ведущий преподаватель: Абликов В.А., профессор _ Абликов 16.06.13 Преподаватели: Абликов В.А., профессор _ Абликов 16.06.13 Сохт К.А., профессор _...» «МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина КАФЕДРА РЕМОНТА И НАДЕЖНОСТИ МАШИН Утверждаю: Декан факультета Заочного образования П.А.Силайчев “_” _ 2013 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА Специальность 190601 – Автомобили и автомобильное хозяйство Специализация 653300 - Эксплуатация наземного транспорта Курс 6 семестр...» |
Биоорганическая химия – наука, изучающая строение и свойства веществ, участвующих в процессах жизнедеятельности, в непосредственной связи с познанием их биологических функций.
Биоорганическая химия наука изучающая строение и реакционную способность биологически значимых соединений. Предметом биоорганической химии являются биополимеры и биорегуляторы и их структурные элементы.
К биополимерам относятся белки, полисахариды (углеводы) и нуклеиновые кислоты. В эту группу также включают липиды, которые не являются ВМС, но в организме обычно связаны с другими биополимерами.
Биорегуляторы – это соединения, которые химически регулируют обмен веществ. К ним относятся витамины, гормоны, многие синтетические соединения, в том числе лекарственные вещества.
Биоорганическая химия базируется на идеях и методах органической химии.
Без знания общих закономерностей органической химии, сложно изучение биоорганической химии. Биоорганическая химия тесно связана с биологией, биологической химией, медицинской физикой.
Совокупность реакций, протекающих в условиях организма, называется метаболизмом.
Вещества, образующиеся в процессе метаболизма, называются – метаболитами.
Метаболизм имеет два направления:
Катаболизм – реакции распада сложных молекул на более простые.
Анаболизм - это процесс синтеза сложных молекул из более простых веществ с затратой энергии.
Термин биосинтез применяется по отношению к химической реакции IN VIVO (в организме), IN VITRO (вне организма)
Существуют антиметаболиты - конкуренты метаболитов в биохимических реакциях.
Сопряжение, как фактор повышения стабильности молекул. Взаимное влияние атомов в молекулах органических соединений и способы ее передачи
План лекции:
Сопряжение и его виды:
p, p - сопряжение,
r,p - сопряжение.
Энергия сопряжения.
Сопряженные системы с открытой цепью.
Витамин А, каротины.
Сопряжение в радикалах и ионах.
Сопряженные системы с замкнутой цепью. Ароматичность, критерии ароматичности, гетероциклические ароматические соединения.
Ковалентная связь: неполярная и полярная.
Индуктивный и мезомерный эффекты. ЭА и ЭД – заместители.
Основным типом химических связей в органической химии являются ковалентные связи. В органических молекулах атомы соединены s и p - связями.
Атомы в молекулах органических соединениях соединены ковалентными связями, которые называются s и p - связями.
Одинарная s - связь в SP 3 – гибридизованном состоянии характеризуется l – длиной (С-С 0,154 нм) Е-энергией (83 ккал/моль), полярностью и поляризуемостью. Например:
Двойная связь характерна ненасыщенным соединениям, в которых, кроме центровой s - связи, есть еще перекрывание перпендикулярное s - связи которая называется π-связью).
Двойные связи бывают локализованными, то есть электронная плотность охватывает только 2 ядра связываемых атомов.
Чаще всего мы с вами будем иметь дело с сопряженными системами. Если же двойные связи чередуются с одинарными связями (а в общем случае у атома соединенного с двойной связью, есть р-орбиталь, то р-орбитали соседних атомов могут перекрываться друг с другом, образуя общую p - электронную систему). Такие системы называются сопряженными или делокализованными . Например: бутадиен-1,3
p, p - сопряженные системы
Все атомы в бутадиене находятся в SP 2 – гибридизированном состоянии и лежат в одной плоскости (Рz – не гибрид орбитали). Рz – орбитали параллельны друг другу. Это создает условия их взаимного перекрывания. Перекрывание Рz орбитали происходит между С-1 и С-2 и С-3 и С-4, а также между С-2 и С-3, то есть возникает делокализованная ковалентная связь. Это находит отражение в изменении длин связей в молекуле. Длина связи между С-1 и С-2 увеличена, а между С-2 и С-3 укорочена, по сравнению с одинарной связью.
l-C -С, 154 нм l С=С 0,134 нм
l С-N 1,147 нм l С =O 0,121 нм
r, p - сопряжение
Примером р, π сопряженной системы может служить пептидная связь.
r, p - сопряженные системы
Двойная связь С=0 удлиняется до 0,124 нм против обычной длины 0,121, а связь С – N становится короче и становится равной 0,132 нм по сравнению с 0,147 нм в обычном случае. То есть процесс делокализации электронов приводит к выравниванию длин связей и снижению внутренней энергии молекулы. Однако ρ,p – сопряжение возникает в ациклических соединениях, не только когда чередуется = связи с одинарными С- С связями,а еще при чередовании с гетероатомом:
Рядом с двойной связью может находиться атом Х, имеющий свободную р- орбиталь. Чаще всего это гетероатомы О,N, S и их р-орбитали, взаимодействуют с p - связями, образуя р, p - сопряжение.
Например:
СН 2 = СН – О – СН = СН 2
Сопряжение может осуществляться не только в нейтральных молекулах, но и в радикалах и ионах:
Исходя из выше изложенного, в открытых системах сопряжение возникает при следующих условиях:
Все атомы, участвующие в сопряженной системе, находятся в SP 2 – гибридизованном состоянии.
Рz – орбитали всех атомов перпендикулярны плоскости s - скелета, то есть параллельны друг другу.
При образовании сопряженной многоцентровой системы происходит выравнивание длин связей. Здесь нет «чистых» одинарных и двойных связей.
Делокализация p-электронов в сопряженной системе сопровождается выделением энергии. Система переходит на более низкий энергетический уровень, становится более устойчивой, более стабильной. Так, образование сопряженной системы в случае бутадиена – 1,3 приводит к выбросу энергии в количестве 15 кДж/моль. Именно за счет сопряжения повышается устойчивость радикалов ионов аллильного типа и их распространенность в природе.
Чем длиннее цепь сопряжения, тем больше выброс энергии ее образования.
Это явление довольно широко распространено в биологически важных соединениях. Например:
С вопросами термодинамической устойчивости молекул, ионов, радикалов мы будем постоянно встречаться в курсе биоорганической химии, к которым относятся ряд ионов и молекул широко распространенных в природе. Например: 
Сопряженные системы с замкнутой цепью
Ароматичность. В циклических молекулах при определенных условиях может возникать сопряженная система. Примером p, p - сопряженной системы является бензол, где p - электронное облако охватывает атомы углерода, такая система называется – ароматической.
Выигрыш энергии за счет сопряжения в бензоле составляет 150,6 кДж/моль. Поэтому бензол устойчив термически до температуры 900 о С.
Наличие замкнутого электронного кольца доказано с помощью ЯМР. Если молекулу бензола поместить во внешнее магнитное поле, возникает индуктивный кольцевой ток.
Таким образом, критерием ароматичности, сформулированным Хюккелем является:
молекула имеет циклическое строение;
все атомы находятся в SP 2 – гибридизованном состоянии;
существует делокализиванная p - электронная система, содержащая 4n + 2 электронов, где n – число циклов.
Например: 
Особое место в биоорганической химии занимает вопрос ароматичности гетероциклических соединений .
В циклических молекулах, содержащих гетероатомы (азот, сера, кислород) единое p - электронное облако, образуется с участием р – орбиталей атомов углерода и гетероатома.
Пятичленные гетероциклические соединения
Ароматическая система образуется при взаимодействии 4-х р-орбиталей С и одной орбитали гетероатома, на котором находится 2 электрона. Шесть p - электронов образуют ароматический скелет. Такая сопряженная система является электронно избыточной. В пирроле атом N находится в SP 2 гибридизированном состоянии.
Пиррол входит в состав многих биологически важных веществ. Четыре пиррольных кольца образуют порфин – ароматическую систему с 26 p - электронами и высокой энергией сопряжения (840 кДж/моль)
Порфиновая структура входит в состав гемоглобина и хлорофилла 
Шестичленные гетероциклические соединения
Ароматическая система в молекулах этих соединений образуется при взаимодействии пяти р-орбиталей атомов углерода и одной р-орбитали атома азота. Два электрона на двух SP 2 – орбитали участвует в образовании s - связей с атомами углерода кольца. Р-орбиталь с одним электроном входит в ароматический скелет. SP 2 – орбиталь с неподеленной парой электронов лежит в плоскости s - скелета.
Электронная плотность в пиримидине смещена к N, то есть система обеднена p - электронами, она электронно дефицитна.
Многие гетероциклические соединения могут содержать один и более гетероатомов 
Ядра пиррола, пиримидина, пурина входят в состав многих биологически активных молекул.
Взаимное влияние атомов в молекулах органических соединений и способы его передачи
Как уже отмечалось, связи в молекулах органических соединений осуществляются за счет s и p связей, электронная плотность равномерно распределена между связанными атомами только тогда, когда эти атомы одинаковы или близки по электроотрицательности. Такие связи называются неполярными. 
CH 3 -CH 2 →CI полярная связь
Чаще в органической химии имеем дело с полярными связями.
Если электронная плотность смешена в сторону более электроотрицательного атома, то такая связь называется – полярной. Основываясь на значениях энергии связей, американский химик Л.Полинг предложил количественную характеристику электроотрицательности атомов. Ниже представлена шкала Полинга.
Na Li H S C J Br Cl N O F
0,9 1,0 2,1 2,52,5 2,5 2,8 3,0 3,0 3,5 4,0
Атомы углерода в разном состоянии гибридизации различаются по электроотрицательности. Поэтому s - связь между SP 3 и SP 2 гибридизованными атомами - полярна 
Индуктивный эффект
Передача электронной плотности по механизму электростатической индукции по цепи s - связей называется индукцией , эффект называется индуктивным и обозначается J. Действие J, как правило, затухает через три связи, однако близко расположенные атомы испытывают довольно сильное влияние находящегося рядом диполя.
Заместители, смещающие электронную плотность по цепи s - связей в свою сторону, проявляют -J – эффект, а наоборот +J эффект. 
Изолированная p - связь, а также единое p - электронное облако открытой или замкнутой сопряженной системы способна легко поляризоваться под влиянием ЭА и ЭД заместителей. В этих случаях индуктивный эффект передается на p - связь, поэтому обозначает Jp. 
Мезомерный эффект (эффект сопряжения)
Перераспределение электронной плотности в сопряженной системе под влиянием заместителя, являющегося участником этой сопряженной системы, называется мезомерным эффектом
(М-эффект). 
Для того, чтобы заместитель сам входил в сопряженную систему, он должен иметь либо двойную связь (p,p -сопряжение), либо гетероатомом с неподеленной парой электронов (r,p - сопряжение). М – эффект передается по сопряженной системе без затухания.
Заместители, понижающие электронную плотность в сопряженной системе (смещенная электронная плотность в свою сторону) проявляют -М-эффект,а заместители, повышающие электронную плотность в сопряженной системе проявляют+М-эффект.
Электронные эффекты заместителей 
Реакционная способность органических веществ в значительной степени зависит от характера действия J и M эффектов. Знание теоретических возможностей действия электронных эффектов позволяет предсказать ход тех или иных химических процессов.
Кислотно-основные свойства органических соединений Классификация органических реакций.
План лекции
Понятие субстрата, нуклеофила, электрофила.
Классификация органических реакций.
обратимые и необратимые
радикальные, электрофильные, нуклеофильные, синхронные.
моно- и бимолекулярные
реакции замещения
реакции присоединения
реакции элиминирования
окисление и восстановление
кислотно-основные взаимодействия
Реакции региоселективные, хемоселективные, стереоселективные.
Реакции электрофильного присоединения. Правило Морковникова, антиморковниковское присоединение.
Реакции электрофильного замещения: ориентанты 1-го и 2-го рода.
Кислотно-основные свойства органических соединений.
кислотность и основность по Бренстеду
кислотность и основность по Льюису
Теория жестких и мягких кислит и оснований.
Классификация органических реакций
Систематизация органических реакций позволяет свести многообразие этих реакций к сравнительно не большому числу типов. Органические реакции можно классифицировать:
по направлению: обратимые и необратимые
по характеру изменения связей в субстрате и реагенте.
Субстрат – молекула, которая предоставляет атом углерода для образования новой связи
Реагент - действующее на субстрат соединение.
Реакции по характеру изменения связей в субстрате и реагенте можно разделить на:
радикальные R
электрофильные Е
нуклеофильные N (Y)
синхронные или согласованные 
Механизм реакций SR
Инициирование
Рост цепи
Обрыв цепи 
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО КОНЕЧНОМУ РЕЗУЛЬТАТУ
Соответствие с конечным результатом реакции бывают:
А) реакции замещения
Б) реакции присоединения
В) реакции элиминирования
Г) перегруппировки
Д) окисление и восстановление
Е) кислотно-основные взаимодействия
Реакции также бывают:
Региоселективные – предпочтительно протекающие по одному из нескольких реакционных центров.
Хемоселективные – предпочтительное протекание реакции по одной из родственных функциональных групп.
Стереоселективные – предпочтительное образование одного из нескольких стереоизомеров.
Реакционная способность алкенов, алканов, алкадиенов, аренов и гетероциклических соединений
Основу органических соединений составляют углеводороды. Мы будем рассматривать лишь те реакции, осуществляемых в биологических условиях и соответственно не с самими углеводородами, а с участием углеводородных радикалов.
К ненасыщенным углеводородам мы относим алкены, алкадиены, алкины, циклоалкены и ароматические углеводороды. Объединяющее начало для них π – электронное облако. В динамических условиях также органические соединения склонны подвергаться атаке Е+
Однако, реакции взаимодействия для алкинов и аренов с реагенами приводит к разным результатам,так как, в этих соединениях разная природа π – электронного облака: локализованная и делокализиванная.
Рассмотрение механизмов реакций начнем с реакций А Е. Как нам известно, алкены взаимодействуют с 
Механизм реакции гидратации
По правилу Марковникова – присоединение к непредельным углеводородам несимметричного строения соединений с общей формулой НХ - атом водорода присоединяется к наиболее гидрогенизированому атому углерода,если заместитель ЭД. При антимарковниковском присоединении атом водорода присоединяется к наименее гидрогенизированному, если заместитель ЭА.
Реакции электрофильного замещения в ароматических системах имеют свои особенности. Первая особенность состоит в том, что для взаимодействия с термодинамически устойчивой ароматической системой требуются сильные электрофилы, которые, как правило, генерируются с помощью катализаторов.
Механизм реакции S E
ОРИЕНТИРУЮЩЕЕ ВЛИЯНИЕ
ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ
Если в ароматическом ядре находится какой-либо заместитель, то он обязательно оказывает влияние на распределение электронной плотности кольца. ЭД – заместители (ориентанты 1-го ряда) СН 3 , ОН, ОR, NН 2 , NR 2 – облегчают замещение по сравнению с не замещенным бензолом и направляют входящую группу в орто- и пара- положение. Если ЭД заместители сильные, то не требуется катализатор эти реакции протекают в 3 стадии.
ЭА – заместители (ориентанты II-го рода) затрудняют реакции электрофильного замещения по сравнению с не замещенным бензолом. Реакции SЕ идет в более жестких условиях, входящая группа вступает в мета положение. К заместителям II рода относятся:
СООН, SО 3 Н, СНО, галогены и др.
Реакции SЕ характерны также для гетероциклических углеводородов. Пиррол, фуран, тиофен и их производные относятся к π- избыточным системам и достаточно легко вступает в реакции SЕ. Они легко галогенируются, алкилируются, ацилируются, сульфируются, нитрируются. При выборе реагентов необходимо учитывать их не стабильность в сильнокислотной среде т.е ацидофобность.
Пиридин и другие гетероциклические системы с пиридиновым атомом азота,являются π –не достаточными системами, они гораздо труднее вступают в реакции SЕ, при этом входящий электрофил занимает β-положение по отношению к атому азота. 
Кислотные и основные свойства органических соединений
Важнейшими аспектами реакционной способности органических соединений являются кислотно-основные свойства органических соединений.
Кислотность и основность также важные понятия, определяющие многие функциональные физико-химические и биологические свойства органических соединений. Кислотный и основной катализ является одной из наиболее распространенных ферментативных реакций. Слабые кислоты и основания – обычные компоненты биологических систем, играющие важную роль в метаболизме и его регуляции.
В органической химии существует несколько концепций кислот и оснований. Общепринятая в неорганической и органической химии теория кислот и оснований Бренстеда. Согласно Бренстеду, кислоты представляют вещества, способные отдать протон, а основания – вещества, способные присоединить протон. 
Кислотность по Бренстеду
В принципе, большинство органических соединений можно рассматривать как кислоты, поскольку в органических соединениях Н связан с С, N O S
Органические кислоты соответственно делятся на С – Н, N – Н, О – Н, S-Н – кислоты. 
Кислотность оценивается в виде Ка или - lg Ка = рКа, чем меньше рКа, тем сильнее кислота.
Количественная оценка кислотности органических соединений определена далеко не у всех органических веществ. Поэтому важно выработать умение проводить качественную оценку кислотных свойств различных кислотных центров. Для этого используют общий методический подход.
Сила кислоты определяется стабильностью аниона(сопряженного основания). Чем стабильнее анион, тем сильнее кислота.
Стабильность аниона определяется совокупностью ряда факторов:
электроотрицательностью и поляризуемостью элемента в кислотном центре.
степенью делокализации отрицательного заряда в анионе.
характером связанного с кислотным центром радикала.
сольватационными эффектами (влияние растворителя)
Рассмотрим последовательно роль всех этих факторов:
Влияние электроотрицательности элементов
Чем более электроотрицателен элемент, тем более делокализован заряд и тем стабильнее анион, тем сильнее кислота.
С (2,5) N (3,0) О(3.5) S (2,5)
Поэтому кислотность изменяется в ряду СН< NН < ОН Для SH – кислот преобладает другой фактор – поляризуемость. Атом серы больше по размеру и имеет вакантные d – орбитали. следовательно, отрицательный заряд способен делокализоваться в большом объеме, что приводит к большей стабильности аниона. Тиолы, как более сильные кислоты, реагируют с щелочами, а также с оксидами и солями тяжелых металлов, тогда, как спирты (слабые кислоты) способны реагировать только с активными металлами Относительно высокая кислотность толов используется в медицине, в химии лекарственных средств. Например: Применяют при отравлениях As, Hg, Cr, Bi, действие которых обусловлен связыванием металлов и выведением их из организма. Например: При оценке кислотности соединений с одинаковым атомом в кислотном центре определяющим фактором является делокализация отрицательного заряда в анионе. Стабильность аниона значительно повышается с появлением возможности делокализации отрицательного заряда по системе сопряженных связей. Значительное увеличение кислотности в фенолах, по сравнению со спиртами объясняется возможностью делокализации в ионах по сравнению с молекулой. Высокая кислотность карбоновых кислот обусловлена резонансной стабильностью карбоксилат аниона Делокализация заряда способствует наличие электроноакцепторных заместителей (ЭА) они стабилизируют анионы, тем самым увеличивают кислотность. Например, введение в молекулу ЭА заместителя Влияние заместителя и растворителя a - оксикислоты более сильные кислоты, чем соответствующие карбоновые кислоты. ЭД – заместители наоборот понижают кислотность. Растворители оказывают большее влияние на стабилизацию аниона, как правило лучше сольватируются небольшие ионы с низкой степенью делокализации заряда. Влияние сольватации можно проследить например в ряду: Если атом в кислотном центре несет положительный заряд это приводит к усилению кислотных свойств. Вопрос к аудитории: какая кислота – уксусная или пальмитиновая С 15 Н 31 СООН – должна иметь меньшее значение рКа? Если атом в кислотном центре несет положительных заряд, это приводит к усилению кислотных свойств. Можно отметить сильную СН – кислотность σ – комплекса, образующегося в реакции электрофильного замещения. Основность по Бренстеду Для того, чтобы образовать связь с протоном, необходимо не поделенная электронная пару у гетероатома, либо быть анионами. Существуют п-основания и π-основания, где центром основности являются электроны локализованной π-связи или π-электроны сопряженной системы (π-компоненты) Сила основания зависит от тех же факторов, что и кислотность, но влияние их противоположно. Чем больше электроотрицательность атома, тем прочнее он удерживает неподеленную пару электронов, и тем менее доступна она для связи с протоном. Тогда в целом сила n-оснований с одинаковым заместителем изменяется в ряду: Наибольшую основность из органических соединений проявляют амины и спирты: Соли органических соединений с минеральными кислотами хорошо растворимы. Многие лекарственные средства используют в виде солей. Кислотно-основной центр в одной молекуле(амфотерность)
Водородные связи как кислотно-основное взаимодействие Для всех α – аминокислот является преобладание катионных форм в сильнокислых и анионных в сильнощелочных средах. Наличие слабых кислотных и основных центров приводит к слабым взаимодействиям – водородным связям. Например: имидазол при небольшой молекулярной массе имеет высокую температуру кипения за счет наличия водородных связей. Дж. Льюисом предложена более общая теория кислот и оснований, определяющаяся на строении электронных оболочек. Кислотами по Льюису могут быть атом, молекула или катион, обладающие вакантной орбиталью, способное принимать пару электронов с образованием связи. Представителями кислот Льюиса служат галогениды элементов II и III групп периодической системы Д.И. Менделеева. Основания Льюиса атом, молекула или анион способный предоставлять пару электронов. К основаниям Льюиса относятся амины, спирты, простые эфиры, тиолы, тиоэфиры и содержащие π-связи соединения. Например, приведенное ниже взаимодействие можно представить как взаимодействие кислот и оснований Льюиса Важным следствие теории Льюиса является то, что любое органическое вещество можно представить как кислотно-основной комплекс. В органических соединениях внутримолекулярные водородные связи возникают значительно реже, чем межмолекулярные, но также имеют место в биоорганических соединениях и их можно рассматривать как кислотно-основные взаимодействия. Понятие «жесткие» и «мягкие» не тождественны сильным и слабым кислотам и основаниям. Это независимые две характеристики. Суть ЖКМО состоит в том, что жесткие кислоты реагируют с жесткими основаниями и мягкие кислоты реагируют с мягкими основаниями. В соответствии с принципом жестких и мягких кислот и оснований (ЖМКО) Пирсона кислоты Льюиса делятся на жесткие и мягкие. Жесткие кислоты- акцепторные атомы с малым размером,большим положительным зарядом, большой электроотрицательностью и низкой поляризуемостью. Мягкие кислоты- акцепторные атомы большого размера с малым положительным зарядом, с небольшой электроотрицательностью и высокой поляризуемостью
. Суть ЖКМО состоит в том, что жесткие кислоты реагируют с жесткими основаниями и мягкие кислоты реагируют с мягкими основаниями. Например: Окисление и восстановление органических соединений Окислительно-восстановительные реакции занимают важнейшее значение для процессов жизнедеятельности. С их помощью организм удовлетворяет свои энергетические потребности, поскольку при окислении органических веществ происходит высвобождение энергии. С другой стороны эти реакции служат для превращения пищи в компоненты клетки. Реакции окисления способствуют детоксикации и выведению лекарственных средств из организма. Окисление – процесс удаления водорода с образованием кратной связи или новых более полярных связей Восстановление – процесс обратный окислению. Окисление органических субстратов протекает тем легче, чем сильнее его тенденция к отдаче электронов. Окисление и восстановление необходимо рассматривать по отношению к определенным классам соединений. Окисление С – Н связей (алканов и алкилов) При полном сгорании алканов образуется СО 2 и Н 2 О при этом выделяется тепло. Другие пути их окисления и восстановления можно представить следующими схемами: Окисление насыщенных углеводородов протекает в жестких условиях (хромовая смесь горячая) более мягкие окислители не действуют на них. Промежуточными продуктами окисления являются спирты, альдегиды, кетоны, кислоты. Гидропероксиды R – О – ОН важнейшие промежуточные продукты окисления С – Н связей в мягких условиях, в частности in vivo Важной реакцией окисления С – Н связей в условиях организма является ферментативное гидроксилирование. Примером может быть получение спиртов при окислении пищи. За счет молекулярного кислорода и его активных форм. осуществляется в in vivo. Перекись водорода может служить в организме гидроксилирующим агентом. Избыток перекиси должен разлагаться с помощью каталазы на воду и кислород. Окисление и восстановление алкенов можно представить следующими превращениями: Восстановление алкенов Окисление и восстановление ароматических углеводородов Бензол чрезвычайно тяжело окисляется даже в жестких условиях по схеме: Способность к окислению заметно увеличивается от бензола к нафталину и далее к антрацену. ЭД- заместители облегчают окисление ароматических соединений. ЭА – затрудняют окисление. Восстановление бензола. С 6 Н 6 + 3Н 2 Ферментативное гидроксилирование ароматических соединений Окисление спиртов По сравнению с углеводородами, окисление спиртов осуществляется в более мягких условиях Важнейшей реакцией диолов в условиях организма является превращения в системе хинон-гидрохинон Перенос электронов от субстрата к кислороду осуществляется в метахондриях. Окисление и восстановление альдегидов и кетонов Один из наиболее легко окисляющийся классов органических соединений 2Н 2 С = О + Н 2 О СН 3 ОН + НСООН особенно легко протекает на свету Окисление азотсодержащих соединений Амины окисляются достаточно легко конечными продуктами окисления являются нитросоединения Исчерпывающее восстановление азотсодержащих веществ приводит к образованию аминов. Окисление аминов в in vivo Окисление и восстановление тиолов Cравнительная характеристика О-В свойств органических соединений. Наиболее легко окисляются тиолы и 2-х-атомные фенолы. Достаточно легко окисляются альдегиды. Труднее окисляются спирты, причем первичные легче, чем вторичные, третичные. Кетоны устойчивы к окислению или окисляются с расщеплением молекулы. Алкины окисляются легко даже при комнатной температуре. Наиболее трудно окисляются соединения, содержащие атомы углерода в Sр3-гибридизированом состоянии, то есть насыщенные фрагменты молекул. ЭД – заместители облегчают окисление ЭА – затрудняют окисление. Специфические свойства поли- и гетерофункциональных соединений. План лекции Поли- и гетерофункциональность, как фактор повышающий реакционную способность органических соединений. Специфические свойства поли- и гетерофункциональных соединений: амфотерность образование внутримолекулярных солей. внутримолекулярная циклизация γ, δ, ε – гетерофункциональных соединений. межмолекулярная циклизация (лактиды и декетопипирозины) хелатообразование. реакции элиминирования бета – гетерофункциональных соединений. таутомерия кето–енольная. Фосфоенолпируват, как макроэргическое соединение. декарбоксилирование. стереоизомерия Поли-и гетерофункциональность, как причина появления специфических свойств у гидрокси-, амино- и оксокислот. Наличие в молекуле нескольких одинаковых или разных функциональных групп составляет характерную черту биологически важных органических соединений. В молекуле может быть две и более гидроксильных групп, аминогрупп, карбоксильных групп. Например: Важную группу веществ участников жизнедеятельности составляют гетерофункциональные соединения, имеющие попарное сочетание разных функциональных групп. Например: В алифатических соединениях все приведённые функциональные группы проявляют ЭА характер. За счёт влияния друг на друга у них взаимно усиливается реакционная способность. Например, в оксокислотах электрофильность усиливается каждого из двух карбонильных атомов углерода под влиянием -J другой функциональной группы, что ведёт к более легкому восприятию атаки нуклеофильными реагентами. Поскольку I эффект затухает через 3–4 связи, то важным обстоятельством является близость расположения функциональных групп в углеводородной цепи. Гетерофункциональные группы могут находится у одного и того же атома углерода (α – расположение), или у разных атомов углерода как соседних(β расположение), так и более удалённых друг от друга (γ, дельта, эпсилон) расположения. Каждая гетерофункциональная группа сохраняет собственную реакционную способность, точнее гетерофункциональные соединения вступают как бы в «двойное» число химических реакций. При достаточном близком взаимном расположении гетерофункциональных групп происходит взаимное усиление реакционной способности каждой из них. При одновременном присутствии в молекуле кислотной и основной групп, соединение становятся амфотерным. Например: аминокислоты. Взаимодействие гетерофункциональных групп
В молекуле герофункциональных соединений могут содержатся группы, способные к взаимодействию друг с другом. Например, в амфотерных соединениях, как в α- аминокислотах, возможно образование внутренних солей. По этому все α – аминокислоты встречаются в виде биополярных ионов и хорошо растворимы в воде. Кроме кислотно–основных взаимодействий становятся возможны и другие виды химических реакций. Например, реакции S N у SP 2 гибрид атома углерода в карбонильной группе за счёт взаимодействия со спиртовой группой образование сложных эфиров, карбоксильной группы с аминогруппой (образование амидов). В зависимости от взаимного расположения функциональных групп эти реакции могут протекать как внутри одной молекулы (внутримолекулярные), так и между молекулами (межмолекулярные). Поскольку в результате реакции образуется циклические амиды, сложные эфиры. то определяющим фактором становится термодинамическая устойчивость циклов. В связи с этим конечный продукт, как правило, содержит шестичленный или пятичленный циклы. Чтобы при внутримолекулярном взаимодействии образовался в пяти или шестичленный сложноэфирный (амидный) цикл, гетерофункциональное соединение должно иметь в молекуле гамма или сигма расположение. Тогда в кл План 1. Предмет и значение биоорганической химии 2. Классификация и номенклатура органических соединений 3. Способы изображения органических молекул 4. Химическая связь в биоорганических молекулах 5. Электронные эффекты. Взаимное влияние атомов в молекуле 6. Классификация химических реакций и реагентов 7. Понятие о механизмах химических реакций 2
Предмет биоорганической химии 3 Биоорганическая химия самостоятельный раздел химической науки, что изучает строение, свойства и биологические функции химических соединений органического происхождения, которые принимают участие в обмене веществ живых организмов.
Обектами изучения биоорганической химии являются низкомолекулярные биомолекулы и биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды), биоре-гуляторы (ферменты, гормоны, витамины и другие), природные и синтетические физиологически активные соединения, в том числе лекарственные средства и вещества с токсичным действием. Биомолекулы - биоорганические соединения, которые входят в состав живых организмов и специализированные для образования клеточных структур и участия в биохимических реакциях, составляют основу обмена веществ (метаболизм) и физиологических функций живых клеток и многоклеточных организмов в целом. 4 Классификация биоорганических соединений
Обмен веществ - совокупность химических реакций, которые протекают в организме (in vivo). Обмен веществ называют также метаболизмом. Метаболизм может происходить в двух направлениях – анаболизм и катаболизм. Анаболизм - это синтез в организме сложных веществ из сравнительно простых. Он протекает с затратой энергии (эндотермический процесс). Катаболизм - напротив, распад сложных органических соединений на более простые. Проходит он с выделением энергии (экзотермический процесс). Метаболитические процессы проходят при участии ферментов. Ф е р м е н т ы исполняют в организме роль био катализаторов. Без ферментов биохимические процессы или совсем не протекали бы, или протекали бы очень медленно и организм не смог бы поддерживать жизнь. 5
Биоэлементы. В состав биоорганических соединений, кроме атомов углерода (С), которые составляют основу любой органической молекулы, входят также водород (Н), кислород (О), азот (N), фосфор (Р) и сера (S). Эти биоэлементы (органогены) сконцентрированы в живых организмах в количестве, что свыше 200 раз превышает их содержание в объектах неживой природы. Отмеченные элементы составляют свыше 99% элементного состава биомолекул. 6
Биоорганическая химия возникла из недр органической химии и базируется на ее идеях и методах. В истории развития для органической химии отведены такие этапы: эмпирический, аналитический, структурный и современный. Период от первого знакомства человека с органическими веществами до конца XVІІІ века считается эмпирическим. Основной итог этого периода – люди осознали значение элементного анализа и установление атомных и молекулярных масс. Теория витализма - жизненной силы (Берцелиус). До 60-х годов XІX века продолжался аналитический период. Он ознаменовался тем, что с конца первой четверти XІX века были сделаны ряд перспективных открытий, которые нанесли сокрушительный удар по виталистической теории. Первым в этом ряду был ученик Берцелиуса, немецкий химик Велер. Он осуществил ряд открытий в 1824 г. – синтез щавелевой кислоты из дициана: (CN) 2 НООС – СООН р. – синтез мочевины из аммония цианата: NH 4 CNO NH 2 – C – NH 2 О 8
В 1853 Ш. Жерар разработал «теорию типов» и и пользовал её для классификации органических соединений. Согласно Жерару, более сложные органические соединения могут быть произведены от следующих основных четырёх типов веществ: НННН тип ВОДОРОДА НННН O тип ВОДЫ Н Cl тип ХЛОРИСТОГО ВОДОРОДА ННHННH N тип АММИАКА С 1857 по предложению Ф. А. Кекуле углеводороды стали относить к типу метана ННHНННHН С 9
Основные положения теории строения органических соединений (1861) 1) атомы в молекулах соединены друг с другом химическими связями в соответствии с их валентностью; 2) атомы в молекулах органических веществ соединяются между собой в определенной последовательности, что обусловливает химическое строение (структуру) молекулы; 3) свойства органических соединений зависят не только от числа и природы входящих в их состав атомов, но и от химического строения молекул; 4) в органических молекулах существует взаимодействие между атомами, как связанными друг с другом, так и несвязанными; 5) химическое строение вещества можно определить в результате изучения его химических превращений и, наоборот, по строению вещества можно характеризовать его свойства. 10
Основные положения теории строения органических соединений (1861) Структурная формула это изображение последовательности связи атомов в молекуле. Брутто-формула – СН 4 О или CH 3 OH Структурная формула Упрощенные формулы строения иногда называют рациональными Молекулярная формула - формула органического соединения, которая указывает на количество атомов каждого элемента в молекуле. Например: С 5 Н 12 – пентан, С 6 Н 6 – бензин и т.д. 11
Етапы развития биоорганической химии Как отдельная область знаний, которая совмещает концептуальные принципы и методологию органической химии с одной стороны и молекулярной биохимии и молекулярной фармакологии с другой стороны, биоорганическая химия сформировалась в годах ХХ столетия на основании разработок химии природных веществ и биополимеров. Фундаментальное значение современная биоорганическая химия приобрела благодаря работам В. Стейна, С. Мура, Ф. Сенгера (анализ аминокислотного состава и определение первичной структуры пептидов и белков), Л. Полинга и Х. Астбери (выяснение строения -спирали и -структуры и их значение в реализации биологических функций белковых молекул), Е. Чаргаффа (расшифровывание особенностей нуклеотидного состава нуклеиновых кислот), Дж. Уотсона, Фр. Крика, М. Уилкинса, Р. Франклина (установление закономерностей пространственной структуры молекулы ДНК), Г. Корани (химический синтез гена) и т.д. 14
Классификация органических соединений по строению углеродного скелета и природе функциональной группы Огромное число органических соединений побудило химиков провести их классификацию. В основу классификации органических соединений положены два классификационных признака: 1. Строение карбонового скелета 2. Природа функциональных групп Классификация по способу строения карбонового скелета: 1. Ациклические (алканы, алкены, алкины, алкадиены); 2. Циклические 2.1. Карбоциклические (алициклические и ароматические) 2.2. Гетероциклические 15 Ациклические соединения называют еще алифатическими. К ним принадлежат вещества с незамкнутой углеродной цепью. Ациклические соединения делят на насыщенные (или предельные) С n H 2n+2 (алканы, парафины) и ненасыщенные (непредельные). К последним относят алкены С n H 2n, алкины С n H 2n -2, алкадиены С n H 2n -2.
16 Циклические соединения в составе своих молекул содержат кольца (циклы). Если в состав циклов входят лишь атомы углерода, то такие соединения называют карбоциклическими. В свою очередь карбоциклические соединения разделяют на алициклические и ароматические. К алициклическим углеводородам (циклоалканы) относят циклопропан и его гомологи - циклобутан, циклопентан, циклогексан и так далее. Если же в циклическую систему кроме углеводорода входят и другие элементы, то такие соединения относят к гетероциклическим.
Классификация по природе функциональной группы Функциональная группа – это атом или группа определенным образом связанных атомов, наличие которых в молекуле органического вещества определяет характерные свойства и его принадлежность к тому или другому классу соединений. По количеству и однородности функциональных групп органические соединения делят на моно-, поли- и гетерофункциональные. Вещества с одной функциональной группой называют монофунк-циональными, с несколькими одинаковыми функциональными группами полифункциональными. Соединения, содержащие несколько различных функциональных групп гетеро функциональными. Важно, что соединения одного класса объединены в гомологические ряды. Гомологический ряд это ряд органических соединений с одинаковыми функциональными группами и однотипным строением, каждый представитель гомологического ряда отличается от предыдущего на постоянную единицу (СН 2), которую называют гомологической разностью. Члены гомологического ряда называют гомологами. 17
Номенклатурные системы в органической химии – тривиальная, рациональная и международная (IUPAC) Химическая номенклатура совокупность названий индивидуальных химических веществ, их групп и классов, а также правила составления их названий.Химическая номенклатура совокупность названий индивидуальных химических веществ, их групп и классов, а также правила составления их названий. Тривиальная (историческая) номенклатура связана с процессом получения веществ (пирогаллол – продукт пиролиза галловой кислоты), источника происхождения, из которого получали (муравьиная кислота) и т.д. Тривиальные названия соединений широко применяют в химии природных и гетероциклических соединений (цитраль, гераниол, тиофен, пиррол, хинолин, и др.).Тривиальная (историческая) номенклатура связана с процессом получения веществ (пирогаллол – продукт пиролиза галловой кислоты), источника происхождения, из которого получали (муравьиная кислота) и т.д. Тривиальные названия соединений широко применяют в химии природных и гетероциклических соединений (цитраль, гераниол, тиофен, пиррол, хинолин, и др.). В основе рациональной номенклатуры используется принцип деления органических соединений на гомологические ряды. Все вещества в определенном гомологическом ряду рассматриваются как производные самого простого представителя данного ряда – первого или иногда второго. В частности, у алканов – метана, у алкенов – этилена и т.д.В основе рациональной номенклатуры используется принцип деления органических соединений на гомологические ряды. Все вещества в определенном гомологическом ряду рассматриваются как производные самого простого представителя данного ряда – первого или иногда второго. В частности, у алканов – метана, у алкенов – этилена и т.д. 18
Международная номенклатура (IUPAC). Правила современной номенклатуры были разработаны в 1957 году на ХІХ конгрессе Международного союза теоретической и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry – IUPAC). Радикально-функциональная номенклатура. В основе этих названий лежит название функционального класса (спирт, эфир, кетон и др.), которому предшествуют названия углеводородных радикалов, например: алилхлорид, диэтиловый эфир, диметилкетон, пропиловый спирт и т.д. Заместительная номенклатура. Правила номенклатуры. Родоначальная структура - структурный фрагмент молекулы (молекулярный остов), лежащий в основе названия соединения, главная углеродная цепь атомов для алициклических соединений, для карбоциклических – цикл. 19
Химическая связь в органических молекулах Химическая связь – явление взаимодействия внешних электронных оболочек (валентных электронов атомов) и ядер атомов, обуславливающее существование молекулы или кристалла как целого. Как правило атом, принимая, отдавая электрон или образуя общую электронную пару, стремится приобрести конфигурацию внешней электронной оболочки аналогичную инертным газам. Для органических соединений характерны следующие типы химических связей: - ионная связь -ковалентная связь -донорно - акцепторная связь -водородная связь Также существуют некоторые другие типы химической связи (металлическая, одноэлектронная, двухэлектронная трехцентровая), однако в органических соединениях они практически не встречаются. 20
Типы связей в органических соединениях Наиболее характерной для органических соединений является ковалентная связь. Ковалентная связь - это взаимодействие атомов, которое реализуется посредством образования общей электронной пары. Данный тип связи образуется между атомами, которые имеют сравнимые значения электроотрицательности. Электроотрицательность - свойство атома, показывающее способность оттягивать к себе электроны от других атомов. Ковалентная связь может быть полярной или неполярной. Неполярная ковалентная связь возникает между атомами с одинаковым значением электроотрицательности
Типы связей в органических соединениях Ковалентная полярная связь образуется между атомами, которые имеют различные значения электроотрицательности. В данном случае связанные атомы приобретают частичные заряды δ+δ+ δ-δ- Особым подтипом ковалентной связи является донорно- акцепторная связь. Как и в предыдущих примерах данный тип взаимодействия обусловлен наличием общей электронной пары, однако последняя предоставляется одним из атомов образующих связь (донором) и принимается другим атомом (акцептором) 24
Типы связей в органических соединениях Ионная связь образуется между атомами, которые сильно отличаются по значениям электроотрицательности. В данном случае электрон менее электроотрицательного элемента (зачастую это металл) полностью переходит к более электроотрицательному элементу. Данный переход электрона обуславливает появление положительного заряда у менее электроотрицательного атома и отрицательного у более электроотрицательного. Таким образом, образуется два иона с противоположным зарядом, между которыми существует электровалентное взаимодействие. 25
Типы связей в органических соединениях Водородная связь является электростатическим взаимодействием между атомом водорода, который связан сильнополярной связью, и электронными парами кислорода, фтора, азота, серы и хлора. Данный тип взаимодействия является довольно слабым взаимодействием. Водородная связь может быть межмолекулярной и внутримолекулярной. Межмолекулярная водородная связь (взаимодействие между двумя молекулами этилового спирта) Внутримолекулярная водородная связь в салициловом альдегиде 26
Химическая связь в органических молекулах Современная теория химической связи основывается на квантово-механической модели молекулы как системы, состоящей из электронов и атомных ядер. Краеугольным понятием квантово-механической теории является атомная орбиталь. Атомная орбиталь – часть пространства, в котором вероятность нахождения электронов является максимальной. Связь, таким образом, может быть рассмотрена как взаимодействие («перекрывание») орбиталей, которые несут по одному электрону с противоположными спинами. 27
Гибридизация атомных орбиталей Согласно квантово-механической теории, количество образованных атомом ковалентных связей определяется количеством одноэлектронных атомных орбиталей (количеством неспаренных электронов). У атома углерода в основном состоянии всего два неспаренных электрона, однако возможный переход электрона с 2s на 2 рz обуславливает возможность образования четырех ковалентных связей. Состояние атома углерода, при котором он имеет четыре неспаренных электрона называется «возбужденным». Несмотря на то, что орбитали углерода являются неравноценными, известно, что возможно образование четырех эквивалентных связей вследствие гибридизации атомных орбиталей. Гибридизация – явление, при котором из нескольких разных по форме и близких по энергии орбиталей образуется такое же количество одинаковых по форме и количеству орбиталей. 28
Гибридные состояния атома углерода в органических молекулах ПЕРВОЕ ГИБРИДНОЕ СОСТОЯНИЕ Атом С находится в состоянии sp 3 –гибридизации, образует четыре σ-связи, формирует четыре гибридные орбитали, которые располагаются в форме тетраэдра (валентный угол) σ–связь 31
Гибридные состояния атома углерода в органических молекулах ВТОРОЕ ГИБРИДНОЕ СОСТОЯНИЕ Атом С находится в состоянии sp 2 –гибридизации, образует три σ- связи, формирует три гибридные орбитали, которые располагаются в форме плоского треугольника (валентный угол 120) σ–связи π–связь 32
Гибридные состояния атома углерода в органических молекулах ТРЕТЬЕ ГИБРИДНОЕ СОСТОЯНИЕ Атом С находится в состоянии sp–гибридизации, образует две σ- связи, формирует две гибридные орбитали, которые располагаются в линию (валентный угол 180) σ–связи π–связи 33
Характеристики химических связей Шкала ПОЛИНГА: F-4,0; O – 3,5; Cl – 3,0; N – 3,0; Br – 2,8; S – 2,5; C-2,5; H-2,1. разница 1,7 Характеристики химических связей Поляризуемость связи - смещение электронной плотности под действием внешних факторов. Поляризуемость связи - степень подвижности электронов. С увеличением атомного радиуса возростает поляризуемость электронов. Поэтому поляризуемость связи Карбон - галоген увеличивается следующим образом: C-F
Электронные эффекты. Взаимное влияние атомов в молекуле 39 По современным теоретическим представлениям, реакционная способность органических молекул предопределена смещением и подвижностью электронных облаков, которые образуют ковалентную связь. В органической химии различают два типа смещений электронов: а) электронные смещения, происходящие в системе -связей, б) электронные смещения, передающиеся системой -связей. В первом случае имеет место так называемый индуктивный эффект, во втором - мезомерный. Индуктивный эффект - перераспределение электронной плотности (поляризация), возникающее в результате разницы электроотрицательности между атомами молекулы в системе -связей. Через незначительную поляризуемость -связей индуктивний эффект быстро угасает и через 3-4 связи он почти не проявляется.
Электронные эффекты. Взаимное влияние атомов в молекуле 40 Понятие об индуктивном эффекте было введено К. Ингольдом, им же были введены обозначения: –I-эффект в случае понижения заместителем электронной плотности +I-эффект в случае повышения заместителем электронной плотности Положительный индуктивний эффект проявляют алкильные радикалы (СН 3, С 2 Н 5 - и т.д.). Все другие заместители, связанные с атомом углерода, проявляют отрицательный индуктивный эффект.
Электронные эффекты. Взаимное влияние атомов в молекуле 41 Мезомерным эффектом называют перераспределение электронной плотности вдоль сопряженной системы. К сопряженным системам принадлежат молекулы органических соединений, в которых чередуются двойные и одинарные связи или когда рядом с двойной связью размещен атом, имеющий на р-орбитали неподеленную пару электронов. В первом случае имеет место, - сопряжение, а во втором – р, -сопряжение. Сопряженные системы бывают с открытой и замкнутой цепью сопряжения. Примером таких соединений является 1,3-бутадиен и бензин. В молекулах этих соединений атомы углерода находятся в состоянии sp 2 -гибридизации и за счет негибридных p-орбиталей образуют -связи, которые взаимно перекрываются между собой и формируют единственное электронное облако, то есть имеет место сопряжение.
Электронные эффекты. Взаимное влияние атомов в молекуле 42 Существует два вида мезомерного эффекта – положительный мезомерный эффект (+М) и отрицательный мезомерный эффект (-М). Положительный мезомерный эффект проявляют заместители, предоставляющие p-электроны в сопряженную систему. К таковым относят: -O, -S -NН 2, -ОН, -OR, Hal (галогены) и другие заместители, которые имеют отрицательный заряд или неподеленную пару электронов. Отрицательный мезомерный эффект характерен для заместителей оттягивающих на себя -электронную плотность из сопряженной системы. К таковым относят заместители, имеющие кратные связи между атомами с разной электроотрицательностью: - N0 2 ; -SO 3 Н; >С=О; -СООН и другие. Мезомерный эффект графически отражается согнутой стрелкой, которая показывает направление смещения электронов В отличие от индукционного эффекта, мезомерный эффект не погасает. Он передается полностью по системе, независимо от длины цепи сопряжения.
С=О; -СООН и другие. Мезомерный эффект графически отражается согнутой стрелкой, которая показывает направление смещения электронов В отличие от индукционного эффекта, мезомерный эффект не погасает. Он передается полностью по системе, независимо от длины цепи сопряжения.">
Типы химических реакций 43 Химическую реакцию можно рассматривать как взаимо- действие реагента и субстрата. В зависимости от способа разрыва и образования химической связи в молекулах, органические реакции делят на: а) гомолитические б) гетеролитические в) молекулярные Гомолитические или свободно-радикальные реакции обусловлены гомолитическим разрывом связи, когда у каждого атома остается по одному электрону, то есть образуются радикалы. Гомолитический разрыв проис- ходит при высоких температурах, действии кванта света или катализе.
Гетеролитические или ионные реакции протекают таким образом, что пара связующих электронов остается около одного из атомов и образуются ионы. Частица с электронной парой называется нуклеофи- льной и имеет отрицательный заряд (-). Частица без электронной пары называется электрофи- льной и имеет положительный заряд (+). 44 Типы химических реакций
Механизм химической реакции 45 Механизмом реакции называют совокупность элементарных (простых) стадий, из которых состоит данная реакция. Механизм реакции чаще всего включает такие стадии: активация реагента с образованием электрофила, нуклеофила или свободного радикала. Для активации реагента нужен, как правило, катализатор. Во второй стадии происходит взаимодействие активированного реагента с субстратом. При этом образуются промежуточные частицы (интермедиаты). К последним принадлежат -комплексы, -комплексы (карбокатионы), карбанионы, новые свободные радикалы. На конечной стадии проходит присоединение или отщепление к (от) образованному во второй стадии интермедиату какой-то частицы с формированием конечного продукта реакции. Если реагент при активации генерирует нуклеофил, то это - нуклеофильные реакции. Их помечают буквой N -(в индексе). В случае, когда реагент генерирует электрофил, реакции принадлежат к электрофильным (Е). Аналогично можно сказать и о свободнорадикальных реакциях (R).
Нуклеофилы – реагенты, имеющие отрицательный заряд или обогащенный электронной плотностью атом: 1) анионы: OH -, CN -, RO -, RS -, Hal - и другие анионы; 2) нейтральные молекулы с неподеленными парами электронов: NH 3, NH 2 R, H 2 O, ROH и другие; 3) молекулы с избыточной электронной плотностью (имеющие - связи). Электрофилы – реагенты, имеющие положительный заряд или обедненный электронной плотностью атом: 1) катионы: Н + (протон), НSO 3 + (ион гидрогенсульфония), NO 2 + (ион нитрония), NO (ион нитрозония) и другие катионы; 2) нейтральные молекулы, имеющие вакантную орбиталь: AlCl 3, FeBr 3, SnCl 4, BF 4 (кислоты Льюиса), SO 3 ; 3) молекулы с обедненной электронной плотностью на атоме. 46
49
50
51
52
Химия
- наука о строении, свойствах веществ, их превращениях и сопровождающих явлениях.
Задачи:
1. Исследование строения вещества, развитие теории строения и свойств молекул и материалов. Важно установление связи между строением и разнообразными свойствами веществ и на этой основе построение теорий реакционной способности вещества, кинетики и механизма химических реакций и каталитических явлений. 2. Осуществление направленного синтеза новых веществ с заданными свойствами. Здесь также важно найти новые реакции и катализаторы для более эффективного осуществления синтеза уже известных и имеющих промышленное значение соединений. 3. Традиционная задача химии приобрела особое значение. Оно связано как с увеличением числа химических объектов и изучаемых свойств, так и с необходимостью определения и уменьшения последствий воздействия человека на природу. Химия является общетеоретической дисциплиной. Она призвана дать студентам современное научное представление о веществе как одном из видов движущейся материи, о путях, механизмах и способах превращения одних веществ в другие. Знание основных химических законов, владение техникой химических расчетов, понимание возможностей, предоставляемых химией с помощью других специалистов, работающих в отдельных и узких ее областях, значительно ускоряют получение нужного результата в различных сферах инженерной и научной деятельности. Химическая отрасль - одна из важнейших отраслей промышленности в нашей стране. Производимые ею химические соединения, различные композиции и материалы применяются повсюду: в машиностроении, металлургии, сельском хозяйстве, строительстве, электротехнической и электронной промышленности, связи, транспорте, космической технике, медицине, быту, и др. Главными направлениями развития современной химической промышленности являются: производство новых соединений и материалов и повышение эффективности существующих производств. В медицинском вузе студенты изучают общую, биоорганическую, биологическую химию, а также клиническую биохимию. Знания студентами комплекса химических наук в их преемственности и взаимосвязи дают большую возможность, больший простор в исследовании и практическом использовании различных явлений, свойств и закономерностей, способствует развитию личности. Специфическими особенностями изучения химических дисциплин в медицинском вузе являются: · взаимозависимость между целями химического и медицинского образования; · универсальность и фундаментальность данных курсов; · особенность построения их содержания в зависимости от характера и общих целей подготовки врача и его специализации; · единство изучения химических объектов на микро- и макроуровнях с раскрытием разных форм их химической организации как единой системы и проявляемых ею разных функций (химических, биологических, биохимических, физиологических и др.) в зависимости от их природы, среды и условий; · зависимость от связи химических знаний и умений с реальной действительностью и практикой, в том числе медицинской, в системе «общество - природа - производство - человек», обусловленных неограниченными возможностями химии в создании синтетических материалов и их значением в медицине, развитием нанохимии, а также в решении экологических и многих других глобальных проблем человечества. 1. Взаимосвязь между процессами обмена веществ и энергии в организме
Процессы жизнедеятельности на Земле обусловлены в значительной мере накоплением солнечной энергии в биогенных веществах - белках, жирах, углеводах и последующими превращениями этих веществ в живых организмах с выделением энергии. Особенно отчетливо понимание взаимосвязи химических превращений и энергетических процессов в организме было осознано после работы А. Лавуазье (1743-1794) и П. Лапласа (1749- 1827).
Они прямыми калориметрическими измерениями показали, что энергия, выделяемая в процессе жизнедеятельности, определяется окислением продуктов питания кислородом воздуха, вдыхаемым животными. Обмен веществ и энергии - совокупность процессов превращения веществ и энергии, происходящих в живых организмах, и обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Обмен веществ и энергии является основой жизнедеятельности организмов и принадлежит к числу важнейших специфических признаков живой материи, отличающих живое от неживого. В обмене веществ, или метаболизме, обеспеченном сложнейшей регуляцией на разных уровнях, участвует множество ферментных систем. В процессе обмена поступившие в организм вещества превращаются в собственные вещества тканей и в конечные продукты, выводящиеся из организма. При этих превращениях освобождается и поглощается энергия. С развитием в XIX-XX вв. термодинамики - науки о взаимопревращениях теплоты и энергий - стало возможно количественно рассчитывать превращение энергии в биохимических реакциях и предсказывать их направление. Обмен энергии может осуществляться передачей теплоты или совершением работы. Однако живые организмы не находятся в равновесии с окружающей средой и поэтому могут быть названы неравновесными открытыми системами. Тем не менее при наблюдении в течение определенного отрезка времени в химическом составе организма видимых изменений не происходит. Но это не значит, что химические вещества, составляющие организм, не подвергаются никаким превращениям. Напротив, они постоянно и достаточно интенсивно обновляются, о чем можно судить по скорости включения в сложные вещества организма стабильных изотопов и радионуклидов, вводимых в клетку в составе более простых веществ-предшественников. Между обменом веществ и обменом энергии существует одно принципиальное различие
. Земля не теряет и не получает сколько-нибудь заметного количества вещества. Вещество в биосфере обменивается по замкнутому циклу и т.о. используется многократно. Обмен энергией осуществляется иначе. Она не циркулирует по замкнутому циклу, а частично рассеивается во внешнее пространство. Поэтому для поддержания жизни на Земле необходим постоянный приток энергии Солнца. За 1 год в процессе фотосинтеза на земном шаре поглощается около 10 21 кал
солнечной энергии. Хотя она составляет лишь 0,02% всей энергии Солнца, это неизмеримо больше, чем та энергия, которая используется всеми машинами, созданными руками человека. Столь же велико количество участвующего в кругообороте вещества. 2. Химическая термодинамика как теоретическая основа биоэнергетики. Предмет и методы химической термодинамики
Химическая термодинамика
изучает переходы химической энергии в другие формы - тепловую, электрическую и т. п., устанавливает количественные законы этих переходов, а также направление и пределы самопроизвольного протекания химических реакций при заданных условиях. Термодинамический метод основан на ряде строгих понятий: «система», «состояние системы», «внутренняя энергия системы», «функция состояния системы». Объектом
изучения в термодинамике является система Одна и та же система может находиться в различных состояниях. Каждое состояние системы характеризуется определенным набором значений термодинамических параметров. К термодинамическим параметрам относятся температура, давление, плотность, концентрация и т. п. Изменение хотя бы только одного термодинамического параметра приводит к изменению состояния системы в целом. Термодинамическое состояние системы называют равновесным, если оно характеризуется постоянством термодинамических параметров во всех точках системы и не изменяется самопроизвольно (без затраты работы). Химическая термодинамика изучает систему в двух равновесных состояниях (конечном и начальном) и на этом основании определяет возможность (или невозможность) самопроизвольного течения процесса при заданных условиях в указанном направлении. Термодинамика изучает
взаимные превращения различных видов энергии, связанные с переходом энергии между телами в форме теплоты и работы. Термодинамика базируется на двух основных законах, получивших название первого и второго начал термодинамики. Предметом изучения
в термодинамике является энергия и законы взаимных превращений форм энергии при химических ре акциях, процессах растворения, испарения, кристаллизации. Хими́ческая термодина́мика - раздел физической химии, изучающий процессы взаимодействия веществ методами термодинамики. 3. Термодинамические системы: изолированные, закрытые, открытые, гомогенные, гетерогенные. Понятие о фазе.
Система
– это совокупность взаимодействующих веществ, мысленно или фактически обособленная от окружающей среды (пробирка, автоклав). Химическая термодинамика рассматривает переходы из одного состояния в другое, при этом могут изменяться или оставаться постоянными некоторые параметры
: · изобарические
– при постоянном давлении; · изохорические
– при постоянном объеме; · изотермические
– при постоянной температуре; · изобарно - изотермические
– при постоянном давлении и температуре и т.д. Термодинамические свойства системы можно выразить с помощью нескольких функций состояния системы
, называемых характеристическими функциями
: внутреннейэнергииU
, энтальпии
H
, энтропии
S
, энергии Гиббса
G
, энергии Гельмгольца
F
.
Характеристические функции обладают одной особенностью: они не зависят от способа (пути) достижения данного состояния системы. Их значение определяется параметрами системы (давлением, температурой и др.) и зависит от количества или массы вещества, поэтому принято относить их к одному молю вещества.
По способу передачи энергии, вещества и информации
между рассматриваемой системы и окружающей средой термодинамические системы классифицируются: 1. Замкнутая (изолированная) система
- это система в которой нет обмена с внешними телами ни энергией, ни веществом (в том числе и излучением) , ни информацией. 2. Закрытая система
- система в которой есть обмен только с энергией. 3. Адиабатно изолированная система -
это система в которой есть обмен энергией только в форме теплоты. 4. Открытая система
- это система, которая обменивается и энергией, и веществом, и информацией. Классификация систем
: 5.Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия. Изобарный и изохорный тепловые эффекты
.
Первое начало термодинамики
- один из трёх основных законов термодинамики, представляет собой закон сохранения энергии для термодинамических систем. Первое начало термодинамики было сформулировано в середине XIX века в результате работ немецкого учёного Ю. Р. Майера, английского физика Дж. П. Джоуля и немецкого физика Г. Гельмгольца. Согласно первому началу термодинамики, термодинамическая система может совершать работу только за счёт своей внутренней энергии или каких-либо внешних источников энергии
. Первое начало термодинамики часто формулируют как невозможность существования вечного двигателя первого рода, который совершал бы работу, не черпая энергию из какого-либо источника. Процесс, протекающий при постоянной температуре, называется изотермическим
, при постоянном давлении - изобарическим
, при постоянном объеме – изохорическим.
Если во время процесса система изолирована от внешней среды таким образом, что исключен теплообмен со средой, процесс называют адиабатическим.
Внутренняя энергия системы.
При переходе системы из одного состояния в другое изменяются некоторые ее свойства, в частности внутренняя энергия U.
Внутренняя энергия системы представляет собой ее полную энергию, которая складывается из кинетической и потенциальной энергий молекул, атомов, атомных ядер и электронов. Внутренняя энергия включает в себя энергию поступательного, вращательного и колебательного движений, а также потенциальную энергию, обусловленную силами притяжения и отталкивания, действующими между молекулами, атомами и внутриатомными частицами. Она не включает потенциальную энергию положения системы в пространстве и кинетическую энергию движения системы как целого. Внутренняя энергия является термодинамической функцией состояния системы. Это значит, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, ее внутренняя энергия принимает определенное присущее этому состоянию значение.
∆U = U 2 - U 1 где U 1 и U 2 - внутренняя энергия системы в
конечном и начальном состояниях cсоответственно. Первый закон термодинамики.
Если система обменивается с внешней средой тепловой энергией Q и механической энергией (работой) А, и при этом переходит из состояния 1 в состоянии 2, количество энергии, которое выделится или поглощается системой форм теплоты Q или работой А равно полной энергии системы при переходе из одного состояния в другое и записывается.
Основными направлениями химической термодинамики являются:
Классическая химическая термодинамика, изучающая термодинамическое равновесие вообще.
Термохимия, изучающая тепловые эффекты, сопровождающие химические реакции.
Теория растворов, моделирующую термодинамические свойства вещества исходя из представлений о молекулярном строении и данных о межмолекулярном взаимодействии.
Химическая термодинамика тесно соприкасается с такими разделами химии, как аналитическая химия; электрохимия; коллоидная химия; адсорбция и хроматография.
Развитие химической термодинамики шло одновременно двумя путями: термохимическим и термодинамическим.
Возникновением термохимии как самостоятельной науки следует считать открытие Германом Ивановичем Гессом, профессором Петербургского университета, взаимосвязи между тепловыми эффектами химических реакций ---законы Гесса.
1) по возможности тепло- и массообмена: изолированные, закрытые, открытые. Изолированная система не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией. Закрытая система обменивается с окружающей средой энергией, но не обменивается веществом. Открытая система обменивается с окружающей средой и веществом и энергией. Понятие изолированной системы используется в физической химии как теоретическое.
2) по внутренней структуре и свойствам: гомогенные и гетерогенные. Гомогенной называется система, внутри которой нет поверхностей, делящих систему на части, различные по свойствам или химическому составу. Примерами гомогенных систем являются водные растворы кислот, оснований, солей; смеси газов; индивидуальные чистые вещества. Гетерогенные системы содержат внутри себя естественные поверхности. Примерами гетерогенных систем являются системы, состоящие из различных по агрегатному состоянию веществ: металл и кислота, газ и твёрдое вещество, две нерастворимые друг в друге жидкости.
Фаза
– это гомогенная часть гетерогенной системы, имеющая одинаковый состав, физические и химические свойства, отделённая от других частей системы поверхностью, при переходе через которую свойства системы меняются скачком. Фазы бывают твёрдые, жидкие и газообразные. Гомогенная система всегда состоит из одной фазы, гетерогенная – из нескольких. По числу фаз системы классифицируются на однофазные, двухфазные, трёхфазные и т.д.