Grodno "href =" / szöveg / kategória / grodno / "rel =" könyvjelző "> Grodno állam Orvostudományi Egyetem», A kémiai tudományok kandidátusa, egyetemi docens;

A „Grodnói Állami Orvostudományi Egyetem” Oktatási Intézmény Általános és Bioszerves Kémiai Tanszékének docense, a biológiai tudományok kandidátusa, egyetemi docens

Ellenőrzők:

"Gomel State Medical University" oktatási intézmény Általános és Bioszerves Kémiai Tanszéke;

– fej A "Belarusz Állami Orvostudományi Egyetem" Bioorganic Kémia Tanszéke, az orvostudományok kandidátusa, egyetemi docens.

A "Grodnói Állami Orvostudományi Egyetem" Oktatási Intézmény Általános és Bioszerves Kémiai Tanszéke

(01.01.01-i perc)

A "Grodnói Állami Orvostudományi Egyetem" Oktatási Intézmény Központi Tudományos és Módszertani Tanácsa

(01.01.01-i perc)

1. szakterület A Fehérorosz Köztársaság egyetemeinek oktatási és módszertani egyesületének orvosi oktatással kapcsolatos orvosi és pszichológiai ügye

(01.01.01-i perc)

A kiadásért felelős:

A "Grodno State Medical University" oktatási intézmény első rektorhelyettese, professzor, orvostudományi doktor

Magyarázó jegyzet

Az akadémiai tudományág tanulmányozásának jelentősége

"Bioszerves kémia"

A bioszerves kémia alapvető természettudományi tudományág. A bioszerves kémia önálló tudományként alakult ki a 20. század második felében a szerves kémia és a biokémia találkozásánál. A bioszerves kémia tanulmányozásának jelentőségét az orvostudomány és a mezőgazdaság előtt álló gyakorlati problémák (vitaminok, hormonok, antibiotikumok, növényi növekedést serkentő szerek, állatok és rovarok viselkedését szabályozó szerek és egyéb gyógyszerek beszerzése) magyarázzák, amelyek megoldása felhasználás nélkül lehetetlen. a bioszerves kémia elméleti és gyakorlati lehetőségeit.

A bioszerves kémia folyamatosan gazdagodik a természetes vegyületek izolálására és tisztítására szolgáló új módszerekkel, természetes vegyületek és analógjaik szintézisének módszereivel, a vegyületek szerkezete és biológiai aktivitása közötti összefüggésekkel kapcsolatos ismeretekkel stb.

Az orvosképzés legújabb megközelítései, amelyek a reprodukciós stílus leküzdéséhez kapcsolódnak a tanításban, biztosítják a hallgatók kognitív és kutatói tevékenységét, új távlatokat nyitnak mind az egyénben, mind a csapatban rejlő lehetőségek kiaknázásában.

A tudományág célja és célkitűzései

Cél: a kémiai kompetencia szintjének kialakítása az orvosi oktatás rendszerében, amely biztosítja az orvosbiológiai és klinikai tudományágak későbbi tanulmányozását.

Feladatok:

Mastering a diákok elméleti alapok szerves molekulák kémiai átalakulásai szerkezetükkel és biológiai aktivitásukkal összefüggésben;

Kialakítása: az életfolyamatok molekuláris alapjainak ismerete;

Az osztályozásban, szerkezetben és tulajdonságokban való eligazodás képességeinek fejlesztése szerves vegyületek gyógyszerként működik;

A kémiai gondolkodás logikájának kialakítása;

A kvalitatív elemzés módszereinek használatához szükséges készségek fejlesztése
szerves vegyületek;

A kémiai kompetencia alapját képező kémiai ismeretek és készségek hozzájárulnak a végzett hallgató szakmai kompetenciájának kialakításához.

Az akadémiai tudományág fejlesztésének követelményei

Meghatározzák a "Bioszerves kémia" tudományág tartalmának elsajátításának szintjére vonatkozó követelményeket. oktatási színvonal felsőfokú oktatás az általános szakmai és speciális tudományágak ciklusának első szakaszában, amelyet a kompetencia -megközelítés követelményeinek figyelembevételével fejlesztenek ki, ahol a tudományág minimális tartalmát általános kémiai ismeretek és készségek formájában tüntetik fel, amelyek egyetemet végzettek bioorganikus kompetenciája:

a) általánosított ismeretek:

- megérteni a tantárgy mint tudomány lényegét és kapcsolatát más tudományágakkal;

Jelentősége az anyagcsere folyamatok megértésében;

A szerkezet egységének fogalma és reakcióképesség szerves molekulák;

A kémia alaptörvényei, amelyek az élő szervezetekben lezajló folyamatok magyarázatához szükségesek;

A szerves vegyületek főbb osztályainak kémiai tulajdonságai és biológiai jelentősége.

b) általánosított készségek:

A reakciómechanizmus előrejelzése a szerves molekulák szerkezetének és a felszakítási módszereknek az ismerete alapján kémiai kötések;

Ismertesse a reakciók fontosságát az élő rendszerek működésében;

Használja a megszerzett ismereteket a biokémia, a farmakológia és más tudományágak tanulmányozása során.

A tudományos diszciplína szerkezete és tartalma

Ebben a programban a "bioszerves kémia" tudományág tartalmi felépítése egy tudományági bevezetésből és két részből áll, amelyek a szerves molekulák reakcióképességének általános kérdéseit, valamint a hetero- és többfunkciós vegyületek tulajdonságait fedik le. létfontosságú folyamatok. Minden rész témákra van osztva, sorrendben rendezve az optimális tanulás és asszimiláció érdekében. program anyaga... Témánként általánosított ismeretek és készségek kerülnek bemutatásra, amelyek a tanulók bioorganikus kompetenciájának lényegét képezik. Az egyes témakörök tartalmának megfelelően meghatározásra kerülnek a kompetenciákkal szemben támasztott követelmények (általánosított ismeretek és készségek rendszere formájában), amelyek kialakítására és diagnosztizálására tesztek dolgozhatók ki.

Tanítási módszerek

A fő tanítási módszerek, amelyek megfelelően megfelelnek e tudományág tanulmányozásának céljainak:

Magyarázat és konzultáció;

Laboratóriumi lecke;

A probléma tanulás elemei (hallgatók oktató- és kutatómunkája);

Bevezetés a bioszerves kémiába

A bioszerves kémia mint szerkezetet vizsgáló tudomány szerves anyagés ezek átalakulása a biológiai funkciókkal való kapcsolatokká. A bioszerves kémia vizsgálatának tárgyai. A bioszerves kémia szerepe a biológiai és orvosi ismeretek modern molekuláris szintű felfogásának tudományos alapjainak kialakításában.

A szerves vegyületek szerkezetének elmélete és fejlődése tovább a jelenlegi szakasz... A szerves vegyületek izomerizmusa, mint a szerves vegyületek sokféleségének alapja. A szerves vegyületek izoméria típusai.

Fizikokémiai módszerek az orvosbiológiai elemzés szempontjából fontos szerves vegyületek izolálására és vizsgálatára.

A szerves vegyületek IUPAC szisztematikus nómenklatúrájának alapszabályai: szubsztitúciós és gyökfunkciós nómenklatúra.

A szerves molekulák térszerkezete, kapcsolata a szénatom hibridizációjának típusával (sp3-, sp2- és sp-hibridizáció). Sztereokémiai képletek. Konfiguráció és felépítés. Nyitott láncú konformációk (homályos, gátolt, ferde). A konformációk energetikai jellemzői. Newman vetítési képletei. A lánc egyes részeinek térbeli konvergenciája a konformációs egyensúly következtében, valamint az öt- és hattagú gyűrűk domináns kialakulásának egyik oka. Ciklikus vegyületek (ciklohexán, tetrahidropirán) konformációja. A szék- és kádkonfiguráció energetikai jellemzői. Axiális és ekvatoriális kapcsolatok. A térbeli szerkezet és a biológiai aktivitás kapcsolata.

Kompetenciakövetelmények:

Ismerje a bioszerves kémia tanulmányi tárgyait és fő feladatait,

· Legyen képes a szerves vegyületek osztályozására a szénváz szerkezete és a funkciós csoportok jellege szerint, alkalmazza a szisztematikus kémiai nómenklatúra szabályait.

· Ismerje a szerves vegyületek főbb izomériáit, tudja a vegyület szerkezeti képletével meghatározni az izomerek lehetséges típusait.

· Ismerje a szén atomi pályáinak hibridizációjának különböző típusait, az atom kötéseinek térbeli orientációját, típusát és számát, a hibridizáció típusától függően.

· Ismerje ciklikus (szék, fürdő) és aciklikus (gátolt, ferde, homályos) molekulák konformációinak energetikai jellemzőit, tudja ábrázolni Newman-féle vetületi képletekkel.

· Ismerje a különböző molekulákban fellépő feszültségek típusait (torziós, szögletes, van der Waals), azok hatását a konformáció és a molekula egészének stabilitására.

1. rész Szerves molekulák reakciókészsége az atomok kölcsönös hatásának eredményeként, a szerves reakciók mechanizmusai

1. témakör. Konjugált rendszerek, szubsztituensek aromássága, elektronikus hatásai

Konjugált rendszerek és aromás. Konjugáció (p, p - és p, p -konjugáció). Nyílt láncú konjugált rendszerek: 1,3-diének (butadién, izoprén), poliének (karotinoidok, A-vitamin). Zárt láncú kapcsolt rendszerek. Aromásság: az aromásság kritériumai, Hückel aromás szabálya. Benzoes (benzol, naftalin, fenantrén) vegyületek aromássága. Konjugációs energia. A szén- és heterociklusos anyagok szerkezete és termodinamikai stabilitásának okai aromás vegyületek... Heterociklusos (pirrol, imidazol, piridin, pirimidin, purin) vegyületek aromássága. Pirrol és piridin nitrogénatomok, p-felesleg és p-hiányos aromás rendszerek.

Az atomok kölcsönös hatása és átvitelének módjai szerves molekulák... Az elektronok delokalizációja, mint a molekulák és ionok stabilitását növelő egyik tényező, széles körben elterjedt biológiailag fontos molekulákban (porfin, hem, hemoglobin stb.). A kötések polarizációja. A szubsztituensek (induktív és mezomer) elektronikus hatásai az elektronsűrűség egyenetlen eloszlásának és a reakciócentrumok molekulában való megjelenésének okaként. Induktív és mezomer hatások (pozitív és negatív), grafikus jelölésük a szerves vegyületek szerkezeti képleteiben. Elektronadó és elektronszívó szubsztituensek.

Kompetenciakövetelmények:

· Ismerje a ragozás típusait, és tudja meghatározni a ragozás típusát a kapcsolat szerkezeti képletével.

· Ismerje az aromásság kritériumait, képes legyen szerkezeti képlet alapján meghatározni a szén- és heterociklusos molekulák aromás vegyületekhez való tartozását.

· Legyen képes értékelni az atomok elektronikus hozzájárulását egyetlen konjugált rendszer létrehozásához, ismerni a piridin és pirrol nitrogénatomok elektronszerkezetét.

· Ismerje a helyettesítők elektronikus hatásait, előfordulásuk okait, és tudja működésüket grafikusan ábrázolni.

· Legyen képes a szubsztituenseket elektrondonornak vagy elektronakceptornak minősíteni induktív és mezomer hatásuk alapján.

· Legyen képes megjósolni a szubsztituensek hatását a molekulák reaktivitására.

2. témakör. Szénhidrogének reakciókészsége. Gyök szubsztitúció, elektrofil addíciós és szubsztitúciós reakciók

A szerves vegyületek reakcióképességének általános törvényei, mint biológiai működésük kémiai alapja. A kémiai reakció mint folyamat. Fogalmak: szubsztrát, reagens, reakcióközpont, átmeneti állapot, reakciótermék, aktiválási energia, reakciósebesség, mechanizmus.

A szerves reakciók osztályozása az eredmény (addíció, szubsztitúció, elimináció, redox) és a mechanizmus szerint - gyök, ionos (elektrofil, nukleofil), következetes. Reagenstípusok: gyökös, savas, bázikus, elektrofil, nukleofil. A kovalens kötés homolitikus és heterolitikus hasítása szerves vegyületekben és a keletkező részecskékben: szabad gyökökben, karbokationokban és karbanionokban. E részecskék elektronikus és térbeli szerkezete, valamint a relatív stabilitásukat meghatározó tényezők.

A szénhidrogének reakciókészsége. Gyökös szubsztitúciós reakciók: homolitikus reakciók, amelyekben az sp3-hibridizált szénatom CH kötései vesznek részt. A gyökös szubsztitúció mechanizmusa alkánok és cikloalkánok halogénezési reakciójának példáján. A láncfolyamatok fogalma. A regioszelektivitás fogalma.

A szabad gyökök képződésének módjai: fotolízis, termolízis, redox reakciók.

Elektrofil addíciós reakciók ( AE) a telítetlen szénhidrogének sorában: az sp2-hibridizált szénatomok közötti p-kötést érintő heterolitikus reakciók. Hidratációs és hidrohalogénezési reakciók mechanizmusa. Savas katalízis. Markovnikov uralma. Statikus és dinamikus tényezők hatása az elektrofil addíciós reakciók regioszelektivitására. A dién -szénhidrogének elektrofil hozzáadásának reakciói és a kis ciklusok (ciklopropán, ciklobután).

Elektrofil szubsztitúciós reakciók ( SE): heterolitikus reakciók az aromás rendszer p-elektronfelhőjével. Az aromás vegyületek halogénezési, nitrálási, alkilezési reakcióinak mechanizmusa: p - és s- komplexek. A katalizátor (Lewis-sav) szerepe az elektrofil részecske képződésében.

Az aromás gyűrűben lévő szubsztituensek hatása a vegyületek reakcióképességére elektrofil szubsztitúciós reakciókban. A szubsztituensek orientáló hatása (I. és II. Típusú orientánsok).

Kompetenciakövetelmények:

· Ismerje a szubsztrát, reagens, reakcióközpont, reakciótermék, aktiválási energia, reakciósebesség, reakciómechanizmus fogalmait.

· Ismerje a reakciók osztályozását különböző kritériumok szerint (végeredmény, kötésbontási módszer, mechanizmus szerint) és a reagensek típusait (gyökös, elektrofil, nukleofil).

· Ismerje a reagensek elektron- és térszerkezetét, valamint a relatív stabilitásukat meghatározó tényezőket, legyen képes azonos típusú reagensek relatív stabilitásának összehasonlítására.

· Alkánok és cikloalkánok halogénezési reakcióira példákon keresztül ismerni a szabad gyökképzés módszereit és a gyökös szubsztitúciós (SR) reakciók mechanizmusát.

· Legyen képes meghatározni a gyökös szubsztitúciós reakciókban lehetséges termékek keletkezésének statisztikai valószínűségét és a folyamat regioszelektív lefolyásának lehetőségét.

· Ismerje az elektrofil addíciós (AE) reakciók mechanizmusát az alkének halogénezési, hidrohalogénezési és hidratálási reakcióiban, képes legyen a szubsztrátok reaktivitásának kvalitatív értékelésére a szubsztituensek elektronhatása alapján.

· Ismerje a Markovnikov-szabályt, és tudja meghatározni a hidratációs és hidrohalogénezési reakciók regioszelektivitását statikus és dinamikus tényezők hatására.

· Ismerje a konjugált dién szénhidrogének és kis körfolyamatok (ciklopropán, ciklobután) elektrofil addíciós reakcióinak jellemzőit.

· Ismerje az elektrofil szubsztitúciós (SE) reakciók mechanizmusát aromás vegyületek halogénezési, nitrálási, alkilezési, acilezési reakcióiban.

· Képes legyen a szubsztituensek elektronikus hatásai alapján meghatározni azok hatását az aromás mag reakcióképességére és irányító hatására.

3. témakör. Szerves vegyületek sav-bázis tulajdonságai

Szerves vegyületek savassága és lúgossága: Bronsted és Lewis elmélete. A savas anion stabilitása minőségi mutató savas tulajdonságok... A savas vagy bázikus tulajdonságok változásának általános mintái a savas vagy bázikus centrum atomjainak természetéhez viszonyítva, a szubsztituensek elektronikus hatásai ezekben a központokban. A hidrogén tartalmú funkciós csoportokkal rendelkező szerves vegyületek savas tulajdonságai (alkoholok, fenolok, tiolok, karbonsavak, aminok, molekulák СН-savassága és kabrationok). p-bázisok és n-alapok. Heteroatomokat tartalmazó semleges molekulák alapvető tulajdonságai magányos elektronpárokkal (alkoholok, tiolok, szulfidok, aminok) és anionok (hidroxid, alkoxid ionok, szerves sav anionok). Nitrogéntartalmú heterociklusok (pirrol, imidazol, piridin) sav-bázis tulajdonságai. A hidrogénkötés, mint a sav-bázis tulajdonságok sajátos megnyilvánulása.

Hidroxilcsoportot tartalmazó vegyületek (egy- és többértékű alkoholok, fenolok, karbonsavak) savas tulajdonságainak összehasonlító jellemzői. Az alifás és aromás aminok fő tulajdonságainak összehasonlító jellemzői. Egy szubsztituens elektronikus természetének hatása a szerves molekulák sav-bázis tulajdonságaira.

Kompetenciakövetelmények:

Ismerje a savak és bázisok definícióit Bronsted protolitikus elmélete szerint és elektronikus elmélet Lewis.

· Ismerje a Bronsted-savak és bázisok osztályozását a savas vagy bázikus centrumok atomjainak jellege szerint.

· Ismerni a savak erősségét és a hozzájuk konjugált bázisok stabilitását befolyásoló tényezőket, hogy képes legyen összehasonlítani a savak szilárdságát a megfelelő anionok stabilitása alapján.

· Ismerje a Bronsted-bázisok szilárdságát befolyásoló tényezőket, legyen képes az alapok szilárdságának összehasonlító értékelésére ezen tényezők figyelembevételével.

· Ismerje a hidrogénkötések létrejöttének okait, tudja értelmezni a hidrogénkötések kialakulását az anyag sav-bázis tulajdonságainak sajátos megnyilvánulásaként.

· Ismerje a keto-enol tautomerizmus okait szerves molekulákban, tudja magyarázni azokat a vegyületek sav-bázis tulajdonságaival összefüggésben biológiai aktivitásukkal kapcsolatban.

· Tudjon és tudjon magas színvonalú reakciókat végrehajtani, lehetővé téve a többértékű alkoholok, fenolok, tiolok megkülönböztetését.

4. témakör: Nukleofil szubsztitúciós reakciók tetragonális szénatomon és kompetitív eliminációs reakciók

Nukleofil szubsztitúciós reakciók az sp3-hibridizált szénatomon: heterolitikus reakciók a szén-heteroatom kötés polarizációja következtében (halogén származékok, alkoholok). Könnyen és nehezen kilépő csoportok: kapcsolat a csoportból való kilépés könnyűsége és szerkezete között. Az oldószerek, elektronikai és térbeli tényezők hatása a vegyületek reaktivitására a mono- és bimolekuláris nukleofil szubsztitúció (SN1 és SN2) reakcióiban. Nukleofil szubsztitúciós reakciók sztereokémiája.

Halogénszármazékok hidrolízis reakciói. Alkoholok, fenolok, tiolok, szulfidok, ammónia, aminok alkilezési reakciói. A savas katalízis szerepe egy hidroxilcsoport nukleofil szubsztitúciójában. Alkilező reagensként halogénezett származékok, alkoholok, kénsav és foszforsav észterei. Az alkilezési reakciók biológiai szerepe.

Mono- és bimolekuláris eliminációs reakciók (E1 és E2): (dehidratáció, dehidrohalogénezés). A megnövekedett CH-savasság az sp3-hibridizált szénatom nukleofil szubsztitúcióját kísérő eliminációs reakciók oka.

Kompetenciakövetelmények:

· Ismerje a reagensek nukleofil voltát meghatározó tényezőket, a legfontosabb nukleofil részecskék szerkezetét.

· Ismerje a telített szénatomon végbemenő nukleofil szubsztitúciós reakciók általános mintázatait, a statikus és dinamikus tényezők hatását az anyag reakciókészségére a nukleofil szubsztitúciós reakcióban.

· Ismerje a mono- és bimolekuláris nukleofil szubsztitúció mechanizmusait, tudja felmérni a sztérikus faktorok hatását, az oldószerek hatását, a statikus és dinamikus tényezők hatását a reakció lefolyására valamelyik mechanizmus szerint.

· Ismerje a mono- és bimolekuláris elimináció mechanizmusait, a nukleofil szubsztitúciós és eliminációs reakciók közötti versengés okait.

· Ismerje a Zaicev-szabályt, és tudja meghatározni a főterméket aszimmetrikus alkoholok és halogénezett alkánok dihidratációs és dehidrohalogénezési reakcióiban.

5. téma: A nukleofil addíció és szubsztitúció reakciói a trigonális szénatomon

Nukleofil addíciós reakciók: heterolitikus reakciók szén-oxigén p-kötéssel (aldehidek, ketonok). A karbonilvegyületek nukleofil reagensekkel (víz, alkoholok, tiolok, aminok) való kölcsönhatásának mechanizmusa. Elektronikus és térbeli tényezők hatása, a savkatalízis szerepe, a nukleofil addíciós reakciók reverzibilitása. Félacetálok és acetálok, előállításuk és hidrolízisük. Az acetalizációs reakciók biológiai szerepe. Aldol addíciós reakciók. Alapvető katalízis. Az enolát - ion szerkezete.

Nukleofil szubsztitúciós reakciók a karbonsavak sorozatában. A karboxilcsoport elektron- és térbeli szerkezete. Nukleofil szubsztitúciós reakciók az sp2-hibridizált szénatomon (karbonsavak és funkcionális származékaik). Acilezőszerek (halogenidek, anhidridek, karbonsavak, észterek, amidok), Összehasonlító jellemzők reakciókészségüket. Acilezési reakciók - anhidridek, észterek, tioészterek, amidok képződése - és ezek fordított hidrolízisi reakciói. Az acetilkoenzim A természetes, nagy energiájú acilezőszer. Az acilezési reakciók biológiai szerepe. A nukleofil szubsztitúció fogalma a foszforatomokon, foszforilációs reakciók.

Szerves vegyületek oxidációs és redukciós reakciói. A szerves vegyületek redoxreakcióinak sajátosságai. Az egyelektron transzfer fogalma, hidridion transzfer és a NAD + ↔ NADH rendszer működése. Alkoholok, fenolok, szulfidok, karbonilvegyületek, aminok, tiolok oxidációs reakciói. Karbonilvegyületek, diszulfidok redukciós reakciói. A redoxreakciók szerepe az életfolyamatokban.

Kompetenciakövetelmények:

· Ismerje a karbonilcsoport elektron- és térszerkezetét, az elektron- és sztérikus tényezők hatását az oxocsoport reakciókészségére aldehidekben és ketonokban.

· Ismerje a víz, alkoholok, aminok, tiolok aldehidekre és ketonokra adott nukleofil addíciójának mechanizmusát, a katalizátor szerepét.

· Ismerje az aldolkondenzációs reakciók mechanizmusát, azokat a tényezőket, amelyek meghatározzák a vegyület részvételét ebben a reakcióban.

· Ismerje az oxovegyületek fém-hidridekkel történő redukciós reakcióinak mechanizmusát.

· Ismerje a karbonsavmolekulák reakciócentrumait. Legyen képes a karbonsavak erősségének összehasonlító értékelésére a gyök szerkezetétől függően.

· Ismerje a karboxilcsoport elektron- és térbeli szerkezetét, legyen képes összehasonlító értékelést végezni a karbonsavakban és azok funkcionális származékaiban (halogenidek, anhidridek, észterek, amidok, sók) lévő oxocsoport szénatomjának képességéről. nukleofil támadáson esnek át.

· Ismerje a nukleofil szubsztitúciós reakciók mechanizmusát észterek, anhidridek, halogenidek, amidok acilezése, észterezése, hidrolízise példái alapján.

6. témakör. Lipidek osztályozása, szerkezete, tulajdonságai

A lipidek elszappanosíthatók és nem szappanosíthatók. Semleges lipidek. Természetes zsírok triacilglicerolok keverékeként. A lipideket alkotó fő természetes magasabb zsírsavak a palmitinsav, sztearinsav, olajsav, linolsav, linolénsav. Arachidonsav. A telítetlen zsírsavak jellemzői, w-nómenklatúra.

Telítetlen zsírsavak fragmenseinek peroxidációja a sejtmembránokban. A membrán lipid-peroxidációjának szerepe a testet érő kis dózisú sugárzás hatására. Antioxidáns védelmi rendszerek.

Foszfolipidek. Foszfatidinsavak. A foszfatidil -kolaminok és a foszfatidil -szerinek (cefalinek), a foszfatidil -kolinok (lecitinek) a sejtmembránok szerkezeti elemei. Lipid kettős réteg. Szfingolipidek, keramidok, szfingomielinek. Agyi glikolipidek (cerebrozidok, gangliozidok).

Kompetenciakövetelmények:

· Ismerje a lipidek osztályozását, szerkezetét.

· Ismerje az elszappanosítható lipidek - alkoholok és magasabb zsírsavak - szerkezeti összetevőinek szerkezetét.

· Ismerje az egyszerű és összetett lipidek képződésének és hidrolízisének reakcióinak mechanizmusát.

· Ismerje és tudjon minőségi reakciókat végrehajtani telítetlen zsírsavakkal és olajokkal.

· Ismerje az el nem szappanosítható lipidek osztályozását, legyen fogalma a terpének és szteroidok osztályozási elveiről, biológiai szerepükről.

· Ismerje a lipidek biológiai szerepét, fő funkcióit, legyen fogalma a lipidperoxidáció főbb szakaszairól és ennek a folyamatnak a sejtre gyakorolt ​​következményeiről.

2. szakasz: Szerves molekulák sztereoizomériája. Poli- és heterofunkciós vegyületek, amelyek létfontosságú folyamatokban vesznek részt

7. témakör. Szerves molekulák sztereoizomériája

Sztereoizoméria kettős kötéssel rendelkező vegyületek sorozatában (p-diasztereomerizmus). A telítetlen vegyületek cisz- és transz -izomerizmusa. E, Z - p-diasztereomerek jelölési rendszere. A p-diasztereomerek összehasonlító stabilitása.

Királis molekulák. Aszimmetrikus szénatom, mint a kiralitás központja. Egy kiralitási centrummal rendelkező molekulák sztereoizomériája (enantiomerizmus). Optikai tevékenység... Fisher vetítési képletek. A gliceraldehid mint konfigurációs szabvány, abszolút és relatív konfiguráció. D, L-sztereokémiai nómenklatúra rendszer. R, S-sztereokémiai nómenklatúra rendszere. Racém keverékek és elválasztásuk módszerei.

Két vagy több kiralitási centrummal rendelkező molekulák sztereoizomériája. Enantiomerek, diasztereomerek, mezoformák.

Kompetenciakövetelmények:

· Ismerje a sztereoizomerizmus előfordulásának okait az alkének és a dién szénhidrogének sorozatában.

· Képes a telítetlen vegyületek redukált szerkezeti képletével meghatározni a p-diasztereomerek létezésének lehetőségét, megkülönböztetni a cisz-transz-izomereket, értékelni azok összehasonlító stabilitását.

· Ismerje a molekulák szimmetriájának elemeit, a kiralitás szerves molekulában való megjelenéséhez szükséges feltételeket.

· Ismerje és tudja ábrázolni az enantiomereket Fisher-féle projekciós képletek segítségével, kiszámítani a várható sztereoizomerek számát a molekulában lévő királis centrumok száma alapján, az abszolút és relatív konfiguráció meghatározásának elvei, a sztereokémiai nómenklatúra D -, L-rendszere.

· Ismerje a racemátok elválasztásának módjait, a sztereokémiai nómenklatúra R, S-rendszerének alapelveit.

8. témakör: Élettanilag aktív poli- és heterofunkciós vegyületek az alifás, aromás és heterociklusos sorozatból

A poli- és heterofunkcionalitás, mint a létfontosságú folyamatokban részt vevő szerves vegyületek egyik jellemző tulajdonsága, és a legfontosabb gyógyszercsoportok ősei. A funkcionális csoportok egymásra gyakorolt ​​hatásának jellemzői, relatív elhelyezkedésüktől függően.

Többértékű alkoholok: etilénglikol, glicerin. Esters többértékű alkoholok szervetlen savak(nitroglicerin, glicerin-foszfátok). Kétatomos fenolok: hidrokinon. Kétatomos fenolok oxidációja. A hidrokinon-kinon rendszer. Fenolok, mint antioxidánsok (szabad gyökfogók). Tokoferolok.

Kétbázisú karbonsavak: oxálsav, malonsav, borostyánkősav, glutársav, fumársav. A borostyánkősav fumársavvá történő átalakítása, mint egy biológiailag fontos dehidrogénezési reakció példa. Dekarboxilezési reakciók, biológiai szerepük.

Aminoalkoholok: aminoetanol (kolamin), kolin, acetilkolin. Az acetilkolin szerepe az idegimpulzusok kémiai átvitelében a szinapszisokban. Aminofenolok: dopamin, noradrenalin, adrenalin. Ezen vegyületek és származékaik biológiai szerepének fogalma. A 6-hidroxidopamin és az amfetaminok neurotoxikus hatásai.

Hidroxi és aminosavak. Ciklizációs reakciók: különböző tényezők hatása a körfolyamat kialakulására (a megfelelő konformációk megvalósulása, a kialakult ciklus mérete, entrópiafaktor). Laktonok. Laktámok. Laktonok és laktámok hidrolízise. B-hidroxi és aminosavak eliminációs reakciója.

Aldehid- és ketosavak: piroszőlősav, acetoecetsav, oxálecetsav, a-ketoglutársav. Savas tulajdonságok és reakciókészség. A b-ketosavak dekarboxilezési és az a-ketosavak oxidatív dekarboxilezési reakciói. Acetoecetsav-éter, keto-enol tautoméria. A "ketontestek" képviselői a b-hidroxi-vajsav, a b-ketovajsav, az aceton, biológiai és diagnosztikai jelentőségük.

A benzolsorozat heterofunkcionális származékai, mint gyógyszerek. Szalicilsav és származékai (acetilszalicilsav).

Para-aminobenzoesav és származékai (anesztezin, novokain). A p-aminobenzoesav biológiai szerepe. Szulfanilsav és amidja (sztreptocid).

Több heteroatomot tartalmazó heterociklusok. Pirazol, imidazol, pirimidin, purin. A pirazolon-5 a nem narkotikus fájdalomcsillapítók alapja. Barbitursav és származékai. A hidroxipurinek (hipoxantin, xantin, húgysav), biológiai szerepük. Heterociklusok egy heteroatommal. Pirol, indol, piridin. Biológiailag fontos piridin származékok - nikotinamid, piridoxál, izonikotinsav származékok. A nikotinamid a NAD + koenzim szerkezeti komponense, amely meghatározza az OVR-ben való részvételét.

Kompetenciakövetelmények:

· Legyen képes heterofunkcionális vegyületek osztályozására összetételük és kölcsönös elrendezésük szerint.

· Ismerje az amino- és hidroxisavak specifikus reakcióit a, b, g - funkcionális csoportok elrendezésével.

· Ismerje a biológiailag aktív vegyületek: kolin, acetilkolin, adrenalin kialakulásához vezető reakciókat.

· Ismerje a keto-enol tautomerizmus szerepét a ketosavak (piruvicssav, oxálecetsav, acetoecetsav) és heterociklusos vegyületek (pirazol, barbitursav, purin) biológiai aktivitásának megnyilvánulásában.

· Ismerje a szerves vegyületek redox átalakulásának módszereit, a redox reakciók biológiai szerepét a kétatomos fenolok, a nikotinamid biológiai aktivitásának megnyilvánulásában, a ketontestek képződésében.

Téma9 . Szénhidrátok, osztályozás, szerkezet, tulajdonságok, biológiai szerep

Szénhidrátok, osztályozásuk a hidrolízissel kapcsolatban. A monoszacharidok osztályozása. Aldózok, ketózok: triózok, tetrózok, pentózok, hexózok. A monoszacharidok sztereoizomériája. A sztereokémiai nómenklatúra D - és L-sorozata. Nyílt és ciklikus formák. Fisher- és Hewors-képletek. Furanóz és piranóz, a - és b-anomerek. Ciklo-oxo-tautomerizmus. A monoszacharidok piranóz formáinak konformációja. A pentózok (ribóz, xilóz) legfontosabb képviselőinek szerkezete; hexóz (glükóz, mannóz, galaktóz, fruktóz); dezoxicukrok (2-dezoxiribóz); aminocukrok (glükózamin, mannózamin, galaktózamin).

A monoszacharidok kémiai tulajdonságai. Nukleofil szubsztitúciós reakciók, amelyek az anomer centrumot érintik. O- és N-glikozidok. A glikozidok hidrolízise. Monoszacharidok foszfátjai. A monoszacharidok oxidációja és redukciója. Helyreállító tulajdonságok aldose. Glikonsav, glikarsav, glikuronsav.

Oligoszacharidok. Diszacharidok: maltóz, cellobióz, laktóz, szacharóz. Szerkezet, ciklo-oxo-tautomerizmus. Hidrolízis.

Poliszacharidok. Általános tulajdonságokés a poliszacharidok osztályozása. Homo- és heteropoliszacharidok. Homopoliszacharidok: keményítő, glikogén, dextránok, cellulóz. Elsődleges szerkezet, hidrolízis. A másodlagos szerkezet fogalma (keményítő, cellulóz).

Kompetenciakövetelmények:

Ismerje a monoszacharidok osztályozását (szénatomok száma, funkciós csoportok összetétele szerint), a legfontosabb monoszacharidok nyitott és ciklusos formáinak (furanóz, piranóz) szerkezetét, arányukat a sztereokémiai D - és L - sorozatokhoz nómenklatúrája, tudja meghatározni a lehetséges diasztereomerek számát, utalni a sztereoizomereket diasztereomerekre, epimerekre, anomerekre.

· Ismerje a monoszacharidok ciklmizációs reakcióinak mechanizmusát, a monoszacharid oldatok mutarotációjának okait.

· Ismerje a monoszacharidok kémiai tulajdonságait: redox reakciók, O- és N-glikozidok képződési és hidrolízisi reakciói, észterezési, foszforilációs reakciók.

· Képes kvalitatív reakciókat lefolytatni a diol fragmentumra és a monoszacharidok redukáló tulajdonságainak jelenlétére.

· Ismerje a diszacharidok osztályozását és szerkezetét, a glikozidos kötést alkotó anomer szénatom konfigurációját, a diszacharidok tautomer átalakulásait, kémiai tulajdonságaikat, biológiai szerepüket.

· Ismerje a poliszacharidok osztályozását (hidrolízissel összefüggésben, monoszacharid összetétel szerint), a homopoliszacharidok legfontosabb képviselőinek szerkezetét, a glikozidos kötést alkotó anomer szénatom konfigurációját, fizikai és kémiai tulajdonságaikat, biológiai szerepüket . Ismerje meg a heteropoliszacharidok biológiai szerepét.

10. téma.a-Aminósavak, peptidek, fehérjék. Szerkezet, tulajdonságok, biológiai szerep

A fehérjéket és peptideket alkotó a-aminosavak szerkezete, nevezéktana, osztályozása. A-aminosavak sztereoizomerizmusa.

A-aminosavak oxosavakból történő előállításának bioszintetikus útjai: reduktív aminálási és transzaminációs reakciók. Esszenciális aminosavak.

Az a-aminosavak, mint heterofunkciós vegyületek kémiai tulajdonságai. Az a-aminosavak sav-bázis tulajdonságai. Izoelektromos pont, az a-aminosavak elválasztásának módszerei. Intrakomplex sók képződése. Észterezési, acilezési, alkilezési reakciók. Kölcsönhatás salétromsavés a formaldehid, ezeknek a reakcióknak a jelentősége az aminosavak elemzésében.

A g-amino-vajsav a központi idegrendszer gátló közvetítője. Az L-triptofán, a szerotonin antidepresszáns hatása - alvási neurotranszmitterként. A glicin, a hisztamin, az aszparaginsav és a glutaminsav mediátor tulajdonságai.

Az a-aminosavak biológiailag fontos reakciói. Dezaminációs és hidroxilezési reakciók. Az a-aminosavak dekarboxilezése - a biogén aminok és bioregulátorok (kolamin, hisztamin, triptamin, szerotonin..) Peptidek képződéséhez vezető út. A peptidkötés elektronikus szerkezete. Peptidek savas és lúgos hidrolízise. Létrehozás aminosav összetétel modern fizikokémiai módszerekkel (Senger és Edman módszerei). A neuropeptidek fogalma.

A fehérjék elsődleges szerkezete. Részleges és teljes hidrolízis. A másodlagos, harmadlagos és kvaterner struktúrák fogalma.

Kompetenciakövetelmények:

· Ismerje a természetes aminosavak, esszenciális aminosavak D - és L-sztereokémiai sorozatába tartozó a-aminosavak szerkezetét, sztereokémiai osztályozását.

· Ismerje az a-aminosavak in vivo és in vitro szintézisének módjait, ismerje a sav-bázis tulajdonságait és az a-aminosavak izoelektromos állapotba átvitelének módjait.

· Ismerje az a-aminosavak kémiai tulajdonságait (amino- és karboxilcsoportos reakciók), tudjon kvalitatív reakciókat végrehajtani (xantoprotein, Cu (OH) 2-vel, ninhidrin).

· Ismerje a peptidkötés elektronszerkezetét, a fehérjék és peptidek elsődleges, másodlagos, harmadlagos és kvaterner szerkezetét, tudja meghatározni az aminosav-összetételt és az aminosavsorrendet (Sanger-módszer, Edman-módszer), tudjon biuretet vezetni peptidek és fehérjék reakciója.

· Ismerje a funkciós csoportok védelmét és aktiválását alkalmazó peptidszintézis módszerének elvét.

11. téma. Nukleotidok és nukleinsavak

Nukleinsavakból álló nukleinsavak. Pirimidin (uracil, timin, citozin) és purin (adenin, guanin) bázisok, aromásságuk, tautomer átalakulások.

Nukleozidok, képződésük reakciói. A nukleinsavbázis és a szénhidrátmaradék közötti kötés természete; a glikozid centrum konfigurációja. Nukleozid hidrolízis.

Nukleotidok. A nukleinsavakat alkotó mononukleotidok szerkezete. Elnevezéstan. Nukleotid hidrolízis.

A nukleinsavak elsődleges szerkezete. Foszfodiészter kötés. Ribonukleinsavak és dezoxiribonukleinsavak. Az RNS és a DNS nukleotid összetétele. Nukleinsav hidrolízis.

A DNS másodlagos szerkezetének fogalma. A hidrogénkötések szerepe a másodlagos szerkezet kialakításában. Nukleinbázis komplementaritás.

Módosított nukleinsav bázisokon (5-fluorouracil, 6-merkaptopurin) alapuló gyógyszerek. A kémiai hasonlóság elve. A nukleinsavak szerkezetének megváltozása vegyszerek és sugárzás hatására. A salétromsav mutagén hatása.

Nukleozid polifoszfátok (ADP, ATP), szerkezetük sajátosságai, amelyek lehetővé teszik a nagy energiájú vegyületek és az intracelluláris bioregulátorok funkcióinak ellátását. A cAMP szerkezete - a sejtek intracelluláris "közvetítője".

Kompetenciakövetelmények:

· Ismerje a pirimidin és purin nitrogénbázisok szerkezetét, tautomer átalakulásait.

· Ismerje az N-glikozidok (nukleozidok) képződési reakcióinak és hidrolízisének mechanizmusát, a nukleozidok nómenklatúráját.

· Ismerje a természetes és szintetikus antibiotikum nukleozidok alapvető hasonlóságait és különbségeit a DNS és RNS részét képező nukleozidokhoz képest.

· Ismerje a nukleotid képződési reakciókat, a nukleinsavakat alkotó mononukleotidok szerkezetét, nevezéktanát.

· Ismerje a nukleozidok ciklo- és polifoszfátjainak szerkezetét, biológiai szerepét.

· Ismerje a DNS és az RNS nukleotid összetételét, a foszfodiészter kötés szerepét a nukleinsavak primer szerkezetének kialakításában.

· Ismerje a hidrogénkötések szerepét a DNS másodlagos szerkezetének kialakításában, a nitrogénbázisok komplementaritását, a komplementer kölcsönhatások szerepét a DNS biológiai funkciójának megvalósításában.

· Ismerje a mutációt okozó tényezőket és azok hatáselvét.

Információs rész

Bibliográfia

Fő:

1. Romanovszkij, bioszerves kémia: tankönyv 2 részben /. - Minszk: BSMU, 20 -as évek.

2. Romanovsky, a bioszerves kémia műhelyért: oktatóanyag/ szerkesztette. - Minszk: BSMU, 1999 .-- 132 p.

3. Tyukavkina, NA, Bioszerves kémia: tankönyv /,. - Moszkva: Orvostudomány, 1991 .-- 528 p.

További:

4. Ovcsinnyikov, kémia: monográfia /.

- Moszkva: Oktatás, 1987 .-- 815 p.

5. Potapov,: bemutató /. - Moszkva:

Kémia, 1988 .-- 464 p.

6. Riles, A. A szerves kémia alapjai: oktatóanyag / A. Rice, K. Smith,

R. Ward. - Moszkva: Mir, 1989 .-- 352 p.

7. Taylor, G. A szerves kémia alapjai: oktatóanyag / G. Taylor. -

Moszkva: Mears.

8. Terney, A. Modern szerves kémia: tankönyv 2 kötetben /

A. Terney. - Moszkva: Mir, 1981 .-- 1310 p.

9. Tyukavkina, a bioorganikus laboratóriumi vizsgálatokhoz

kémia: tankönyv / [és mások]; szerkesztette: N.A.

Tyukavkina. - Moszkva: Orvostudomány, 1985 .-- 256 p.

10. Tyukavkina, N. A., Bioorganic kémia: Tankönyv diákoknak

orvosi intézetek /,. - Moszkva.

Bioszerves kémia. Tyukavkina N.A., Baukov Yu.I.

3. kiadás, Rev. és add hozzá. - M .: 2004 - 544 p.

A tankönyv fő jellemzője ennek a kémiai tanfolyamnak az orvostanhallgatók számára szükséges orvosi irányultságának és magas, alapvető tudományos szintjének kombinációja. A tankönyv alapvető anyagokat tartalmaz a szerves vegyületek szerkezetéről és reakcióképességéről, beleértve a biopolimereket, amelyek a sejt szerkezeti elemei, valamint a fő metabolitokat és kis molekulatömegű bioregulátorokat. A harmadik kiadásban (2. - 1991.) különös figyelmet szentelnek az élő szervezetben analógiákat mutató vegyületeknek és reakcióknak, hangsúlyt fektetnek a fontos vegyületosztályok biológiai szerepének feltárására, valamint a modern információs spektrumra. ökológiai és toxikológiai jellege bővül. A 040100 Általános orvostudomány, 040200 Gyermekgyógyászat, 040300 Orvosi és Megelőző Ellátás, 040400 Fogászat szakokon tanuló egyetemistáknak.

Formátum: pdf

A méret: 15 Mb

Nézd meg, töltsd le:drive.google

TARTALOM
Előszó ............................... 7
Bevezetés .......................... 9
I. rész
A SZERVES VEGYÜLETEK SZERKEZETÉNEK ÉS REAKCIÓKÉPESSÉGÉNEK ALAPJAI
1. fejezet A szerves vegyületek általános jellemzői 16
1.1. Osztályozás. "................ 16
1.2. .Nómenklatúra ............... 20
1.2.1. Helyettesítő nómenklatúra ........... 23
1.2.2. Radikális-funkcionális nómenklatúra ........ 28
2. fejezet: A kémiai kötések és az atomok kölcsönös hatása szerves anyagokban
csatlakozások ................... 29
2.1. Organogén elemek elektronikus szerkezete ... 29
2.1.1. Atompályák ................29
2.1.2. Orbitális hibridizáció .............. 30
2.2. Kovalens kötések ............... 33
2.2.1. a- és l-linkek ................... 34
2.2.2. Adományozó-elfogadó kötvények ............ 38
2.2.3. Hidrogénkötések ............... 39
2.3. Konjugáció és aroma ............ 40
2.3.1. Nyitott csatoló áramkörrel rendelkező rendszerek ..., ..... 41
2.3.2. Zárt kapcsolóáramkörrel rendelkező rendszerek ........ 45
2.3.3. Elektronikus effektusok ............... 49
3. fejezet A szerves vegyületek szerkezetének alapjai ....... 51
3.1. Kémiai szerkezet és szerkezeti izoméria ... 52
3.2. Térszerkezet és sztereoizomerizmus ... 54
3.2.1. Konfiguráció ................... 55
3.2.2. Felépítés .................. 57
3.2.3. Molekulák szimmetriaelemei ............ 68
3.2.4. Eiantiomerizmus ............... 72
3.2.5. Diasztereomerizmus ................
3.2.6. Versenytársak .................. 80
3.3. Enantiotópia, diasztereotópia. ... ......... 82
4. fejezet Szerves vegyületek reakcióinak általános jellemzői 88
4.1. A reakciómechanizmus fogalma ... 88
3
11.2. A peptidek és fehérjék elsődleges szerkezete ........ 344
11.2.1. Összetétel és aminosav sorrend ... 345
11.2.2. A peptidek szerkezete és szintézise ............ 351
11.3. Polipeptidek és fehérjék térszerkezete ... 361
12. fejezet Szénhidrátok .................. 377
12.1. Monoszacharidok ................... 378
12.1.1. Szerkezet és sztereoizoméria ............. 378
12.1.2. Tautomerizmus ............... ". 388
12.1.3. Konformációk .................. 389
12.1.4. A monoszacharidok származékai ............ 391
12.1.5. Kémiai tulajdonságok ............... 395
12.2. Disacharidok ................... 407
12.3. Poliszacharidok ................... 413
12.3.1. Homopoliszacharidok ............... 414
12.3.2. Heteropoliszacharidok ............... 420
13. fejezet Nukleotidok és nukleinsavak .......... 431
13.1. Nukleozidok és nukleotidok ............... 431
13.2. Nukleinsav szerkezete ........... 441
13.3 Nukleozid-polifoszfátok. Nikotin és nukleotidok ..... 448
14. fejezet Lipidek és kis molekulatömegű bioregulátorok ... 457
14.1. Elszappanosítható lipidek ............... 458
14.1.1. Magasabb zsírsavak – elszappanosított lipidek szerkezeti komponensei 458
14.1.2. Egyszerű lipidek ................ 461
14.1.3. Komplex lipidek ................ 462
14.1.4. Az elszappanosítható lipidek és szerkezeti komponenseik néhány tulajdonsága 467
14.2. Nem szappanosítható lipidek 472
14.2.1. A terpének .......... ...... 473
14.2.2. Alacsony molekulatömegű bioregulátorok lipid természet. . . 477
14.2.3. Szteroidok ................... 483
14.2.4. Terpének és szteroidok bioszintézise ........... 492
15. fejezet Szerves vegyületek vizsgálati módszerei ... 495
15.1. Kromatográfia ................... 496
15.2. Szerves vegyületek elemzése. ... ........ 500
15.3. Spektrális módszerek ............... 501
15.3.1. Elektronikus spektroszkópia ............... 501
15.3.2. Infravörös spektroszkópia ............ 504
15.3.3. Nukleáris spektroszkópia mágneses rezonancia...... 506
15.3.4. Elektronikus paramágneses rezonancia ......... 509
15.3.5. Tömegspektrometria ............... 510

Előszó
A természettudomány fejlődésének évszázados története során szoros kapcsolat alakult ki az orvostudomány és a kémia között. E tudományok folyamatos mély áthatolása új tudományos irányok megjelenéséhez vezet, amelyek tanulmányozzák az egyes élettani folyamatok molekuláris jellegét, a betegségek patogenezisének molekuláris alapját, a farmakológia molekuláris vonatkozásait stb. A nagy és kis molekulák királyságát, folyamatosan kölcsönhatásban lévő, felbukkanó és eltűnő "*.
A bioorganikus kémia biológiailag jelentős anyagokat vizsgál, és „molekuláris eszközként” szolgálhat a sejtösszetevők sokoldalú vizsgálatához.
A bioszerves kémia fontos szerepet játszik a modern orvostudomány fejlődésében, és szerves részét képezi az orvos természettudományos oktatásának.
Az orvostudomány fejlődése és az egészségügy fejlesztése a szakorvosok mélyreható alapképzésével függ össze. Ennek a megközelítésnek a relevanciáját nagymértékben meghatározza az orvostudománynak a társadalmi szféra nagy ágává történő átalakulása, amelynek látóterében az ökológia, a toxikológia, a biotechnológia stb.
Hiánya miatt tanterveket orvosi egyetemek általános tanfolyam A szerves kémia ebben a tankönyvben meghatározott helyet kap a szerves kémia alapjainak, amelyek szükségesek a bioszerves kémia asszimilációjához. A harmadik kiadás (2. - 1992) előkészítése során a tankönyv anyagát átdolgozták, és még közelebb áll az orvosi ismeretek felfogásának problémáihoz. Bővült az élő szervezetekben analógiával rendelkező vegyületek és reakciók köre. Nagyobb figyelmet fordítanak az ökológiai és toxikológiai jellegű információkra. A tisztán kémiai természetű elemek, amelyek az orvosképzés szempontjából nem alapvető fontosságúak, különösen a szerves vegyületek előállításának módszerei, számos egyéni képviselő tulajdonságai stb., némi redukción mentek keresztül. A hatás molekuláris alapja. a drogokról. Javult a tankönyv felépítése, külön rovatba kerültek a különleges biomedikai jelentőségű vegyi anyagok.
A szerzők őszinte köszönetüket fejezik ki S. E. Zurabyan, I. Yu. Belavin, I. A. Selivanova professzoroknak, valamint minden kollégának azért, hogy hasznos tippeketés segítségnyújtás a kézirat újranyomásra való előkészítésében.

Terv 1. A bioorganikus kémia tárgya és jelentősége 2. A szerves vegyületek osztályozása és nómenklatúrája 3. A szerves molekulák képének módszerei 4. A kémiai kötés a bioorganikus molekulákban 5. Elektronikus hatások. Az atomok kölcsönös hatása egy molekulában 6. A kémiai reakciók és reagensek osztályozása 7. A kémiai reakciók mechanizmusának fogalma 2

A bioszerves kémia tantárgy 3 A bioszerves kémia a kémiai tudomány önálló ága, amely a szerkezetet, a tulajdonságokat és a biológiai funkciókat vizsgálja. kémiai vegyületek szerves eredetűek, amelyek részt vesznek az élő szervezetek anyagcseréjében.

A bioorganikus kémia vizsgálati tárgyai a kis molekulatömegű biomolekulák és biopolimerek (fehérjék, nukleinsavak és poliszacharidok), bioregulátorok (enzimek, hormonok, vitaminok és mások), természetes és szintetikus fiziológiailag aktív vegyületek, beleértve a gyógyszereket és toxikus hatású anyagokat. Biomolekulák - biológiai szerves vegyületek, amelyek az élő szervezetek részei, és a sejtszerkezetek kialakítására és a biokémiai reakciókban való részvételre specializálódtak, az anyagcsere (metabolizmus) és élettani funkciókélő sejtek és többsejtű élőlényekáltalában. 4 Bioszerves vegyületek osztályozása

Az anyagcsere a szervezetben (in vivo) lezajló kémiai reakciók összessége. Az anyagcserét anyagcserének is nevezik. Az anyagcsere két irányban történhet - anabolizmus és katabolizmus. Az anabolizmus egy szintézis a szervezetben összetett anyagok viszonylag egyszerűekből. Energiát fogyaszt (endoterm folyamat). Katabolizmus - éppen ellenkezőleg, az összetett szerves vegyületek lebontása egyszerűbbekre. Az energia felszabadulásával történik (exoterm folyamat). Az anyagcsere folyamatok enzimek részvételével zajlanak. Az enzimek biokatalizátorként játszanak szerepet a szervezetben. Enzimek nélkül a biokémiai folyamatok vagy egyáltalán nem, vagy nagyon lassan mennének végbe, és a szervezet nem lenne képes fenntartani az életet. 5

Bioelemek. A bioszerves vegyületek összetétele a szénatomokon (C) kívül, amelyek bármely szerves molekula alapját képezik, hidrogént (H), oxigént (O), nitrogént (N), foszfort (P) és ként (S) is tartalmaz. . Ezek a bioelemek (organogének) több mint 200-szor nagyobb mennyiségben koncentrálódnak az élő szervezetekben, mint az élettelen tárgyakban. Az említett elemek a biomolekulák elemi összetételének több mint 99%-át teszik ki. 6

A bioszerves kémia a szerves kémia mélységeiből jött létre, és annak ötletein és módszerein alapul. A szerves kémia fejlődéstörténetében a következő szakaszok vannak hozzárendelve: empirikus, analitikai, szerkezeti és modern. Az ember szerves anyagokkal való első megismerkedésétől a XVIII. század végéig tartó időszak empirikusnak tekinthető. Ennek az időszaknak a fő eredménye az volt, hogy az emberek felismerték az elemi elemzés fontosságát, valamint az atom- és molekuláris tömegek létrehozását. A vitalizmus elmélete - életerő (Berzelius). Az elemzési időszak a XX. Század 60 -as éveiig tartott. Jellemzője volt, hogy a 19. század első negyedének végétől számos ígéretes felfedezés történt, amelyek zuhanó csapást mértek a vitalista elméletre. Az első ebben a sorban Berzelius tanítványa, Wöhler német vegyész volt. 1824-ben számos felfedezést tett - az oxálsav szintézisét cianogénből: (CN) 2 HOOS - COOH p. - karbamid szintézise ammónium-cianátból: NH 4 CNO NH 2 - C - NH 2 O 8

1853-ban C. Gerard kidolgozta a "típuselméletet", és a szerves vegyületek osztályozására használta. Gerard szerint a következő bázikus anyagokból összetettebb szerves vegyületek állíthatók elő négy fajta Anyagok: НННН típusú HIDROGÉN НННН O típusú VÍZ Н Cl típusú HIDROGÉN KLÓRID НННННН N típusú AMMONIA 1857 óta, F.A. javaslatára.

A szerves vegyületek szerkezetének elméletének főbb rendelkezései (1861) 1) a molekulákban lévő atomok vegyértékeiknek megfelelően vegyi kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz; 2) a szerves anyagok molekuláiban lévő atomok meghatározott sorrendben kapcsolódnak egymáshoz, ami kémiai szerkezete a molekula (szerkezete); 3) a szerves vegyületek tulajdonságai nemcsak az őket alkotó atomok számától és természetétől, hanem a molekulák kémiai szerkezetétől is függenek; 4) a szerves molekulákban kölcsönhatás lép fel az egymáshoz kötött és kötetlen atomok között; 5) az anyag kémiai szerkezete a kémiai átalakulások tanulmányozásával meghatározható, és fordítva, az anyag szerkezetével jellemezhetők tulajdonságai. tíz

A szerves vegyületek szerkezetének elméletének főbb rendelkezései (1861) Szerkezeti képlet ez egy molekulában lévő atomok kötéseinek sorozatának képe. Bruttó képlet - CH 4 O vagy CH 3 OH Szerkezeti képlet Az egyszerűsített szerkezeti képleteket néha racionálisnak nevezik Molekuláris képlet- egy szerves vegyület képlete, amely jelzi az egyes elemek atomszámát egy molekulában. Például: С 5 Н 12 - pentán, С 6 Н 6 - benzin stb. tizenegy

A bioszerves kémia fejlődési szakaszai Külön tudásterületként, amely egyrészt a szerves kémia fogalmi alapelveit és módszertanát, másrészt a molekuláris biokémiát és a molekuláris farmakológiát ötvözi, másrészt a bioszerves kémia a 2008-as években alakult ki. században a természetes anyagok és biopolimerek kémiájának fejlődése alapján. A modern bioorganikus kémia alapvető fontosságúra tett szert W. Stein, S. Moore, F. Senger (a peptidek és fehérjék aminosav-összetételének elemzése és primer szerkezetének meghatározása), L. Pauling és H. Astbury munkáinak köszönhetően. a -helix és -szerkezet felépítésének és azok megvalósításában betöltött jelentőségének tisztázása biológiai funkciókat fehérjemolekulák), E. Chargaffa (a nukleinsavak nukleotid-összetételének sajátosságainak megfejtése), J. Watson, Fr. Crick, M. Wilkins, R. Franklin (a DNS-molekula térszerkezetének törvényszerűségeinek megállapítása), G. Korani (egy gén kémiai szintézise) stb. tizennégy

A szerves vegyületek osztályozása a szénváz szerkezete és a funkciós csoport jellege szerint A szerves vegyületek hatalmas száma késztette a vegyészeket az osztályozásukra. A szerves vegyületek osztályozása két osztályozási jellemzőn alapul: 1. A szénváz szerkezete 2. A funkciós csoportok jellege Osztályozás a szénváz szerkezetének módszerével: 1. Aciklikus (alkánok, alkének, alkinok, alkadiének ); 2. Ciklikus 2.1. Karbociklusos (aliciklusos és aromás) 2.2. Heterociklusos 15 Az aciklusos vegyületeket alifás vegyületeknek is nevezik. Ide tartoznak a nyitott szénláncú anyagok. Az aciklikus vegyületek telített (vagy telített) C n H 2n + 2 (alkánok, paraffinok) és telítetlen (telítetlen) vegyületekre oszthatók. Ez utóbbiak közé tartoznak a C n H 2n alkének, C n H 2n -2 alkinek, C n H 2n -2 alkadiének.

16 A ciklikus vegyületek molekuláiban gyűrűket (ciklusokat) tartalmaznak. Ha a ciklusok csak szénatomokat tartalmaznak, akkor az ilyen vegyületeket karbociklusosnak nevezzük. A karbociklusos vegyületeket aliciklusos és aromás vegyületekre osztják. Az aliciklusos szénhidrogének (cikloalkánok) közé tartozik a ciklopropán és homológjai - ciklobután, ciklopentán, ciklohexán stb. Ha a szénhidrogénen kívül más elemek is szerepelnek a ciklusos rendszerben, akkor az ilyen vegyületeket heterociklusosnak nevezzük.

Osztályozás a funkciós csoport jellege szerint A funkciós csoport olyan atom vagy atomok egy meghatározott módon kötött csoportja, amelynek jelenléte egy szerves anyag molekulában meghatározza jellemző tulajdonságokés a vegyületek egyik vagy másik osztályába tartozik. A funkciós csoportok száma és homogenitása szerint a szerves vegyületeket mono-, poli- és heterofunkciós csoportokra osztják. Az egy funkciós csoporttal rendelkező anyagokat monofunkciósnak, a több azonos funkciós csoporttal rendelkező anyagokat polifunkciósnak nevezzük. A több különböző funkciós csoportot tartalmazó vegyületek heterofunkcionálisak. Fontos, hogy az azonos osztályba tartozó vegyületeket homológ sorozatokba vonják össze. A homológ sorozat azonos funkciós csoportokkal és azonos szerkezetű szerves vegyületek sorozata, a homológ sorozat minden képviselője konstans egységgel (CH 2) különbözik az előzőtől, amit homológ különbségnek nevezünk. A homológ sorozat tagjait homológoknak nevezik. 17

Nómenklatúrarendszerek a szerves kémiában - triviális, racionális és nemzetközi (IUPAC) Kémiai nómenklatúra az egyes vegyi anyagok, csoportjaik és osztályaik elnevezéseinek halmaza, valamint nevük összeállításának szabályai Kémiai nómenklatúra az egyes vegyi anyagok elnevezéseinek halmaza , csoportjaikat és osztályaikat, valamint a nevüket összeállító szabályokat. A triviális (történelmi) nómenklatúra az anyagok előállítási folyamatához kapcsolódik (a pirogallol a galluszsav pirolízisterméke), a származási forráshoz, ahonnan nyerték (hangyasav) stb. A természetes és heterociklusos vegyületek kémiájában elterjedt a triviális vegyületnevek használata (citrál, geraniol, tiofén, pirrol, kinolin stb.) A triviális (történelmi) nómenklatúra az anyagok beszerzési folyamatához kapcsolódik (a pirogallol pirolízis terméke galluszsav), származási forrás, amelyből nyerték (hangyasav) stb. A vegyületek triviális elnevezéseit széles körben használják a természetes és heterociklusos vegyületek kémiájában (citrál, geraniol, tiofén, pirrol, kinolin stb.). A racionális nómenklatúra azon az elven alapul, hogy a szerves vegyületeket homológ sorozatokra osztják. Egy bizonyos homológ sorozatban lévő összes anyagot az adott sorozat legegyszerűbb képviselőjének származékának tekintik - az első vagy néha a második. Különösen az alkánokra - metánra, alkénekre - etilénre stb. Egy bizonyos homológ sorozatban lévő összes anyagot az adott sorozat legegyszerűbb képviselőjének származékának tekintik - az első vagy néha a második. Különösen az alkánokhoz - metánhoz, alkénekhez - etilénhez stb. tizennyolc

Nemzetközi Nómenklatúra (IUPAC). A modern nómenklatúra szabályait 1957-ben dolgozták ki a Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Uniója (IUPAC) 19. kongresszusán. Radikálisan funkcionális nómenklatúra. Ezek az elnevezések a funkcionális osztály elnevezésén alapulnak (alkohol, éter, keton stb.), amelyet a szénhidrogén gyökök nevei előznek meg, például: alil-klorid, dietil-éter, dimetil-keton, propil-alkohol stb. Helyettesítő nómenklatúra. A nómenklatúra szabályai. Az anyaszerkezet egy molekula szerkezeti töredéke (molekulaváz), amely egy vegyület nevének alapja, az atomok fő szénlánca az aliciklusos vegyületeknél, a karbociklusos vegyületeknél - egy ciklus. 19

Kémiai kötés szerves molekulákban Kémiai kötés - a külső elektronhéjak (az atomok vegyértékelektronjai) és az atommagok kölcsönhatásának jelensége, ami egy molekula vagy kristály egészének létezését okozza. Általános szabály, hogy egy atom elektront fogadva, adományozva vagy közös elektronpárt alkotva hajlamos arra, hogy a külső elektronhéj konfigurációját az inert gázokhoz hasonló konfigurációba hozzon. A szerves vegyületeket a következő típusú kémiai kötések jellemzik: - ionos kötés - kovalens kötés- donor - akceptor kötés - hidrogénkötés Létezik még néhány más típusú kémiai kötés is (fém, egyelektronos, kételektronos háromcentrum), de ezek a szerves vegyületekben gyakorlatilag nem találhatók meg. húsz

A kötések típusai a szerves vegyületekben A szerves vegyületekre a legjellemzőbb a kovalens kötés. A kovalens kötés az atomok kölcsönhatása, amely egy közös elektronpár kialakításával valósul meg. Ez a fajta kötés olyan atomok között jön létre, amelyeknek összehasonlítható elektronegativitása van. Az elektronegativitás az atom tulajdonsága, amely azt mutatja, hogy képes más atomokból elektronokat magához vonni. A kovalens kötés lehet poláris vagy nem poláris. Az azonos elektronegativitás értékű atomok között nem poláris kovalens kötés jön létre

A szerves vegyületek kötéseinek típusai A különböző elektronegativitású atomok között kovalens poláris kötés jön létre. Ebben az esetben a kötött atomok parciális töltéseket szereznek δ + δ + δ-δ- A kovalens kötések speciális altípusa a donor-akceptor kötés. Az előző példákhoz hasonlóan ez a fajta kölcsönhatás egy közös elektronpár jelenlétének köszönhető, de ez utóbbit a kötést alkotó atomok (donor) biztosítja, és egy másik atom (akceptor) fogadja el 24

A szerves vegyületek kötéseinek típusai Ionos kötés elektronegativitási értékükben nagymértékben eltérő atomok között jön létre. Ebben az esetben a kevésbé elektronegatív elem (gyakran fém) elektronja teljesen átkerül az elektronegatívabb elembe. Az elektronnak ez az átmenete pozitív töltést okoz egy kevésbé elektronegatív atomban, és negatív töltést egy elektronegatívabb atomban. Így két ellentétes töltésű ion keletkezik, amelyek között elektrovalens kölcsönhatás lép fel. 25

A szerves vegyületek kötéseinek típusai A hidrogénkötés egy erősen poláris kötéssel megkötött hidrogénatom és az oxigén, fluor, nitrogén, kén és klór elektrongőzei közötti elektrosztatikus kölcsönhatás. Ez a fajta interakció meglehetősen gyenge kölcsönhatás. A hidrogénkötés lehet intermolekuláris és intramolekuláris. Intermolekuláris hidrogénkötés (kölcsönhatás két etil-alkohol-molekula között) Intramolekuláris hidrogénkötés szalicilsav-aldehidben 26

Kémiai kötés szerves molekulákban A kémiai kötés modern elmélete egy molekula kvantummechanikai modelljén alapul, mint elektronokból és atommagokból álló rendszer. A kvantummechanikai elmélet alapköve az atomi pálya. Az atomi pálya a tér azon része, amelyben az elektronok megtalálásának valószínűsége a legnagyobb. A kötés tehát egy ellentétes spinű elektront hordozó pályák kölcsönhatásának ("átfedésének") tekinthető. 27

Atompályák hibridizációja A kvantummechanikai elmélet szerint az atom által létrehozott kovalens kötések számát az egyelektronos atomi pályák száma (a párosítatlan elektronok száma) határozza meg. Az alapállapotban lévő szénatomnak csak két párosítatlan elektronja van, azonban az elektron esetleges átmenete 2s-ről 2 pz-re négy kovalens kötés kialakulását eredményezi. A szénatomnak azt az állapotát, amelyben négy párosítatlan elektronja van, „gerjesztettnek” nevezzük. Annak ellenére, hogy a szén pályái nem egyenlőek, ismert, hogy az atompályák hibridizációja miatt négy egyenértékű kötés kialakulása lehetséges. A hibridizáció olyan jelenség, amelyben több, különböző alakú és egymáshoz közeli energiapályából azonos számú, azonos alakú és számú pálya jön létre. 28

Egy szénatom hibrid állapotai szerves molekulákban ELSŐ HIBRID ÁLLAPOT Az AC atom sp 3 -hibridizációs állapotban van, négy σ-kötést képez, négy hibrid pályát alkot, amelyek tetraéder (kötésszög) σ-kötés formájában helyezkednek el 31

A szénatom hibrid állapotai szerves molekulákban MÁSODIK HIBRID ÁLLAPOT A C atom sp 2 -hibridizációs állapotban van, három σ-kötést képez, három hibrid pályát alkot, amelyek lapos háromszög formájában helyezkednek el (120 kötési szög) σ-kötés π-kötés 32

A szénatom hibrid állapotai szerves molekulákban HARMADIK HIBRID ÁLLAPOT A C atom sp-hibridizációs állapotban van, két σ-kötést képez, két hibrid pályát alkot, amelyek a σ-kötés egy vonalában (180 kötési szög) helyezkednek el π-kötés 33

A kémiai kötések jellemzői POLING skála: F-4,0; O-3,5; Cl - 3,0; N 3,0; Br 2,8; S - 2,5; C-2,5; H-2.1. különbség 1.7

A kémiai kötések jellemzői A kötés polarizálhatósága az elektronsűrűség eltolódása külső tényezők hatására. A kötés polarizálhatósága az elektronok mozgékonyságának mértéke. Az atomsugár növekedésével az elektronok polarizálhatósága nő. Ezért a szén-halogén kötés polarizálhatósága a következőképpen nő: C-F

Elektronikus effektusok. Az atomok kölcsönös hatása egy molekulában 39 A modern elméleti felfogások szerint a szerves molekulák reakcióképességét előre meghatározza az elektronfelhők elmozdulása és mobilitása, amelyek kovalens kötést képeznek. A szerves kémiában kétféle elektroneltolódást különböztetnek meg: a) a -kötések rendszerében fellépő elektronelmozdulásokat, b) a -kötések rendszere által továbbított elektronelmozdulásokat. Az első esetben az úgynevezett induktív hatás, a másodikban a mezomer hatás lép fel. Az induktív hatás a kötésrendszerben lévő molekula atomjai közötti elektronegativitás-különbségből adódó elektronsűrűség (polarizáció) újraeloszlása. A -csatlakozások jelentéktelen polarizálhatósága miatt az induktív hatás gyorsan elhalványul, és 3-4 csatlakozás után szinte nem jelenik meg.

Elektronikus effektusok. Az atomok kölcsönös befolyása egy molekulában 40 Az induktív hatás fogalmát K. Ingold vezette be, aki bevezette az elnevezéseket is: –I-hatás az elektronsűrűség csökkenése esetén a szubsztituens által + I-hatás a szubsztituensben az elektronsűrűség növekedése az alkilcsoportok (СН 3, C 2 H 5 - stb.) szubsztituensek hatására. Minden más, szénhez kötött szubsztituens negatív induktív hatással rendelkezik.

Elektronikus effektusok. Az atomok kölcsönös hatása egy molekulában 41 A mezomer hatás az elektronsűrűség újraeloszlása ​​egy konjugált rendszer mentén. A konjugált rendszerek szerves vegyületek molekuláit tartalmazzák, amelyekben kettős és egyszeres kötések váltakoznak, vagy ha egy atomot helyeznek a kettős kötés mellé, amelynek a p-pályán egy meg nem osztott elektronpárja van. Az első esetben van - ragozás, a másodikban - p, - ragozás. A csatolt rendszerek nyitott és zárt interfész áramkörrel is elérhetők. Ilyen vegyületek például az 1,3-butadién és a benzin. Ezen vegyületek molekuláiban a szénatomok sp 2 -hibridizált állapotban vannak, és a nem hibrid p-pályák miatt β-kötéseket alkotnak, amelyek kölcsönösen átfedik egymást és egyetlen elektronfelhőt alkotnak, azaz ragozás történik.

Elektronikus effektusok. Az atomok kölcsönös befolyása a molekulában 42 A mezomer hatásoknak két típusa létezik - pozitív mezomer hatás (+ M) és negatív mezomer hatás (-M). A konjugált rendszert p-elektronokat biztosító szubsztituensek pozitív mezomer hatást mutatnak. Ide tartoznak: -O, -S -NH2, -OH, -OR, Hal (halogének) és más szubsztituensek, amelyek negatív töltésűek vagy magányos elektronpárokkal rendelkeznek. Negatív mezomer hatás jellemzi azokat a szubsztituenseket, amelyek lehúzzák az elektronsűrűséget a konjugált rendszerből. Ide tartoznak a különböző elektronegativitással rendelkező atomok között többszörös kötéssel rendelkező szubsztituensek: - N02; -S03H; > C=O; -UNON és mások. A mezomer hatás grafikusan tükröződik egy hajlított nyíllal, amely az elektronok elmozdulásának irányát mutatja, az indukciós hatástól eltérően a mezomer hatás nem szűnik meg. Teljes mértékben a rendszeren keresztül továbbítódik, függetlenül a kapcsolólánc hosszától. C=O; -UNON és mások. A mezomer hatás grafikusan tükröződik egy hajlított nyíllal, amely az elektronok elmozdulásának irányát mutatja, az indukciós hatástól eltérően a mezomer hatás nem szűnik meg. A kapcsolólánc hosszától függetlenül teljes mértékben a rendszeren keresztül továbbítódik

A kémiai reakciók típusai 43 A kémiai reakciót úgy tekinthetjük, mint egy reagens és egy szubsztrát kölcsönhatását. A molekulákban a kémiai kötések felszakításának és kialakításának módjától függően a szerves reakciókat a következőkre osztjuk: a) homolitikus b) heterolitikus c) molekuláris A homolitikus vagy szabad gyökös reakciókat homolitikus kötéshasadás okozza, amikor minden atomban egy elektron marad, vagyis gyökök képződnek ... Homolitikus ruptura akkor következik be, amikor magas hőmérsékletek, egy fénykvantum vagy katalízis hatása.

A heterolitikus vagy ionos reakciók úgy mennek végbe, hogy egy kötő elektronpár az egyik atom közelében marad, és ionok keletkeznek. Az elektronpárral rendelkező részecskéket nukleofilnek nevezzük, és negatív töltésű (-). Az elektronpár nélküli részecskét elektrofilnek nevezzük, és pozitív töltésű (+). 44 A kémiai reakciók típusai

A kémiai reakció mechanizmusa 45 A reakciómechanizmus egy adott reakciót alkotó elemi (egyszerű) szakaszok összessége. A reakciómechanizmus leggyakrabban a következő szakaszokból áll: a reagens aktiválása elektrofil, nukleofil vagy szabad gyök képződésével. A reagens aktiválásához általában egy katalizátorra van szükség. A második szakaszban az aktivált reagens kölcsönhatásba lép a szubsztrátummal. Ebben az esetben közbenső részecskék (intermedierek) keletkeznek. Ez utóbbiak közé tartoznak a -komplexek, -komplexek (karbokationok), karbanionok, új szabad gyökök. A végső szakaszban a részecskék hozzáadása vagy eltávolítása a második lépésben képződött köztitermékhez (a) a végső reakciótermék képződésével történik. Ha a reagens aktiválásakor nukleofilt hoz létre, akkor ezek nukleofil reakciók. N betűvel vannak jelölve (az indexben). Amikor a reagens elektrofilt hoz létre, a reakciók elektrofilek (E). Ugyanez mondható el a szabad gyökös reakciókról (R).

A nukleofilek negatív töltésű vagy elektronsűrűségű atommal rendelkező reagensek: 1) anionok: OH -, CN -, RO -, RS -, Hal - és egyéb anionok; 2) semleges molekulák magányos elektronpárokkal: NH 3, NH 2 R, H 2 O, ROH és mások; 3) molekulák felesleges elektronsűrűségű (amely - kötések). Az elektrofilek pozitív töltésű vagy elektronsűrűségű atommal rendelkező reagensek: 1) kationok: Н + (proton), НSO 3 + (hidrogén-szulfónium-ion), NO 2 + (nitrónium-ion), NO (nitrozónium-ion) és egyéb kationok ; 2) üres pályával rendelkező semleges molekulák: AlCl 3, FeBr 3, SnCl 4, BF 4 (Lewis-savak), SO 3; 3) kimerült elektronsűrűségű molekulák az atomon. 46

49

50

51

52

A bioszerves kémia olyan tudomány, amely az életfolyamatokban részt vevő anyagok szerkezetét és tulajdonságait vizsgálja, közvetlen összefüggésben biológiai funkcióik ismeretével.

A bioorganikus kémia az a tudomány, amely biológiailag jelentős vegyületek szerkezetét és reakcióképességét vizsgálja. A bioszerves kémia tárgya a biopolimerek és bioregulátorok és szerkezeti elemeik.

A biopolimerek közé tartoznak a fehérjék, poliszacharidok (szénhidrátok) és nukleinsavak. Ebbe a csoportba tartoznak azok a lipidek is, amelyek nem IUD-k, de általában a szervezetben más biopolimerekkel társulnak.

A bioregulátorok olyan vegyületek, amelyek kémiailag szabályozzák az anyagcserét. Ide tartoznak a vitaminok, hormonok, számos szintetikus vegyület, beleértve a gyógyászati ​​anyagokat is.

A bioszerves kémia a szerves kémia elgondolásain és módszerein alapul.

A szerves kémia általános törvényeinek ismerete nélkül nehéz tanulmányozni a bioorganikus kémiát. A bioszerves kémia szorosan kapcsolódik a biológiához, a biológiai kémiához és az orvosi fizikához.

A test körülményeiben előforduló reakciók halmazát ún anyagcsere.

Az anyagcsere folyamat során keletkező anyagokat - metabolitok.

Az anyagcserének két iránya van:

A katabolizmus az összetett molekulák egyszerűbb molekulákká való bomlásának reakciója.

Az anabolizmus az összetett molekulák többből való szintetizálásának folyamata egyszerű anyagok energiafogyasztással.

A bioszintézis kifejezés egy kémiai reakciót jelent IN VIVO (a testben), IN VITRO (testen kívül)

Vannak antimetabolitok - a metabolitok versenytársai a biokémiai reakciókban.

A konjugáció, mint a molekulák stabilitását növelő tényező. Az atomok kölcsönös hatása szerves vegyületek molekuláiban és átvitelének módjai

Előadás terv:

Párosítás és típusai:

p, p - ragozás,

r, p - ragozás.

Konjugációs energia.

Nyitott áramkörű kapcsolt rendszerek.

A-vitamin, karotinok.

Konjugáció gyökökben és ionokban.

Zárt láncú kapcsolt rendszerek. Aromás, aromás kritériumok, heterociklusos aromás vegyületek.

Kovalens kötés: nem poláris és poláris.

Induktív és mezomer hatások. Az EA és az ED helyettesítők.

A szerves kémiában a kémiai kötések fő típusa a kovalens kötés. A szerves molekulákban az atomokat s és p kötések kötik össze.

A szerves vegyületek molekuláiban lévő atomokat kovalens kötések kötik össze, amelyeket s és p kötéseknek nevezünk.

Az SP 3 - hibridizált állapotú egyetlen s - kötést l - hosszúság (C-C 0,154 nm) E-energia (83 kcal / mol), polaritás és polarizálhatóság jellemzi. Például:

A telítetlen vegyületekre jellemző a kettős kötés, amelyben a középső s - kötésen kívül van egy, az s - kötésre merőleges átfedés is, amit π-kötésnek nevezünk).

A kettős kötések lokalizáltak, vagyis az elektronsűrűség csak a kötött atomok 2 magját fedi le.

Leggyakrabban azzal fogunk foglalkozni összefüggő rendszerek. Ha a kettős kötések váltakoznak az egyedi kötésekkel (és általános esetben a kettős kötéshez kapcsolódó atomnak van p-pályája, akkor a szomszédos atomok p-pályái átfedésben lehetnek egymással, és közös p-elektronrendszert alkotnak). Az ilyen rendszereket ún konjugált vagy delokalizált ... Például: butadién-1,3

p, p - konjugált rendszerek

A butadiénben lévő összes atom SP 2 - hibridizált állapotban van, és ugyanabban a síkban helyezkedik el (Pz - nem orbitális hibrid). Pz - pályák párhuzamosak egymással. Ez megteremti a feltételeket kölcsönös átfedésükhöz. A Pz pálya átfedése a C-1 és C-2 és a C-3 és C-4, valamint a C-2 és C-3 között történik, azaz delokalizált kovalens kötés. Ez tükröződik a molekulában lévő kötéshossz változásában. A C-1 és C-2 közötti kötés hossza megnő, a C-2 és C-3 között pedig lerövidül az egyszeres kötéshez képest.

l -C -C, 154 nm l C = C 0,134 nm

l С-N 1,147 nm l С = O 0,121 nm

r, p - ragozás

A p, π konjugált rendszerre példa a peptidkötés.

r, p - konjugált rendszerek

A C = 0 kettős kötés 0,124 nm-re bővül a szokásos 0,121 hosszhoz képest, a C-N kötés pedig rövidebbé válik és 0,132 nm-re változik a szokásos esetben 0,147 nm-hez képest. Vagyis az elektrondelokalizáció folyamata a kötéshosszak kiegyenlítődéséhez és a molekula belső energiájának csökkenéséhez vezet. A ρ, p - konjugáció azonban nem csak akkor fordul elő aciklusos vegyületekben, ha váltakozik = kötés egyszeres C-C kötéssel, hanem akkor is, ha heteroatommal váltakozik:

A kettős kötés mellett egy szabad p-pályával rendelkező X atom is elhelyezhető. Leggyakrabban ezek az O, N, S heteroatomok és p-pályáik, amelyek kölcsönhatásba lépnek p - kötésekkel, p, p - konjugációt képezve.

Például:

CH 2 = CH - O - CH = CH 2

A konjugáció nem csak semleges molekulákban, hanem gyökökben és ionokban is végrehajtható:

A fentiek alapján in nyílt rendszerek a párosítás a következő feltételek mellett történik:

A konjugált rendszerben részt vevő összes atom SP 2 - hibridizált állapotban van.

Рz - az összes atom pályája merőleges az s - csontváz síkjára, azaz párhuzamosak egymással.

Ha egy konjugált többközpontú rendszert alakítanak ki, a kötéshosszak egy vonalba kerülnek. Itt nincsenek "tiszta" egyszeres és kettős kötések.

A p-elektronok delokalizációja a konjugált rendszerben energia felszabadulással jár. A rendszer alacsonyabb energiaszintre megy, stabilabbá, stabilabbá válik. Tehát a konjugált rendszer kialakulása butadién - 1,3 esetén 15 kJ / mol mennyiségű energia felszabadulásához vezet. A konjugációnak köszönhető, hogy az allil típusú ionok gyökeinek stabilitása és a természetben való elterjedtsége nő.

Minél hosszabb a konjugációs lánc, annál nagyobb a keletkezésének energiája.

Ez a jelenség meglehetősen elterjedt a biológiailag fontos vegyületekben. Például:

A bioszerves kémia során folyamatosan találkozunk a molekulák, ionok, gyökök termodinamikai stabilitásának kérdéseivel, amelyek számos, a természetben elterjedt iont és molekulát tartalmaznak. Például:

Zárt áramkörű kapcsolt rendszerek

Aromás. A ciklikus molekulákban bizonyos körülmények között konjugált rendszer jöhet létre. P, p - konjugált rendszerre példa a benzol, ahol p - egy elektronfelhő szénatomokat takar, az ilyen rendszert - aromás.

A benzolban való konjugációból származó energianyereség 150,6 kJ/mol. Ezért a benzol termikusan 900 o C hőmérsékletig stabil.

A zárt elektrongyűrű jelenlétét NMR-rel igazolták. Ha egy benzolmolekulát külső mágneses térbe helyezünk, induktív gyűrűáram keletkezik.

Így a Hückel által megfogalmazott aromás kritérium a következő:

a molekula ciklikus szerkezetű;

minden atom SP 2 - hibridizált állapotban van;

van egy delokalizált p - elektronikus rendszer, amely 4n + 2 elektront tartalmaz, ahol n a ciklusok száma.

Például:

A bioszerves kémiában különleges helyet foglal el a kérdés heterociklusos vegyületek aromássága.

A heteroatomokat (nitrogén, kén, oxigén) tartalmazó ciklusos molekulákban egyetlen p-elektronfelhő képződik szénatomok p-pályáinak és egy heteroatom részvételével.

Öttagú heterociklusos vegyületek

Az aromás rendszer a C 4 p-pályájának és a 2 elektronot tartalmazó heteroatom egyik pályájának kölcsönhatásából jön létre. Hat p - elektron aromás vázat alkot. Egy ilyen csatolt rendszer elektronikusan redundáns. A pirrolban az N atom SP 2 hibridizált állapotban van.

A pirrol sok biológiailag fontos anyag összetevője. Négy pirrolgyűrű alkot porfint - egy aromás rendszert 26 p - elektronokkal és magas energia konjugáció (840 kJ / mol)

A porfin szerkezete a hemoglobin és a klorofill része

Hattagú heterociklusos vegyületek

Ezeknek a vegyületeknek a molekuláiban az aromás rendszer öt szénatomos p-pálya és egy nitrogénatom egy p-pályájának kölcsönhatása révén jön létre. Két elektron két SP 2 - pályán vesz részt az s - kötések kialakításában a gyűrű szénatomjaival. Az egy elektronos P-pálya az aromás vázban található. SP 2 - a magányos elektronpárral rendelkező pálya az s - váz síkjában fekszik.

A pirimidinben az elektronsűrűség nitrogénre tolódik el, vagyis a rendszer p - elektronjaiban kimerült, elektronhiányos.

Sok heterociklusos vegyület tartalmazhat egy vagy több heteroatomot

A pirrol, pirimidin, purin magjai számos biológiailag aktív molekula részét képezik.

Az atomok kölcsönös hatása szerves vegyületek molekuláiban és átvitelének módjai

Amint már említettük, a szerves vegyületek molekuláiban kötések az s és p kötések miatt jönnek létre, az elektronsűrűség csak akkor oszlik el egyenletesen a kötött atomok között, ha ezek az atomok azonosak vagy közel vannak az elektronegativitáshoz. Az ilyen kapcsolatokat ún nem poláris.

CH 3 -CH 2 → CI poláris kötés

A szerves kémiában gyakrabban foglalkozunk poláris kötésekkel.

Ha az elektronsűrűség egy elektronegatívabb atom felé keveredik, akkor az ilyen kötést polárisnak nevezzük. A kötési energiák értékei alapján L. Pauling amerikai kémikus az atomok elektronegativitásának kvantitatív jellemzését javasolta. Pauling skálája az alábbiakban látható.

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

A különböző hibridizációs állapotú szénatomok elektronegativitása különbözik. Ezért az s - az SP3 és SP2 hibridizált atomok közötti kötés - poláris

Induktív hatás

Az elektronsűrűség átvitelét az elektrosztatikus indukció mechanizmusával az s-kötési lánc mentén ún. indukció, a hatás az úgynevezett induktív A J művelet általában három kötésen keresztül bomlik le, azonban a közeli atomok egy közeli dipólus meglehetősen erős hatását tapasztalják.

Azok a szubsztituensek, amelyek az elektronsűrűséget az s - kötések lánca mentén a maguk irányába tolják, a -J - hatást mutatják, és fordítva, a + J effektust.

Az izolált p -kötés, valamint a nyílt vagy zárt konjugált rendszer egyetlen p -elektronfelhője könnyen polarizálódhat a szubsztituensek EA és ED hatására. Ezekben az esetekben az induktív hatás átadódik a p - kötésnek, ezért Jp-t jelöl.

Mezomer hatás (konjugációs hatás)

Az elektronsűrűség újraeloszlását egy konjugált rendszerben egy ebben a konjugált rendszerben részt vevő szubsztituens hatására ún. mezomer hatás(M-hatás).

Ahhoz, hogy egy szubsztituens magába kerüljön egy konjugált rendszerbe, vagy kettős kötéssel (p, p -konjugáció) vagy heteroatommal kell rendelkeznie magányos elektronpárral (r, p -konjugáció). M - a hatást a konjugált rendszeren keresztül továbbítják csillapítás nélkül.

Azok a szubsztituensek, amelyek a konjugált rendszerben csökkentik az elektronsűrűséget (irányukban eltolt elektronsűrűség), az -M-effektust, a konjugált rendszerben az elektronsűrűséget növelő szubsztituensek pedig a + M-effektust mutatják.

A szubsztituensek elektronikus hatásai

A szerves anyagok reakcióképessége nagymértékben függ a J és M hatás természetétől. Az elektronikus hatások hatáselméleti lehetőségeinek ismerete lehetővé teszi egyes kémiai folyamatok lefolyásának előrejelzését.

Szerves vegyületek sav-bázis tulajdonságai Szerves reakciók osztályozása.

Előadásterv

A szubsztrát, nukleofil, elektrofil fogalma.

A szerves reakciók osztályozása.

visszafordítható és visszafordíthatatlan

radikális, elektrofil, nukleofil, szinkron.

mono- és bimolekuláris

szubsztitúciós reakciók

addíciós reakciók

eliminációs reakciók

oxidáció és redukció

sav-bázis kölcsönhatások

A reakciók regioszelektívek, kemoszelektívek, sztereoszelektívek.

Elektrofil addíciós reakciók. Morkovnikov szabálya, Morkovnikov-ellenes hovatartozás.

Elektrofil szubsztitúciós reakciók: 1. és 2. típusú orientánsok.

A szerves vegyületek sav-bázis tulajdonságai.

Bronsted savasság és bázikusság

Lewis savasság és bázikusság

A kemény és lágy savanyúság és a bázisok elmélete.

A szerves reakciók osztályozása

A szerves reakciók rendszerezése lehetővé teszi, hogy e reakciók változatosságát viszonylag kis számú típusra redukáljuk. Szerves reakciók osztályozható:

felé: visszafordítható és visszafordíthatatlan

a szubsztrátumban és a reagensben bekövetkező kötések változásának természete szerint.

Szubsztrát- egy molekula, amely szénatomot biztosít új kötés kialakításához

Reagens- az aljzatra ható vegyület.

A reakciók a szubsztrátban és a reagensben bekövetkezett kötések változásának természete szerint a következőkre oszthatók:

radikális R

elektrofil E

nukleofil N (Y)

szinkron vagy konzisztens

SR reakciómechanizmus

Megindítás, inicializálás

A lánc növekedése

Nyitott áramkör

EREDMÉNY BESOROLÁSA

A reakció végeredményének való megfelelés a következő:

A) szubsztitúciós reakciók

B) addíciós reakciók

C) eliminációs reakciók

D) átcsoportosítás

D) oxidáció és redukció

E) sav-bázis kölcsönhatások

Vannak reakciók is:

Regioszelektív- előnyösen több reakcióközpont egyikén áramlik át.

Kemoszelektív- a reakció előnyös lefolyása az egyik kapcsolódó funkciós csoportnál.

Sztereoszelektív- a több sztereoizomer közül egy előnyös kialakítása.

Alkének, alkánok, alkadiének, arének és heterociklusos vegyületek reakciókészsége

A szerves vegyületek alapja a szénhidrogén. Csak azokat a reakciókat vesszük figyelembe, amelyeket biológiai körülmények között hajtanak végre, és ennek megfelelően nem magukkal a szénhidrogénekkel, hanem szénhidrogén gyökök részvételével.

Telítetlen szénhidrogének közé tartoznak az alkének, alkadiének, alkinek, cikloalkének és aromás szénhidrogének. Az egyesítő elv számukra a π egy elektronfelhő. Dinamikus körülmények között a szerves vegyületek is hajlamosak az E + megtámadására

Az alkinok és arének kölcsönhatása a reagensekkel azonban eltérő eredményekhez vezet, mivel ezekben a vegyületekben a π-elektronfelhő természete eltérő: lokalizált és delokalizált.

A reakciómechanizmusok vizsgálatát az A E reakciókkal kezdjük. Mint tudjuk, az alkének kölcsönhatásba lépnek egymással

Hidratációs reakció mechanizmusa

Markovnyikov szabálya szerint – csatlakozás telítetlen szénhidrogének a HX általános képletű vegyületek aszimmetrikus szerkezete - a leginkább hidrogénezett szénatomhoz hidrogénatom kapcsolódik, ha a szubsztituens ED. Az anti-Markovnik addíciónál egy hidrogénatomot adunk a legkevésbé hidrogénezett atomhoz, ha az EA szubsztituens.

Az aromás rendszerek elektrofil szubsztitúciós reakcióinak saját jellemzői vannak. Az első jellemző, hogy erős elektrofilekre van szükség ahhoz, hogy kölcsönhatásba lépjenek egy termodinamikailag stabil aromás rendszerrel, amelyet általában katalizátorok segítségével állítanak elő.

S E reakciómechanizmus

ORRIENTÁLÓ HATÁS
HELYETTES

Ha van szubsztituens az aromás magban, akkor az szükségszerűen befolyásolja a gyűrű elektronsűrűségének eloszlását. ED - szubsztituensek (az 1. sor orientálói) CH 3, OH, OR, NH 2, NR 2 - elősegítik a szubsztitúciót a szubsztituálatlan benzollal összehasonlítva, és a belépő csoportot az orto és para helyzetbe irányítják. Ha az ED szubsztituensek erősek, akkor nincs szükség katalizátorra; ezek a reakciók 3 szakaszban zajlanak.

Az EA - szubsztituensek (a második típusú orientánsok) megnehezítik az elektrofil szubsztitúciós reakciókat a szubsztituálatlan benzolhoz képest. Az SE reakció súlyosabb körülmények között megy végbe, a belépő csoport metapozícióba kerül. A második típusú helyettesítők a következők:

COOH, SO 3 H, CHO, halogének stb.

Az SE reakciók a heterociklusos szénhidrogénekre is jellemzőek. A pirol, a furán, a tiofén és származékaik a π-felesleges rendszerekhez tartoznak, és könnyen behatolnak az SE reakciókba. Könnyen halogénezhetők, alkilezhetők, acilezhetők, szulfonálhatók, nitráltak. A reagensek kiválasztásakor figyelembe kell venni azok erősen savas környezetben való instabilitását, azaz acidofób hatását.

A piridin és más piridin-nitrogénatomos heterociklusos rendszerek π-elégtelen rendszerek, sokkal nehezebben mennek be az SE reakciókba, míg a bejövő elektrofil a nitrogénatomhoz képest a β-helyzetet foglalja el.

A szerves vegyületek savas és bázikus tulajdonságai

A szerves vegyületek reakcióképességének legfontosabb szempontjai a szerves vegyületek sav-bázis tulajdonságai.

Savasság és alaposság fontos fogalmak is, amelyek a szerves vegyületek számos funkcionális fizikai-kémiai és biológiai tulajdonságát meghatározzák. A savas és bázisos katalízis az egyik leggyakoribb enzimes reakció. A gyenge savak és bázisok a biológiai rendszerek gyakori összetevői, amelyek fontos szerepet játszanak az anyagcserében és annak szabályozásában.

A szerves kémiában számos fogalom létezik a savakra és bázisokra. A savak és bázisok Bronsted -elmélete a szervetlen és szerves kémiában általánosan elfogadott. Bronsted szerint a savak olyan anyagok, amelyek képesek protont adni, a bázisok pedig olyan anyagok, amelyek képesek protont kötni.

Bronsted savasság

Elvileg a legtöbb szerves vegyület savnak tekinthető, mivel a szerves vegyületekben a H C-hoz kötődik, N O S

A szerves savakat rendre C - H, N - H, O - H, S - H - savakra osztják.

A savasság becslése szerint Ka vagy - lg Ka = pKa, minél alacsonyabb a pKa, annál erősebb a sav.

Nem minden szerves anyag esetében határozták meg a szerves vegyületek savasságának mennyiségi értékelését. Ezért fontos, hogy fejlesszük azt a képességet, hogy minőségi értékelést lehessen végezni a különböző savas helyek savtulajdonságairól. Ehhez általános módszertani megközelítést alkalmaznak.

A sav erősségét az anion (konjugált bázis) stabilitása határozza meg. Minél stabilabb az anion, annál erősebb a sav.

Az anionok stabilitását több tényező kombinációja határozza meg:

a savközpontban lévő elem elektronegativitása és polarizálhatósága.

a negatív töltés delokalizációjának mértéke az anionban.

a savas helyhez kapcsolódó gyök természete.

szolvatációs hatások (oldószer hatás)

Tekintsük sorban ezeknek a tényezőknek a szerepét:

Az elemek elektronegativitásának hatása

Minél elektronegatívabb az elem, annál delokalizáltabb a töltés és minél stabilabb az anion, annál erősebb a sav.

C (2,5) N (3,0) O (3,5) S (2,5)

Ezért a savasság megváltozik a CH sorozatban< NН < ОН

Az SH - savak esetében egy másik tényező érvényesül - a polarizálhatóság.

A kénatom nagyobb méretű és üres d -pályákkal rendelkezik. így a negatív töltés nagy térfogatban képes delokalizálódni, ami az anion nagyobb stabilitásához vezet.

A tiolok, mint erősebb savak, reagálnak lúgokkal, valamint nehézfémek oxidjaival és sóival, míg az alkoholok (gyenge savak) csak aktív fémekkel.

A tolok viszonylag magas savasságát használják az orvostudományban, a gyógyszerek kémiájában. Például:

As, Hg, Cr, Bi mérgezésre használják, amelyek hatása a fémek megkötésének és a szervezetből való kiürülésének köszönhető. Például:

A savhelyen azonos atomot tartalmazó vegyületek savasságának megítélésekor az anion negatív töltésének delokalizációja a meghatározó. Az anion stabilitása jelentősen megnő, amikor megjelenik a negatív töltés delokalizációjának lehetősége a konjugált kötésrendszer mentén. A fenolok savasságának jelentős növekedése az alkoholokhoz képest az ionok delokalizációjának lehetőségével magyarázható a molekulához képest.

A karbonsavak magas savassága a karboxilát anion rezonanciastabilitásából adódik

A töltésdelokalizáció elősegíti az elektronvonó szubsztituensek (EA) jelenlétét, ezek stabilizálják az anionokat, ezáltal növelik a savasságot. Például a szubsztituens bevitele az EA molekulába

A szubsztituens és az oldószer hatása

a - hidroxisavak erősebb savak, mint a megfelelő karbonsavak.

Az ED - szubsztituensek éppen ellenkezőleg, csökkentik a savasságot. Az oldószerek nagyobb hatással vannak az anion stabilizálására, általában a kis ionok, amelyek töltésdelokalizációja alacsony, jobban oldódnak.

A megoldás hatása nyomon követhető például a sorozatban:

Ha egy savas helyen lévő atom pozitív töltést hordoz, az a savas tulajdonságok növekedéséhez vezet.

Kérdés a hallgatósághoz: melyik savnak – ecetsav vagy palmitinsav C 15 H 31 COOH – legyen alacsonyabb a pKa értéke?

Ha egy savas helyen lévő atom pozitív töltést hordoz, az a savas tulajdonságok növekedéséhez vezet.

Megfigyelhető az elektrofil szubsztitúciós reakcióban keletkező σ - komplex erős CH - savassága.

Bronsted bázikusság

A protonnal való kötés kialakításához egy heteroatomon egy megosztott elektronpárra van szükség,

vagy legyen anion. Vannak n-bázisok és

π-bázisok, ahol a bázikusság középpontja van

lokalizált π-kötés elektronjai vagy konjugált rendszer π-elektronjai (π-komponensek)

A bázis erőssége ugyanazoktól a tényezőktől függ, mint a savasság, de hatásuk ellentétes. Minél nagyobb egy atom elektronegativitása, annál erősebben tartja a magányos elektronpárt, és annál kevésbé tud kötődni egy protonhoz. Ekkor általában az azonos szubsztituenssel rendelkező n-bázisok erőssége a következő sorrendben változik:

A legalapvetőbb szerves vegyületek az aminok és az alkoholok:

A szerves vegyületek sói ásványi savakkal könnyen oldódnak. Sok gyógyszert sók formájában használnak.

Sav-bázis központ egy molekulában (amfotericitás)

Hidrogénkötések mint sav-bázis kölcsönhatások

Valamennyi α-aminosav esetében túlsúlyban vannak a kationos formák erősen savas és anionos formában erősen lúgos közegben.

A gyenge savas és bázikus centrumok jelenléte gyenge kölcsönhatásokhoz - hidrogénkötésekhez - vezet. Például: az alacsony molekulatömegű imidazolnak magas a forráspontja a hidrogénkötések jelenléte miatt.

J. Lewis a savak és bázisok általánosabb elméletét javasolta, amelyet az elektronhéjak szerkezetén határoznak meg.

A Lewis-savak lehetnek egy üres pályával rendelkező atomok, molekulák vagy kationok, amelyek képesek elektronpárt fogadni, hogy kötést hozzanak létre.

A Lewis-savak képviselői a D.I. periodikus rendszerének II. és III. csoportjába tartozó elemek halogenidjei. Mengyelejev.

A Lewis-bázis egy atom, molekula vagy anion, amely képes elektronpárt létrehozni.

A Lewis-bázisok közé tartoznak az aminok, alkoholok, éterek, tiolok, tioéterek és π-kötéseket tartalmazó vegyületek.

Például az alábbi kölcsönhatás felfogható Lewis-savak és bázisok kölcsönhatásának

A Lewis-elmélet egyik fontos következménye, hogy bármilyen szerves anyag reprezentálható sav-bázis komplexként.

A szerves vegyületekben az intramolekuláris hidrogénkötések sokkal ritkábban keletkeznek, mint az intermolekulárisak, de előfordulnak a bioorganikus vegyületekben is, és sav-bázis kölcsönhatásnak tekinthetők.

A kemény és a lágy nem azonos az erős és gyenge savakkal és bázisokkal. Ez két független jellemző. A ZhKMO lényege, hogy a kemény savak kemény bázisokkal, a lágy savak pedig a lágy bázisokkal reagálnak.

A Pearson kemény és lágy savak és bázisok (FAB) elve szerint a Lewis-savakat keményre és lágyra osztják. A kemény savak kis méretű, nagy pozitív töltésű, nagy elektronegativitású és alacsony polarizálhatóságú akceptor atomok.

A lágy savak nagy akceptor atomok, alacsony pozitív töltéssel, alacsony elektronegativitással és nagy polarizálhatósággal.

A ZhKMO lényege, hogy a kemény savak kemény bázisokkal, a lágy savak pedig a lágy bázisokkal reagálnak. Például:

Szerves vegyületek oxidációja és redukciója

A redox reakciók elengedhetetlenek az életfolyamatokhoz. Segítségükkel a szervezet kielégíti energiaszükségletét, hiszen a szerves anyagok oxidációja során energia szabadul fel.

Másrészt ezek a reakciók arra szolgálnak, hogy a táplálékot a sejt alkotóelemeivé alakítsák. Az oxidációs reakciók elősegítik a méregtelenítést és a gyógyszerek kiürülését a szervezetből.

Az oxidáció a hidrogén eltávolításának folyamata többszörös kötés vagy új, polárisabb kötések kialakítása érdekében

A redukció az oxidáció fordított folyamata.

A szerves szubsztrátok oxidációja annál könnyebben megy végbe, annál erősebb az elektronadó hajlam.

Az oxidációt és a redukciót a vegyület meghatározott osztályaival összefüggésben kell figyelembe venni.

C-H kötések (alkánok és alkilcsoportok) oxidációja

Az alkánok teljes elégetésével CO 2 és H 2 O képződik, miközben hő szabadul fel. Oxidációjuk és redukciójuk egyéb módjait a következő sémák képviselhetik:

A telített szénhidrogének oxidációja zord körülmények között megy végbe (a króm keverék forró), a lágyabb oxidálószerek nem hatnak rájuk. Az oxidáció közbenső termékei az alkoholok, aldehidek, ketonok, savak.

Az R - O - OH hidroperoxidok a C - H kötések enyhe körülmények közötti oxidációjának legfontosabb köztes termékei, különösen in vivo

Az enzimatikus hidroxilezés a C -H kötések fontos oxidációs reakciója a szervezet körülményei között.

Példa erre az alkoholok előállítása élelmiszerek oxidálásával. A molekuláris oxigén és reaktív formái miatt. in vivo végzett.

A hidrogén-peroxid hidroxilezőszerként szolgálhat a szervezetben.

A felesleges peroxidot a kataláznak vízre és oxigénre kell bontania.

Az alkének oxidációját és redukcióját a következő átalakítások jelenthetik:

Alkének redukciója

Aromás szénhidrogének oxidációja és redukciója

A benzol rendkívül nehezen oxidálható még zord körülmények között is a következő séma szerint:

Az oxidációs képesség jelentősen nő benzolról naftalinra és tovább antracénre.

Az ED szubsztituensek megkönnyítik az aromás vegyületek oxidációját. EA - gátolja az oxidációt. A benzol kinyerése.

C 6H 6 + 3H 2

Aromás vegyületek enzimatikus hidroxilezése

Alkoholok oxidációja

A szénhidrogénekhez képest az alkoholok enyhébb körülmények között oxidálódnak.

A diolok legfontosabb reakciója a szervezet körülményei között a kinon-hidrokinon rendszerben való átalakulás

Az elektronok átvitele a szubsztrátból az oxigénbe a metakondriumokban történik.

Aldehidek és ketonok oxidációja és redukciója

A szerves vegyületek egyik legkönnyebben oxidálható osztálya

2Н 2 С = О + Н 2 О СН 3 ОН + НСООН különösen könnyen halad fényben

Nitrogéntartalmú vegyületek oxidációja

Az aminok könnyen oxidálódnak, a végső oxidációs termékek nitrovegyületek

A nitrogéntartalmú anyagok kimerítő redukciója aminok képződéséhez vezet.

Aminok oxidációja in vivo

A tiolok oxidációja és redukciója

Szerves vegyületek O-B tulajdonságainak összehasonlító jellemzői.

A tiolok és a 2 atomos fenolok a legkönnyebben oxidálódnak. Az aldehidek könnyen oxidálódnak. Az alkoholok nehezebben oxidálódnak, a primer alkoholok pedig könnyebben, mint a szekunder, tercier alkoholok. A ketonok ellenállnak az oxidációnak, vagy a molekula lebomlásával oxidálódnak.

Az alkinek szobahőmérsékleten is könnyen oxidálódnak.

Azok a vegyületek, amelyek Sp3-hibridizált állapotban szénatomokat, azaz telített molekulatöredékeket tartalmaznak, a legnehezebben oxidálhatók.

ED - szubsztituensek elősegítik az oxidációt

EA - gátolja az oxidációt.

Poli- és heterofunkciós vegyületek sajátos tulajdonságai.

Előadásterv

A poli- és heterofunkcionalitás, mint a szerves vegyületek reakcióképességét növelő tényező.

A poli- és heterofunkciós vegyületek sajátos tulajdonságai:

intramolekuláris sók amfoteritása.

γ, δ, ε - heterofunkcionális vegyületek intramolekuláris ciklizálása.

intermolekuláris ciklizáció (laktidok és deketopirozinok)

kelátképző.

béta eliminációs reakciók - heterofunkcionális

kapcsolatokat.

keto-enol tautoméria. Foszfenolpiruvát mint

nagy energiájú csatlakozás.

dekarboxilezés.

sztereoizoméria

A poli- és heterofunkcionalitás, mint a hidroxi-, amino- és oxosavak specifikus tulajdonságainak megjelenésének oka.

A biológiailag fontos szerves vegyületekre jellemző, hogy egy molekulában több azonos vagy eltérő funkciós csoport van jelen. Két vagy több hidroxilcsoport, aminocsoport, karboxilcsoport lehet egy molekulában. Például:

A létfontosságú tevékenységben részt vevő anyagok fontos csoportja a különböző funkciós csoportok páronkénti kombinációjával rendelkező heterofunkcionális vegyületek. Például:

Az alifás vegyületekben a fenti funkciós csoportok mindegyike EA karaktert mutat. Az egymásra gyakorolt ​​hatás következtében reaktivitásuk kölcsönösen növekszik. Például oxosavakban az elektrofilitást a két karbonil-szénatom mindegyike fokozza a másik funkciós csoport -J-jének hatására, ami a nukleofil reagensek támadásainak könnyebb észleléséhez vezet.

Mivel az I effektus 3-4 kötésen keresztül bomlik le, fontos körülmény a funkciós csoportok elrendezésének közelsége a szénhidrogénláncban. A heterofunkcionális csoportok elhelyezkedhetnek ugyanazon a szénatomon (α - hely), vagy különböző szénatomokon, mind szomszédos (β hely), mind egymástól távolabb (γ, delta, epszilon) helyen.

Mindegyik heterofunkcionális csoport megtartja saját reakcióképességét, vagy inkább a heterofunkcionális vegyületek „kettős” számú kémiai reakcióba lépnek be. A heterofunkcionális csoportok kellően szoros kölcsönös elrendezése esetén mindegyik reakcióképessége kölcsönösen fokozódik.

A sav és bázikus csoportok egyidejű jelenlétével a molekulában a vegyület amfoterné válik.

Például: aminosavak.

Heterofunkciós csoportok kölcsönhatása

A gerofunkcionális vegyületek molekulája tartalmazhat olyan csoportokat, amelyek képesek kölcsönhatásba lépni egymással. Például az amfoter vegyületekben, mint az α-aminosavakban, belső sók képződése lehetséges.

Ezért minden α -aminosav biopoláris ionok formájában található meg, és vízben jól oldódik.

A sav-bázis kölcsönhatások mellett más típusú kémiai reakciók is lehetővé válnak. Például az S N reakciói az SP 2-nél egy szénatom hibridje egy karbonilcsoportban alkoholcsoporttal való kölcsönhatás, észterek képződése, karboxilcsoport és aminocsoport (amidok képződése) következtében.

A funkcionális csoportok kölcsönös elrendezésétől függően ezek a reakciók mind egy molekulán belül (intramolekuláris), mind a molekulák között (intermolekuláris) fordulhatnak elő.

Mivel a reakció során ciklikus amidok, észterek keletkeznek. akkor a ciklusok termodinamikai stabilitása a meghatározó. Ezért a végtermék általában hat- vagy öttagú gyűrűket tartalmaz.

Ahhoz, hogy az intramolekuláris kölcsönhatás során öt- vagy hattagú észter (amid) gyűrű jöjjön létre, a heterofunkcionális vegyületnek gamma- vagy szigma-elrendezéssel kell rendelkeznie a molekulában. Majd a cl

Hé! Sok orvostanhallgató vizsgázik most a bioorganic kémiából vagy a HOC-ból.

Egyes egyetemeken ez a tárgy kredittel, néhányban vizsgával végződik. Néha előfordul, hogy az egyik egyetemen végzett teszt összetettsége összehasonlítható a másik vizsgaéval.

Egyetememen a bioszerves kémiát az első év legvégén, egy nyári szekción egy vizsgával sikerült letenni. Azt kell mondanunk, hogy a HOC azokra a témákra utal, amelyek elsőre félelmetesek, és inspirálhatják a gondolatot - "lehetetlen átadni". Ez természetesen különösen igaz a szerves kémiában gyengébb alapokkal rendelkezőkre (és furcsa módon az orvosi egyetemeken is van belőlük jó néhány).

A bioszerves kémia képzési programjai a különböző egyetemeken nagyon eltérőek lehetnek, az oktatási módszerek pedig még inkább eltérőek lehetnek.

A tanulókkal szemben támasztott követelmények azonban mindenhol nagyjából azonosak. Annak érdekében, hogy nagyon leegyszerűsítsük, ahhoz, hogy a biológiai szerves kémiát 5 évesen teljesítsük, ismernie kell számos szerves anyag nevét, tulajdonságait, szerkezeti jellemzőit és jellemző reakcióit.

Tanárunk, egy tekintélyes professzor úgy adta elő az anyagot, mintha minden tanuló a legjobb lenne az iskolai szerves kémiából (és a bioszerves kémia lényegében egy bonyolult iskolai szerves kémia tantárgy). Valószínűleg igaza volt a megközelítésében, mindenkinek fel kell nyúlnia, és a legjobbnak kell lennie. Ez azonban oda vezetett, hogy néhány tanuló, akik az első 2-3 párban nem értették részben az anyagot, a félév közepe felé egyáltalán nem értettek mindent.

Leginkább azért döntöttem úgy, hogy megírom ezt az anyagot, mert ilyen tanuló voltam. Az iskolában nagyon szerettem a szervetlen kémiát, de a szerves anyagokkal mindig nem sikerült. Már az Egységes Államvizsgára készülve olyan stratégiát választottam, hogy minden szervetlen tudásomat erősítsem, ugyanakkor csak a szervesanyag-bázist tömörítsem. Amúgy nekem majdnem félrement a bevezető pontok tekintetében, de az egy másik történet.

Nem hiába mondtam a tanítási módszertanról, mert nálunk is nagyon szokatlan volt. Azonnal, szinte az első párnál megmutatták nekünk a képzési kézikönyveket, amelyek szerint teszteket, majd vizsgát kellett teljesítenünk.

Bioszerves kémia - tesztek és vizsga

A teljes kurzus 4 fő témára volt felosztva, amelyek mindegyike kreditleckével zárult. Már mind a négy teszthez voltak kérdéseink az első pároktól. Természetesen megijedtek, ugyanakkor egyfajta térképként szolgáltak, amelyen mozogni lehetett.

Az első teszt nagyon egyszerű volt. Főleg a nómenklatúrával, a triviális (hétköznapi) és nemzetközi elnevezésekkel, és természetesen az anyagok osztályozásával foglalkozott. Valamint ilyen vagy olyan formában érintették az aromásság jeleit.

Az első utáni második teszt sokkal nehezebbnek tűnt. Ott olyan anyagok tulajdonságait és reakcióit kellett leírni, mint a ketonok, aldehidek, alkoholok, karbonsavak. Például az aldehidek egyik legjellemzőbb reakciója az ezüsttükör reakciója. Nagyon szép látvány. Ha Tollens-reagenst hozzáadunk bármilyen aldehidhez, azaz OH-hoz, akkor a kémcső falán tükörszerű üledék látható, ez így néz ki:

A harmadik teszt a második hátterében nem tűnt olyan félelmetesnek. Mindenki már hozzászokott ahhoz, hogy osztályozások szerint írja le a reakciókat és memorizálja a tulajdonságokat. A harmadik tesztben két funkciós csoportot tartalmazó vegyületekről volt szó - aminofenolok, aminoalkoholok, oxosavak és mások. Ezenkívül minden jegyhez volt legalább egy szénhidrát jegy.

A bioszerves kémia negyedik tesztje szinte teljes egészében fehérjéknek, aminosavaknak és peptidkötéseknek volt szentelve. Külön kiemelést jelentett az RNS és DNS gyűjtését igénylő kérdések.

Egyébként egy aminosav így néz ki - láthatja az aminocsoportot (ezen a képen sárga színű) és a karbonsavcsoportot (ez lila). Az ebbe az osztályba tartozó anyagokkal kellett megküzdenünk a negyedik tesztben.

Minden tesztet a táblán vettek fel - a hallgatónak le kell írnia és el kell magyaráznia az összes szükséges tulajdonságot reakciók formájában, felszólítás nélkül. Például, ha felveszi a második kreditet, akkor az alkoholok tulajdonságai szerepelnek a jegyében. A tanár azt mondja: vegyen be propanolt. Írja a propanol képletét és 4-5 tipikus reakciót, hogy szemléltesse tulajdonságait. Lehet egzotikus, mint a kéntartalmú vegyületek. Még az egyik reakciótermék indexében lévő hiba is gyakran továbbküldte őket, hogy tanulmányozzák ezt az anyagot a következő kísérletig (ami egy héttel később volt). Félve? Szigorúan? Természetesen!

Ennek a megközelítésnek azonban nagyon kellemes mellékhatása van. Nehéz volt a rendszeres szemináriumaim alatt. Sokan 5-6 alkalommal vizsgáztak. Viszont a vizsga nagyon könnyű volt, mert minden jegy 4 kérdést tartalmazott. Mégpedig mindegyikből egy-egy már tanult és megoldott teszt.

Ezért nem is fogom leírni a bioszerves kémia vizsgára való felkészülés finomságait. A mi esetünkben minden előkészület azon dőlt el, hogyan készültünk fel magukra az ellentételezésekre. Magabiztosan teljesítettem a négy tesztet - a vizsga előtt csak nézze meg saját tervezeteit, írja le a legalapvetőbb reakciókat, és minden azonnal helyreáll. A lényeg az, hogy a szerves kémia egy nagyon logikus tudomány. Nem a reakciók hatalmas sorait kell memorizálni, hanem magukat a mechanizmusokat.

Igen, megjegyzem, hogy ez nem működik minden tantárgynál. Nem fogod tudni átadni a félelmetes anatómiát, ha előző nap elolvasod a jegyzeteidet. Számos más elemnek is megvan a maga sajátossága. Még akkor is, ha az orvosi egyetemen másképp tanítják a biológiai szerves kémiát, előfordulhat, hogy módosítania kell képzését, és egy kicsit másképp kell tennie, mint én. Egyébként sok sikert, értsd és szeresd a tudományt!