Что изучает биоорганическая химия. Биоорганическая химия. Гликоген. Строение, роль в животном организме

Гродно" href="/text/category/grodno/" rel="bookmark">Гродненский государственный медицинский университет», кандидат химических наук, доцент;

Доцент кафедры общей и биоорганической химии Учреждения образования «Гродненский государственный медицинский университет», кандидат биологических наук, доцент

Рецензенты:

Кафедра общей и биоорганической химии Учреждения образования «Гомельский государственный медицинский университет»;

– зав. кафедрой биоорганической химии Учреждение образования «Белорусский государственный медицинский университет», кандидат медицинских наук, доцент.

Кафедрой общей и биоорганической химии Учреждения образования «Гродненский государственный медицинский университет»

(протокол от 01.01.01 г.)

Центральным научно-методическим советом Учреждения образования «Гродненский государственный медицинский университет»

(протокол от 01.01.01 г.)

Секцией по специальности 1Медико-психологическое дело учебно-методического объединения вузов Республики Беларусь по медицинскому образованию

(протокол от 01.01.01 г.)

Ответственный за выпуск:

Первый проректор Учреждения образования «Гродненский государственный медицинский университет», профессор, доктор медицинских наук

Пояснительная записка

Актуальность изучения учебной дисциплины

«Биоорганическая химия»

Биоорганическая химия – это фундаментальная естественнонаучная дисциплина. Биоорганическая химия сформировалась как самостоятельная наука во 2-й половине XX века на стыке органической химии и биохимии . Актуальность изучения биоорганической химии обусловлена практическими задачами, стоящими перед медициной и сельским хозяйством (получение, витаминов , гормонов, антибиотиков , стимуляторов роста растений, регуляторов поведения животных и насекомых, других лекарственных средств), решение которых без использования теоретического и практического потенциала биоорганической химии невозможно.

Биоорганическая химия постоянно обогащается новыми методами выделения и очистки природных соединений, способами синтеза природных соединений и их аналогов, знаниями о взаимосвязи структуры и биологической активности соединений и т. д.

Новейшие подходы к медицинскому образованию, связанные с преодолением репродуктивного стиля в обучении, обеспечением познавательной и исследовательской активности студентов, открывают и новые перспективы для реализации потенциала как личности, так и коллектива .

Цель и задачи учебной дисциплины

Цель: формирование уровня химической компетентности в системе медицинского образования, обеспечивающего последующее изучение медико-биологических и клинических дисциплин.

Задачи:

Освоении студентами теоретических основ химических превращений органических молекул во взаимосвязи с их строением и биологической активностью;

Формирование: знаний молекулярных основ процессов жизнедеятельности;

Развития умений ориентироваться в классификации, строении и свойствах органических соединений, выступающих в роли лекарственных средств;

Формирование логики химического мышления;

Развитие умений использовать методы качественного анализа
органических соединений;

Химические знания и навыки, составляющие основу химической компетентности, будут способствовать формированию профессиональной компетенции выпускника.

Требования к освоению учебной дисциплины

Требования к уровню освоения содержания дисциплины «Биоорганическая химия» определены образовательным стандартом высшего образования первой ступени по циклу общих профессиональных и специальных дисциплин, который разработан с учетом требований компетентностного подхода, где указан минимум содержания по дисциплине в виде обобщенных химических знаний и умений, составляющих биоорганическую компетентность выпускника вуза:

а) обобщенные знания:

- понимать сущность предмета как науки и его связи с другими дисциплинами;

Значимость в понимании процессов метаболизма;

Концепцию единства структуры и реакционной способности органических молекул;

Фундаментальные законы химии, необходимые для объяснения процессов, протекающих в живых организмах;

Химические свойства и биологическую значимость основных классов органических соединений.

б) обобщенные умения:

Прогнозировать механизм реакции на основе знаний о строении органических молекул и способов разрыва химических связей;

Объяснять значение реакций для функционирования живых систем;

Использовать полученные знания при изучении биохимии, фармакологии и других дисциплин.

Структура и содержание учебной дисциплины

В данной программе структура содержания дисциплины «биоорганическая химия» состоит из введения в дисциплину и двух разделов, которые охватывают общие вопросы реакционной способности органических молекул, а также свойства гетеро- и полифункциональных соединений, участвующих в процессах жизнедеятельности. Каждый раздел делится на темы, расположенные в последовательности, обеспечивающей оптимальное изучение и усвоение программного материала. Для каждой темы представлены обобщенные знания и умения, составляющие суть биоорганической компетентности студентов. В соответствии с содержанием каждой темы определены требования к компетенциям (в виде системы обобщенных знаний и умений), для формирования и диагностики которых могут быть разработаны тесты.

Методы обучения

Основными методами обучения, адекватно отвечающими целям изучения данной дисциплины, являются:

Объяснение и консультация;

Лабораторное занятие;

Элементы проблемного обучения (учебно-исследовательская работа студентов);

Введение в биоорганическую химию

Биоорганическая химия как наука, изучающая строение органических веществ и их превращения во взаимосвязи с биологическими функциями. Объекты изучения биоорганической химии. Роль биоорганической химии в формировании научной основы для восприятия биологических и медицинских знаний на современном молекулярном уровне.

Теория строения органических соединений и ее развитие на современном этапе. Изомерия органических соединений как основа многообразия органических соединений. Типы изомерии органических соединений.

Физико-химические методы выделения и исследования органических соединений, имеющие значение для биомедицинского анализа.

Основные правила систематической номенклатуры IUPAC для органических соединений: заместительная и радикально-функциональная номенклатура.

Пространственное строение органических молекул, его связь с типом гибридизации атома углерода (sp3-, sp2- и sp-гибридизация). Стереохимические формулы. Конфигурация и конформация. Конформации открытых цепей (заслоненная, заторможенная, скошенная). Энергетическая характеристика конформаций. Проекционные формулы Ньюмена. Пространственное сближение определенных участков цепи как следствие конформационного равновесия и как одна из причин преимущественного образования пяти - и шестичленных циклов. Конформации циклических соединений (циклогексан, тетрагидропиран). Энергетическая характеристика конформаций кресла и ванны. Аксиальные и экваториальные связи. Связь пространственного строения с биологической активностью.

Требования к компетентности:

· Знать объекты изучения и основные задачи биоорганической химии,

· Уметь классифицировать органические соединения по строению углеродного скелета и по природе функциональных групп, пользоваться правилами систематической химической номенклатуры.

· Знать основные типы изомерии органических соединений, уметь по структурной формуле соединения определять возможные типы изомеров.

· Знать разные типы гибридизации атомных орбиталей углерода, пространственную направленность связей атома, их тип и число в зависимости от типа гибридизации.

· Знать энергетические характеристики конформаций циклических (конформации кресла, ванны) и ациклических (заторможенная, скошенная, заслоненная конформации) молекул, уметь их изображать проекционными формулами Ньюмена.

· Знать виды напряжений (торсионные, угловые, ван-дер-ваальсовые), возникающие в различных молекулах, их влияние на устойчивость конформации и молекулы в целом.

Раздел 1. Реакционная способность органических молекул как результат взаимного влияния атомов, механизмы протекания органических реакций

Тема 1. Сопряженные системы, ароматичность, электронные эффекты заместителей

Сопряженные системы и ароматичность. Сопряжение (p, p - и р, p-сопряжение). Сопряженные системы с открытой цепью: 1,3-диены (бутадиен, изопрен), полиены (каротиноиды, витамин А). Сопряженные системы с замкнутой цепью. Ароматичность: критерии ароматичности, правило ароматичности Хюккеля. Ароматичность бензоидных (бензол, нафталин, фенантрен) соединений. Энергия сопряжения. Строение и причины термодинамической устойчивости карбо - и гетероциклических ароматических соединений. Ароматичность гетероциклических (пиррол, имидазол, пиридин, пиримидин, пурин) соединений. Пиррольный и пиридиновый атомы азота , p-избыточные и p-недостаточные ароматические системы.

Взаимное влияние атомов и способы его передачи в органических молекулах. Делокализация электронов как один из факторов повышения устойчивости молекул и ионов, ее широкая распространенность в биологически важных молекулах (порфин, гем, гемоглобин и др.). Поляризация связей. Электронные эффекты заместителей (индуктивный и мезомерный) как причина неравномерного распределения электронной плотности и возникновения реакционных центров в молекуле. Индуктивный и мезомерный эффекты (положительный и отрицательный), их графическое обозначение в структурных формулах органических соединений. Электронодонорные и электроноакцепторные заместители.

Требования к компетентности:

· Знать виды сопряжения и уметь определять вид сопряжения по структурной формуле соединения.

· Знать критерии ароматичности, уметь по структурной формуле определять принадлежность к ароматическим соединениям карбо - и гетероциклических молекул.

· Уметь оценивать электронный вклад атомов в создание единой сопряженной системы, знать электронное строение пиридинового и пиррольного атомов азота.

· Знать электронные эффекты заместителей, причины их возникновения и уметь графически изображать их действие.

· Уметь относить заместители к электронодонорным или электроноакцепторным на основании проявляемых ими индуктивного и мезомерного эффектов.

· Уметь прогнозировать влияние заместителей на реакционную способность молекул.

Тема 2. Реакционная способность углеводородов. Реакции радикального замещения, электрофильного присоединения и замещения

Общие закономерности реакционной способности органических соединений как химическая основа их биологического функционирования. Химическая реакция как процесс. Понятия: субстрат, реагент, реакционный центр, переходное состояние, продукт реакции, энергия активации , скорость реакции, механизм.

Классификация органических реакций по результату (присоединения, замещения, элиминирования, окислительно-восстановительные) и по механизму – радикальные, ионные (электрофильные, нуклеофильные), согласованные. Типы реагентов: радикальные, кислотные, основные, электрофильные, нуклеофильные. Гомолитический и гетеролитический разрыв ковалентной связи в органических соединениях и образующиеся при этом частицы: свободные радикалы, карбкатионы и карбанионы. Электронное и пространственное строение этих частиц и факторы, обусловливающие их относительную устойчивость.

Реакционная способность углеводородов. Реакции радикального замещения: гомолитические реакции с участием СН-связей sp3- гибридизированного атома углерода. Механизм радикального замещения на примере реакции галогенирования алканов и циклоалканов. Понятие о цепных процессах. Понятие о региоселективности.

Пути образования свободных радикалов: фотолиз, термолиз, окислительно-восстановительные реакции.

Реакции электрофильного присоединения (AE ) в ряду непредельных углеводородов: гетеролитические реакции с участием p-связи между sp2-гибридизированными атомами углерода. Механизм реакций гидратации и гидрогалогенирования. Кислотный катализ. Правило Марковникова. Влияние статических и динамических факторов на региоселективность реакций электрофильного присоединения. Особенности реакций электрофильного присоединения к диеновым углеводородам и малым циклам (циклопропан, циклобутан).

Реакции электрофильного замещения (SE ): гетеролитические реакции с участием p-электронного облака ароматической системы. Механизм реакций галогенирования, нитрования, алкилирования ароматических соединений: p - и s - комплексы. Роль катализатора (кислоты Льюиса) в образовании электрофильной частицы.

Влияние заместителей в ароматическом ядре на реакционную способность соединений в реакциях электрофильного замещения. Ориентирующее влияние заместителей (ориентанты I и II рода).

Требования к компетентности:

· Знать понятия субстрат, реагент, реакционный центр, продукт реакции, энергия активации, скорость реакции, механизм реакции.

· Знать классификацию реакций по различным признакам (по конечному результату, по способу разрыва связей, по механизму) и типы реагентов (радикальные, электрофильные, нуклеофильные).

· Знать электронное и пространственное строение реагентов и факторы, обусловливающие их относительную устойчивость, уметь сравнивать относительную устойчивость однотипных реагентов.

· Знать способы образования свободных радикалов и механизм реакций радикального замещения (SR) на примерах реакций галогенирования алканов и циклоалаканов.

· Уметь определять статистическую вероятность образования возможных продуктов в реакциях радикального замещения и возможность региоселективного протекания процесса.

· Знать механизм реакций электрофильного присоединения (АЕ) в реакциях галогенирования, гидрогалогенирования и гидратации алкенов, уметь качественно оценивать реакционную способность субстратов, исходя из электронных эффектов заместителей.

· Знать правило Марковникова и уметь определять региоселективность протекания реакций гидратации и гидрогалогенирования исходя из влияния статического и динамического факторов.

· Знать особенности реакций электрофильного присоединения к сопряженным диеновым углеводородам и малым циклам (циклопропан, циклобутан).

· Знать механизм реакций электрофильного замещения (SЕ) в реакциях галогенирования, нитрования, алкилирования, ацилирования ароматических соединений.

· Уметь исходя из электронных эффектов заместителей, определять их влияние на реакционную способность ароматического ядра и их ориентирующее действие.

Тема 3. Кислотно-основные свойства органических соединений

Кислотность и основность органических соединений: теории Бренстеда и Льюиса. Стабильность аниона кислоты – качественный показатель кислотных свойств. Общие закономерности в изменении кислотных или основных свойств во взаимосвязи с природой атомов в кислотном или основном центре, электронными эффектами заместителей при этих центрах. Кислотные свойства органических соединений с водородсодержащими функциональными группами (спирты, фенолы, тиолы, карбоновые кислоты, амины, СН-кислотность молекул и кабркатионов). p-основания и n -основания. Основные свойства нейтральных молекул, содержащих гетероатомы с неподеленными парами электронов (спирты, тиолы, сульфиды, амины) и анионов (гидроксид-, алкоксид-ионы, анионы органических кислот). Кислотно-основные свойства азотсодержащих гетероциклов (пиррол, имидазол, пиридин). Водородная связь как специфическое проявление кислотно-основных свойств.

Сравнительная характеристика кислотных свойств соединений, содержащих гидроксильную группу (одноатомные и многоатомные спирты, фенолы, карбоновые кислоты). Сравнительная характеристика основных свойств алифатических и ароматических аминов. Влияние электронной природы заместителя на кислотно-основные свойства органических молекул.

Требования к компетентности:

· Знать определения кислот и оснований согласно протолитической теории Бренстеда и электронной теории Льюиса.

· Знать классификацию кислот и оснований Бренстеда в зависимости от природы атомов кислотного или основного центров.

· Знать факторы, влияющие на силу кислот и стабильность сопряженных им оснований, уметь проводить сравнительную оценку силы кислот исходя из стабильности соответствующих им анионов.

· Знать факторы, влияющие на силу оснований Бренстеда, уметь проводить сравнительную оценку силы оснований с учетом этих факторов.

· Знать причины возникновения водородной связи, уметь трактоватьобразование водородной связи как специфическое проявление кислотно-основных свойств вещества.

· Знать причины возникновения кето-енольной таутомерии в органических молекулах, уметь объяснять их с позиции кислотно-основных свойств соединений во взаимосвязи с их биологической активностью.

· Знать и уметь проводить качественные реакции, позволяющие отличать многоатомные спирты, фенолы, тиолы.

Тема 4. Реакции нуклеофильного замещения у тетрагонального атома углерода и конкурентные им реакции элиминирования

Реакции нуклеофильного замещения у sp3-гибридизированного атома углерода: гетеролитические реакции, обусловленные поляризацией связи углерод-гетероатом (галогенопроизводные, спирты). Легко и трудно уходящие группы: связь легкости ухода группы с ее строением. Влияние растворителя, электронных и пространственных факторов на реакционную способность соединений в реакциях моно - и бимолекулярного нуклеофильного замещения (SN1 и SN2). Стереохимия реакций нуклеофильного замещения.

Реакции гидролиза галогенопроизводных. Реакции алкилирования спиртов, фенолов, тиолов, сульфидов, аммиака , аминов. Роль кислотного катализа в нуклеофильном замещении гидроксильной группы. Галогенопроизводные, спирты, эфиры серной и фосфорной кислот как алкилирующие реагенты. Биологическая роль реакций алкилирования.

Реакции моно - и бимолекулярного элиминирования (Е1 и Е2): (дегидратация, дегидрогалогенирование). Повышенная СН-кислотность как причина реакций элиминирования, сопровождающих нуклеофильное замещение у sp3- гибридизированного атома углерода.

Требования к компетентности:

· Знать факторы, определяющие нуклеофильность реагентов, строение важнейших нуклеофильных частиц.

· Знать общие закономерности реакций нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода, влияние статического и динамического факторов на реакционную способность вещества в реакции нуклеофильного замещения.

· Знать механизмы моно - и бимолекулярного нуклеофильного замещения, уметь оценивать влияние стерических факторов, влияние растворителей, влияние статического и динамического факторов на протекание реакции по одному из механизмов.

· Знать механизмы моно - и бимолекулярного элиминирования, причины конкуренции между реакциями нуклеофильного замещения и элиминирования.

· Знать правило Зайцева и уметь определять главный продукт в реакциях дигидратации и дегидрогалогенирования несимметричных спиртов и галогеналканов.

Тема 5. Реакции нуклеофильного присоединения и замещения у тригонального атома углерода

Реакции нуклеофильного присоединения: гетеролитические реакции с участием p-связи углерод-кислород (альдегиды, кетоны). Механизм реакций взаимодействия карбонильных соединений с нуклеофильными реагентами (водой, спиртами, тиолами, аминами). Влияние электронных и пространственных факторов, роль кислотного катализа, обратимость реакций нуклеофильного присоединения. Полуацетали и ацетали, их получение и гидролиз. Биологическая роль реакций ацетализации. Реакции альдольного присоединения. Основной катализ. Строение енолят - иона.

Реакции нуклеофильного замещения в ряду карбоновых кислот. Электронное и пространственное строение карбоксильной группы. Реакции нуклеофильного замещения у sp2-гибридизированного атома углерода (карбоновые кислоты и их функциональные производные). Ацилирующие агенты (галогенангидриды, ангидриды, карбоновые кислоты, сложные эфиры, амиды), сравнительная характеристика их реакционной способности. Реакции ацилирования – образования ангидридов, сложных эфиров, тиоэфиров, амидов – и обратные им реакции гидролиза. Ацетилкофермент А – природный макроэргический ацилирующий агент. Биологическая роль реакций ацилирования. Понятие о нуклеофильном замещении у атомов фосфора, реакции фосфорилирования.

Реакции окисления и восстановления органических соединений. Специфика окислительно-восстановительных реакций органических соединений. Понятие об одноэлектронном переносе, переносе гидрид-иона и действии системы НАД+ ↔ НАДН. Реакции окисления спиртов, фенолов, сульфидов, карбонильных соединений, аминов, тиолов. Реакции восстановления карбонильных соединений, дисульфидов. Роль окислительно-восстановительных реакций в процессах жизнедеятельности.

Требования к компетентности:

· Знать электронное и пространственное строение карбонильной группы, влияние электронных и стерических факторов на реакционную способность оксо-группы в альдегидах и кетонах.

· Знать механизм реакций нуклеофильного присоединения воды, спиртов, аминов, тиолов к альдегидам и кетонам, роль катализатора.

· Знать механизм реакций альдольной конденсации, факторы, определяющие участие соедения в этой реакции.

· Знать механизм реакций восстановления оксосоединений гидридами металлов.

· Знать реакционные центры, имеющиеся в молекулах карбоновых кислот. Уметь проводить сравнительную оценку силы карбоновых кислот в зависимости от строения радикала.

· Знать электронное и пространственное строение карбоксильной группы, уметь проводить сравнительную оценку способности атома углерода оксо-группы в карбоновых кислотах и их функциональных производных (галогенангидриды, ангидриды, сложные эфиры, амиды, соли) подвергаться нуклеофильной атаке.

· Знать механизм реакций нуклефильного замещения на примерах реакций ацилирования, этерификации, гидролиза сложных эфиров, ангидридов, галогенангидридов, амидов.

Тема 6. Липиды, классификация, строение, свойства

Липиды омыляемые и неомыляемые. Нейтральные липиды. Естественные жиры как смесь триацилглицеринов. Основные природные высшие жирные кислоты, входящие в состав липидов: пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линолевая, линоленовая. Арахидоновая кислота. Особенности ненасыщенных жирных кислот, w-номенклатура.

Пероксидное окисление фрагментов ненасыщенных жирных кислот в клеточных мембранах. Роль пероксидного окисления липидов мембран в действии малых доз радиации на организм. Системы антиоксидантной защиты.

Фосфолипиды. Фосфатидные кислоты. Фосфатидилколамины и фосфатидилсерины (кефалины), фосфатидилхолины (лецитины) – структурные компоненты клеточных мембран. Липидный бислой. Сфинголипиды, церамиды, сфингомиелины. Гликолипиды мозга (цереброзиды, ганглиозиды).

Требования к компетентности:

· Знать классификацию липидов, их строение.

· Знать строение структурных компонентов омыляемых липидов – спиртов и высших жирных кислот.

· Знать механизм реакций образования и гидролиза простых и сложных липидов.

· Знать и уметь проводить качественные реакции на непредельные жирные кислоты и масла.

· Знать классификацию неомыляемых липидов, иметь представления о принципах классификации терпенов и стероидов, их биологической роли.

· Знать биологическую роль липидов, их основные функции, иметь представления об основных этапах перекисного окисления липидов и последствиях этого процесса для клетки.

Раздел 2. Стереоизомерия органических молекул. Поли - и гетерофункциональные соединения, участвующие в процессах жизнедеятельности

Тема 7. Стереоизомерия органических молекул

Стереоизомерия в ряду соединений с двойной связью (p-диастереомерия). Цис - и транс-изомерия непредельных соединений. Е, Z – система обозначений p-диастереомеров. Сравнительная устойчивость p-диастереомеров.

Хиральные молекулы. Ассиметрический атом углерода как центр хиральности. Стереоизомерия молекул с одним центром хиральности (энантиомерия). Оптическая активность. Проекционные формулы Фишера. Глицериновый альдегид как конфигурационный стандарт, абсолютная и относительная конфигурация. D, L-система стереохимической номенклатуры. R, S-система стереохимиеской номенклатуры. Рацемические смеси и способы их разделения.

Стереоизомерия молекул с двумя и более центрами хиральности. Энантиомеры, диастереомеры, мезоформы.

Требования к компетентности:

· Знать причины возникновения стереоизомерии в ряду алкенов и диеновых углеводородов.

· Уметь по сокращенной структурной формуле непредельного соединения определять возможность существования p-диастереомеров, различать цис - транс –изомеры, оценивать их сравнительную устойчивость.

· Знать элементы симметрии молекул, необходимые условия для возникновения хиральности у органической молекулы.

· Знать и уметь изображать энантиомеры с помощью проекционных формул Фишера, высчитывать число ожидаемых стереоизомеров исходя из числа хиральных центров в молекуле, принципы определения абсолютной и относительной конфигурации, D - , L-систему стереохимической номенклатуры.

· Знать способы разделения рацематов, основные принципы R, S-системы стереохимической номенклатуры.

Тема 8. Физиологически активные поли - и гетерофункциональные соединения алифатического, ароматического и гетероциклического рядов

Поли - и гетерофункциональность как один из характерных признаков органических соединений, участвующих в процессах жизнедеятельности и являющихся родоначальниками важнейших групп лекарственных средств. Особенности во взаимном влиянии функциональных групп в зависимости от их относительного расположения.

Многоатомные спирты: этиленгликоль, глицерин. Сложные эфиры многоатомных спиртов с неорганическими кислотами (нитроглицерин, фосфаты глицерина). Двухатомные фенолы: гидрохинон. Окисление двухатомных фенолов. Система гидрохинон-хинон. Фенолы как антиоксиданты (ловушки свободных радикалов). Токоферолы.

Двухосновные карбоновые кислоты: щавелевая, малоновая, янтарная, глутаровая, фумаровая. Превращение янтарной кислоты в фумаровую как пример биологически важной реакции дегидрирования. Реакции декарбоксилирования, их биологическая роль.

Аминоспирты: аминоэтанол (коламин), холин, ацетилхолин. Роль ацетилхолина в химической передаче нервного импульса в синапсах. Аминофенолы: дофамин, норадреналин, адреналин . Понятие о биологической роли этих соединений и их производных. Нейротоксическое действие 6-гидроксидофамина и амфетаминов.

Гидрокси- и аминокислоты. Реакции циклизации: влияние различных факторов на процесс образования циклов (реализация соответствующих конформаций, размер образующегося цикла, энтропийный фактор). Лактоны. Лактамы. Гидролиз лактонов и лактамов. Реакция элиминирования b-гидрокси и аминокислот.

Альдегидо - и кетокислоты: пировиноградная, ацетоуксусная, щавелевоуксусная, a-кетоглутаровая. Кислотные свойства и реакционная способность. Реакции декарбоксилирования b-кетокислот и окислительного декарбоксилирования a-кетокислот. Ацетоуксусный эфир, кето-енольная таутомерия. Представители «кетоновых тел» - b-гидроксимасляная, b-кетомасляная кислоты, ацетон , их биологическое и диагностическое значение.

Гетерофункциональные производные бензольного ряда как лекарственные средства. Салициловая кислота и ее производные (ацетилсалициловая кислота).

Пара-аминобензойная кислота и ее производные (анестезин, новокаин). Биологическая роль п-аминобензойной кислоты. Сульфаниловая кислота и ее амид (стрептоцид).

Гетероциклы с несколькими гетероатомами. Пиразол, имидазол, пиримидин, пурин. Пиразолон-5 – основа ненаркотических анальгетиков. Барбитуровая кислота и ее производные. Гидроксипурины (гипоксантин, ксантин, мочевая кислота), их биологическая роль. Гетероциклы с одним гетероатомом. Пиррол, индол, пиридин. Биологически важные производные пиридина – никотинамид, пиридоксаль, производные изоникотиновой кислоты. Никотинамид – структурный компонент кофермента НАД+, обуславливающий его участие в ОВР.

Требования к компетентности:

· Уметь классифицировать гетерофункциональные соединения по составу и по их взаимному расположению.

· Знать специфические реакции амино- и гидроксикислот с a, b, g - расположением функциональных групп.

· Знать реакции, ведущие к образованию биологически активных соединений: холина, ацетилхолина, адреналина.

· Знать роль кето-енольной таутомерии в проявлении биологической активности кетокислот (пировиноградной, щавелевоуксусной, ацетоуксусной) и гетероциклических соединений (пиразола, барбитуровой кислоты, пурина).

· Знать способы окислительно-восстановительных превращений органических соединений, биологическую роль окислительно-восстановительных реакций в проявлении биологической активности двухатомных фенолов, никотинамида, образовании кетоновых тел.

Тема 9 . Углеводы, классификация, строение, свойства, биологическая роль

Углеводы, их классификация по отношению к гидролизу. Классификация моносахаридов. Альдозы, кетозы: триозы, тетрозы, пентозы, гексозы. Стереоизомерия моносахаридов. D - и L-ряды стереохимической номенклатуры. Открытые и циклические формы. Формулы Фишера и формулы Хеуорса. Фуранозы и пиранозы, a - и b-аномеры. Цикло-оксо-таутомерия. Конформации пиранозных форм моносахаридов. Строение наиболее важных представителей пентоз (рибоза, ксилоза); гексоз (глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза); дезоксисахаров (2-дезоксирибоза); аминосахаров (глюкозамин, маннозамин, галактозамин).

Химические свойства моносахаридов. Реакции нуклеофильного замещения с участием аномерного центра. О - и N-гликозиды. Гидролиз гликозидов. Фосфаты моносахаридов. Окисление и восстановление моносахаридов. Восстановительные свойства альдоз. Гликоновые, гликаровые, гликуроновые кислоты.

Олигосахариды. Дисахариды: мальтоза, целлобиоза, лактоза, сахароза. Строение, цикло-оксо-таутомерия. Гидролиз.

Полисахариды. Общая характеристика и классификация полисахаридов. Гомо - и гетерополисахариды. Гомополисахариды: крахмал, гликоген, декстраны, целлюлоза. Первичная структура, гидролиз. Понятие о вторичной структуре (крахмал, целлюлоза).

Требования к компетентности:

· Знать классификацию моносахаридов (по числу атомом углерода, по составу функциональных групп), строение открытых и циклических форм (фуранозы, пиранозы) важнейших моносахаридов, их отношение D - и L - рядам стереохимической номенклатуры, уметь определять число возможных диастереомеров, относить стереоизомеры к диастереомерам, эпимерам, аномерам.

· Знать механизм реакций циклмизации моносахаридов, причины мутаротации растворов моносахаридов.

· Знать химические свойства моносахаридов: окислительно-восстановительные реакции, реакции образования и гидролиза О - и N-гликозидов, реакции этерификации, фосфорилирования.

· Уметь проводить качественные реакции на диольный фрагмент и наличие восстанавливающих свойств моносахаридов.

· Знать классификацию дисахаридов и их строение, конфигурацию аномерного атома углерода, образующего гликозидную связь, таутомерные превращения дисахаридов, их химические свойства, биологическую роль.

· Знать классификацию полисахаридов (по отношению к гидролизу, по моносахаридному составу), строение важнейших представителей гомополисахаридов, конфигурацию аномерного атома углерода, образующего гликозидную связь, их физические ихимические свойства, биологическую роль. Иметь представления о биологической роли гетерополисахаридов.

Тема 10. a -Аминокислоты, пептиды, белки. Строение, свойства, биологическая роль

Строение, номенклатура, классификация a-аминокислот, входящих в состав белков и пептидов. Стереоизомерия a-аминокислот.

Биосинтетические пути образования a-аминокислот из оксокислот: реакции восстановительного аминирования и реакции переаминирования. Незаменимые аминокислоты.

Химические свойства a-аминокислот как гетерофункциональных соединений. Кислотно-основные свойства a-аминокислот. Изоэлектрическая точка, методы разделения a-аминокислот. Образование внутрикомплексных солей. Реакции этерификации, ацилирования, алкилирования. Взаимодействие с азотистой кислотой и формальдегидом, значение этих реакций для анализа аминокислот.

g-Аминомасляная кислота – тормозной медиатор ЦНС. Антидепрессивное действие L-триптофана, серотонин – как нейромедиатор сна. Медиаторные свойства глицина, гистамина, аспарагиновой и глутаминовой кислот.

Биологически важные реакции a-аминокислот. Реакции дезаминирования и гидроксилирования. Декарбоксилирование a-аминокислот – путь к образованию биогенных аминов и биорегуляторов (коламин, гистамин, триптамин, серотонин.) Пептиды. Электронное строение пептидной связи. Кислотный и щелочной гидролиз пептидов. Установление аминокислотного состава с помощью современных физико-химических методов (методы Сенгера и Эдмана). Понятие о нейропептидах.

Первичная структура белков. Частичный и полный гидролиз. Понятие о вторичной, третичной и четвертичной структурах.

Требования к компетентности:

· Знать строение, стереохимическую классификацию a-аминокислот, принадлежность к D - и L-стереохимическим рядам природных аминокислот, незаменимые аминокислоты.

· Знать пути синтеза a-аминокислот in vivo и in vitro, знать кислотно-основные свойства и способы перевода a-аминокислот в изоэлектрическое состояние.

· Знать химические свойства a-аминокислот (реакции по амино - и карбоксильной группам), уметь проводить качественные реакции (ксантопротеиновую, с Сu(ОН)2, нингидрином).

· Знать электронное строение пептидной связи, первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуру белков и петидов, знать способы определения аминокислотного состава и аминокислотной последовательности (метод Сенгера, метод Эдмана), уметь проводить биуретовую реакцию на пептиды и белки.

· Знать принцип метода синтеза пептидов с использованием защиты и активации функциональных групп.

Тема 11. Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые основания, входящие в состав нуклеиновых кислот. Пиримидиновые (урацил, тимин, цитозин) и пуриновые (аденин, гуанин) основания, их ароматичность, таутомерные превращения.

Нуклеозиды, реакции их образования. Характер связи нуклеинового основания с углеводным остатком; конфигурация гликозидного центра. Гидролиз нуклеозидов.

Нуклеотиды. Строение мононуклеотидов, образующих нуклеиновые кислоты. Номенклатура. Гидролиз нуклеотидов.

Первичная структура нуклеиновых кислот. Фосфодиэфирная связь. Рибонуклеиновые и дезоксирибонуклеиновые кислоты. Нуклеотидный состав РНК и ДНК. Гидролиз нуклеиновых кислот.

Понятие о вторичной структуре ДНК. Роль водородных связей в формировании вторичной структуры. Комплементарность нуклеиновых оснований.

Лекарственные средства на основе модифицированных нуклеиновых оснований (5-фторурацил, 6-меркаптопурин). Принцип химического подобия. Изменение структуры нуклеиновых кислот под действием химических веществ и радиации. Мутагенное действие азотистой кислоты.

Нуклеозидполифосфаты (АДФ, АТФ), особенности их строения, позволяющие выполнять функции макроэргических соединений и внутриклеточных биорегуляторов. Строение цАМФ – внутриклеточного «посредника» гормонов.

Требования к компетентности:

· Знать строение пиримидиновых и пуриновых азотистых оснований, их таутомерные превращения.

· Знать механизм реакций образования N-гликозидов (нуклеозидов) и их гидролиза, номенклатуру нуклеозидов.

· Знать принципиальные сходство и различия природных и синтетических нуклеозидов-антибиотиков в сравнении с нуклеозидами, входящимив состав ДНК и РНК.

· Знать реакции образования нуклеотидов, строение мононуклеотидов, входящих в состав нуклеиновых кислот, их номенклатуру.

· Знать строение цикло - и полифосфатов нуклеозидов, их биологическую роль.

· Знать нуклетидный состав ДНК и РНК, роль фосфодиэфирной связи в создании первичной структуры нуклеиновых кислот.

· Знать роль водородных связей в формировании вторичной структуры ДНК, комплементарность азотистых оснований, роль комплементарных взаимодействий в осуществлении биологической функции ДНК.

· Знать факторы, вызывающие возникновения мутаций, и принцип их действия.

Информационная часть

Список литературы

Основная:

1. Романовский, биоорганической химии: учебное пособие в 2-х частях / . - Минск: БГМУ, 20с.

2. Романовский, к практикуму по биоорганической химии: учебное пособие / под редакцией. – Минск: БГМУ, 1999. – 132 с.

3. Тюкавкина, Н. А., Биоорганическая химия: учебник / , . – Москва: Медицина, 1991. – 528 с.

Дополнительная:

4. Овчинников, химия: монография / .

– Москва: Просвещение, 1987. – 815 с.

5. Потапов, : учебное пособие / . - Москва:

Химия, 1988. – 464 с.

6. Райлс, А. Основы органической химии: учебное пособие / А. Райс, К. Смит,

Р. Уорд. – Москва: Мир, 1989. – 352 с.

7. Тейлор, Г. Основы органической химии: учебное пособие / Г. Тейлор. -

Москва: Мирс.

8. Терней, А. Современная органическая химия: учебное пособие в 2-х томах /

А. Терней. – Москва: Мир, 1981. – 1310 с.

9. Тюкавкина, к лабораторным занятиям по биоорганической

химии: учебное пособие / [и др.]; под редакцией Н. А.

Тюкавкиной. – Москва: Медицина, 1985. – 256 с.

10. Тюкавкина, Н. А., Биоорганическая химия: Учебник для студентов

медицинских институтов / , . – Москва.

Современная биоорганическая химия - разветвленная область знаний, фундамент многих медикобиологических дисциплин и в первую очередь, биохимии, молекулярной биологии, геномики, протеомики и

биоинформатики, иммунологии, фармакологии.

В основу программы положен системный подход к построению всего курса на единой теоретической

основе, базирующейся на представлениях об электронном и пространственном строении органических

соединений и механизмах их химических превращений. Материал представлен в виде 5 разделов, важнейшие из которых: «Теоретические основы строения органических соединений и факторы, определяющие их реакционную способность», «Биологически важные классы органических соединений» и «Биополимеры и их структурные компоненты. Липиды»

Программа направлена на профильное преподавание биоорганической химии в медицинском вузе, в связи с чем дисциплина названа «биоорганическая химия в медицине». Профилизации преподавания биоорганической химии служит рассмотрение исторической взаимосвязи развития медицины и химии, в том числе органической, повышенное внимание классам биологически важных органических соединений (гетерофункциональные соединения, гетероциклы, углеводы, аминокислоты и белки, нуклеиновые кислоты, липиды) а также биологически важным реакциям этих классов соединений). Отдельный раздел программы посвящен рассмотрению фармакологическим свойствам некоторых классов органических соединений и химической природы некоторых классов лекарственных средств.

Учитывая важную роль «болезней окислительного стресса» в структуре заболеваемости современного человека в программе особое внимание придается реакциям свободнорадикального окисления, обнаружению конечных продуктов свободнорадикального окисления липидов в лабораторной диагностике, природным антиоксидантам и лекарственным средствам антиоксидантного действия. Программа предусматривает рассмотрение экологических проблем, а именно природы ксенобиотиков и механизмов их токсического действия на живые организмы.

1. Цель и задачи обучения.

1.1. Цель обучения предмету биоорганическая химия в медицине: сформировать понимание роли биоорганической химии как фундамента современной биологии, теоретической основы для объяснения биологических эффектов биоорганических соединений, механизмов действия лекарств и создания новых лекарственных средств. Заложить знания взаимосвязи строения, химических свойств и биологической активности важнейших классов биоорганических соединений, научить применять полученные знания при изучении последующих дисциплин и в профессиональной деятельности.

1.2.Задачи обучения биоорганической химии:

1. Формирование знаний строения, свойств и механизмов реакций важнейших классов биоорганических соединений, обусловливающих их медико-биологическую значимость.

2. Формирование представлений об электронном и пространственном строении органических соединений как основы для объяснения их химических свойств и биологической активности.

3. Формирование умений и практических навыков:

классифицировать биоорганические соединения по строению углеродного скелета и функциональных групп;

пользоваться правилами химической номенклатуры для обозначения названий метаболитов, лекарственных средств, ксенобиотиков;

определять реакционные центры в молекулах;

уметь проводить качественные реакции, имеющие клинико-лабораторное значение.

2. Место дисциплины в структуре ООП:

Дисциплина «Биоорганическая химия» является составной частью дисциплины «Химия», которая относится к математическому, естественно-научному циклу дисциплин.

Основные знания, необходимые для изучения дисциплины формируются в цикле математических, естественно-научных дисциплин: физика, математика; медицинская информатика; химия; биология; анатомия, гистология, эмбриология, цитология; нормальная физиология; микробиология, вирусология.

Является предшествующей для изучения дисциплин:

биохимия;

фармакология;

микробиология, вирусология;

иммунология;

профессиональные дисциплины.

Параллельно изучаемые дисциплины, обеспечивающие междисциплинарные связи в рамках базовой части учебного плана:

химия, физика, биология, 3. Перечень дисциплин и тем, усвоение которых студентами необходимо для изучения биоорганической химии.

Общая химия. Строение атома, природа химической связи, виды связей, классы химических веществ, типы реакций, катализ, реакция среды в водных растворах.

Органическая химия. Классы органических веществ, номенклатура органических соединений, конфигурация атома углерода, поляризация атомных орбиталей, сигма- и пи- связи. Генетическая связь классов органических соединений. Реакционная способность разных классов органических соединений.

Физика. Строение атома. Оптика - ультрафиолетовая, видимая и инфракрасные области спектра.

Взаимодействие света с веществом - пропускание, поглощение, отражение, рассеяние. Поляризованный свет.

Биология. Генетический код. Химические основы наследственности и изменчивости.

Латинский язык. Освоение терминологии.

Иностранный язык. Умение работать с иностранной литературой.

4. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами №№ разделов данной дисциплины, необходимые для изучения обеспечиваемых № Наименование обеспечиваемых п/п (последующих) дисциплин (последующих) дисциплин 1 2 3 4 5 1 Химия + + + + + Биология + - - + + Биохимия + + + + + + 4 Микробиология, вирусология + + - + + + 5 Иммунология + - - - + Фармакология + + - + + + 7 Гигиена + - + + + Профессиональные дисциплины + - - + + + 5. Требования к уровню усвоения содержания дисциплины Достижение цели изучения дисциплины «Биоорганическая химия» предусматривает выполнение ряда целевых проблемных задач, в результате чего у студентов должны быть сформированы определенные компентенции, знания, умения, должны появиться определенные практические навыки.

5.1. Студент должен обладать:

5.1.1. Общекультурными компетенциями:

способностью и готовностью анализировать социально значимые проблемы и процессы, использовать на практике методы гуманитарных, естественнонаучных, медико-биологических и клинических наук в различных видах профессиональной и социальной деятельности (ОК-1);

5.1.2. Профессиональными компетенциями (ПК):

способностью и готовностью применять основные методы, способы и средства получения, хранения, переработки научной и профессиональной информации; получать информацию из различных источников, в том числе с использованием современных компьютерных средств, сетевых технологий, баз данных и способностью и готовностью работать с научной литературой, анализировать информацию, вести поиск, превращать прочитанное в средство для решения профессиональных задач (выделять основные положения, следствия из них и предложения);

способностью и готовностью к участию в постановке научных задач и их экспериментальной реализации (ПК-2, ПК-3, ПК-5, ПК-7).

5.2. Студент должен знать:

Принципы классификации, номенклатуры и изомерии органических соединений.

Фундаментальные основы теоретической органической химии, являющиеся базисом для изучения строения и реакционной способности органических соединений.

Пространственное и электронное строение органических молекул и химические превращения веществ, являющихся участниками процессов жизнедеятельности, в непосредственной связи с их биологической Строение, химические свойства и биологическую роль основных классов биологически важных органических соединений.

5.3. Студент должен уметь:

Классифицировать органические соединения по строению углеродного скелета и по природе функциональных групп.

Составлять формулы по названиям и называть по структурной формуле типичные представители биологически важных веществ и лекарственных средств.

Выделять функциональные группы, кислотный и основный центры, сопряженные и ароматические фрагменты в молекулах для определения химического поведения органических соединений.

Прогнозировать направление и результат химических превращений органических соединений.

5.4. Студент должен обладать:

Навыками самостоятельной работы с учебной, научной и справочной литературой; вести поиск и делать обобщающие выводы.

Иметь навыки обращения с химической посудой.

Иметь навыки безопасной работы в химической лаборатории и умение обращаться с едкими, ядовитыми, легколетучими органическими соединениями, работать с горелками, спиртовками и электрическими нагревательными приборами.

5.5. Формы контроля знаний 5.5.1. Текущий контроль:

Диагностический контроль усвоения материала. Проводится периодически в основном для контроля знаний формульного материала.

Обучающий компьютерный контроль на каждом занятии.

Тестовые задания, требующие умения анализировать и обобщать (см. Приложение).

Плановые коллоквиумы по завершению изучения больших разделов программы (см. Приложение).

5.5.2 Итоговый контроль:

Зачет (проводится в два этапа):

С.2 - Математический, естественнонаучный и медико-биологический Общая трудоемкость:

2 Классификация, номенклатура и Классификация и классификационные признаки органических современные физико- соединений: строение углеродного скелета и природа функциональной группы.

химические методы Функциональные группы, органические радикалы. Биологически важные исследования биоорганических классы органических соединений: спирты, фенолы, тиолы, эфиры, сульфиды, соединений альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и их производные, сульфокислоты.

номенклатура ИЮПАК. Разновидности международной номенклатуры заместительная и радикально-функциональная номенклатуры. Значение знания 3 Теоретические основы строения органических соединений и Теория строения органических соединений А.М.Бутлерова. Основные факторы, определяющие их положения. Структурные формулы. Характер атома углерода по положению в реакционную способность. цепи. Изомерия как специфическое явление органической химии. Виды Стереоизомерия.

Хиральность молекул органических соединений как причина оптической изомерии. Стереоизомерия молекул с одним центром хиральности (энантиомерия). Оптическая активность. Глицериновый альдегид как конфигурационный стандарт. Проекционные формулы Фишера. D и L-Система стереохимической номенклатуры. Представления о R,S-номенклатуре.

Стереоизомерия молекул с двумя и более центрами хиральности: энантиомерия и диастереомерия.

Стереоизомерия в ряду соединений с двойной связью (Пидиастереомерия). Цис- и транс-изомеры. Стереоизомерия и биологическая активность органических соединений.

Взаимное влияние атомов: причины возникновения, виды и способы его передачи в молекулах органических соединений.

Сопряжение. Сопряжение в открытых цепях (Пи-Пи). Конъюгированные связи. Диеновые структуры в биологически важных соединениях: 1,3-диены (бутадиен), полиены, альфа,бета-ненасышенные карбонильные соединения, карбоксильная группа. Сопряжение как фактор стабилизации системы. Энергия сопряжения. Сопряжение в аренах (Пи-Пи) и в гетероциклах (р-Пи).

Ароматичность. Критерии ароматичности. Ароматичность бензоидных (бензол, нафталин, антрацен, фенантрен) и гетероциклических (фуран, тиофен, пиррол, имидазол, пиридин, пиримидин, пурин) соединений. Широкая распространенность сопряженных структур в биологически важных молекулах (порфин, гем и др.).

Поляризация связей и электронные эффекты (индуктивный и мезомерный) как причина неравномерного распределения электронной плотности в молекуле. Заместители - электронодоноры и электроноакцепторы.

Важнейшие заместители и их электронные эффекты. Электронные эффекты заместителей и реакционная способность молекул. Правило ориентации в бензольном кольце, заместители I и II рода.

Кислотность и основность органических соединений.

Кислотность и основность нейтральных молекул органических соединений с водородсодержащими функциональными группами (амины, спирты, тиолы, фенолы, карбоновые кислоты). Кислоты и основания по БренстедуЛоури и Льюису. Сопряженные пары кислот и оснований. Кислотность и стабильность аниона. Количественная оценка кислотности органических соединений по величинам Ка и рКа.

Кислотность различных классов органических соединений. Факторы, определяющие кислотность органических соединений: электроотрицательность атома неметалла (С-Н, N-H, и O-H кислоты); поляризуемость атома неметалла (спирты и тиолы, тиоловые яды); природа радикала (спирты, фенолы, карбоновые кислоты).

Основность органических соединений. n-основания (гетероциклы) и Пиоснования (алкены, алкандиены, арены). Факторы, определяющие основность органических соединений: электроотрицательность гетероатома (О- и Nоснования); поляризуемость атома неметалла (О- и S-основания); природа радикала (алифатические и ароматические амины).

Значение кислотно-основных свойств нейтральных органических молекул для их реакционной способности и биологической активности.

Водородная связь как специфическое проявление кислотно-основных свойств. Общие закономерности реакционной способности органических соединений как химическая основа их биологического функционирования.

Механизмы реакций органических соединений.

Классификация реакций органических соединений по результату замещение, присоединение, элиминирование, перегруппировка, окислительновосстановительные и по механизму - радикальные, ионные (электрофильные, нуклеофильные). Типы разрыва ковалентной связи в органических соединениях и образующиеся при этом частицы: гомолитический разрыв (свободные радикалы) и гетеролитический разрыв (карбокатионы и карбоанионы).

Электронное и пространственное строение этих частиц и факторы, обусловливающие их относительную устойчивость.

Гомолитические реакции радикального замещения у алканов с участием С-Н связей sр 3-гибридизованного атома углерода. Реакции свободнорадикального окисления в живой клетке. Активные (радикальные) формы кислорода. Антиоксиданты. Биологическое значение.

Реакции электрофильного присоединения (Ае): гетеролитические реакции с участием Пи-связи. Механизм реакций галогенирования и гидратации этилена. Кислотный катализ. Влияние статических и динамических факторов на региоселективность реакций. Особенности реакций присоединения водородсодержащих веществ к Пи-связи у несимметричных алкенов. Правило Марковникова. Особенности электрофильного присоединения к сопряженным системам.

Реакции электрофильного замещения (Sе): гетеролитические реакции с участием ароматической системы. Механизм реакций электрофильного замещения в аренах. Сигма-комплексы. Реакции алкилирования, ацилирования, нитрования, сульфирования, галогенирования аренов. Правило ориентациии.

Заместители I-го и II-го рода. Особенности реакций электрофильного замещения в гетероциклах. Ориентирующее влияние гетероатомов.

Реакции нуклеофильного замещения (Sn) у sр3-гибридизованного атома углерода: гетеролитические реакции, обусловленные поляризацией сигма-связи углерод-гетероатом (галогенопроизводные, спирты). Влияние электронных и пространственных факторов на реакционную способность соединений в реакциях нуклеофильного замещения.

Реакция гидролиза галогенопроизводных. Реакции алкилирования спиртов, фенолов, тиолов, сульфидов, аммиака и аминов. Роль кислотного катализа в нуклеофильном замещении гидроксильной группы.

Дезаминирование соединений с первичной аминогруппой. Биологическая роль реакций алкилирования.

Реакции элиминирования (дегидрогалогенирование, дегидратация).

Повышенная СН-кислотность как причина реакций элиминирования, сопровождающих нуклеофильное замещение у sp3-гибридизированного атома углерода.

Реакции нуклеофильного присоединения (An): гетеролитические реакции с участием пи-связи углерод-кислород (альдегиды, кетоны). Классы карбонильных соединений. Представители. Получение альдегидов, кетонов, карбоновых кислот. Строение и реакционная способность карбонильной группы. Влияние электронных и пространственных факторов. Механизм реакций An: роль протонирования в повышении реакционной способности карбонила. Биологически важные реакции альдегидов и кетонов гидрирование, окисление-восстановление альдегидов (реакция дисмутации), окисление альдегидов, образование циангидринов, гидратация, образование полуацеталей, иминов. Реакции альдольного присодинения. Биологическая значимость.

Реакции нуклеофильного замещения у sp2-гибридизированного атома углерода (карбоновые кислоты и их функциональные производные).

Механизм реакций нуклеофильного замещения (Sn) у sp2гибридизированного атома углерода. Реакции ацилирования - образование ангидридов, сложных эфиров, сложных тиоэфиров, амидов- и обратные им реакции гидролиза. Биологическая роль реакций ацилирования. Кислотные свойства карбоновых кислот по О-Н группе.

Реакции окисления и восстановления органических соединений.

Окислительно-восстановительные реакции, электронный механизм.

Степени окисления атомов углерода в органических соединениях. Окисление первичного, вторичного и третичного атомов углерода. Окисляемость различных классов органических соединений. Пути утилизации кислорода в клетке.

Энергетическое окисление. Оксидазные реакции. Окисление органических веществ - основной источник энергии для хемотрофов. Пластическое окисление.

4 Биологически важные классы органических соединений Многоатомные спирты: этиленгликоль, глицерин, инозит. Образование Гидроксикислоты: классификация, номенклатура, представители молочная, бетаоксимасляная, гаммаоксимасляная, яблочная, винная, лимонная, восстановительного аминирования, переаминирования и декарбоксилирования.

Аминокислоты: классификация, представители бета- и гаммаизомеров аминопропановая, гаммааминомасляная, эпсилонаминокапроновая. Реакция Салициловая кислота и ее производные (ацетилсалициловая кислота жаропонижающее, противовоспалительное и антиревматическое средство, энтеросептол и 5-НОК. Ядро изохинолина как основа алкалоидов опия спазмолитиков (папаверин) и аналгетиков (морфин). Производные акридина дезинфицирующие средства.

производные ксантина - кофеин, теобромин и теофилин, производные индола резерпин, стрихнин, пилокарпин, производные хинолина - хинин, изохинолина морфин и папаверин.

цефалоспроины - производные цефалоспорановой кислоты, тетрациклины производные нафтацена, стрептомицины - амилогликозиды. Полусинтетические 5 Биополимеры и их структурные компоненты. Липиды. Определение. Классификация. Функции.

Цикло- оксотаутомерия. Мутаротация. Производные моносахаридов дезоксисахара (дезоксирибоза) и аминосахара (глюкозамин, галактозамин).

Олигосахариды. Дисахариды: мальтоза, лактоза, сахароза. Строение. Огликозидная связь. Восстанавливающие свойства. Гидролиз. Биологическая (путь распада аминокислот); реакции радикала - гидроксилирование (образование окси-производных аминокислот). Образование пептидной связи.

Пептиды. Определение. Строение пептидной группы. Функции.

Биологически активные пептиды: глутатион, окситоцин, вазопрессин, глюкагон, нейропептиды, пептиды-кинины, иммуноактивные пептиды (тимозин), пептиды воспаления (дифексин). Понятие о цитокинах. Пептиды-антибиотики (грамицидин, актиномицин D, циклоспорин А). Пептиды-токсины. Связь биологических эффектов пептидов с определенными аминокислотными остатками.

Белки. Определение. Функции. Уровни структуры белков. Первичная структура - последовательность аминокислот. Методы исследования. Частичный и полный гидролиз белков. Значение определения первичной структуры белков.

Направленный место-специфичный мутагенез как метод исследования связи функциональной активности белков с первичной структурой. Врожденные нарушения первичной структуры белков - точечные мутации. Вторичная структура и ее виды (альфа-спираль, бета-структура). Третичная структура.

Денатурция. Понятие об активных центрах. Четвертичная структура олигомерных белков. Кооперативные свойства. Простые и сложные белки гликопротеиды, липопротеиды, нуклеопротеиды, фосфопротеиды, металлопротеиды, хромопротеиды.

Азотистые основания, нуклеозиды, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты.

Определение понятий азотистое основание, нуклеозид, нуклеотид и нуклеиновая кислота. Пуриновые (аденин и гуанин) и пиримидиновые (урацил, тимин, цитозин) азотистые основания. Ароматические свойства. Устойчивость к окислительному распаду как основа для выполнения биологической роли.

Лактим - лактамная таутомерия. Минорные азотистые основания (гипоксантин, 3-N-метилурацил и др.). Производные азотистых оснований - антиметаболиты (5-фторурацил, 6-меркаптопурин).

Нуклеозиды. Определение. Образование гликозидной связи между азотистым основанием и пентозой. Гидролиз нуклеозидов. Нуклеозидыантиметаболиты (арабинозид аденина).

Нуклеотиды. Определение. Строение. Образование фосфоэфирной связи при этерификации С5 гидроксила пентозы фосфорной кислотой. Гидролиз нуклеотидов. Нуклеотиды-макроэрги (нуклеозидполифосффаты - АДФ, АТФ и др.). Нуклеотиды-коферменты (НАД+, ФАД), строение, роль витаминов В5 и В2.

Нуклеиновые кислоты - РНК и ДНК. Определение. Нуклеотидный состав РНК и ДНК. Первичная структура. Фосфодиэфирная связь. Гидролиз нуклеиновых кислот. Определение понятий триплет (кодон), ген (цистрон), генетический код (геном). Международный проект "Геном человека".

Вторичная структура ДНК. Роль водородных связей в формировании вторичной структуры. Комплементарные пары азотистых оснований. Третичная структура ДНК. Изменение структуры нуклеиновых кислот под действием химических веществ. Понятие о веществах-мутагенах.

Липиды. Определение, классификация. Омыляемые и неомыляемые липиды.

Природные высшие жирные кислоты - компоненты липидов. Важнейшие представители: пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая, эйкозопентаеновая, докозогексаеновая (витамин F).

Нейтральные липиды. Ацилглицерины - природные жиры, масла, воска.

Искусственные пищевые гидрожиры. Биологическая роль ацилглицеринов.

Фосфолипиды. Фосфатидовые кислоты. Фосфатидилхолины, фосфатидиэтаноламины и фосфатидилсерины. Строение. Участие в образовании биологических мембран. Перекисное окисление липидов в клеточных мембранах.

Сфинголипиды. Сфингозин и сфингомиелины. Гликолипиды (цереброзиды, сульфатиды и ганглиозиды).

Неомыляемые липиды. Терпены. Моно- и бициклические терпены 6 Фармакологические свойства Фармакологические свойства некоторых классов моно- поли- и некоторых классов гетерофункциональных соединений (галогенводороды, спирты, окси- и органических соединений. оксокислоты, производные бензола, гетерорциклы, алкалоиды.). Химическая Химическая природа некоторых природа противовоспалительных средств, аналгетиков, антисептиков и классов лекарственных средств. антибиотиков.

6.3. Разделы дисциплин и виды занятий 1. Введение в предмет. Классификация, номенклатура и исследования биоорганических соединений 2. Теоретические основы строения органических реакционную способность.

3. Биологически важные классы органических 5 Фармакологические свойства некоторых классов органических соединений. Химическая природа некоторых классов лекарственных средств Л- лекции; ПЗ – практические занятия; ЛР – лабораторные работы; С – семинары; СРС – самостоятельная работа студентов;

6.4 Тематический план лекций по дисциплине 1 1 Введение в предмет. История развития биоорганической химии, значение для 3 2 Теория строения органических соединений А.М.Бутлерова. Изомерия как 4 2 Взаимное влияние атомов: причины возникновения, виды и способы его передачи в 7 1,2 Контрольная работа по разделам «Классификация, номенклатура и современные физикохимические методы исследования биоорганических соединений» и «Теоретические основы строения органических соединений и факторы, определяющие их реакционную 15 5 Фармакологические свойства некоторых классов органических соединений. Химическая 19 4 14 Обнаружение нерастворимых кальциевых солей высших карбоновых 1 1 Введение в предмет. Классификация и Работа с рекомендуемой литературой.

номенклатура биоорганических соединений. Выполнение письменного задания на 3 2 Взаимное влияние атомов в молекулах Работа с рекомендуемой литературой.

4 2 Кислотность и основность органических Работа с рекомендуемой литературой.

5 2 Механизмы реакций органических Работа с рекомендуемой литературой.

6 2 Окисление и восстановление органических Работа с рекомендуемой литературой.

7 1,2 Контрольная работа по разделам Работа с рекомендуемой литературой. * современные физико-химические методы предлагаемым темам, проведение исследования биоорганических соединений» информационного поиска в различных органических соединений и факторы, ИНТЕРЕНЕТ и работу с англоязычными базами 8 3 Гетерофункциональные биоорганические Работа с рекомендуемой литературой.

9 3 Биологически важные гетероциклы. Работа с рекомендуемой литературой.

10 3 Витамины (лабораторная работа). Работа с рекомендуемой литературой.

12 4 Альфа-аминокислоты, пептиды и белки. Работа с рекомендуемой литературой.

13 4 Азотистые основания, нуклеозиды, Работа с рекомендуемой литературой.

нуклеотиды и нуклеиновые кислоты. Выполнение письменного задания на написание 15 5 Фармакологические свойства некоторых Работа с рекомендуемой литературой.

классов органических соединений. Выполнение письменного задания на написание Химическая природа некоторых классов химических формул некоторых лекарственных * - задания по выбору студента.

органических соединений.

органических молекул.

органических молекул.

органических соединений.

органических соединений.

соединения. Стереоизомерия.

некоторых классов лекарственных средств.

За семестр студент может набрать максимально 65 баллов на практических занятиях.

На одном практическом занятии студент максимально может набрать по 4,3 балла. Это количество складывается из баллов набираемых за посещение занятия (0,6 балла), выполнения задания по внеаудиторной самостоятельной работе (1,0 балла), лабораторной работы (0,4 балла) и баллов, начисляемых за устный ответ и тестовое задание (от 1,3 до 2,3 балла). Баллы за посещение занятия, выполнение задания по внеаудиторной самостоятельной работе и лабораторной работы начисляются по принципу «да» - «нет». Баллы за устный ответ и тестовое задание начисляются дифференцировано от 1,3 до 2,3 балла в случает положительных ответов: 0-1,29 балла соответствует оценке «неудовлетворительно», 1,3-1,59 – «удовлетворительно», 1,6-1,99 – «хорошо», 2,0-2,3 – «отлично». На контрольной работе студент максимально может набрать 5,0 балла: посещение занятия 0,6 балла и устный ответ 2,0-4,4 балла.

Для допуска к зачету студент должен набрать не менее 45 баллов, при этом текущая успеваемость студента оценивается следующим образом: 65-75 баллов – «отлично», 54-64 балла – «хорошо», 45-53 балла – «удовлетворительно», менее 45 баллов – неудовлетворительно. Если студент набирает от 65 до 75 баллов («отличный» результат), то он освобождается от зачета и получает отметку «зачет» в зачетную книжку автоматически, набирая за зачет 25 баллов.

На зачете студент максимально может набрать 25 баллов: 0-15,9 балла соответствует оценке «неудовлетворительно», 16-17,5 – «удовлетворительно», 17,6-21,2 – «хорошо», 21,3-25 – «отлично».

Распределение премиальных баллов (всего до 10 баллов за семестр) 1. Посещение лекции – 0,4 балла (100% посещение лекций – 6,4 балла за семестр);

2. Участие в УИРС до 3 баллов, в том числе:

написание реферата по предлагаемой теме – 0,3 балла;

подготовка доклада и мультимедийной презентации на итоговую учебно-теоретическую конференцию 3. Участие в НИРС – до 5 баллов, в том числе:

посещение заседания студенческого научного кружка при кафедре – 0,3 балла;

подготовка доклада на заседание студенческого научного кружка – 0,5 балла;

выступление с докладом на вузовской студенческой научной конференции – 1 балл;

выступление с докладом на региональной, всероссийской и международной студенческой научной конференции – 3 балла;

публикация в сборниках студенческих научных конференций – 2 балла;

публикация в рецензируемом научном журнале – 5 баллов;

4. Участие в воспитательной работе на кафедре до 3 баллов, в том числе:

участие в организации проводимых кафедрой мероприятий по воспитательной работе во внеучебное время – 2 балла за одно мероприятие;

посещение проводимых кафедрой мероприятий по воспитательной работе во внеучебное время – 1 балл за одно мероприятие;

Распределение штрафных баллов (всего до 10 баллов за семестр) 1. Отсутствие на лекции по неуважительной причине- 0,66-0,67 балла (0% посещения лекций - 10 баллов за Если студент пропустил занятие по уважительной причине, он имеет право отработать занятие для повышения своего текущего рейтинга.

Если пропуск неуважительный - студент должен отработать занятие и получить оценку с понижающим коэффициентом 0,8.

Если студент освобожден от физического присутствия на занятиях (по приказу академии), то ему начисляются максимальные баллы, если выполнено задание по внеаудиторной самостоятельной работе.

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины 1. Н.А.Тюкавкина, Ю.И.Бауков, С.Э.Зурабян. Биоорганическая химия. М.:ДРОФА, 2009.

2. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия. М.:ДРОФА, 2005.

1. Овчиников Ю.А. Биоорганическая химия. М.: Просвещение, 1987.

2. Райлс А., Смит К., Уорд Р. Основы органической химии. М.: Мир, 1983.

3. Щербак И.Г. Биологическая химия. Учебник для медицинских вузов. С.-П. издательство СПбГМУ, 2005.

4. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: Медицина, 2004.

5. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: Медицина, Поступаев В.В., Рябцева Е.Г. Биохимическая организация клеточных мембран (учебное пособие для студентов фармацевтических факультетов медицинских вузов). Хабаровск, ДВГМУ. 2001г.

7. Соросовский образовательный журнал, 1996-2001гг.

8. Руководство к лабораторным занятиям по биоорганической химии. Под редакцией Н.А.Тюкавкиной, М.:

Медицина, 7.3 Учебно-методические материалы, подготовленные кафедрой 1. Методические разработки практических занятий по биоорганической химии для студентов.

2. Методические разработки самостоятельной внеаудиторной работы студентов.

3. Бородин Е.А., Бородина Г.П. Биохимический диагноз (физиологическая роль и диагностическое значение биохимических показателей крови и мочи). Учебное пособие Издание 4-ое. Благовещенск, 2010.

4. Бородина Г.П., Бородин Е.А. Биохимический диагноз (физиологическая роль и диагностическое значение биохимических показателей крови и мочи). Электронное учебное пособие. Благовещенск, 2007.

5. Задания для компьютерного тестирования знаний студентов по биоорганической химии (Сост. Бородин Е.А., Дорошенко Г.К., Егоршина Е.В.) Благовещенск, 2003.

6. Тестовые задания по биоорганической химии к экзамену по биоорганической химии для студентов лечебного факультета медицинских вузов. Методическое пособие. (Сост. Бородин Е.А., Дорошенко Г.К.). Благовещенск, 2002.

7. Тестовые задания по биоорганической химии к практическим занятиям по биоорганической химии для студентов лечебного факультета. Методическое пособие. (Сост. Бородин Е.А., Дорошенко Г.К.). Благовещенск, 2002.

8. Витамины. Методическое пособие. (Сост. Егоршина Е.В.). Благовещенск, 2001.

8.5 Обеспечение дисциплины оборудованием и учебными материалами 1 Химическая посуда:

Посуда из стекла:

1.1 пробирки химические 5000 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 1.2 пробирки центрифужные 2000 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 1.3 палочки из стекла 100 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 1.4. колбы различного объема (для 200 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 1.5 колбы большого объема - 0,5-2,0 30 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 1.6 химические стаканы различного 120 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 1.7 химические стаканы большого 50 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, приготовления рабочих 1.8 склянки различного объема 2000 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 1.9 воронки для фильтрования 200 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 1.10 стеклянная посуда Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, хроматографии и пр.).

1.11 спиртовки 30 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, Посуда из фарфора 1.12 стаканы разного объема (0,2- 30 Подготовка реактивов на практические занятия 1.13 ступки с пестиками Подготовка реактивов на практические занятия, химические опыты и 1.15 чашки для выпаривания 20 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, Мерная посуда:

1.16 мерные колбы различного 100 Подготовка реактивов на практические занятия, Химические опыты 1.17 мерные цилиндры различного 40 Подготовка реактивов на практические занятия, Химические опыты 1.18 мензурки различного объема 30 Подготовка реактивов на практические занятия, Химические опыты 1.19 пипетки измерительные на 2000 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, микропипетки) 1.20 механические автоматические 15 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 1.21 механические автоматические 2 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, дозаторы переменного объема НИРС 1.22 электронный автоматический 1 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 1.23 микрошприцы переменного 5 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 2 Техническое оборудование:

2.1 штативы для пробирок 100 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 2.2 штативы для пипеток 15 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, 2.3 штативы металлические 15 Химические опыты и анализы на практических занятиях, УИРС, Нагревательные приборы:

2.4 сушильные шкафы 3 Сушка химической посуды из стекла, проведение химических 2.5 термостаты воздушные 2 Термостатирование инкубационной смеси при определении 2.6 термостаты водяные 2 Термостатирование инкубационной смеси при определении 2.7 электроплитки 3 Подготовка реактивов на практические занятия, химические опыты и 2.8 Холодильники с морозильными 5 Хранение химреактивов, растворов и биологического материала для камерами «Чинар», «Бирюса», практических занятий, УИРС, НИРС «Стинол»

2.9 Шкафы для хранения 8 Хранение химреактивов химреактивов 2.10 Сейф металлический 1 Хранение ядовитых реактивов и этанола 3 Оборудование общего назначения:

3.1 аналитические демпферные 2 Гравиметрический анализ на практических занятиях, УИРС, НИРС 3.6 Ультрацентрифуга 1 Демонстрация метода седиментационного анализа на практических (Германия) 3.8 Магнитные мешалки 2 Подготовка реактивов на практические занятия 3.9 Дистиллятор электрический ДЭ– 1 Получение дистиллированной воды для приготовления реактивов на 3.10 Термометры 10 Контроль температуры при проведении химических анализов на 3.11 Набор ареометров 1 Измерение плотности растворов 4 Оборудование специального назначения:

4.1 Аппарат для электрофореза на 1 Демонстрация метода электрофореза белков сыворотки крови на 4.2 Аппарат для электрофореза в 1 Демонстрация метода разделения липопротеидов сыворотки крови 4.3 Оборудование для колоночной Демонстрация метода разделения белков с помощью хроматографии 4.4 Оборудование для Демонстрация метода ТСХ для разделения липидов на практических хроматографии в тонком слое. занятиях, НИРС Измерительное оборудование:

Фотоэлектроколориметры:

4.8 Фотометр “SOLAR” 1 Измерение светопоглощения окрашенных растворов при 4.9 Спектрофотометр СФ 16 1 Измерение светопоглощения растворов в видимой и УФ-областях 4.10 Клинический спектрофотометр 1 Измерение светопоглощения растворов в видимой и УФ-областях «Schimadzu - CL–770” спектра при использовании спектральных методов определения 4.11 Высокоэффективный 1 Демонстрация метода ВЭЖХ (практические занятия, УИРС, НИРС) жидкостный хроматограф "Милихром - 4".

4.12 Поляриметр 1 Демонстрация оптической активности энантиомеров, 4.13 Рефрактометр 1 Демонстрация рефрактометрического метода определения 4.14 рН-метры 3 Приготовление буферных растворов, демонстрация буферного 5 Проекционное оборудование:

5.1 Мультимедийный проектор и 2 Демонстрация мультимедийных презентаций, фото- и Диапроекторы: Демонстрация слайдов на лекциях и практических занятиях 5.3 «Пеленг- полуавтомат» 5.6 Прибор для демонстрации Закреплены за морфологическим учебным корпусом. Демонстрация прозрачных пленок (оверхэд) и иллюстративного материала на лекциях, в ходе УИРС и НИРС кинопроектор.

6 Вычислительная техника:

6.1 Кафедральная сеть из 1 Доступ к образовательным ресурсам ИНТЕРНЕТА (национальные и персональных компьютеров с международные электронные базы данных по химии, биологии и выходом в ИНТЕРНЕТ медицине) для преподавателей кафедры и студентов в учебное и 6.2 Персональные компьютеры 8 Создание преподавателями кафедры печатных и электронных сотрудников кафедры дидактических материалов в ходе учебно-методической работы, 6.3 Компьютерный класс на 10 1 Программированное тестирование знаний студентов на посадочных мест практических занятиях, в ходе зачетов и экзаменов (текущий, 7 Учебные таблицы:

1. Пептидная связь.

2. Регулярность структуры полипептидной цепи.

3. Типы связей в молекуле белков.

4. Дисульфидная связь.

5. Видовая специфичность белков.

6. Вторичная структура белков.

7. Третичная структура белков.

8. Миоглобин и гемоглобин.

9. Гемоглобин и его производные.

10. Липопротеиды плазмы крови.

11. Типы гиперлипидемий.

12. Электрофорез белков на бумаге.

13. Схема биосинтеза белка.

14. Коллаген и тропоколлаген.

15. Миозин и актин.

16. Авитаминоз РР (пеллагра).

17. Авитаминоз В1.

18. Авитаминоз С.

19. Авитаминоз А.

20. Авитаминоз Д (рахит).

21. Простагландины – физиологически активные производные ненасыщенных жирных кислот.

22. Нейроксины, образующиеся из катехаламинов и индоламинов.

23. Продукты не ферментативных реакций дофамина.

24. Нейропептиды.

25. Полиненасыщенные жирные кислоты.

26. Взаимодействие липосомы с клеточной мембраной.

27. Свободное окисление (различия с тканевым дыханием).

28. ПНЖК семейств омега 6 и омега 3.

2 Наборы слайдов по различным разделам программы 8.6 Интерактивные средства обучения (Интернет-технологии), мультимедийные материалы, Электронные библиотеки и учебник, фото- и видеоматериалы 1 Интерактивные средства обучения (Интернет-технологии) 2 Мультимедийные материалы Стоник В.А. (ТИБОХ ДНЦ СО РАН) «Природные соединения – основа 5 Бородин Е.А. (АГМА) «Геном человека. Геномика, протеомика и Авторская презентация 6 Пивоварова Е.Н (ИЦиГ СО РАМН) «Роль регуляции экспрессии генов Авторская презентация человека».

3 Электронные библиотеки и учебники:

2 MEDLINE. CD-версия электронных базы данных по химии, биологии и медицине.

3 Life Sciencies. CD-версия электронных базы данных по химии и биологии.

4 Cambridge Scientific Abstracts. CD-версия электронных базы данных по химии и биологии.

5 PubMed - электронная база данных национального института здоровья http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/ Органическая химия. Электронная библиотека. (Сост. Н.Ф. Тюкавкина, А.И. Хвостова) – М., 2005г.

Органическая и общая химия. Медицина. Лекции для студентов, курс. (Электронное пособие). М., 2005г.

4 Видеофильмы:

3 МЭС ТИБОХ ДНЦ ДВО РАН CD

5 Фото-видеоматериалы:

Авторские фото и видеоматериалы зав. каф. проф. Е.А.Бородина об 1 университетах Упсалы (Швеция), Гранады (Испания), медицинских школах университетов Японии (гг.Ниигата, осака, Канадзава, Хиросаки), ИБМХ РАМН, ИФХМ МЗ России, ТИБОХе ДНЦ. ДВО РАН.

8.1. Примеры тестовых заданий текущего контроля (с эталонами ответов) к занятию №4 «Кислотность и основность органических молекул»

1.Выберите характерные признаки кислот Бренстеда-Лоури:

1.повышают концентрацию в водных растворах водородных ионов 2.повышают концентрацию в водных растворах гидроксид-ионов 3.являются нейтральными молекулами и ионами - донорами протонов 4.являются нейтральными молекулами и ионами - акцепторами протонов 5.не влияют на реакцию среды 2.Укажите факторы, влияющие на кислотность органических молекул:

1.электроотрицательность гетероатома 2.поляризуемость гетероатома 3.природа радикала 4.способность к диссоциации 5.растворимость в воде 3.Выберите из перечисленных соединений самые сильные кислоты Бренстеда:

1.алканы 2.амины 3.спирты 4.тиолы 5.карбоновые кислоты 4.Укажите характерные признаки органических соединений, обладающих свойствами оснований:

1.акцепторы протонов 2.доноры протонов 3.при диссоциации дают гидроксильные ионы 4.не диссоциируют 5.основные свойства определяют реакционную способность 5.Выберите самое слабое основание из приведенных соединений:

1.аммиак 2.метиламин 3.фениламин 4.этиламин 5.пропиламин 8.2 Примеры ситуационных задач текущего контроля (с эталонами ответов) 1. Определите родоначальную структуру в соединении:

Решение. Выбор родоначальной структуры в структурной формуле органического соединения регламентируется в заместительной номенклатуре ИЮПАК рядом последовательно применяемых правил (см. Учебник, 1.2.1).

Каждое последующее правило применяется только тогда, когда предыдущее не позволяет сделать однозначный выбор. Соединение I содержит алифатический и алициклический фрагменты. Согласно первому правилу в качестве родоначальной выбирают структуру, с которой непосредственно связана старшая характеристическая группа. Из двух имеющихся в соединении I характеристических групп (ОН и NH,) старшей является гидроксильная группа. Поэтому родоначальной будет служить структура циклогексана, что и отражается в названии этого соединения - 4-аминометилциклогексанол.

2. Основу ряда биологически важных соединений и лекарственных средств составляет конденсированная гетероциклическая система пурина, включающая ядра пиримидина и имидазола. Чем объясняется повышенная устойчивость пурина к окислению?

Решение. Ароматические соединения обладают большой энергией сопряжения и термодинамической устойчивостью. Одним из проявлений ароматических свойств является устойчивость к окислению, хотя «внешне»

ароматические соединения имеют высокую степень ненасыщенности, которая обычно обусловливает склонность к окислению. Для ответа на поставленный в условии задачи вопрос необходимо установить принадлежность пурина к ароматическим системам.

Согласно определения ароматичности необходимым (но недостаточным) условием возникновения сопряженной замкнутой системы является наличие в молекуле плоского циклического -скелета с единым электронным облаком. В молекуле пурина все атомы углерода и азота находятся в состоянии sp2-гибридизации, а потому все асвязи лежат в одной плоскости. Благодаря этому орбитали всех атомов, входящих в цикл, располагаются перпендикулярно плоскости -скелета и параллельно друг другу, что создает условия для их взаимного перекрывания с образованием единой замкнутой делокализо-ванной ти-электронной системы, охватывающей все атомы цикла (круговое сопряжение).

Ароматичность также определяется числом -электронов, которое должно соответствовать формуле 4/7+2, где п - ряд натуральных чисел О, 1, 2, 3 и т. д. (правило Хюккеля). Каждый атом углерода и пиридиновые атомы азота в положениях 1, 3 и 7 вносят в сопряженную систему по одному р-электрону, а пиррольный атом азота в положении 9 - неподеленную пару электронов. Сопряженная система пурина содержит 10 -электронов, что соответствует правилу Хюккеля при п =2.

Таким образом, молекула пурина обладает ароматическим характером и с этим связана ее устойчивость к окислению.

Наличие в цикле пурина гетероатомов приводит к неравномерности в распределении -электронной плотности. Пиридиновые атомы азота проявляют электроноакцепторный характер и уменьшают электронную плотность на атомах углерода. В связи с этим окисление пурина, рассматриваемое в общем случае как потеря электронов окисляющимся соединением, будет еще более затруднено по сравнению с бензолом.

8.3 Тестовые задания к зачету (один вариант в полном объеме с эталонами ответов) 1.Назовите органогенные элементы:

7.Si 8.Fe 9.Cu 2.Укажите функциональные группы, имеющие Пи-связь:

1.Карбоксильная 2. аминогруппа 3.гидроксильная 4.оксогруппа 5.карбонильная 3.Укажите старшую функциональную группу:

1.-С=О 2.-SО3Н 3.-СII 4.-СООН 5.-OH 4.К какому классу органических соединений относится молочная кислота СН3-СНОН-СООН, образующаяся в тканях в результате анаэробного распада глюкозы?

1.Карбоновые кислоты 2.Оксикислоты 3.Аминокислоты 4.Кетокислоты 5.Назовите по заместительной номенклатуре вещество, являющееся главным энергетическим топливом клетки и имеющее следующее строение:

СН2-СН -СН -СН -СН -С=О

I I III I

OH OH OH OH OH Н

1. 2,3,4,5,6-пентагидроксигексаналь 2.6-оксогексанпнентанол 1,2,3,4, 3.Глюкоза 4.Гексоза 5.1,2,3,4,5-пентагидроксигексаналь- 6.Укажите характерные признаки сопряженных систем:

1.Выравнивание электронной плотности сигма- и пи- связей 2.Стабильность и низкая реакционная способность 3.Неустойчивость и высокая реакционная способность 4.Содержат чередующиеся сигма- и пи- связи 5.Пи-связи разделены -СН2-группами 7.Для каких соединений характерно Пи-Пи сопряжение:

1.каротины и витамин А 2.пиррол 3.пиридин 4.порфирины 5.бензпирен 8.Выберите заместители I рода, ориентирующие в орто- и пара-положения:

1.алкилы 2.- ОН 3.- NH 4.- СООН 5.- SO3H 9.Какой эффект оказывает -ОН группа в алифатических спиртах:

1.Положительный индуктивный 2.Отрицательный индуктивный 3.Положительный мезомерный 4.Отрицательный мезомерный 5.Тип и знак эффекта зависят от положения -ОН группы 10.Выбирите радикалы, оказывающие отрицательный мезомерный эффект 1.Галогены 2.Алкильные радикалы 3.Аминогруппа 4.Гидроксигруппа 5.Карбоксигруппа 11.Выберите характерные признаки кислот Бренстеда-Лоури:

1.повышают концентрацию в водных растворах водородных ионов 2.повышают концентрацию в водных растворах гидроксид-ионов 3.являются нейтральными молекулами и ионами - донорами протонов 4.являются нейтральными молекулами и ионами - акцепторами протонов 5.не влияют на реакцию среды 12.Укажите факторы, влияющие на кислотность органических молекул:

1.электроотрицательность гетероатома 2.поляризуемость гетероатома 3.природа радикала 4.способность к диссоциации 5.растворимость в воде 13.Выберите из перечисленных соединений самые сильные кислоты Бренстеда:

1.алканы 2.амины 3.спирты 4.тиолы 5.карбоновые кислоты 14.Укажите характерные признаки органических соединений, обладающих свойствами оснований:

1.акцепторы протонов 2.доноры протонов 3.при диссоциации дают гидроксильные ионы 4.не диссоциируют 5.основные свойства определяют реакционную способность 15.Выберите самое слабое основание из приведенных соединений:

1.аммиак 2.метиламин 3.фениламин 4.этиламин 5.пропиламин 16.Какие признаки используются для классификации реакций органических соединений:

1.Механизм разрыва химической связи 2.Конечный результат реакции 3.Количество молекул, принимающих участие в стадии, определяющей скорость всего процесса 4.Природа атакующего связь реагента 17.Выберите активные формы кислорода:

1.синглетный кислород 2.пероксидный бирадикал -О-Осупероксидный ион 4.гидроксильный радикал 5.триплетный молекулярный кислород 18.Выберите характерные признаки электрофильных реагентов:

1.частицы, несушие частичный или полный положительный заряд 2.образуются при гомолитическом разрыве ковалентной связи 3.частицы, несущие неспаренный электрон 4.частицы, несущие частичный или полный отрицательный заряд 5.образуются при гетеролитическом разрыве ковалентной связи 19.Выберите соединения, для которых характерны реакции электрофильного замещения:

1.алкены 2.арены 3.алкадиены 4.ароматические гетероциклы 5.алканы 20.Укажите биологическую роль реакций свободно-радикального окисления:

1.фагоциторная активность клеток 2.универсальный механизм разрушения клеточных мембран 3.самообновление клеточных структур 4.играют решающую роль в развитии многих патологических процессов 21.Выберите для каких классов органических соединений характерны реакции нуклеофильного замещения:

1.спирты 2.амины 3.галогенопроизводные углеводородов 4.тиолы 5.альдегиды 22.В какой последовательности уменьшается реакционная способность субстратов в реакциях нуклеофильного замещения:

1.галогенопроизводные углеводородов спирты амины 2.амины спирты галогенопроизводные углеводородов 3.спирты амины галогенопроизводные углеводородов 4.галогенопроизводные углеводородов амины спирты 23.Выберите из перечисленных соединений многоатомные спирты:

1.этанол 2.этиленгликоль 3.глицерин 4.ксилит 5.сорбит 24.Выберите характерное для данной реакции:

СН3-СН2ОН --- СН2=СН2 + Н2О 1.реакция элиминирования 2.реакция внутримолекулярной дегидратации 3.протекает в присутствии минеральных кислот при нагревании 4.протекает в обычных условиях 5.реакция межмолекулярной дегидратации 25.Какие свойства появляются при введении в молекулу органического вещества хлора:

1.наркотические свойства 2.лакриматорные (слезоточивость) 3.антисептические свойства 26.Выберите реакции, характерные для SP2-гибридизованного атома углерода в оксосоединениях:

1.нуклеофильное присоединение 2.нуклеофильное замещение 3.электрофильное присоединение 4.гомолитические реакции 5.гетеролитические реакции 27.В какой последовательности убывает легкость нуклеофильной атаки карбонильных соединений:

1.альдегидыкетоныангидридыэфирыамидысоли карбоновых кислот 2.кетоныальдегидыангидридыэфирыамидысоли карбоновых кислот 3.ангидридыальдегидыкетоныэфирыамидысоли карбоновых кислот 28.Определите характерное для данной реакции:

1.качественная реакция на альдегиды 2.альдегид - восстановитель, оксид серебра (I) - окислитель 3.альдегид - окислитель, оксид серебра (I) - восстановитель 4.окислительно-восстановительная реакция 5.протекает в щелочной среде 6.характерна для кетонов 29.Какие из приведенных карбонильных соединений подвергаются декарбоксилированию с образованием биогенных аминов?

1.карбоновые кислоты 2.аминокислоты 3.оксокислоты 4.оксикислоты 5.бензойная кислота 30.Как изменяются кислотные свойства в гомологическом ряду карбоновых кислот:

1.возрастают 2.уменьшаются 3.не изменяются 31.Какие из предложенных классов соединений относятся к гетерофункциональным:

1.оксикислоты 2.оксокислоты 3.аминоспирты 4.аминокислоты 5.дикарбоновые кислоты 32.К оксикислотам относятся:

1.лимонная 2.масляная 3.ацетоуксусная 4.пировиноградная 5.яблочная 33.Выберите лекарственные средства - производные салициловой кислоты:

1.парацетомол 2.фенацетин 3.сульфаниламиды 4.аспирин 5.ПАСК 34.Выберите лекарственные средства - производные р-аминофенола:

1.парацетомол 2.фенацетин 3.сульфаниламиды 4.аспирин 5.ПАСК 35.Выберите лекарственные средства - производные сульфаниловой кислоты:

1.парацетомол 2.фенацетин 3.сульфаниламиды 4.аспирин 5.ПАСК 36.Выберите основные положения теории А.М.Бутлерова:

1.атомы углерода соединяются простыми и кратными связями 2.углерод в органических соединениях четырехвалентен 3.функциональная группа определяет свойства вещества 4.атомы углерода образуют открытые и замкнутые циклы 5.в органических соединениях углерод находится в восстановленной форме 37.Какие изомеры относятся к пространственным:

1.цепи 2.положение кратных связей 3.функциональных групп 4.структурные 5.конфигурационные 38.Выберите, что характерно для понятия "конформация":

1.возможность вращения вокруг одной или нескольких сигма связей 2.конформеры - это изомеры 3.изменение последовательности связей 4.изменение пространственного расположения заместителей 5.изменение электронного строения 39.Выбирите сходство между энантиомерами и диастереомерами:

1.обладают одинаковыми физико-химическими свойствами 2.способны вращать плоскость поляризации света 3.не способны вращать плоскость поляризации света 4.являются стериоизомерами 5.характеризуются наличием центра хиральности 40.Выберите сходство между конфигурационной и конформационной изомерией:

1.Изомерия связана с различным положением в пространстве атомов и групп атомов 2.Изомерия обусловлена вращением атомов или групп атомов вокруг сигма-связи 3.Изомерия обусловлена наличием в молекуле центра хиральности 4.Изомерия обусловлена различным расположением заместителей относительно плоскости пи-связи.

41.Назовите гетероатомы входящие в состав биологически важных гетероциклов:

1.азот 2.фосфор 3.сера 4.углерод 5.кислород 42.Укажите 5-членный гетероцикл, входящий в состав порфиринов:

1.пирролидин 2.имидазол 3.пиррол 4.пиразол 5.фуран 43.Какой гетероцикл с одним гетероатомом входит в состав никотиновой кислоты:

1.пурин 2.пиразол 3.пиррол 4.пиридин 5.пиримидин 44.Назовите конечный продукт окисления пурина в организме:

1.гипоксантин 2.ксантин 3.мочевая кислота 45.Укажите алкалоиды опия:

1.стрихнин 2.папаверин 4.морфин 5.резерпин 6.хинин 6.Какие реакции окисления характерны для организма человека:

1.дегидрирование 2.присоединение кислорода 3.отдача электронов 4.присоединение галогенов 5.взаимодействие с перманганатом калия, азотной и хлорной кислотами 47.Чем определяется степень окисления атома углерода в органических соединениях:

1.числом его связей с атомами элементов, более электроотрицательных чем водород 2.числом его связей с атомами кислорода 3.числом его связей с атомами водорода 48.Какие соединения образуются при окислении первичного атома углерода?

1.первичный спирт 2.вторичный спирт 3.альдегид 4.кетон 5.карбоновая кислота 49.Определите характерное для оксидазных реакций:

1.кислород восстанавливается до воды 2.кислород включается в состав окисляемой молекулы 3.кислород идет на окисление водорода, отщепляемого от субстрата 4.реакции имеют энергетическое значение 5.реакции имеют пластическое значение 50.Какой из предложенных субстратов окисляется в клетке легче и почему?

1.глюкоза 2.жирная кислота 3.содержит частично окисленные атомы углерода 4.содержит полностью гидрированные атомы углерода 51.Выберите альдозы:

1.глюкоза 2.рибоза 3.фруктоза 4.галактоза 5.дезоксирибоза 52.Выберите запасные формы углеводов в живом организме:

1.клетчатка 2.крахмал 3.гликоген 4.гиалуровая кислота 5.сахароза 53.Выберите наиболее распространенные в природе моносахариды:

1.триозы 2.тетрозы 3.пентозы 4.гексозы 5.гептозы 54.Выберите аминосахара:

1.бета-рибоза 2.глюкозамин 3.галактозамин 4.ацетилгалактозамин 5.дезоксирибоза 55.Выберите продукты окисления моносахаров:

1.глюкозо-6-фосфат 2.гликоновые (альдоновые) кислоты 3.гликуроновые (уроновые) кислоты 4.гликозиды 5.эфиры 56.Выберите дисахариды:

1.мальтоза 2.клетчатка 3.гликоген 4.сахароза 5.лактоза 57.Выберите гомополисахариды:

1.крахмал 2.целлюлоза 3.гликоген 4.декстран 5.лактоза 58.Выберите, какие моносахара образуются при гидролизе лактозы:

1.бета-Д- галактоза 2.альфа-Д- глюкоза 3.альфа-Д- фруктоза 4.альфа-Д-галактоза 5.альфа-Д- дезоксирибоза 59.Выберите, что характерно для целлюлозы:

1.линейный, растительный полисахарид 2.структурной единицей является бета-Д- глюкоза 3.необходима для нормального питания, является баластным веществом 4.основной углевод человека 5.не расщепляется в желудочно кишечном тракте 60.Выберите производные углеводов, входящие в состав мурамина:

1.N-ацетилглюкозамин 2.N-ацетилмурамовая кислота 3.глюкозамин 4.глюкуроновая кислота 5.рибулезо-5-фосфат 61.Выберите из нижеследующих утверждений правильные: Аминокислоты-это...

1.соединения, содержащие в молекуле одновременно амино и гидроксигруппы 2.соединения, содержащие гидроксильную и карбоксильную группы 3.являются производными карбоновых кислот, в радикале которых водород замещен на аминогруппу 4.соединения, содержащие в молекуле оксо и карбоксильную группы 5. соединения, содержащие окси и альдегидную группы 62.Как классифицируют аминокислоты?

1.по химической природе радикала 2.по физико-химическим свойствам 3.по количеству функциональных групп 4.по степени ненасыщенности 5.по характеру дополнительных функциональных групп 63.Выберите ароматическую аминокислоту:

1.глицин 2.серин 3.глутаминовая 4.фенилаланин 5.метионин 64.Выберите аминокислоту, проявляющую кислотные свойства:

1.лейцин 2.триптофан 3.глицин 4.глутаминовая 5.аланин 65.Выберите аминокислоту основного характера:

1.серин 2.лизин 3.аланин 4.глутаминовая 5.триптофан 66.Выберите пуриновые азотистые основания:

1.тимин 2.аденин 3.гуанин 4.урацил 5.цитозин 67.Выберите пиримидиновые азотистые основания:

1.урацил 2.тимин 3.цитозин 4.аденин 5.гуанин 68.Выберите составные части нуклеозида:

1.пуриновые азотистые основания 2.пиримидиновые азотистые основания 3.рибоза 4.дезоксирибоза 5.фосфорная кислота 69.Укажите структурные компоненты нуклеотидов:

1.пуриновые азотистые основания 2.пиримидиновые азотистые основания 3.рибоза 4.дезоксирибоза 5.фосфорная кислота 70.Укажите отличительные признаки ДНК:

1.образована одной полинуклеотидной цепью 2.образована двумя полинуклеотидными цепями 3.содержит рибозу 4.содержит дезоксирибозу 5.содержит урацил 6.содержит тимин 71.Выберите омыляемые липиды:

1.нейтральные жиры 2.триацилглицерины 3.фосфолипиды 4.сфингомиелины 5.стероиды 72.Выберите ненасыщенные жирные кислоты:

1.пальмитиновая 2.стеариновая 3.олеиновая 4.линолевая 5.арахидоновая 73.Укажите, характерный состав нейтральных жиров:

1.мерициловый спирт + пальмитиновая кислота 2.глицерин + масляная кислота 3.сфингозин + фосфорная кислота 4.глицерин + высшая карбоновая кислота + фосфорная кислота 5.глицерин + высшие карбоновые кислоты 74.Выберите какую функцию выполняют фосфолипиды в организме человека:

1.регуляторная 2.защитная 3.структурная 4.энергетическая 75.Выберите гликолипиды:

1.фосфатидилхолин 2.цереброзиды 3.сфингомиелины 4.сульфатиды 5.ганглиозиды

ОТВЕТЫ К ТЕСТОВЫМ ЗАДАНИЯМ

8.4 Перечень практических навыков и заданий (в полном объеме), необходимых для сдачи 1. Умение классифицировать органические соединения по строению углеродного скелета и по 2. Умение составлять формулы по названиям и называть по структурной формуле типичные представители биологически важных веществ и лекарственных средств.

3. Умение выделять функциональные группы, кислотный и основный центры, сопряженные и ароматические фрагменты в молекулах для определения химического поведения 4. Умение прогнозировать направление и результат химических превращений органических 5. Обладание навыками самостоятельной работы с учебной, научной и справочной литературой; вести поиск и делать обобщающие выводы.

6. Обладание навыками обращения с химической посудой.

7. Обладание навыками безопасной работы в химической лаборатории и умение обращаться с едкими, ядовитыми, легколетучими органическими соединениями, работать с горелками, спиртовками и электрическими нагревательными приборами.

1. Предмет и задачи биоорганической химии. Значение в медицинском образовании.

2. Элементарный состав органических соединений, как причина их соответствия обеспечению биологических процессов.

3. Классификация органических соединений. Классы, общие формулы, функиональные группы, отдельные представители.

4. Номенклатура органических соединений. Тривиальные названия. Заместительная номенклатура ИЮПАК.

5. Главные функциональные группы. Родоначальная структура. Заместители. Старшинство групп, заместителей. Названия функциональных групп и заместителей в качестве приставки и окончания.

6. Теоретические основы строения органических соединений. Теория А.М.Бутлерова.

Структурные формулы. Структурная изомерия. Изомеры цепи и положения.

7. Пространственное строение органических соединений. Стереохимические формулы.

Молекулярные модели. Важнейшие понятия в стереохими - конфигурации и конформации органических молекул.

8. Конформации открытых цепей - заслоненные, заторможенные, скошенные. Энергия и реакционная способность различных конформаций.

9. Конформации циклов на примере циклогексана (кресло и ванна). Аксиальные и экваториальные связи.

10.Взаимное влияние атомов в молекулах органических соединений. Его причины, виды проявления. Влияние на реакционную способность молекул.

11.Сопряжение. Сопряженные системы, сопряженные связи. Пи-пи сопряже ние в диенах. Энергия сопряжения. Устойчивость сопряженных систем (витамин А).

12.Сопряжение в аренах (пи-пи сопряжение). Ароматичность. Правило Хюккеля. Бензол, нафталин, фенантрен. Реакционная способность бензольного кольца.

13.Сопряжение в гетероциклах (р-пи и пи-пи сопряжение на примере пиррола и пиридина).

Стабильность гетероциклов - биологическое значение на примере тетрапиррольных соединений.

14.Поляризация связей. Причины. Поляризация в спиртах, фенолах, карбонильных соединениях, тиолах. Влияние на реакционную способность молекул.\ 15.Электронные эффекты. Индуктивный эффект в молекулах содержащих, сигма-связи. Знак индуктивного эффекта.

16.Мезомерный эффект в открытых цепях с сопряженными пи-связями на примере бутадиена-1,3.

17.Мезомерный эффект в ароматических соединениях.

18.Электронодонорные и электроноакцепторные заместители.

19.Заместители I-го и II-го рода. Правило ориентации в бензольном кольце.

20.Кислотность и основность органических соединений. Кислоты и основания Брендстета-Лоури.

Кислотно-основные пары - сопряженные кислоты и снования. Ка и рКа - количественные характеристики кислотности органических соединений. Значение кислотности для функциональной активности органических молекул.

21.Кислотность различных классов органических соединений. Факторы, определяющие кислотность органических соединений - электроотрицательность атома неметалла, связанного с водородом, поляризуемость атома неметалла, природа радикала, связанного с атомом неметалла.

22.Органические основания. Амины. Причина основности. Влияние радикала на основность алифатических и ароматических аминов.

23.Классификация реакций органических соединений по их механизму. Понятия гомолитические и гетеролитические реакции.

24.Реакции замещения по радикальному типу у алканов. Свободно-радикальное окисление в живых организмах. Активные формы кислорода.

25.Электрофильное присоединение у алкенов. Образование Пи-комплексов, карбокатионов. Реакции гидратации, гидрирования.

26.Электрофильное замещение в ароматическом ядре. Образование промежуточных сигмакомплексов. Реакция бромирования бензола.

27.Нуклеофильное замещение у спиртов. Реакции дегидратации, окисления первичных и вторичных спиртов, образования эфиров.

28.Нуклеофильное присоединение у карбонильных соединений. Биологически важные реакции альдегидов: окисление, образование полуацеталей при взаимодействии со спиртами.

29.Нуклеофильное замещение у карбоновых кислот. Биологически важные реакции карбоновых кислот.

30.Окисление органических соединений, биологическое значение. Степень окисления углерода в органических молекулах. Окисляемость разных классов органических соединений.

31.Энергетическое окисление. Оксидазные реакции.

32.Неэнергетическое окисление. Оксигеназные реакции.

33.Роль свободно-радикального окисления в бактерицидном действии фагоцитирующих клеток.

34.Восстановление органических соединений. Биологическое значение.

35.Полифункциональные соединения. Многоатомные спирты - этиленгликоль, глицерин, ксилит, сорбит, инозит. Биологическое значение. Биологи чески важные реакции глицерина - окисление, образование сложных эфиров.

36.Двухосновные дикарбоновые кислоты: щавелевая, малоновая, янтарная, глутаровая.

Превращение янтарной кислоты в фумаровую - пример биологического дегидрирования.

37.Амины. Классификация:

По характеру радикала (алифатические и ароматические); -по количеству радикалов (первичные, вторичные, третичные, четвертичные основания аммония); -по количеству аминогрупп (моно- и диамины-). Диамины: путресцин и кадаверин.

38.Гетерофункциональные соединения. Определение. Примеры. Особенности проявления проявления химических свойств.

39.Аминоспирты: этаноламин, холин, ацетилхолин. Биологическое значение.

40.Оксикислоты. Определение. Общая формула. Классификация. Номенклатура. Изомерия.

Представители монокарбоновых оксикислот: молочная, бета-оксимасляная, гамма-ксимасляная;

дикарбоновых: яблочная, винная; трикарбоновых: лимонная; ароматических: салициловая.

41.Химические свойства оксикислот: по карбоксилу, по годроксигруппе, реакции дегидратации у альфа-, бета- и гамма- изомеров, различие продуктов реакции (лактиды, непредельные кислоты, лактоны).

42.Стереоизомерия. Энантиомеры и диастереомеры. Хиральность молекул органических соединений, как причина оптической изомерии.

43.Энантиомеры с одним центром хиральности (молочная кислота). Абсолютная и относительная конфигурация энантиомеров. Оксикислотный ключ. D и L глицериновый альдегид. D и L изомеры.

Рацематы.

44.Энантиомеры с несколькими центрами хиральности. Винные и мезовинная кислоты.

45.Стереоизомерия и биологическая активность стереоизомеров.

46.Цис-и транс-изомерия на примере фумаровой и малеиновой кислот.

47.Оксокислоты. Определение. Биологически важные представители: пировиноградная, ацетоуксусная, щавелевоуксусная. Кетоенольная таутомерия на примере пировиноградной кислоты.

48.Аминокислоты. Определение. Общая формула. Изомеры положения аминогруппы (альфа-, бета-, гамма-). Биологическое значение альфааминокислот. Представители бета-, гамма- и др. изомеров (бетааминопропионовая, гаммааминомасляная, эпсилонаминокапроновая). Реакция дегидратации гамма- изомеров с образованием циклических лактонов.

49.Гетерофункциональные производные бензола, как основа лекарственных средств. Производные р-аминобензойной кислоты - ПАБК (фолиевая кислота, анестезин). Антагонисты ПАБК производные сульфаниловой кислоты (сульфаниламиды - стрептоцид).

50.Гетерофункциональные производные бензола - лекарственные средства. Производные раминофенола (парацетамол), производные салициловой кислоты (ацетилсалициловая кислота). раминосалициловая кислота - ПАСК.

51.Биологически важные гетероциклы. Определение. Классификация. Особенности строения и свойств: сопряжение, ароматичность, устойчивость, реакционная способость. Биологическое значение.

52.Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом и их производные. Пиррол (порфин, порфирины, гем), фуран (лекарственные препараты), тиофен (биотин).

53.Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами и их производные. Пиразол (5оксопроизводные), имидазол (гистидин), тиазол (витамин В1-тиамин).

54.Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом и их производные. Пиридин (никотиновая кислота - участие в окислительно-восстановительных реакциях, витамин В6-пиридоксаль), хинолин (5-НОК), изохинолин (алкаллоиды).

55.Шестичленные гетероциклы с двумя гетероатомами. Пиримидин (цитозин, урацил, тимин).

56.Конденсированные гетероциклы. Пурин (аденин, гуанин). Продукты окисления пурина гипоксантин, ксантин, мочевая кислота).

57.Алкалоиды. Определение и общая характеристика. Строение никотина и кофеина.

58.Углеводы. Определение. Классификация. Функции углеводов в живых организмах.

59.Моносахара. Определение. Классификация. Представители.

60.Пентозы. Представители - рибоза ии дезоксирибоза. Строение, открытые и циклические формулы. Биологическое значение.

61.Гексозы. Альдозы и кетозы. Представители.

62.Открытые формулы моносахаров. Определение стереохимической конфигурации. Биологическое значение конфигурации моносахаров.

63.Образование циклических форм моносахаров. Гликозидный гидроксил. Альфа- и бетааномеры. Формулы Хеуорса.

64.Производные моносахаров. Фосфорные эфиры, гликоновые и гликуроновые кислоты, аминосахара и их ацетильные производные.

65.Мальтоза. Состав, строение, гидролиз и значение.

66.Лактоза. Синоним. Состав, строение, гидролиз и значение.

67.Сахароза. Синонимы. Состав, строение, гидролиз и значение.

68.Гомополисахариды. Представители. Крахмал, строение, свойства, продукты гидролиза, значение.

69.Гликоген. Строение, роль в животном организме.

70.Клетчатка. Строение, роль в растениях, значение для человека.

72.Гетерополисахариды. Синонимы. Функции. Представители. Особенность строения-димерные звенья, состав. 1,3- и 1,4- гликозидные связи.

73.Гиалуроновая кислота. Состав, строение, свойства, значение в организме.

74.Хондроитинсульфат. Состав, строение, значение в организме.

75.Мурамин. Состав, значение.

76.Альфааминокислоты. Определение. Общая формула. Номенклатура. Классификация. Отдельные представители. Стереоизомерия.

77.Химические свойства альфааминокислот. Амфотерность, реакции декарбоксилирования, дезаминирования, гидроксилирование в радикале, образование пептидной связи.

78.Пептиды. Индивидуальные пептиды. Биологическая роль.

79.Белки. Функции белков. Уровни структуры.

80.Азотистые основания нуклеиновых кислот - пурины и пиримидины. Модифицированные азотистые основания - антиметаболиты (фторурацил, меркаптопурин).

81.Нуклеозиды. Нуклеозиды-антибиотики. Нуклеотиды. Мононуклеотиды в составе нуклеиновых кислот и свободные нуклеотиды - коферменты.

82.Нуклеиновые кислоты. ДНК и РНК. Биологическое значение. Образование фосфодиэфирных связей между мононуклеотидами. Уровни структуры нуклеиновых кислот.

83.Липиды. Определение. Биологическая роль. Классификация.

84.Высшие карбоновые кислоты - насыщенные (пальмитиновая, стеариновая) и ненасыщенные (олеиновая, линолевая, линоленовая и арахидоновая).

85.Нейтральные жиры - ацилглицерины. Строение, значение. Животные и растительные жиры.

Гидролиз жиров - продукты, значение. Гидрогенизация растительных масел, искусственные жиры.

86.Глицерофосфолипиды. Строение: фосфатидовая кислота и азотистые основания.

Фосфатидилхолиин.

87.Сфинголипиды. Строение. Сфингозин. Сфингомиелин.

88.Стероиды. Холестерин - строение, значение, производные: желчные кислоты и стероидные гормоны.

89.Терпены и терпеноиды. Строение и биологическое значение. Представители.

90.Жирорастворимые витамины. Общая характеристика.

91. Средства для наркоза. Диэтиловый эфир. Хлороформ. Значение.

92. Лекарственные препараты стимуляторы метаболических процессов.

93. Сульфаниламиды, строение, значение. Белый стрептоцид.

94. Антибиотики.

95. Противовоспалительные и жаропонижающие средства.Парацетамол. Строение. Значение.

96. Антиоксиданты. Характеристика. Значение.

96. Тиолы. Антидоты.

97. Антикоагулянты. Характеристика. Значение.

98. Барбитураты. Характеристика.

99. Аналгетики. З начение. Примеры. Ацетилсалициловая кислота (аспирин).

100. Антисептики. Значение. Примеры. Фурацилин. Характеристика. Значение.

101. Противовирусные препараты.

102. Мочегонные средства.

103. Средства для парентерального питания.

104. ПАБК, ПАСК. Строение. Характеристика. Значение.

105. Йодоформ. Ксероформ.Значение.

106. Полиглюкин. Характеристика. Значение 107.Формалин. Характеристика. Значение.

108. Ксилит, сорбит. Строение, значение.

109. Резорцин. Строение, значение.

110. Атропин. Значение.

111. Кофеин. Строение. Значение 113. Фурацилин. Фуразолидон. Характеристика.Значение.

114. ГАМК, ГОМК, янтарная кислота.. Строение. Значение.

115. Никотиновая кислота. Строение, значение

года проведен семинар Совершенствование механизмов регулирования рынка труда в Республике Саха (Якутия) с международным участием, организованный Центром стратегических исследований Республики Саха (Якутия). Участие в семинаре приняли представители ведущих научных учреждений зарубежья, Российской Федерации, Дальневосточного федерального...» «Новосибирская государственная академия водного транспорта Шифр дисциплины: Ф.02, Ф.03 Материаловедение. Технология конструкционных материалов Рабочая программа по специальностям: 180400 Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов и 240600 Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики Новосибирск 2001 Рабочая программа составлена доцентом С.В. Гореловым на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального...» «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ и ГАЗА имени И.М. Губкина Утверждена проректором по научной работе проф. А.В. Мурадовым 31 марта 2014 года ПРОГРАММА вступительного испытания по направлению 15.06.01 - Машиностроение для поступающих в аспирантуру РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина в 2014/2015 уч. году Москва 2014 Программа вступительного испытания по направлению 15.06.01 Машиностроение разработана на основании требований, установленных паспортами научных специальностей (05.02.04,...» «Приложение 5А: Рабочая программа специальной дисциплины Психология психического развития ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПЯТИГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛИНГВИСТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Утверждаю Проректор по научной работе и развитию интеллектуального потенциала университета профессор З.А. Заврумов _2012 г. Аспирантура по специальности 19.00.07 Педагогическая психология отрасль науки: 19.00.00 Психологические науки Кафедра...» «Министерство образования и науки КБР Государственное казенное образовательное учреждение среднего профессионального образования Кабардино-Балкарский автомобильно-дорожный колледж Утверждаю: Директор ГКОУ СПО КБАДК М.А. Абрегов 2013 г. Программа подготовки квалифицированных рабочих, служащих по профессии 190631.01.01 Автомеханик Квалификация Слесарь по ремонту автомобилей. Водитель автомобиля, оператор заправочных станций форма подготовки - очная Нальчик, 2013 г. СОДЕРЖАНИЕ 1. ХАРАКТЕРИСТИКА...» « is expounded an essence of the ischemic heart disease mathematical model based on traditional view on organs’ blood supply mechanism, that has been worked out in “Medical Scientific Centre” joint-venture (Novgorod). Согласно статистическим данным, в настоящее время ишемическая болезнь сердца (ИБС) занимает первое место по заболеваемости...» «МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИрГУПС (ИрИИТ) УТВЕРЖДАЮ Декан ЭМФ Пыхалов А.А. 2011 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРАКТИКИ C5. П Производственная практика, 3 курс. Специальность 190300.65 Подвижной состав железных дорог Специализация ПСЖ.2 Вагоны Квалификация выпускника...» «МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тверской государственный университет Физико-технический факультет Кафедра общей физики УТВЕРЖДАЮ Декан физико-технического факультета Б.Б. Педько 2012 г. Рабочая программа дисциплины ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ для студентов 3 курса очной формы обучения Направление 222000.62 - Инноватика, профиль Управление инновациями (по отраслям и сферам...» «МИНОБРНАУКИ РОССИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ГОУ ВПО ВГУ) УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой трудового права Передерин С.В. 21.01.2011 РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ Б 3.Б.13 Земельное право 1. Шифр и наименование направления подготовки/специальности: 030900 юриспруденция 2. Профиль подготовки/специализации: юриспруденция_ 3. Квалификация (степень) выпускника: бакалавр юриспруденции_ 4. Форма...» «Рабочая программа составлена на основании Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования и с учетом рекомендаций Примерной основной образовательной программы подготовки специалистов 130400.65 Горное дело, специализация 130400.65.10 Электрификация и автоматизация горного производства. 1. Цели освоения дисциплины Основной целью дисциплины Электрические машины является формирование у студентов теоретической базы по современным электромеханическим...» «Содержание I. Пояснительная записка 3 II. Основные результаты, полученные в 2013 году при 6 реализации программы стратегического развития III. Приложения 2 I. Пояснительная записка Цели и задачи программы стратегического развития университета остаются неизменными на все время действия программы и поэтапно достигаются в каждом году ее реализации, обеспечивая достижение показателей, установленных в приложении к аннотированной программе. Цель 1 Развитие передовых образовательных технологий Задача...» «Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию РФ Владивостокский государственный университет экономики и сервиса _ ПОЛИТИЧЕСКАЯ ФИЛОСОФИЯ Учебная программа курса по специальности 03020165 Политология Владивосток Издательство ВГУЭС 2008 ББК 66.2 Учебная программа по дисциплине Политическая философия составлена в соответствии с требованиями ГОС ВПО РФ. Предметом курса является политика как сложный социальный феномен, ее ценности и цели, технологии и...» «СИСТЕМА КАЧЕСТВА ПРОГРАММА КАНДИДАТСКОГО ЭКЗАМЕНА ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ с. 2 из 5 05.16.04 ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО Настоящие вопросы кандидатского экзамена по специальности составлены в соответствии с программой кандидатского экзамена по специальности 05.16.04 Литейное производство, утвержденной Приказом Министерства образования и науки РФ № 274 от 08.10.2007 года. 1 ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ 1. Классификация литейных сплавов, применяемых в машиностроении. Основные параметры сплавов: температура плавления,...» «Рассмотрена и принята на УТВЕРЖДАЮ собрании трудового Директор ГАОУ МО СПО МКЭТИ коллектива колледжа В. В. Малков протокол № _ 2013 г. от_ Долгосрочная целевая программа Развитие Мурманского колледжа экономики и информационных технологий на 2013-2015 годы г. Мурманск 2013 год 2 1.Паспорт программы развития колледжа. Наименование Долгосрочная целевая программа Развитие Мурманского Программы колледжа экономики и информационных технологий на 2013годы (далее – Программа) Основание для Закон РФ от...» «Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЛЕСА Факультет Лесного хозяйства К а ф е д р а И с к у с с т в е н н о г о л е с о в ы р а щ и в а н и я и м е х а н и з а ц и и л/х работ УТВЕРЖДАЮ: Ректор Ф Г Б О У В П О МГУЛ ^J^AJTAEBJUX*ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА В АСПИРАНТУРУ Дисциплина Лесные культуры Кафедра Искусственного...» «ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ УТВЕРЖДАЮ Проректор по УМР В.В.Криницин _2007г. РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ Термодинамика и теплопередача, СД.04 (наименование, шифр по ГОС) Специальность 160901 Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей (шифр по ГОС) Факультет - Механический Кафедра - Двигатели летательных аппаратов Курс - 3 Форма обучения - очная Семестр Общий объём учебных часов на...» «MC45 b РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ MC45 Руководство пользователя 72E-164159-01RU Ред. B январь 2013 г. ii Руководство пользователя MC45 Ни одна часть настоящей публикации не может быть воспроизведена или использована в любой форме, или с помощью каких бы то ни было электрических или механических средств, без письменного разрешения компании Motorola. Сюда включаются электронные или механические средства, выполняющие фотокопирование или запись, а также устройства хранения информации и поисковые...» «Рабочая программа разработана на основании: 1. ФГОС ВПО по направлению подготовки бакалавров 560800 Агроинженерия утверждённого 05.04.2000 г. (регистрационный номер 313 с/бак). 2. Примерной программы дисциплины Основы теории машин, утвержденной 27 июня 2001 г. 3. Рабочего учебного плана, утвержденного ученым советом университета от 22.04.13, № 4. Ведущий преподаватель: Абликов В.А., профессор _ Абликов 16.06.13 Преподаватели: Абликов В.А., профессор _ Абликов 16.06.13 Сохт К.А., профессор _...» «МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина КАФЕДРА РЕМОНТА И НАДЕЖНОСТИ МАШИН Утверждаю: Декан факультета Заочного образования П.А.Силайчев “_” _ 2013 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА Специальность 190601 – Автомобили и автомобильное хозяйство Специализация 653300 - Эксплуатация наземного транспорта Курс 6 семестр...»

Химия - наука о строении, свойствах веществ, их превращениях и сопровождающих явлениях.

Задачи:

1. Исследование строения вещества, развитие теории строения и свойств молекул и материалов. Важно установление связи между строением и разнообразными свойствами веществ и на этой основе построение теорий реакци­онной способности вещества, кинетики и механизма химических реакций и ката­литических явлений.

2. Осуществление направленного синтеза новых веществ с заданными свойствами. Здесь также важно найти новые реакции и катализаторы для более эффективного осуществления синтеза уже известных и имеющих промышленное значение соединений.

3. Традиционная задача химии приобрела особое значе­ние. Оно связано как с увеличением числа химических объектов и изучаемых свойств, так и с необходимостью определения и уменьшения последствий воз­действия человека на природу.

Химия является общетеоретической дисциплиной. Она призвана дать студентам современное научное представление о веществе как одном из видов движущейся материи, о путях, механизмах и способах превращения одних веществ в другие. Знание основных химических за­конов, владение техникой химических расчетов, понимание возможностей, пре­доставляемых химией с помощью других специалистов, работающих в отдель­ных и узких ее областях, значительно ускоряют получение нужного результата в различных сферах инженерной и научной деятельности.

Химическая отрасль - одна из важнейших отраслей промышленности в нашей стране. Производимые ею химические соединения, различные композиции и материалы применяются повсюду: в машиностроении, металлургии, сельском хозяйстве, строительстве, электротехнической и элек­тронной промышленности, связи, транспорте, космической технике, медицине, быту, и др. Главными направлениями развития современной химической промышленности являются: производство новых соединений и материалов и повышение эффек­тивности существующих производств.

В медицинском вузе студенты изучают общую, биоорганическую, биологическую химию, а также клиническую биохимию. Знания студентами комплекса химических наук в их преемственности и взаимосвязи дают большую возможность, больший простор в исследовании и практическом использовании различных явлений, свойств и закономерностей, способствует развитию личности.

Специфическими особенностями изучения химических дисциплин в медицинском вузе являются:

· взаимозависимость между целями химического и медицинского образования;

· универсальность и фундаментальность данных курсов;

· особенность построения их содержания в зависимости от характера и общих целей подготовки врача и его специализации;

· единство изучения химических объектов на микро- и макроуровнях с раскрытием разных форм их химической организации как единой системы и проявляемых ею разных функций (химических, биологических, биохимических, физиологических и др.) в зависимости от их природы, среды и условий;

· зависимость от связи химических знаний и умений с реальной действительностью и практикой, в том числе медицинской, в системе «общество - природа - производство - человек», обусловленных неограниченными возможностями химии в создании синтетических материалов и их значением в медицине, развитием нанохимии, а также в решении экологических и многих других глобальных проблем человечества.

1. Взаимосвязь между процессами обмена веществ и энергии в организме

Процессы жизнедеятельности на Земле обусловлены в значительной мере накоплением солнечной энергии в биогенных веществах - белках, жирах, углеводах и последующими превращениями этих веществ в живых организмах с выделением энергии. Особенно отчетливо понимание взаимосвязи химических превращений и энергетических процессов в организме было осознано после работы А. Лавуазье (1743-1794) и П. Лапласа (1749- 1827). Они прямыми калориметрическими измерениями показали, что энергия, выделяемая в процессе жизнедеятельности, определяется окислением продуктов питания кислородом воздуха, вдыхаемым животными.

Обмен веществ и энергии - совокупность процессов превращения веществ и энергии, происходящих в живых организмах, и обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Обмен веществ и энергии является основой жизнедеятельности организмов и принадлежит к числу важнейших специфических признаков живой материи, отличающих живое от неживого. В обмене веществ, или метаболизме, обеспеченном сложнейшей регуляцией на разных уровнях, участвует множество ферментных систем. В процессе обмена поступившие в организм вещества превращаются в собственные вещества тканей и в конечные продукты, выводящиеся из организма. При этих превращениях освобождается и поглощается энергия.

С развитием в XIX-XX вв. термодинамики - науки о взаимопревращениях теплоты и энергий - стало возможно количественно рассчитывать превращение энергии в биохимических реакциях и предсказывать их направление.

Обмен энергии может осуществляться передачей теплоты или совершением работы. Однако живые организмы не находятся в равновесии с окружающей средой и поэтому могут быть названы неравновесными открытыми системами. Тем не менее при наблюдении в течение определенного отрезка времени в химическом составе организма видимых изменений не происходит. Но это не значит, что химические вещества, составляющие организм, не подвергаются никаким превращениям. Напротив, они постоянно и достаточно интенсивно обновляются, о чем можно судить по скорости включения в сложные вещества организма стабильных изотопов и радионуклидов, вводимых в клетку в составе более простых веществ-предшественников.

Между обменом веществ и обменом энергии существует одно принципиальное различие . Земля не теряет и не получает сколько-нибудь заметного количества вещества. Вещество в биосфере обменивается по замкнутому циклу и т.о. используется многократно. Обмен энергией осуществляется иначе. Она не циркулирует по замкнутому циклу, а частично рассеивается во внешнее пространство. Поэтому для поддержания жизни на Земле необходим постоянный приток энергии Солнца. За 1 год в процессе фотосинтеза на земном шаре поглощается около 10 21 кал солнечной энергии. Хотя она составляет лишь 0,02% всей энергии Солнца, это неизмеримо больше, чем та энергия, которая используется всеми машинами, созданными руками человека. Столь же велико количество участвующего в кругообороте вещества.

2. Химическая термодинамика как теоретическая основа биоэнергетики. Предмет и методы химической термодинамики

Химическая термодинамика изучает переходы химической энергии в другие формы - тепловую, электрическую и т. п., уста­навливает количественные законы этих переходов, а также направление и пределы самопроизвольного протекания химиче­ских реакций при заданных условиях.

Термодинамический метод основан на ряде строгих понятий: «система», «состояние системы», «внутренняя энергия системы», «функция состояния системы».

Объектом изучения в термодинамике является система

Одна и та же система может находиться в различных состоя­ниях. Каждое состояние системы характеризуется определенным набором значений термодинамических параметров. К термодина­мическим параметрам относятся температура, давление, плот­ность, концентрация и т. п. Изменение хотя бы только одного термодинамического параметра приводит к изменению состояния системы в целом. Термодинамическое состояние системы назы­вают равновесным, если оно характеризуется постоянством тер­модинамических параметров во всех точках системы и не изменя­ется самопроизвольно (без затраты работы).

Химическая термоди­намика изучает систему в двух равновесных состояниях (конеч­ном и начальном) и на этом основании определяет возможность (или невозможность) самопроизвольного течения процесса при заданных условиях в указанном направлении.

Термодинамика изучает взаимные превращения различных видов энергии, связанные с переходом энергии между телами в форме теплоты и работы. Термодинамика базируется на двух основных законах, по­лучивших название первого и второго начал термодинамики. Предметом изучения в термодинамике является энергия и законы взаимных превращений форм энергии при химических ре акциях, процессах растворения, испарения, кристаллизации.

Хими́ческая термодина́мика - раздел физической химии, изучающий процессы взаимодействия веществ методами термодинамики.
Основными направлениями химической термодинамики являются:
Классическая химическая термодинамика, изучающая термодинамическое равновесие вообще.
Термохимия, изучающая тепловые эффекты, сопровождающие химические реакции.
Теория растворов, моделирующую термодинамические свойства вещества исходя из представлений о молекулярном строении и данных о межмолекулярном взаимодействии.
Химическая термодинамика тесно соприкасается с такими разделами химии, как аналитическая химия; электрохимия; коллоидная химия; адсорбция и хроматография.
Развитие химической термодинамики шло одновременно двумя путями: термохимическим и термодинамическим.
Возникновением термохимии как самостоятельной науки следует считать открытие Германом Ивановичем Гессом, профессором Петербургского университета, взаимосвязи между тепловыми эффектами химических реакций ---законы Гесса.

3. Термодинамические системы: изолированные, закрытые, открытые, гомогенные, гетерогенные. Понятие о фазе.

Система – это совокупность взаимодействующих веществ, мысленно или фактически обособленная от окружающей среды (пробирка, автоклав).

Химическая термодинамика рассматривает переходы из одного состояния в другое, при этом могут изменяться или оставаться постоянными некоторые параметры :

· изобарические – при постоянном давлении;

· изохорические – при постоянном объеме;

· изотермические – при постоянной температуре;

· изобарно - изотермические – при постоянном давлении и температуре и т.д.

Термодинамические свойства системы можно выразить с помощью нескольких функций состояния системы , называемых характеристическими функциями : внутреннейэнергииU , энтальпии H , энтропии S , энергии Гиббса G , энергии Гельмгольца F . Характеристические функции обладают одной особенностью: они не зависят от способа (пути) достижения данного состояния системы. Их значение определяется параметрами системы (давлением, температурой и др.) и зависит от количества или массы вещества, поэтому принято относить их к одному молю вещества.

По способу передачи энергии, вещества и информации между рассматриваемой системы и окружающей средой термодинамические системы классифицируются:

1. Замкнутая (изолированная) система - это система в которой нет обмена с внешними телами ни энергией, ни веществом (в том числе и излучением) , ни информацией.

2. Закрытая система - система в которой есть обмен только с энергией.

3. Адиабатно изолированная система - это система в которой есть обмен энергией только в форме теплоты.

4. Открытая система - это система, которая обменивается и энергией, и веществом, и информацией.

Классификация систем :
1) по возможности тепло- и массообмена: изолированные, закрытые, открытые. Изолированная система не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией. Закрытая система обменивается с окружающей средой энергией, но не обменивается веществом. Открытая система обменивается с окружающей средой и веществом и энергией. Понятие изолированной системы используется в физической химии как теоретическое.
2) по внутренней структуре и свойствам: гомогенные и гетерогенные. Гомогенной называется система, внутри которой нет поверхностей, делящих систему на части, различные по свойствам или химическому составу. Примерами гомогенных систем являются водные растворы кислот, оснований, солей; смеси газов; индивидуальные чистые вещества. Гетерогенные системы содержат внутри себя естественные поверхности. Примерами гетерогенных систем являются системы, состоящие из различных по агрегатному состоянию веществ: металл и кислота, газ и твёрдое вещество, две нерастворимые друг в друге жидкости.
Фаза – это гомогенная часть гетерогенной системы, имеющая одинаковый состав, физические и химические свойства, отделённая от других частей системы поверхностью, при переходе через которую свойства системы меняются скачком. Фазы бывают твёрдые, жидкие и газообразные. Гомогенная система всегда состоит из одной фазы, гетерогенная – из нескольких. По числу фаз системы классифицируются на однофазные, двухфазные, трёхфазные и т.д.

5.Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия. Изобарный и изохорный тепловые эффекты .

Первое начало термодинамики - один из трёх основных законов термодинамики, представляет собой закон сохранения энергии для термодинамических систем.

Первое начало термодинамики было сформулировано в середине XIX века в результате работ немецкого учёного Ю. Р. Майера, английского физика Дж. П. Джоуля и немецкого физика Г. Гельмгольца.

Согласно первому началу термодинамики, термодинамическая система может совершать работу только за счёт своей внутренней энергии или каких-либо внешних источников энергии .

Первое начало термодинамики часто формулируют как невозможность существования вечного двигателя первого рода, который совершал бы работу, не черпая энергию из какого-либо источника. Процесс, протекающий при постоянной температуре, назы­вается изотермическим , при постоянном давлении - изобаричес­ким , при постоянном объеме – изохорическим. Если во время процесса система изолирована от внешней среды таким образом, что исключен теплообмен со средой, процесс называют адиабатическим.

Внутренняя энергия системы. При переходе системы из одного состояния в другое изменяются некоторые ее свойства, в част­ности внутренняя энергия U.

Внутренняя энергия системы представляет со­бой ее полную энергию, которая складывается из кинетической и потенциальной энергий молекул, атомов, атомных ядер и элект­ронов. Внутренняя энергия включает в себя энергию поступатель­ного, вращательного и колебательного движений, а также потен­циальную энергию, обусловленную силами притяжения и оттал­кивания, действующими между молекулами, атомами и внутри­атомными частицами. Она не включает потенциальную энергию положения системы в пространстве и кинетическую энергию дви­жения системы как целого.

Внутренняя энергия является термодинамической функ­цией состояния системы. Это значит, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, ее внутренняя энергия принимает определенное присущее этому состоянию зна­чение.

∆U = U 2 - U 1

где U 1 и U 2 - внутренняя энергия системы в конечном и началь­ном состояниях cсоответственно.

Первый закон термодинамики. Если система обменивается с внешней средой тепловой энергией Q и механической энергией (работой) А, и при этом переходит из состояния 1 в состоянии 2, количество энергии, которое выделится или поглощается системой форм теплоты Q или работой А равно полной энергии системы при переходе из одного состояния в другое и записывается.

ЛЕКЦИЯ 1

Биоорганическая химия (БОХ), ее значение в медицине

БОХ – это наука, изучающая биологическую функцию органических веществ в организме.

БОХ возникла во 2-ой половине ХХ века. Объектами ее изучения служат биополимеры, биорегуляторы и отдельные метаболиты.

Биополимеры – высокомолекулярные природные соединения, которые являются основой всех организмов. Это пептиды, белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты (НК), липиды и др.

Биорегуляторы – соединения, которые химически регулируют обмен веществ. Это витамины, гормоны, антибиотики, алкалоиды, лекарственные препараты и др.

Знание строения и свойств биополимеров и биорегуляторов позволяет познать сущность биологических процессов. Так, установление строения белков и НК позволило развить представления о матричном биосинтезе белка и роли НК в сохранении и передаче генетической информации.

БОХ играет большую роль в установлении механизма действия ферментов, лекарств, процессов зрения, дыхания, памяти, нервной проводимости, мышечного сокращения и др.

Основная проблема БОХ – это выяснение взаимосвязи структуры и механизма действия соединений.

БОХ основана на материале органической химии.

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Это наука, изучающая соединения углерода. В настоящее время насчитывается ~ 16 млн. органических веществ.

Причины многообразия органических веществ.

1. Соединения атомов С друг с другом и др. элементами периодической системы Д. Менделеева. При этом образуются цепи и циклы:

Прямая цепь Разветвленная цепь

Тетраэдрическая Плоскостная конфигурация

конфигурация атома С атома С

2. Гомология – это существование веществ с близкими свойствами, где каждый член гомологического ряда отличается от предыдущего на группу
–СН 2 –. Например, гомологический ряд предельных углеводородов:

3. Изомерия – это существование веществ, имеющих одинаковый качественный и количественный состав, но различное строение.

А.М. Бутлеров (1861) создал теорию строения органических соединений, которая и по сей день служит научной основой органической химии.

Основные положения теории строения органических соединений:

1) атомы в молекулах соединены друг с другом химическими связями в соответствии с их валентностью;

2) атомы в молекулах органических соединений соединяются между собой в определенной последовательности, что обусловливает химическое строение молекулы;

3) свойства органических соединений зависят не только от числа и природы входящих в их состав атомов, но и от химического строения молекул;

4) в молекулах существует взаимное влияние атомов как связанных, так и непосредственно друг с другом не связанных;

5) химическое строение вещества можно определить в результате изучения его химических превращений и, наоборот, по строению вещества можно охарактеризовать его свойства.

Рассмотрим некоторые положения теории строения органических соединений.

Структурная изомерия

Она делится:

1) Изомерия цепи

2) Изомерия положения кратной связи и функциональных групп

3) Изомерия функциональных групп (межклассовая изомерия)

Формулы Ньюмена

Циклогексан

Форма «кресла» более энергетически выгодна, чем «ванна».

Конфигурационные изомеры

Это стереоизомеры, молекулы которых имеют различное расположение атомов в пространстве без учета конформаций.

По типу симметрии все стереоизомеры делятся на энантиомеры и диастереомеры.

Энантиомеры (оптические изомеры, зеркальные изомеры, антиподы) – это стереоизомеры, молекулы которых относятся между собой как предмет и несовместимое с ним зеркальное отображение. Это явление наз-ся энантиомерией. Все химические и физические св-ва энантиомеров одинаковы, кроме двух: вращение плоскости поляризованного света (в приборе поляриметре) и биологическая активность. Условия энантиомерии: 1) атом С находится в состоянии sp 3 -гибридизации; 2) отсутствие всякой симметрии; 3) наличие асимметрического (хирального) атома С, т.е. атома, имеющего четыре разных заместителя.

Многие окси- и аминокислоты обладают способностью вращать плоскость поляризации луча света влево или вправо. Это явление наз-ся оптической активностью, а сами молекулы оптически активными. Отклонение луча света вправо отмечают знаком «+», влево – «–» и указывают угол вращения в градусах.

Абсолютную конфигурацию молекул определяют сложными физико-химическими методами.

Относительную конфигурацию оптически активных соединений определяют путем сравнения со стандартом глицеринового альдегида. Оптически активные вещ-ва, имеющие конфигурацию правовращающего или левовращающего глицеринового альдегида (М. Розанов, 1906), наз-ся вещ-вами D- и L-ряда. Равная смесь право- и левовращающих изомеров одного соединения наз-ся рацематом и оптически неактивна.

Исследования показали, что знак вращения света нельзя связывать с принадлежностью вещ-ва к D- и L-рядам, его определяют только экспериментально в приборах – поляриметрах. Например, L-молочная к-та имеет угол вращения +3,8 о, D- молочная к-та - -3,8 о.

Энантиомеры изображают с помощью формул Фишера.

L-ряд D-ряд

Среди энантиомеров могут быть симметричные молекулы, не обладающие оптической активностью, и наз-ся мезоизомерами.

Например: Винная к-та

D – (+) – ряд L – (–) – ряд

Мезовинная к-та

Рацемат – виноградная к-та

Оптические изомеры, не являющиеся зеркальными изомерами, отличающиеся конфигурацией нескольких, но не всех асимметрических атомов С, обладающие различными физическими и химическими св-вами, наз-ся s-ди -а -стереоизомерами.

p-Диастереомеры (геометрические изомеры) – это стереомеры, имеющие в молекуле p-связь. Они встречаются у алкенов, непредельных высших карбоновых к-т, непредельных дикарбоновых к-т

Биологическая активность органических вещ-в связана с их строением.

Например:

Цис-бутендиовая к-та, Транс-бутендиовая к-та,

малеиновая к-та – фумаровая к-та – не ядовита,

очень ядовита содержится в организме

Все природные непредельные высшие карбоновые к-ты являются цис-изомерами.

ЛЕКЦИЯ 2

Сопряженные системы

В простейшем случае сопряженные системы – это системы с чередующимися двойными и одинарными связями. Они могут быть открытыми и закрытыми. Открытая система имеется в диеновых углеводородах (УВ).

Примеры:

СН 2 = СН – СН = СН 2

Бутадиен-1, 3

Хлорэтен

СН 2 = СН – Сl

Здесь происходит сопряжение p-электронов с р-электронами. Этот вид сопряжения наз-ся р, p-сопряжением.

Закрытая система имеется в ароматических УВ.

С 6 Н 6

Бензол

Ароматичность

Это понятие, включающее различные свойства ароматических соединений. Условия ароматичности: 1) плоский замкнутый цикл, 2) все атомы С находятся в sp 2 – гибридизации, 3) образуется единая сопряженная система всех атомов цикла, 4) выполняется правило Хюккеля: “В сопряжении участвуют 4n+2 p-электронов, где n = 1, 2, 3... ”

Простейший представитель ароматических УВ – бензол. Он удовлетворяет всем четырем условиям ароматичности.

Правило Хюккеля: 4n+2 = 6, n = 1.

Взаимное влияние атомов в молекуле

В 1861 г русский ученый А.М. Бутлеров высказал положение: «Атомы в молекулах взаимно влияют друг на друга». В настоящее время это влияние передается двумя путями: индуктивным и мезомерным эффектами.

Индуктивный эффект

Это передача электронного влияния по цепи s-связи. Известно, что связь между атомами с различной электроотрицательностью (ЭО) поляризована, т.е. смещена к более ЭО атому. Это приводит к появлению на атомах эффективных (реальных) зарядов (d). Такое электронное смещение наз-ся индуктивным и обозначается буквой I и стрелкой ®.

, X = Наl -, НО -, НS -, NН 2 - и др.

Индуктивный эффект может быть положительным или отрицательным. Если заместитель Х притягивает электроны химической связи сильнее, чем атом Н, то он проявляет – I. I(Н) = О. В нашем примере Х проявляет – I.

Если заместитель Х притягивает электроны связи слабее, чем атом Н, то он проявляет +I. Все алкилы (R = СН 3 -, С 2 Н 5 - и т.д.), Ме n + проявляют +I.

Мезомерный эффект

Мезомерный эффект (эффект сопряжения) – это влияние заместителя, передаваемое по сопряженной системе p-связей. Обозначается буквой М и изогнутой стрелкой. Мезомерный эффект может быть «+» или «–».

Выше было сказано, что имеется два вида сопряжения p, p и р, p.

Заместитель, притягивающий электроны из сопряженной системы, проявляет –М и наз-ся электроноакцептором (ЭА). Это заместители, имеющие двой-

ную связь и др.

Заместитель, отдающий электроны в сопряженную систему, проявляет +М и наз-ся электронодонором (ЭД). Это заместители с одинарными связями, имеющие неподеленную электронную пару (и др.).

Таблица 1 Электронные эффекты заместителей

Заместители	Ориентанты в С 6 Н 5 -R	I	М
Аlk (R-): СН 3 -, С 2 Н 5 -...	Ориентанты I рода: направляют ЭД заместители в орто- и пара- положения	+
– Н 2 , –NНR, –NR 2	–	+
– Н, – Н, – R	–	+
–Н L	–	+
ЛЕКЦИЯ 3 Кислотность и основность Для характеристики кислотности и основности органических соединений применяют теорию Бренстеда. Основные положения этой теории: 1) Кислота – это частица, отдающая протон (донор Н +); основание – это частица, принимающая протон (акцептор Н +). 2) Кислотность всегда характеризуется в присутствии оснований и наоборот. А – Н + : В Û А – + В – Н + осн-ие к-та СН 3 СООН + НОН Û СН 3 СОО – + Н 3 О + К-та Осн-ие Сопряженное Сопряженная осн-ие к-та НNО 3 + СН 3 СООH Û СН 3 СООН 2 + + NО 3 - К-та Осн-ие Сопряженная Сопряженное к-та осн-ие Кислоты Бренстеда 3) К-ты Бренстеда делятся на 4 вида в зависимости от кислотного центра: SН к-ты (тиолы), ОН к-ты (спирты, фенолы, карбоновые к-ты), NН к-ты (амины, амиды), СН к-ты (УВ). В этом ряду сверху вниз кислотность уменьшается. 4) Сила к-ты определяется стабильностью образующегося аниона. Чем стабильнее анион, тем сильнее к-та. Стабильность аниона зависит от делокализации (распределения) «-» заряда по всей частице (аниону). Чем больше делокализован «-» заряд, тем стабильнее анион и сильнее к-та. Делокализация заряда зависит: a) от электроотрицательности (ЭО) гетероатома. Чем больше ЭО гетероатома, тем сильнее соответствующая к-та. Например: R – ОН и R – NН 2 Спирты более сильные к-ты, чем амины, т.к. ЭО (О) > ЭО (N). б) от поляризуемости гетероатома. Чем больше поляризуемость гетероатома, тем сильнее соответствующая к-та. Например: R – SН и R – ОН Тиолы более сильные к-ты, чем спирты, т.к. атом S более поляризован, чем атом О. в) от характера заместителя R (длины его, наличие сопряженной системы, делокализации электронной плотности). Например: СН 3 – ОН, СН 3 – СН 2 – ОН, СН 3 – СН 2 – СН 2 – ОН Кислотность <, т.к. увеличивается длина радикала При одинаковом кислотном центре сила спиртов, фенолов и карбоновых к-т не одинакова. Например, СН 3 – ОН, С 6 Н 5 – ОН, Сила к-ты увеличивается Фенолы являются более сильными к-тами, чем спирты за счет р, p-сопряжения (+М) группы –ОН. Связь О–Н более поляризуется в фенолах. Фенолы могут взаимодействовать даже с солями (FеС1 3) – качественная реакция на фенолы. Карбоновые к-ты по сравнению со спиртами, содержащими одинаковый R, являются более сильными к-тами, т.к. связь О–Н значительно поляризована за счет –М эффекта группы > С = О: Кроме того карбоксилат-анион более стабилен, чем анион спирта за счет р,p-сопряжения в карбоксильной группе. г) от введения заместителей в радикал. ЭА заместители увеличивают кислотность, ЭД заместители уменьшают кислотность. Например: р-Нитрофенол более сильная к-та, чем р-аминофенол, т.к. группа –NО 2 является ЭА. СН 3 –СООН ССl 3 –СООН рК 4,7 рК 0,65 Трихлоруксусная к-та во много раз сильнее СН 3 СООН за счет – I атомов Сl как ЭА. Муравьиная к-та Н–СООН сильнее СН 3 СООН за счет +I группы СН 3 – уксусной к-ты. д) от характера растворителя. Если растворитель является хорошим акцептором протонов Н + , то сила к-ты увеличивается и наоборот. Основания Бренстеда 5) Они делятся на: а) p-основания (соединения с кратными связями); б) n-основания (аммониевые, содержащие атом , оксониевые, содержащие атом , сульфониевые, содержащие атом ) Сила основания определяется стабильностью образующегося катиона. Чем стабильнее катион, тем сильнее основание. Другими словами, сила основания тем больше, чем менее прочная связь с гетероатомом (О, S, N), имеющим свободную электронную пару, атакуемую Н + . Стабильность катиона зависит от тех же факторов, что и стабильность аниона, но с обратным действием. Все факторы, усиливающие кислотность, уменьшают основность. Самыми сильными основаниями являются амины, т.к. атом азота имеет меньшую ЭО по сравнению с О. При этом вторичные амины более сильные основания, чем первичные, третичные амины слабее вторичных за счет стерического фактора, затрудняющего доступ протона к N. Ароматические амины более слабые основания, чем алифатические, что объясняется +М группы –NН 2 . Электронная пара азота, участвуя в сопряжении, становится малоподвижной. Стабильность сопряженной системы затрудняет присоединение Н + . В мочевине NН 2 –СО– NН 2 присутствует ЭА группа > С = О, которая значительно снижает оснóвные св-ва и мочевина образует соли только с одним эквивалентом к-ты. Т.о., чем сильнее к-та, тем слабее образуемое ею основание и наоборот. Спирты Это производные УВ, у которых один или несколько атомов Н замещены на –ОН группу. Классификация: I. По количеству групп ОН различают одноатомные, двухатомные и многоатомные спирты: СН 3 -СН 2 -ОН Этанол Этиленгликоль Глицерин II. По характеру R различают: 1) предельные, 2) непредельные, 3) циклические, 4) ароматические. 2) СН 2 = СН-СН 2 -ОН Аллиловый спирт 3) К непредельным циклическим спиртам относятся: ретинол (витамин А) и холестерин Инозит витаминоподобное в-во

III. По положению гр. –ОН различают первичные, вторичные и третичные спирты.

IV. По количеству атомов С различают низкомолекулярные и высокомолекулярные.

СН 3 –(СН 2) 14 –СН 2 –ОН (С 16 Н 33 ОН) СН 3 –(СН 2) 29 –СН 2 ОН (С 31 Н 63 ОН)

Цетиловый спирт Мирициловый спирт

Цетилпальмитат – основа спермацета, мирицилпальмитат содержится в пчелином воске.

Номенклатура:

Тривиальная, рациональная, МН (корень+окончание «ол»+арабская цифра).

Изомерия:

цепи, положения гр. –ОН, оптическая.

Строение молекулы спирта

СН-кислотный Nu центр

Электрофильный Центр Кислотный

центр основности центр

Р-ции окисления

1) Спирты – слабые кислоты.

2) Спирты – слабые основания. Присоединяют Н + лишь от сильных кислот, но они более сильные Nu.

3) –I эффект гр. –ОН увеличивает подвижность Н у соседнего углеродного атома. Углерод приобретает d+ (электрофильный центр, S Е) и становится центром нуклеофильной атаки (Nu). Связь С–О рвется более легко, чем Н–О, поэтому характерными для спиртов явл-ся р-ции S N . Они, как правило, идут в кислой среде, т.к. протонирование атома кислорода увеличивает d+ атома углерода и облегчает разрыв связи. К этому типу относятся р-ции образования эфиров, галогенопроизводных.

4) Смещение элекронной плотности от Н в радикале приводит к появлению СН-кислотного центра. В этом случае идут р-ции окисления и элиминирования (Е).

Физические св-ва

Низшие спирты (С 1 –С 12) – жидкости, высшие – твердые вещ-ва. Многие св-ва спиртов объясняются образованием Н-связи:

Химические св-ва

I. Кислотно-оснóвные

Cпирты – слабые амфотерные соединения.

2R–ОН + 2Nа ® 2R–ОNа + Н 2

Алкоголят

Алкоголяты легко гидролизуются, что показывает – спирты более слабые кислоты, чем вода:

R– ОNа + НОН ® R–ОН + NаОН

Оснóвный центр в спиртах – гетероатом О:

СН 3 -СН 2 -ОН + Н + ® СН 3 -СН 2 - -Н ® СН 3 -СН 2 + + Н 2 О

Если р-ция идет с галогеноводородами, то присоединяться будет галогенид-ион: СН 3 -СН 2 + + Сl - ® СН 3 -СН 2 Сl

НС1 RОН R-СООН NН 3 С 6 Н 5 ОNа

С1 - R-О - R-СОО - NН 2 - С 6 Н 5 О -

Анионы в таких р-циях выступают в качестве нуклеофилов (Nu) за счет «-» заряда или неподеленной электронной пары. Анионы являются более сильными основаниями и нуклеофильными реагентами, чем сами спирты. Поэтому на практике для получения простых и сложных эфиров используются –алкоголяты, а не сами спирты. Если нуклеофилом является другая молекула спирта, то она присоединяется к карбокатиону:

Простой эфир

СН 3 -СН 2 + + ® СН 3 -СН 2 + - - Н СН 3 -СН 2 -О-R

Это р-ция алкилирования (введение алкила R в молекулу).

Заместить –ОН гр. на галоген можно при действии РСl 3 , РСl 5 и SОСl 2 .

По такому механизму легче реагируют третичные спирты.

Р-цией S Е по отношению к молекуле спирта является р-ция образования сложных эфиров с органическими и минеральными к-тами:

R – О Н + Н О – R – О – + Н 2 О

Сложный эфир

Это р-ция ацилирования – введение ацила в молекулу.

СН 3 -СН 2 -ОН + Н + СН 3 -СН 2 - -Н СН 3 -СН 2 +

При избытке Н 2 SО 4 и более высокой температуре, чем в случае р-ции образования простых эфиров, идет регенерация катализатора и образуется алкен:

СН 3 -СН 2 + + НSО 4 - ® СН 2 = СН 2 + Н 2 SО 4

Легче идет р-ция Е для третичных спиртов, труднее для вторичных и первичных, т.к. в последних случаях образуется менее стабильные катионы. В данных р-циях выполняется правило А. Зайцева: «При дегидратации спиртов атом Н отщепляется от соседнего атома С с меньшим содержанием атомов Н».

СН 3 -СН = СН -СН 3

Бутанол-2

В организме гр. –ОН превращается в легкоуходящую путем образования эфиров с Н 3 РО 4:

СН 3 -СН 2 -ОН + НО–РО 3 Н 2 СН 3 -СН 2 -ОРО 3 Н 2

IV. Р-ции окисления

1) Первичные и вторичные спирты окисляются СuО, растворами КМnО 4 , К 2 Сr 2 О 7 при нагревании с образованием соответствующих карбонилсодержащих соединений:

3)

Нитроглицерин – бесцветная маслянистая жидкость. В виде разбавленных спиртовых растворов (1%) применяется при стенокардии, т.к. оказывает сосудорасширяющее действие. Нитроглицерин – сильное взрывчатое вещество, способное взрываться от удара или при нагревании. При этом в малом объеме, который занимает жидкое вещество, мгновенно образуется очень большой объем газов, что и вызывает сильную взрывную волну. Нитроглицерин входит в состав динамита, пороха.

Представители пентитов и гекситов – ксилит и сорбит – соответственно, пяти- и шестиатомные спирты с открытой цепью. Накопление –ОН групп ведет к появлению сладкого вкуса. Ксилит и сорбит – заменители сахара для больных диабетом.

Глицерофосфаты – структурные фрагменты фосфолипидов, применяются как общеукрепляющее средство.

Бензиловый спирт

Изомеры положения

Предмет биоорганической химии.
Строение и изомерия органических
соединений.
Химическая связь и взаимовлияние
атомов в органических соединениях.
Типы химических реакций.
Поли- и гетерофункциональные
соединения.
Основной учебник – Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И.
Биоорганическая химия.
Текст лекций и пособие «Биоорганическая химия в
вопросах и ответах» см. на сайте ТГУ http://tgumed.ru
вкладка «Помощь студенту», раздел «Лекции по
дисциплинам учебного плана». И, конечно, ВК

Биоорганическая химия изучает строение и свойства веществ, участвующих в процессах жизнедеятельности, в связи с познанием их биологическ

Биоорганическая химия изучает строение и свойства веществ,
участвующих в процессах жизнедеятельности, в связи с
познанием их биологических функций.
Основными объектами изучения служат биологические
полимеры (биополимеры) и биорегуляторы.
Биополимеры
–
высокомолекулярные
природные
соединения, являющиеся структурной основой всех живых
организмов и играющие определенную роль в процессах
жизнедеятельности. К биополимерам относят пептиды и
белки, полисахариды (углеводы), нуклеиновые кислоты. В
эту группу включают и липиды, которые сами по себе не
являются высокомолекулярными соединениями, но в
организме обычно связаны с другими биополимерами.
Биорегуляторы – соединения, которые химически
регулируют обмен веществ. К ним относят витамины,
гормоны, многие синтетические биологически активные
соединения, в том числе лекарственные вещества.

Совокупность химических реакций, протекающих в организме, называют обменом веществ, или метаболизмом. Вещества, образующиеся в клетках, тк

Совокупность химических реакций, протекающих в организме,
называют обменом веществ, или метаболизмом. Вещества,
образующиеся в клетках, тканях и органах растений и животных
в процессе метаболизма, называют метаболитами.
Метаболизм включает два направления – катаболизм и
анаболизм.
К катаболизму относят реакции распада веществ, попадающих
в организм с пищей. Как правило, они сопровождаются окислением органических соединений и протекают с выделением
энергии.
Анаболизм представляет собой синтез сложных молекул из
более простых, в результате которого осуществляется образование и обновление структурных элементов живого организма.
Метаболические процессы протекают с участием ферментов,
т.е. специфических белков, которые находятся в клетках
организма и играют роль катализаторов биохимических
процессов (биокатализаторы).

Метаболизм

катаболизм
анаболизм
Распад биополимеров
с выделением
энергии
Синтез биополимеров
с поглощением
энергии
Глицерин и
жирные кислоты

Основные положения теории строения органических соединений А.М. Бутлерова

1. Атомы в молекуле располагаются в определенной
последовательности согласно их валентности.
Валентность атома углерода в органических
соединениях равна четырем.
2. Свойства веществ зависят не только от того, какие
атомы и в каких количествах входят в состав
молекулы, но и от того, в каком порядке они
соединены между собой.
3. Атомы или группы атомов, входящих в состав
молекулы, взаимно влияют друг на друга, от чего
зависят химическая активность и реакционная
способность молекул.
4. Изучение свойств веществ позволяет определить их
химическое строение.

Г о м о л о г и ч е с к и й р я д

Гомологический
ряд
Ряд сходных по строению соединений, обладающих
близкими химическими свойствами, в котором отдельные
члены ряда отличаются друг от друга лишь количеством
групп -СН2-, называется гомологическим рядом, а группа
СН2 – гомологической разностью.
У членов любого гомологического ряда подавляющее
большинство реакций протекает одинаково (исключение
составляют только первые члены рядов). Следовательно, зная
химические реакции лишь одного члена ряда, можно с
большой степенью вероятности утверждать, что такого же
типа превращения протекают и с остальными членами
гомологического ряда.
Для любого гомологического ряда может быть выведена
общая формула, отражающая соотношение между атомами
углерода и водорода у членов этого ряда; такая формула
называется общей формулой гомологического ряда.

Классификация органических соединений по строению углеродного скелета

Классификация органических соединений по наличию функциональных групп

Функциональная группа
Класс
Пример
атомы галогенов (F, Cl, Br, I) галогенопроизводные СН3СН2Cl (хлорэтан)
гидроксильная (–ОН)
спирты (фенолы)
СН3СН2ОН (этанол)
тиольная или меркапто- (– тиолы (меркаптаны) СН3СН2SН (этантиол)
SН)
эфирная (–О–)
простые эфиры
СН3СН2–О–СН2СН3
(диэтиловый
эфир)
сложноэфирная
карбоксильная –С ООН
сложные эфиры
СН3СН2СООСН3 (метилацетат)
карбоновые кислоты СН3СООН (уксусная кислота)
амидная –С ОNН2
амиды
карбонильная (–С=О)
сульфо- (–SО3Н)
амино- (–NH2)
альдегиды и
кетоны
сульфокислоты
амины
нитро- (–NO2)
нитросоединения
кислот
СН3СОNН2 (ацетамид)
СН3СНО (этаналь)
СН3СОСН3 (пропанон)
СН3SО3Н (метансульфокислота)
СН3СН2NH2
(этиламин,
первичный амин)
СН3NHСН3
(диметиламин,
вторичный амин)
СН3СН2NО2 (нитроэтан)

Номенклатура органических соединений

Изомерия органических соединений

Если два или больше индивидуальных веществ имеют
одинаковый количественный состав (молекулярную формулу),
но отличаются друг от друга последовательностью связывания
атомов и (или) расположением их в пространстве, то в общем
случае они называются изомерами.
Поскольку строение этих соединений разное, то и
химические или физические свойства изомеров
отличаются.
Типы изомерии: структурная (изомеры строения) и
стереоизомерия (пространственная).
Структурная изомерия может быть трёх видов:
- изомерия углеродного скелета (изомеры цепи),
- изомеры положения (кратных связей или функциональных
групп),
- изомеры функциональной группы (межклассовая).
Стереоизомерия подразделяется
конфигурационную
на
конформационную
и

Вот такая геометрическая изомерия

Плоскополяризованный свет

Признаки оптической активности:
- наличие асимметрического атома углерода;
- отсутствие элементов симметрии молекулы

Энантиомеры адреналина
белок
Анионный
Плоская
центр
поверхность
не занято
Плоская
Анионный
поверхность
центр
занято
(+)- адреналин
(-)- адреналин
неполное
соответствие
низкая
активность
полное
соответствие
высокая
активность

Биологическая активность энантиомеров

аспарагин
ДАРВОН
анальгетик
НОВРАД
противокашлевый препарат
зеркало
L-аспарагин
D-аспарагин
(из спаржи)
(из горошка)
горький вкус
сладкий вкус
энантиомеры
Жертвы талидомида

Кислотность и основность органических соединений

Кислоты Бренстеда (протонные кислоты) -
нейтральные молекулы или ионы, способные
отдавать протон (доноры протонов).
Типичные кислоты по Бренстеду – карбоновые
кислоты. Более слабыми кислотными свойствами обладают
гидроксильные группы фенолов и спиртов, а также тио-,
амино- и иминогруппы.
Основания Бренстеда - нейтральные молекулы или
ионы, способные присоединять протон (акцепторы
протонов).
Типичные основания по Бренстеду – амины.
Амфолиты – соединения, в молекулах
которых присутствуют и кислотные и
основные группы.

Типы кислот и оснований по Брёнстеду

Основные центры в молекуле новокаина

Использование основных свойств для получения водорастворимых форм лекарственных препаратов

Основные
свойства
лекарственных
препаратов
используются для получения их водорастворимых форм.
При взаимодействии с кислотами образуются соединения с
ионными связями – соли, хорошо растворимые в воде.
Так, новокаин для инъекций
применяется в виде гидрохлорида.
наиболее сильный основный центр,
к которому присоединился протон

Кислотно-основные свойства веществ и их поступление в организм

липидная
мембрана
Желудок рН 1
СООН
липидная
мембрана
плазма крови
рН 7,4
СООН
ОСОСН3
Желудок рН 1
+
ОСОСН3
NH3
СОООСОСН3
СОО-
NH2
NH2
ОСОСН3
Кишечник рН 7-8
плазма крови
рН 7,4
Кишечник рН 7-8
Препараты кислотной природы лучше всасываются из желудка (pH 1-3),
а всасывание лекарств или ксенобиотиков-оснований происходит только
после того, когда они пройдут из желудка в кишечник (pH 7-8). В течение
одного часа из желудка крыс всасывается почти 60% ацетилсалициловой
кислоты и только 6% анилина от введенной дозы. В кишечнике крыс
всасывается уже 56% от введенной дозы анилина. Такое слабое основание,
как кофеин (рKВH+ 0,8), всасывается за то же время в гораздо большей
степени (36%), так как даже в сильнокислой среде желудка кофеин
преимущественно находится в неионизированном состоянии.

Типы реакций в органической химии

Органические реакции классифицируют по
следующим признакам:
1. По электронной природе реагентов.
2. По изменению числа частиц в ходе реакции.
3. По частным признакам.
4. По механизмам элементарных
стадий реакций.

В зависимости от электронной природы реагентов различают реакции: нуклеофильные, электрофильные и свободнорадикальные

Свободные радикалы – это электронейтральные частицы,
имеющие неспаренный электрон, например: Cl , NO2.
Свободнорадикальные реакции характерны для алканов.
Электрофильные реагенты – это катионы или молекулы,
которые сами по себе или же в присутствии катализатора
обладают повышенным сродством к электронной паре или
отрицательно заряженным центрам молекул. К ним относятся
катионы H+, Cl+, +NO2, +SO3H, R+ и молекулы со свободными
орбиталями AlCl3, ZnCl2 и т.п.
Электрофильные реакции характерны для алкенов, алкинов,
ароматических соединений (присоединение по двойной связи,
замещение протона).
Нуклеофильные реагенты – это анионы или молекулы,
имеющие центры с повышенной электронной плотностью. К ним
относятся такие анионы и молекулы, как
HO-, RO-, Cl-, Br-, RCOO-, CN-, R-, NH3, C2H5OH и т.д.

По изменению
числа частиц в ходе
реакции различают
реакции замещения,
присоединения,
отщепления
(элиминирования),
разложения

Классификация реакций по частным признакам

Реакционная способность всегда рассматривается
только по отношению к реакционному партнеру.
В ходе химического превращения обычно
затрагивается не вся молекула, а только ее часть -
реакционный центр.
В органическом соединении может присутствовать
несколько неравноценных реакционных центров.
Реакции могут приводить к изомерным продуктам.
Селективность реакции – качественная
характеристика, означающая преимущественное
протекание реакции по одному направлению из
нескольких возможных.
Различают региоселективность,
хемоселективность, стереоселективность реакции.

Селективность реакций в органической химии

Региоселективность - предпочтительное протекание реакции по
одному из нескольких реакционных центров молекулы.
СН3-СН2-СН3 + Вr2
СН3-СНВr-СН3 + НВr
Второй изомер, 1-бромпропан, практически не образуется.
Хемоселективность - предпочтительное протекание реакции по
одной из родственных функциональных групп.
Стереоселективность - предпочтительное образование в реакции
одного из нескольких возможных стереоизомеров.

Полифункциональные соединения содержат
несколько одинаковых функциональных групп.
Гетерофункциональные соединения содержат
несколько различных функциональных групп.
Гетерополифункциональные
соединения содержат как
различные, так и одинаковые
функциональные группы.

Свойства поли- и гетерофункциональных соединений

Каждая группа в поли- и гетерофункциональных
соединениях может вступать в те же реакции, что и
соответствующая группа в монофункциональных
соединениях

Специфические свойства поли- и
гетерофункциональных соединений
Реакции циклизации
Образование хелатных комплексов

Полифункциональные соединения как противоядия
Токсическое действие тяжёлых металлов состоит в
связывании тиольных групп белков. В результате ингибируются
жизненно важные ферменты организма.
Принцип действия антидотов – образование прочных
комплексов с ионами тяжёлых металлов.