| Занятие 2
Пространственное строение и стереоизомерия
Пространственное строение органических соединений. Проблема взаимосвязи стереохимического строения с проявлением биологической активности. Важнейшие понятия стереохимии – конформация и конфигурация. Конформация открытых цепей. Вращение вокруг одинарной связи как причина возникновения различных конформаций. Проекционные формулы Ньюмена. Энергетическая характеристика конформационных состояний; заслоненные, заторможенные, скошенные конформации. Пространственное сближение определенных участков цепи как одна из причин преимущественного образования пяти- и шестичленных циклов. Конформации (кресло, ванна) циклических соединений (циклогексан, тетрагидропиран). Аксиальные и экваториальные связи. Конфигурация. Проекционные формулы Фишера. Стереохимическая номенклатура: R, S- и D, L-системы. Глицериновый альдегид как конфигурационный стандарт. Оптическая активность. Хиральные и ахиральные молекулы. Стереоизомеры: энантиомеры и s-диастереоизомеры. Мезоформы. Рацематы. p-Диастереоизомеры (цис- и транс-изомеры). Е, Z- система стереохимической номенклатуры.
Занятие 3
Сопряженные системы и электронные эффекты. Кислотные и основные свойства
Взаимное влияние атомов и способы его передачи в молекулах органических соединений. Сопряжение как один из важнейших факторов повышения устойчивости молекул и ионов биологически важных соединений. Виды сопряжения: p, p- и р, p-сопряжение. Сопряженные системы с открытой цепью: 1,3-диены (1,3-бутадиен), полиены (b-каротин, ретиналь и др.), a, b-ненасыщенные карбонильные соединения, карбоксильная группа. Сопряженные системы с замкнутой цепью. Ароматичность; критерии ароматичности. Ароматичность бензоидных (бензол, нафталин) и гетероциклических (фуран, тиофен, пиррол, пиразол, имидазол, пиридин, пиримидин, пурин) соединений.
Поляризация связей и электронные эффекты (индуктивный и мезомерный). Электронодонорные и электроноакцепторные заместители.
Кислотность и основность органических соединений. Теории Бренстеда и Льюиса. Общие закономерности в изменении кислотных и основных свойств во взаимосвязи с природой атома в кислотном и основном центрах, электронными эффектами заместителей в этих центрах и сольватационными эффектами. Кислотные свойства органических соединений с водородсодержащими функциональными группами (спирты, тиолы, карбоновые кислоты). Основные свойства нейтральных молекул, содержащих гетероатом с неподеленной парой электронов (спирты, простые эфиры, карбонильные соединения, амины) и анионов (гидроксид-, алкоксид-, енолят-, ацилат-ионы). Кислотно-основные свойства азотсодержащих гетероциклов (пиррол, имидазол, пиридин). Водородная связь как специфическое проявление кислотно-основных свойств. Значение водородных связей в формировании надмолекулярных структур в живых организмах.
Лабораторная работа 2. Получение этиленгликолята меди (II).
Классификация органических реакций. Радикальное замещение у насыщенного атома углерода
Общие закономерности реакционной способности органических соединений как химическая основа их биологического функционирования. Классификация органических реакций по результату (замещение, присоединение, элиминирование, перегруппировки, окислительно-восстановительные) и по механизму – радикальные, ионные (электрофильные, нуклеофильные). Понятия – субстрат, реагент, реакционный центр. Типы разрыва ковалентной связи в органических соединениях и образующиеся при этом частицы: свободные радикалы (гомолитический разрыв), карбокатионы и карбанионы (гетеролитический разрыв). Электронное и пространственное строение этих частиц и факторы, обуславливающие их относительную устойчивость.
Реакции свободно-радикального замещения: гомолитические реакции с участием С-Н связей sp3-гибридизованного атома углерода. Галогенирование. Региоселективность свободнорадикального замещения в аллильных и бензильных системах. Взаимодействие органических соединений с кислородом как химическая основа пероксидного окисления липидсодержащих систем. Ингибирование пероксидного окисления с помощью антиоксидантов (фенолы, a-токоферол).
Лабораторная работа 3. Обнаружение пероксидов в диэтиловом эфире.
Контрольная работа 1.Классификация и номенклатура органических соединений. Пространственное строение и стереоизомерия.
Занятие 4
Электрофильное присоединение к ненасыщенным соединениям. Электрофильное замещение в ароматических соединениях
Реакции электрофильного присоединения: гетеролитические реакции с участием p-связи. Механизм реакции гидрогалогенирования и гидратации. Кислотный катализ. Влияние статического и динамического факторов на региоселективность реакций, правило Марковникова. Особенности электрофильного присоединения к сопряженным системам (1,3-диенам, a, b-ненасыщенным альдегидам, карбоновым кислотам).
Лабораторная работа 4. Опыты: бромирование ненасыщенных соединений.
Реакции электрофильного замещения: гетеролитические реакции с участием ароматической системы. Механизм реакций галогенирования и алкилирования ароматических соединений. Роль катализаторов в образовании электрофильной частицы (кислоты Льюиса; кислотный катализ в алкилировании алкенами и спиртами). Влияние заместителей в ароматическом ядре и гетероатомов в гетероциклических соединениях на реакционную способность в реакциях электрофильного замещения. Ориентирующее влияние заместителей и гетероатомов.
Лабораторная работа 5. Опыт: бромирование анилина.
Нуклеофильное замещение у насыщенного атома углерода. Реакции элиминирования
Реакции нуклеофильного замещения у sp3-гибридизованного атома углерода: гетеролитические реакции, обусловленные поляризацией s-связи углерод-гетероатом (галогенопроизводные, спирты). Влияние электронных, пространственных факторов и стабильности уходящих групп на реакционную способность соединений в реакциях нуклеофильного замещения. Стереохимия реакций 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.
Лабораторная работа 6. Опыты: получение этилхлорида, дегидратация этанола.
Занятие 5
Нуклеофильное присоединение в альдегидах и кетонах
Реакции нуклеофильного присоединения: гетеролитические реакции с участием p-связи углерод-кислород (альдегиды, кетоны). Реакции карбонильных соединений с водой, спиртами, тиолами, аминами и их производными. Влияние электронных и пространственных факторов, роль кислотного катализа. Обратимость реакций нуклеофильного присоединения. Гидролиз ацеталей. Образование и гидролиз иминов как химическая основа пиридоксалевого катализа. Реакции альдольного присоединения. Основный катализ. Строение енолят-ионов. Наличие a-СН-кислотного центра в молекулах карбонилсодержащих соединений как причина образования связи С-С в реакциях in vivo. Альдольное расщепление как реакция обратная альдольному присоединению. Биологическое значение этих процессов.
Лабораторная работа 7. Опыты: открытие ацетона путем перевода его в йодоформ, окисление формальдегида гидроксидом диамминсеребра, окисление формальдегида гидроксидом меди (II), окислительно-восстановительные реакции формальдегида.
Нуклеофильное замещение в карбоновых кислотах и их функциональных производных
Реакции нуклеофильного замещения у sp2-гибриди-зованного атома углерода (карбоновые кислоты и их функциональные производные). Реакции ацилирования – образование ангидридов, сложных эфиров, сложных тиоэфиров, амидов – и обратные им реакции гидролиза. Роль кислотного и основного катализа. Ацилирующие реагенты (ангидриды, карбоновые кислоты, сложные эфиры, сложные тиоэфиры), сравнительная активность этих реагентов. Ацилфосфаты и ацилкофермент А - природные макроэргические ацилирующие реагенты. Биологическая роль реакций ацилирования. Реакции по типу альдольного присоединения с участием кофермента А как путь образования углерод-углеродной связи.
Лабораторная работа 8. Опыты: образование нерастворимых кальциевых солей высших жирных кислот, открытие щавелевой кислоты в виде кальциевой соли, декарбоксилирование щавелевой кислоты.
Занятие 6
Реакции окисления и восстановления органических соединений
Реакции окисления и восстановления органических соединений. Реакции окисления спиртов, тиолов, сульфидов, карбонильных соединений, аминов. Реакции восстановления карбонильных соединений, дисульфидов, иминов. Понятие о переносе гидрид-иона и химизме действия системы НАД+ - НАДН. Понятие об электронном переносе и химизме действия системы ФАД – ФАДН2. Окисление p-связи и ароматических фрагментов (эпоксидирование, гидроксилирование).
Лабораторная работа 9.Опыты: окисление олеиновой кислоты перманганатом калия, окисление боковых цепей гомологов бензола, окисление этанола дихроматом калия.
Контрольная работа 2.Общие закономерности реакционной способности органических соединений как химическая основа их биологического функционирования.
Занятие 7
Поли- и гетерофункциональные соединения, участвующие в процессах жизнедеятельности
Поли- и гетерофункциональность как один из характерных признаков органических соединений, участвующих в процессах жизнедеятельности и являющихся родоначальниками важнейших групп лекарственных средств.
Особенности проявления кислотно-основных свойств (амфолиты). Циклизация и хелатообразование. Особенности во взаимном влиянии функциональных групп в зависимости от их относительного расположения.
Многоатомные спирты: этиленгликоль, глицерин, инозит. Образование хелатных комплексов с участием a-диольных фрагментов. Хелатирование как способ сохранения стабильного валентного состояния биогенных металлов и выведения ионов тяжелых металлов из организма. Двухатомные фенолы: гидрохинон, резорцин, пирокатехин, Окисление двухатомных фенолов. Система гидрохинон-хинон как химическая основа действия убихинонов в окислительно-восстанови-тельных процессах. Фенолы как антиоксиданты (ловушки свободных радикалов).
Двухосновные карбоновые кислоты: щавелевая, малоновая, янтарная, глутаровая, фумаровая. Превращение янтарной кислоты в фумаровую как пример биологической реакции дегидрирования. Угольная кислота и ее производные (уретаны, уреиды кислот, мочевина). Гуанидин. Карбамоилфосфат.
Аминоспирты: аминоэтанол (коламин), холин, ацетилхолин. Аминофенолы: дофамин, норадреналин, адреналин. Понятие о биологической роли этих соединений и их производных.
Гидрокси- и аминокислоты. Реакции циклизации. Лактоны. Лактамы. Гидролиз лактонов и лактамов. Реакции элиминирования b-гидрокси и b-аминокислот. Одноосновные (молочная, b- и g-гидроксимасляные), двухосновные (яблочная, винные), трехосновные (лимонная) гидроксикислоты. Образование лимонной кислоты в результате альдольного присоединения.
Представление о строении b-лактамных антибиотиков.
Альдегидо- и кетонокислоты: глиоксиловая, пировиноградная (фосфоенолпируват), ацетоуксусная, щавелевоуксусная, a-оксоглутаровая. Реакции декарбоскилирования b-кетонокислот и окислительного декарбоксилирования a-кетонокислот. Кето-енольная таутомерия.
Гетерофункциональные производные бензольного ряда как лекарственные средства. Салициловая кислота и ее производные (ацетилсалициловая кислота, фенилсалицилат). п-Аминобензойная кислота и ее производные (анестезин,новокаин). Биологическая роль п-амино-бензойной кислоты.
Сульфаниловая кислота и ее амид (стрептоцид). Сульфаниламидные препараты.
Лабораторная работа 10.Опыты: доказательство наличия двух карбоксильных групп в винной кислоте, комплексообразующие свойства винной кислоты, разложение лимонной кислоты, цветные реакции салициловой кислоты и ее эфиров, взаимодействие новокаина с основаниями.
Занятие 8
Биологически важные гетероциклические соединения
Биологически важные гетероциклические системы. Гетероциклы с одним гетероатомом. Пиррол, индол, пиридин, хинолин. Понятие о строении тетрапиррольных соединений (порфин, гем). Биологически важные производные пиридина – никотинамид, пиридоксаль, производные изоникотиновой кислоты. Производные 8-гидроксихинолина – антибактериальные средства комплексообразующего действия. Гетероциклы с несколькими гетероатомами. Пиразол, имидазол, тиазол, пиразин, пиримидин, пурин. Таутомерия на примере имидазола. Пиразолон-5 – структурная основа ненаркотических анальгетиков (анальгин). Барбитуровая кислота и ее производные. Гидроксипурины (гипоксантин, ксантин, мочевая кислота). Лактим-лактамная таутомерия. Биотин. Тиамин. Понятие о строении и биологической роли. Алкалоиды. Метилированные ксантины (теобромин, теофиллин, кофеин). Представление о строении никотина, морфина, хинина, атропина.
Лабораторная работа 11.Опыты: цветные реакции антипирина и амидопирина, получение солей мочевой кислоты, доказательство пуриновой структуры в мочевой кислоте.
| Лекция 2
Взаимное влияние атомов и способы его передачи в молекулах органических соединений. Кислотность и основность органических соединений
Лекция 3
Классификация органических реакций. Реакции свободнорадикального замещения. Реакции электрофильного присоединения. Реакции электрфильного замещения
Лекция 4
Реакции нуклеофильного замещения у sp3- гибридизованного атома углерода. Реакции элиминирования. Реакции нуклеофильного присоединения с участием карбонильной группы
Лекция 5
Реакции нуклеофильного замещения у sp2-гибридизованного атома углерода (карбоновые кислоты и их функциональные производные)
Лекция 6
Полифункциональ-ные органические соединения, участвующие в процессах жизнедеятель-ности. Гетерофункциональные органические соединения, участвующие в процессах жизнедеятель-ности.
Гетерофункцио-нальные производные бензольного ряда как лекарственные средства. Биологически важные гетероциклические системы
|
