Главная страница
qrcode

химка. I часть. Биоорганическая химия область науки, изучающая строение и механизм функционирования биологически активных молекул в терминах органической химии


Скачать 34.78 Kb.
НазваниеI часть. Биоорганическая химия область науки, изучающая строение и механизм функционирования биологически активных молекул в терминах органической химии
Дата20.11.2020
Размер34.78 Kb.
Формат файлаdocx
Имя файлахимка.docx
ТипДокументы
#44098
Каталог

I часть. Биоорганическая химия – область науки, изучающая строение и механизм функционирования биологически активных молекул в терминах органической химии.



Классификация органических соединений по наличию функциональных групп:

А) Гомофункциональные

- монофункциональные

- полифункциональные

Б) Гетерофункциональные





π , π – сопряжение. Рассмотрим на примере бутадиена –1,3.

В молекуле этого вещества все атомы углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации и расположены в одной плоскости. Соединяясь между собой сигма-связями они образуют плоский сигма–скелет молекулы. Электронное строение атома углерода в состоянии sp2- гибридизации: негибридизованные рz-орбитали каждого атома углерода расположены перпендикулярно плоскости сигма-скелета и параллельны друг другу. Это создаёт условия для их взаимного перекрывания. Перекрывание рz-орбиталей происходит как между первым и вторым, так и третьим и четвёртым, вторым и третьим атомами углерода. В этой системе происходит обобществление р-электронов. 4р-электрона одновременно находятся в поле четырёх ядер атомов углерода, образуя единое сопряжённое π -электронное облако, которое делокализовано, т.е. равномерно распределено по всей системе. Так возникает π , π -сопряжение вследствие перекрывания рz-орбиталей пи-связей.



Критерии ароматичности (Правило Хюккеля):
Наличие плоского σ-скелета, состоящего из sp2-гибридизованных атомов.
  • Делокализация электронов, приводящая к образованию единого π-электронного облака, охватывающего все атомы цикла (циклов).
  • Подчиненность правилу Э. Хюккеля, т.е. электронное облако должно насчитывать 4n+2 π электронов, где n=1,2,3,4… (обычно цифра указывает на количество циклов в молекуле).
  • Высокая степень термодинамической устойчивости (высокая энергия сопряжения).
    3. Индуктивный эффект - смещение электронной плотности вдоль σ-связей в зависимости от электроотрицательности атомов образующих эти связи, эффект, затухающий через 3-4 связи. Индуктивный эффект может быть положительным (+I), если электронная плотность в молекуле возрастает, или отрицательным (-I), если уменьшается электронная плотность в молекуле. Графически индуктивный эффект изображается прямой стрелкой, совпадающей с валентным штрихом, острие которой направленно в сторону более электроотрицательного элемента.

    Мезомерный эффект - влияние заместителя, передаваемое по сопряженной системе π-связей с перераспределением электронной плотности, эффект незатухающий. Мезомерный эффект также бывает положительным (+М) и отрицательным (-М). Графически мезомерный эффект изображают изогнутой стрелкой, острие которой направлено в сторону атома, к которому происходит смещение электронной плотности.

    4. Гомолитический – разрыв связи, при котором каждый атом получает по одному электрону из общей пары, образуются свободные радикалы.

    Гетеролитический – разрыв связи, при котором общая электронная пара остается у одного атома, образуются катион (карбокатион) и анион (карбоанион).


    Радикальные реагенты (радикалы) - свободные атомы или частицы с неспаренным электроном. Примеры радикальных реагентов: гидроксильные НО, гидропероксильные HOO, алкильные R* радикалы, атомы галогенов СГ, Br*.

    Электрофильные реагенты (электрофилы) - частицы, образующие новую ковалентную связь за счет электронной пары реакционного партнера. Электрофильные частицы обозначаются символом Е+ или Е. Они могут нести положительный заряд - протон Н+, карбокатионы R3C+, ацилий-катионы R-C=O - или быть электронейтральны- ми, например триоксид серы SO3.

    Нуклеофильные реагенты (нуклеофилы) - частицы, образующие новую ковалентную связь с реакционным партнером, предоставляя для этого свою электронную пару. Нуклеофильные частицы обозначаются символами Nu или Nu и могут быть отрицательно заряженными - гидрид-ион Н , гидроксид-ион НО , алкоксид-ион RO , карбанион R3C , хлорид-ион Cl - или быть электронейтральными. В этом случае их нуклеофильность обусловлена n- или π-электронами (NH
    6. Реакции замещения - одни функциональные группы заменяются на другие.

    Реакции присоединения - реакции, в которых одни химические соединения присоединяются к кратным связям другого химического соединения, при этом другие продукты реакции не образуются.

    Реакции элиминирования - в реакции происходит отрыв атомов или атомных групп от молекулы исходного вещества при сохранении ее углеродного скелета.

    Реакции перегруппировки - в органическом соединении происходит переход отдельных атомов или групп атомов от одного участка молекулы к другому без изменения ее качественного и количественного состава.

    Окислительно-восстановительные реакции - реакции, в ходе которых меняется степень окисления атомов, входящих в молекулу.

    II часть.

    1. Спирты - соединения, содержащие одну или несколько гидроксогрупп.

    Классификация:

    1) по типу углеводородного радикала: предельные, непредельные, ароматические.

    2) по числу гидроксильных групп: одноатомные, двухатомные, трехатомные, многоатомные.

    3) по типу атома углерода, связанного с OH: первичные, вторичные, третичные.

    Наличие гидроксогруппы обозначается в названии вещества суффиксом –ол. Положение гидроксогруппы в молекуле спирта указывается цифрой после суффикса. Нумерацию цепи начинают с того конца, ближе к которому находится гидроксильная группа.

    Для спиртов возможна структурная изомерия и изомерия положения функциональной группы. Возможна и межклассовая изомерия с простыми эфирами. Число структурных изомеров быстро возрастает с увеличением числа углеродов.

    2. Физические свойства: вследствие образования водородных связей между гидроксогруппами спиртов, они имеют аномально высокие температуры кипения. При н.у. низшие спирты являются жидкостями, бесцветными и прозрачными, с характерным запахом.

    Спирты могут растворяться в воде. Первые три члена гомологического ряда (метанол, этанол, пропанол) неограниченно растворимы в воде. С увеличением углеводородного радикала растворимость спиртов падает. Высшие спирты не растворимы в воде. Сами спирты являются хорошими растворителями для органических и для неорганических веществ.

    Физиологическое действие спиртов: в растворах спиртов денатурирует белок. Метанол (метиловый или древесный спирт) СН
    3. Химические свойства.

    1) Реакция замещения водорода на натрий:

    СВ этой реакции проявляются кислотные свойства спиртов, образующиеся вещества называют алкоголятами (этилат натрия). Но спирты нельзя назвать кислотами, потому что растворы спиртов имеют нейтральную реакцию, и со щелочами они не взаимодействуют.

    2) Реакции замещения гидроксогруппы, например, с галогеноводородами или молекулой другого спирта (образование простых эфиров).

    С
    С
    реакция идет при нагревании до 140 градусов.

    3) Реакции отщепления (элиминирования Е).

    СН
    4) Легко окисляются при повышенной температуре в присутствии воздуха.

    СПри действии более мягких окислителей из спирта образуются альдегиды (из первичного) или кетоны (из вторичного). Например:

    СH
    Третичный спирт окисляется только при жестких условиях с разрывом связи С-С и образованием нескольких кислот.

    Этанол могут получать гидротацией этилена или спиртовым брожением.

    Используют его в технике, парфюмерии, в пищевой и медицинской промышленности используется как очень хороший растворитель. Этиловый спирт – важное сырье для органического синтеза (каучук, сложные эфиры, синтетические волокна…). Кроме того, спирт в медицине используется как обезболивающее (общая нечувствительность) и дезинфицирующее средство (денатурирует белок).

    4. Многоатомными - спирты, имеющие несколько групп гидроксогрупп.

    СН
    Физические свойства: глицерин — сиропообразная бесцветная жидкость сладкого вкуса; температура замерзания 17°, кипения 290°С; плотность его 1,26. Глицерин неограниченно смешивается с водой и спиртом, но нерастворим в эфире и хлороформе; сам способен растворять многие органические (сахар), а также и неорганические соединения (многие соли, например гипс). При смешивании с водой происходит уменьшение объёма (контракция), достигающее наибольшего значения для смеси, содержащей 57% глицерина; при этом выделяется тепло. Чистый глицерин гигроскопичен, он поглощает до 40% воды (по весу). Водные растворы глицерина замерзают при низких температурах, например, смесь, содержащая 66, 7% глицерина, замерзает при минус 46,5°С.

    Химические свойства глицерина определяются наличием в его молекуле трех гидроксильных групп, благодаря чему он может давать три ряда производных.

    1) Реакции нуклеофильного замещения спиртовых функциональных групп.

    СН
    2) При действии на глицерин не только активных металлов (натрий), но даже оксидов и гидроксидов тяжелых металлов могут получаться производные глицерина — глицераты металлов, например меди. Это свидетельствует о том, что кислотные свойства у глицерина выражены значительно сильнее, чем у одноатомных спиртов.

    2СН
    Или СН
    3) Реакция нитрования - образование 1,2,3-тринитроглицерина

    СН
    4) Реакция образования α-глицерофосфата - метаболита организма человека

    5. Получение - В свободном состоянии глицерин в небольших количествах содержится в крови животных. Природные жиры и масла состоят из сложных эфиров глицерина. Под действием различных катализаторов жиры в организме расщепляются на глицерин и жирные кислоты (это реакция гидролиза жиров). В настоящее время осуществлено промышленное производство синтетического глицерина из непищевого сырья (природных предельных углеводородов).

    Медико-биологическая роль глицерина: его используют для растворения веществ. Глицерин является отличным растворителем йода, брома, фенола и т.д. Используя глицерин вместо воды, можно приготовить высококонцентрированные медицинские растворы. Глицерин обладает антисептическими свойствами, поэтому его применяют для предотвращения заражения ран. Антисептические и консервирующие свойства глицерина связаны с его гигроскопичностью, благодаря которой происходит дегидратация бактерий. Безводный глицерин гигроскопичен, может вызвать ожег кожи, т.к. обладает гигроскопичностью, а водный раствор глицерина используют для смягчения кожи, предохранения от высыхания мазей, паст и кремов. В медицине используют сложный эфир глицерина и азотной кислоты - тринитроглицерин, он применяется в кардиологии как сосудорасширяющее средство. В организме человека глицерин участвует в метаболизме в виде α-глицерофосфата.

    6.

    1. Окисление спиртов оксидом меди (II)




    Вторичные спирты при этом окисляются до кетонов. Первичные спирты можно окислить до альдегидов, если 

    При пропускании спирта над медной сеткой при нагревании образуются карбонильные соединения.


    Присоединение воды к алкинам в присутствии солей ртути (II) приводит к образованию карбонильных соединений.


    Под действием водного раствора щелочи образуется 

    При нагревании солей карбоновых кислот и двухвалентных металлов образуются неорганические соли (карбонаты) и кетоны.


    Ацетон в промышленности получают каталитическим окислением кумола.



    Суммарное уравнение реакции:

    При окислении этилена кислородом в присутствии катализаторов образуется уксусный альдегид.


    Химические свойства определяются тем, что в состав их молекул входит карбонильная группа с полярной двойной связью >C=O.

    1. Высокая полярность связи С=О вызывает на карбонильном атоме углерода значительный дефицит электронной плотности (δ+), и по этому атому углерода возможна нуклеофильная атака. При этом, взаимодействие с нуклеофилами приводит к разрыву π-связи и образованию более прочной σ-связи.

    2. Высокая полярность связи С=О вызывает на атоме углерода, соседнем с карбонильной группой (α-углеродном атоме), повышенную полярность связи С-Н α-углеродного атома. Это характеризует данные соединения как 
    Для альдегидов и кетонов наиболее характерны реакции, протекающие по механизму 

    Присоединение водорода к молекулам альдегидов происходит по двойной связи в карбонильной группе. Продуктом гидрирования альдегидов являются первичные спирты, кетонов — вторичные спирты.
    окисляться. При окислении альдегиды образуют карбоновые кислоты.

    -Окисление кислородом воздуха.

    -Окисление слабыми окислителями (аммиачный раствор оксида серебра).


    7. Медико - биологическая роль альдегидов

    Муравьиный альдегид (формальдегид) обладает способностью свертывать белки. Его 40% водный раствор (формалин) применяется в медицине как дезинфицирующее средство и консервант анатомических препаратов.

    Уротропин – лекарственный препарат, используется в нефрологии в качестве дезинфицирующего средства при заболеваниях мочевыводящих путей.Хлоральгидрат CCl
    Токсичность ацетальдегида

    Ацетальдегид в организме человека может образоваться из поступающего этанола в составе алкогольных напитков или из пировиноградной кислоты в процессе декарбоксилирования. Образованный из этанола ацетальдегид из-за разной скорости метаболизма обоих, может накапливаться, т.е. резко может повыситься его концентрация в организме. 8. Амины – это производные аммиака, в молекуле которого один, два или три атома водорода замещены углеводородными радикалами.

    Классификация:

    1)по природе радикала: предельные, непредельные, ароматические.

    2)по числу аминогрупп: моноамины, диамины, триамины.

    3)по числу радикалов: первичные, вторичные, третичные.

    Химические свойства:

    1) горение до азота, воды и углекислого газа.

    2) с водой до гидрооксида

    3) с кислотами до солей аминов

    4) с азотистой

    -первичные до N2, спирта и воды

    -вторичные до нитрозаминов

    -третичные не реагируют

    5) с галогеналканами
    9. Биологическая роль аминов: многие природные биологически активные вещества содержат в своем составе аминогруппу: аминокислоты, белки, нуклеотиды, нуклеиновые кислоты, гормоны, витамины и др.

    В организме человека из аминокислот в процессе метаболизма образуются биогенные амины, выполняющие различные функции.

    перейти в каталог файлов


  • связь с админом