Grodno" href="/text/category/grodno/" rel="bookmark">Grodno državni medicinski univerzitet", kandidat hemijskih nauka, vanredni profesor;
Vanredni profesor Katedre za opštu i bioorgansku hemiju obrazovne ustanove „Grodno državni medicinski univerzitet“, kandidat bioloških nauka, vanr.
Recenzenti:
Katedra za opštu i bioorgansku hemiju obrazovne ustanove "Gomel State Medical University";
– glava Katedra za bioorgansku hemiju, obrazovna ustanova "Bjeloruski državni medicinski univerzitet", kandidat medicinskih nauka, vanredni profesor.
Katedra za opštu i bioorgansku hemiju obrazovna ustanova "Grodno državni medicinski univerzitet"
(zapisnik od 01.01.01.)
Centralno naučno-metodološko vijeće obrazovne ustanove "Grodno državni medicinski univerzitet"
(zapisnik od 01.01.01.)
Odjeljak za specijalnost 1Medicinsko i psihološko poslovanje obrazovno-metodološkog udruženja univerziteta Republike Bjelorusije za medicinsko obrazovanje
(zapisnik od 01.01.01.)
Odgovorni za oslobađanje:
Prvi prorektor obrazovne ustanove „Grodno državni medicinski univerzitet“, profesor, doktor medicinskih nauka
Objašnjenje
Relevantnost izučavanja akademske discipline
"Bioorganska hemija"
Bioorganska hemija je fundamentalna prirodna naučna disciplina. Bioorganska hemija je nastala kao samostalna nauka u 2. polovini 20. veka na razmeđu organske hemije i biohemije. Aktuelnost izučavanja bioorganske hemije je zbog praktičnih problema sa kojima se medicina i poljoprivreda susreću (dobivanje vitamina, hormona, antibiotika, stimulansa rasta biljaka, regulatora ponašanja životinja i insekata i drugih lijekova), čije je rješenje nemoguće bez upotrebe. teorijskog i praktičnog potencijala bioorganske hemije.
Bioorganska hemija se stalno obogaćuje novim metodama za izolaciju i prečišćavanje prirodnih jedinjenja, metodama za sintezu prirodnih jedinjenja i njihovih analoga, saznanjima o odnosu strukture i biološke aktivnosti jedinjenja itd.
Najnoviji pristupi medicinskom obrazovanju, koji se odnose na prevazilaženje reproduktivnog stila u nastavi, osiguravanje kognitivne i istraživačke aktivnosti studenata, otvaraju nove perspektive za ostvarivanje potencijala kako pojedinca, tako i tima.
Svrha i ciljevi discipline
Cilj: formiranje nivoa hemijske kompetencije u sistemu medicinskog obrazovanja, čime se obezbeđuje naknadno izučavanje biomedicinskih i kliničkih disciplina.
Zadaci:
Ovladavanje od strane studenata teorijskim osnovama hemijskih transformacija organskih molekula u odnosu na njihovu strukturu i biološku aktivnost;
Formiranje: poznavanje molekularne osnove životnih procesa;
Razvoj vještina za navigaciju u klasifikaciji, strukturi i svojstvima organskih jedinjenja koja djeluju kao lijekovi;
Formiranje logike hemijskog mišljenja;
Razvijanje vještina korištenja metoda kvalitativne analize
organska jedinjenja;
Hemijska znanja i vještine, koje čine osnovu hemijske kompetencije, doprinijeće formiranju profesionalne kompetencije diplomca.
Uslovi za savladavanje nastavne discipline
Uslovi za nivo savladavanja sadržaja discipline "Bioorganska hemija" utvrđeni su obrazovnim standardom visokog obrazovanja prvog stepena u ciklusu opštih stručnih i specijalnih disciplina, koji se izrađuje uzimajući u obzir zahteve kompetencije. -zasnovanog pristupa, koji ukazuje na minimum sadržaja za disciplinu u vidu generalizovanih hemijskih znanja i veština koje čine bioorgansku kompetenciju diplomiranog fakulteta:
a) generalizovano znanje:
- razumjeti suštinu predmeta kao nauke i njen odnos sa drugim disciplinama;
Značaj u razumijevanju metaboličkih procesa;
Koncept jedinstva strukture i reaktivnosti organskih molekula;
Osnovni zakoni hemije neophodni za objašnjenje procesa koji se dešavaju u živim organizmima;
Hemijska svojstva i biološki značaj glavnih klasa organskih jedinjenja.
b) generalizovane veštine:
Predvidjeti mehanizam reakcije na osnovu poznavanja strukture organskih molekula i metoda za razbijanje hemijskih veza;
Objasniti značaj reakcija za funkcionisanje živih sistema;
Stečena znanja koristiti na studijama biohemije, farmakologije i drugih disciplina.
Struktura i sadržaj nastavne discipline
U ovom programu strukturu sadržaja discipline "bioorganska hemija" čine uvod u disciplinu i dva dijela koji pokrivaju opća pitanja reaktivnosti organskih molekula, kao i svojstva hetero- i polifunkcionalnih spojeva uključenih u životni procesi. Svaki dio podijeljen je na teme raspoređene u redoslijedu koji osigurava optimalno proučavanje i asimilaciju programskog materijala. Za svaku temu predstavljena su uopštena znanja i vještine koje čine suštinu bioorganske kompetencije učenika. U skladu sa sadržajem svake teme, definisani su zahtevi za kompetencijama (u obliku sistema generalizovanih znanja i veština), za čije formiranje i dijagnostiku se mogu razvijati testovi.
Metode nastave
Glavne nastavne metode koje na adekvatan način ispunjavaju ciljeve izučavanja ove discipline su:
Objašnjenje i konsultacije;
Laboratorijska lekcija;
Elementi problemskog učenja (obrazovni i istraživački rad učenika);
Uvod u bioorgansku hemiju
Bioorganska hemija kao nauka koja proučava strukturu organskih supstanci i njihove transformacije u odnosu na biološke funkcije. Objekti proučavanja bioorganske hemije. Uloga bioorganske hemije u formiranju naučne osnove za percepciju biološkog i medicinskog znanja na savremenom molekularnom nivou.
Teorija strukture organskih jedinjenja i njen razvoj u sadašnjoj fazi. Izomerizam organskih jedinjenja kao osnova za raznovrsnost organskih jedinjenja. Vrste izomerizma organskih jedinjenja.
Fizičko-hemijske metode za izolaciju i proučavanje organskih jedinjenja važnih za biomedicinsku analizu.
Osnovna pravila IUPAC sistematske nomenklature za organska jedinjenja: supstituciona i radikalno-funkcionalna nomenklatura.
Prostorna struktura organskih molekula, njen odnos sa vrstom hibridizacije atoma ugljika (sp3-, sp2- i sp-hibridizacija). stereohemijske formule. konfiguraciju i konformaciju. Konformacije otvorenih lanaca (zaštićene, sputane, zakošene). Energetske karakteristike konformacija. Newmanove projekcijske formule. Prostorna konvergencija pojedinih delova lanca kao rezultat konformacione ravnoteže i kao jedan od razloga za pretežno formiranje peto- i šestočlanih prstenova. Konformacije cikličkih spojeva (cikloheksan, tetrahidropiran). Energetske karakteristike konformacija stolice i kade. Aksijalne i ekvatorijalne veze. Odnos prostorne strukture sa biološkom aktivnošću.
Zahtjevi za kompetenciju:
Poznavati predmete proučavanja i glavne zadatke bioorganske hemije,
· Znati klasifikovati organska jedinjenja prema strukturi ugljeničnog skeleta i prirodi funkcionalnih grupa, koristiti pravila sistematske hemijske nomenklature.
· Poznavati glavne vrste izomerizma organskih jedinjenja, biti u stanju da odredi moguće tipove izomera prema strukturnoj formuli jedinjenja.
· Poznavati različite vrste hibridizacije atomskih orbitala ugljenika, prostornu orijentaciju veza atoma, njihov tip i broj u zavisnosti od vrste hibridizacije.
· Poznavati energetske karakteristike konformacija cikličkih (konformacije stolice, kupke) i acikličkih (inhibirane, iskrivljene, pomračene konformacije) molekula, biti u stanju da ih predstavite koristeći formule za Newmanovu projekciju.
· Poznavati vrste naprezanja (torziona, kutna, van der Waalsova) koja nastaju u različitim molekulima, njihov utjecaj na stabilnost konformacije i molekula u cjelini.
Odjeljak 1. Reaktivnost organskih molekula kao rezultat međusobnog utjecaja atoma, mehanizmi organskih reakcija
Tema 1. Konjugovani sistemi, aromatičnost, elektronski efekti supstituenata
Konjugovani sistemi i aromatičnost. Konjugacija (p, p - i p, p-konjugacija). Konjugovani sistemi otvorenog lanca: 1,3-dieni (butadien, izopren), polieni (karotenoidi, vitamin A). Konjugirani sistemi sa zatvorenim krugom. Aromatičnost: kriterijum aromatičnosti, Hückelovo pravilo aromatičnosti. Aromatičnost benzoidnih (benzen, naftalen, fenantren) jedinjenja. Energija konjugacije. Struktura i uzroci termodinamičke stabilnosti karbo- i heterocikličnih aromatskih jedinjenja. Aromatičnost heterocikličnih (pirol, imidazol, piridin, pirimidin, purin) jedinjenja. Pirol i piridinski atomi dušika, p-ekscesni i p-deficitarni aromatični sistemi.
Međusobni utjecaj atoma i načini njegovog prijenosa u organskim molekulima. Delokalizacija elektrona kao jedan od faktora povećanja stabilnosti molekula i jona, njena rasprostranjena pojava u biološki važnim molekulima (porfin, hem, hemoglobin i dr.). Polarizacija veza. Elektronski efekti supstituenata (induktivnih i mezomernih) kao razlog neravnomjerne raspodjele elektronske gustine i pojave reakcionih centara u molekulu. Induktivni i mezomerni efekti (pozitivni i negativni), njihova grafička oznaka u strukturnim formulama organskih jedinjenja. Donori elektrona i supstituenti akceptora elektrona.
Zahtjevi za kompetenciju:
· Poznavati vrste konjugacije i biti u stanju odrediti vrstu konjugacije strukturnom formulom veze.
· Poznavanje kriterijuma aromatičnosti, sposobnost utvrđivanja pripadnosti aromatičnim jedinjenjima karbo- i heterocikličnih molekula po strukturnoj formuli.
· Biti u stanju da proceni elektronski doprinos atoma stvaranju jednog konjugovanog sistema, da poznaje elektronsku strukturu atoma azota piridina i pirola.
· Poznavati elektronske efekte supstituenata, njihove uzroke i biti u stanju da grafički opiše njihovo djelovanje.
· Biti u stanju da klasifikuje supstituente kao supstituente koji doniraju ili povlače elektrone na osnovu njihovih induktivnih i mezomernih efekata.
· Biti u stanju da predvidi efekat supstituenata na reaktivnost molekula.
Tema 2. Reaktivnost ugljovodonika. Reakcije radikalne supstitucije, elektrofilne adicije i supstitucije
Opšti obrasci reaktivnosti organskih jedinjenja kao hemijska osnova njihovog biološkog funkcionisanja. Hemijska reakcija kao proces. Pojmovi: supstrat, reagens, reakcioni centar, prelazno stanje, produkt reakcije, energija aktivacije, brzina reakcije, mehanizam.
Klasifikacija organskih reakcija prema rezultatu (adicija, supstitucija, eliminacija, redoks) i prema mehanizmu - radikalne, jonske (elektrofilne, nukleofilne), konzistentne. Vrste reagensa: radikalni, kiseli, bazični, elektrofilni, nukleofilni. Homolitičko i heterolitičko cijepanje kovalentnih veza u organskim spojevima i nastalim česticama: slobodnim radikalima, karbokatjonima i karbanionima. Elektronska i prostorna struktura ovih čestica i faktori koji određuju njihovu relativnu stabilnost.
Reaktivnost ugljovodonika. Reakcije radikalne supstitucije: homolitičke reakcije koje uključuju CH-veze sp3-hibridiziranog atoma ugljika. Mehanizam supstitucije radikala na primjeru reakcije halogeniranja alkana i cikloalkana. Koncept lančanih procesa. Koncept regioselektivnosti.
Načini nastanka slobodnih radikala: fotoliza, termoliza, redoks reakcije.
Elektrofilne reakcije adicije ( AE) u seriji nezasićenih ugljikovodika: heterolitičke reakcije koje uključuju p-veze između sp2-hibridiziranih atoma ugljika. Mehanizam reakcija hidratacije i hidrohalogenacije. kisela kataliza. Markovnikovo pravilo. Utjecaj statičkih i dinamičkih faktora na regioselektivnost reakcija elektrofilne adicije. Osobine reakcija elektrofilne adicije na dienske ugljovodonike i mali ciklusi (ciklopropan, ciklobutan).
Elektrofilne supstitucijske reakcije ( SE): heterolitičke reakcije koje uključuju oblak p-elektrona aromatičnog sistema. Mehanizam reakcija halogenacije, nitriranja, alkilacije aromatičnih jedinjenja: p - i s- kompleksi. Uloga katalizatora (Lewisova kiselina) u formiranju elektrofilne čestice.
Utjecaj supstituenata u aromatičnom jezgru na reaktivnost spojeva u reakcijama elektrofilne supstitucije. Orijentacioni uticaj supstituenata (orijentanti I i II vrste).
Zahtjevi za kompetenciju:
· Poznavati pojmove supstrata, reagensa, reakcionog centra, produkta reakcije, energije aktivacije, brzine reakcije, mehanizma reakcije.
· Poznavati klasifikaciju reakcija prema različitim kriterijumima (po krajnjem rezultatu, po metodi raskidanja veza, po mehanizmu) i vrstama reagensa (radikalni, elektrofilni, nukleofilni).
· Poznavati elektronsku i prostornu strukturu reagenasa i faktore koji određuju njihovu relativnu stabilnost, biti u stanju da uporede relativnu stabilnost sličnih reagensa.
· Poznavati načine nastanka slobodnih radikala i mehanizam reakcija supstitucije radikala (SR) na primjerima reakcija halogeniranja alkana i cikloalakana.
· Biti u stanju odrediti statističku vjerovatnoću nastanka mogućih produkata u reakcijama radikalne supstitucije i mogućnost regioselektivnog procesa.
· Poznavati mehanizam reakcija elektrofilne adicije (AE) u reakcijama halogenacije, hidrohalogenacije i hidratacije alkena, biti u stanju kvalitativno procijeniti reaktivnost supstrata na osnovu elektronskih efekata supstituenata.
· Poznavati Markovnikovo pravilo i znati odrediti regioselektivnost reakcija hidratacije i hidrohalogenacije na osnovu uticaja statičkih i dinamičkih faktora.
· Poznavati karakteristike reakcija elektrofilne adicije na konjugirane dienske ugljovodonike i male cikluse (ciklopropan, ciklobutan).
· Poznavati mehanizam reakcija elektrofilne supstitucije (SE) u reakcijama halogenacije, nitriranja, alkilacije, acilacije aromatičnih jedinjenja.
· Da se na osnovu elektronskih efekata supstituenata može utvrditi njihov uticaj na reaktivnost aromatičnog jezgra i njihovo orijentaciono delovanje.
Tema 3. Kiselinsko-bazna svojstva organskih jedinjenja
Kiselost i bazičnost organskih jedinjenja: teorije Bronsteda i Luisa. Stabilnost anjona kiseline je kvalitativni pokazatelj kiselinskih svojstava. Opći obrasci u promjeni kiselih ili baznih svojstava u odnosu na prirodu atoma u kiselom ili bazičnom centru, elektronski efekti supstituenata u tim centrima. Kisela svojstva organskih jedinjenja sa funkcionalnim grupama koje sadrže vodonik (alkoholi, fenoli, tioli, karboksilne kiseline, amini, CH-kiselost molekula i cabrications). p-baze i n- baze. Glavna svojstva neutralnih molekula koje sadrže heteroatome sa usamljenim parovima elektrona (alkoholi, tioli, sulfidi, amini) i aniona (hidroksid, alkoksid ioni, anioni organskih kiselina). Kiselinsko-bazna svojstva heterocikla koji sadrže dušik (pirol, imidazol, piridin). Vodikova veza kao specifična manifestacija kiselinsko-baznih svojstava.
Komparativne karakteristike kiselinskih svojstava spojeva koji sadrže hidroksilnu grupu (monohidrični i polihidroksilni alkoholi, fenoli, karboksilne kiseline). Uporedne karakteristike glavnih svojstava alifatskih i aromatskih amina. Utjecaj elektronske prirode supstituenta na kiselinsko-bazna svojstva organskih molekula.
Zahtjevi za kompetenciju:
· Znati definicije kiselina i baza prema Bronstedovoj protolitičkoj teoriji i Lewisovoj elektronskoj teoriji.
· Poznavati Bronstedovu klasifikaciju kiselina i baza u zavisnosti od prirode atoma kiselih ili baznih centara.
· Poznavati faktore koji utiču na jačinu kiselina i stabilnost njihovih konjugiranih baza, biti u stanju da sprovedu uporednu procenu jačine kiselina na osnovu stabilnosti njihovih odgovarajućih anjona.
· Poznavati faktore koji utiču na čvrstoću Bronstedovih baza, biti u stanju da izvrši uporednu procenu čvrstoće baza, uzimajući u obzir ove faktore.
· Poznavati uzroke vodonične veze, biti u stanju protumačiti stvaranje vodonične veze kao specifičnu manifestaciju kiselinsko-baznih svojstava neke supstance.
· Poznavati uzroke keto-enol tautomerije u organskim molekulima, biti u stanju da ih objasni sa stanovišta kiselinsko-baznih svojstava jedinjenja u odnosu na njihovu biološku aktivnost.
· Znati i biti sposoban da izvede kvalitativne reakcije koje omogućavaju razlikovanje polihidričnih alkohola, fenola, tiola.
Tema 4. Reakcije nukleofilne supstitucije na tetragonalnom atomu ugljika i reakcije kompetitivne eliminacije
Reakcije nukleofilne supstitucije na sp3-hibridizovanom atomu ugljika: heterolitičke reakcije zbog polarizacije veze ugljik-heteroatom (halogen derivati, alkoholi). Lako i teško napuštanje grupe: veza između lakoće napuštanja grupe i njene strukture. Utjecaj rastvarača, elektronskih i prostornih faktora na reaktivnost spojeva u reakcijama mono- i bimolekularne nukleofilne supstitucije (SN1 i SN2). Stereohemija reakcija nukleofilne supstitucije.
Reakcije hidrolize halogenih derivata. Reakcije alkilacije alkohola, fenola, tiola, sulfida, amonijaka, amina. Uloga kisele katalize u nukleofilnoj supstituciji hidroksilne grupe. Halogeni derivati, alkoholi, estri sumporne i fosforne kiseline kao alkilirajuća sredstva. Biološka uloga reakcija alkilacije.
Mono - i bimolekularne reakcije eliminacije (E1 i E2): (dehidracija, dehidrohalogenacija). Povećana CH-kiselost kao uzrok reakcija eliminacije koje prate nukleofilnu supstituciju na sp3-hibridiziranom atomu ugljika.
Zahtjevi za kompetenciju:
· Poznavati faktore koji određuju nukleofilnost reagensa, strukturu najvažnijih nukleofilnih čestica.
· Poznavati opšte obrasce reakcija nukleofilne supstitucije na zasićenom atomu ugljenika, uticaj statičkih i dinamičkih faktora na reaktivnost supstance u reakciji nukleofilne supstitucije.
· Poznavati mehanizme mono- i bimolekularne nukleofilne supstitucije, umeti da proceni uticaj steričnih faktora, uticaj rastvarača, uticaj statičkih i dinamičkih faktora na reakciju jednim od mehanizama.
· Poznavati mehanizme mono- i bimolekularne eliminacije, razloge nadmetanja između reakcija nukleofilne supstitucije i eliminacije.
· Poznavati Zajcevovo pravilo i biti u stanju da odredi glavni proizvod u reakcijama dehidracije i dehidrohalogenacije nesimetričnih alkohola i haloalkana.
Tema 5. Reakcije nukleofilne adicije i supstitucije na trigonalnom atomu ugljika
Reakcije nukleofilne adicije: heterolitičke reakcije koje uključuju p-veze ugljik-kisik (aldehidi, ketoni). Mehanizam reakcija interakcije karbonilnih jedinjenja sa nukleofilnim reagensima (voda, alkoholi, tioli, amini). Utjecaj elektronskih i prostornih faktora, uloga kiselinske katalize, reverzibilnost reakcija nukleofilne adicije. Hemiacetali i acetali, njihova priprema i hidroliza. Biološka uloga reakcija acetalizacije. Reakcije adicije aldola. glavna kataliza. Struktura enolatnog jona.
Reakcije nukleofilne supstitucije u nizu karboksilnih kiselina. Elektronska i prostorna struktura karboksilne grupe. Reakcije nukleofilne supstitucije na sp2-hibridizovanom atomu ugljika (karboksilne kiseline i njihovi funkcionalni derivati). Sredstva za aciliranje (kiseli halogenidi, anhidridi, karboksilne kiseline, estri, amidi), uporedne karakteristike njihove reaktivnosti. Reakcije acilacije - stvaranje anhidrida, estera, tioetera, amida - i njihove reverzne reakcije hidrolize. Acetil koenzim A je prirodni makroergijski acilirajući agens. Biološka uloga reakcija acilacije. Koncept nukleofilne supstitucije na atomima fosfora, reakcije fosforilacije.
Reakcije oksidacije i redukcije organskih spojeva. Specifičnost redoks reakcija organskih jedinjenja. Koncept prijenosa jednog elektrona, prijenosa hidridnih jona i djelovanje NAD + ↔ NADH sistema. Reakcije oksidacije alkohola, fenola, sulfida, karbonilnih jedinjenja, amina, tiola. Reakcije oporavka karbonilnih spojeva, disulfida. Uloga redoks reakcija u životnim procesima.
Zahtjevi za kompetenciju:
· Poznavati elektronsku i prostornu strukturu karbonilne grupe, uticaj elektronskih i steričnih faktora na reaktivnost okso grupe u aldehidima i ketonima.
· Poznavati mehanizam reakcija nukleofilnog dodavanja vode, alkohola, amina, tiola na aldehide i ketone, ulogu katalizatora.
· Poznavati mehanizam reakcija aldolne kondenzacije, faktore koji određuju učešće jedinjenja u ovoj reakciji.
· Poznavati mehanizam redukcionih reakcija okso jedinjenja sa metalnim hidridima.
· Poznavati reakcione centre dostupne u molekulima karboksilnih kiselina. Biti u stanju izvršiti uporednu procjenu jačine karboksilnih kiselina u zavisnosti od strukture radikala.
· Poznavati elektronsku i prostornu strukturu karboksilne grupe, biti sposoban da izvrši uporednu procenu sposobnosti atoma ugljenika okso grupe u karboksilnim kiselinama i njihovim funkcionalnim derivatima (kiseli halogenidi, anhidridi, estri, amidi, soli) da podvrgnuti nukleofilnom napadu.
· Poznavati mehanizam reakcija nukleofilne supstitucije na primjerima acilacije, esterifikacije, hidrolize estera, anhidrida, kiselinskih halogenida, amida.
Tema 6. Lipidi, klasifikacija, struktura, svojstva
Lipidi su saponifikabilni i neosomivi. neutralnih lipida. Prirodne masti kao mješavina triacilglicerola. Glavne prirodne više masne kiseline koje čine lipide su: palmitinska, stearinska, oleinska, linolna, linolenska. Arahidonska kiselina. Osobine nezasićenih masnih kiselina, w-nomenklatura.
Peroksidna oksidacija fragmenata nezasićenih masnih kiselina u ćelijskim membranama. Uloga lipidne peroksidacije membrana u djelovanju niskih doza zračenja na organizam. Antioksidativni odbrambeni sistemi.
Fosfolipidi. Fosfatne kiseline. Fosfatidilkolamini i fosfatidilserini (cefalini), fosfatidilkolini (lecitini) su strukturne komponente ćelijskih membrana. lipidni dvosloj. Sfingolipidi, ceramidi, sfingomijelini. Glikolipidi mozga (cerebrozidi, gangliozidi).
Zahtjevi za kompetenciju:
Znati klasifikaciju lipida, njihovu strukturu.
· Poznavati strukturu strukturnih komponenti saponifibilnih lipida - alkohola i viših masnih kiselina.
· Poznavati mehanizam reakcija stvaranja i hidrolize jednostavnih i složenih lipida.
· Znati i biti sposoban izvesti kvalitativne reakcije na nezasićene masne kiseline i ulja.
· Poznavati klasifikaciju nesaponifibilnih lipida, imati ideju o principima klasifikacije terpena i steroida, njihovoj biološkoj ulozi.
· Poznavati biološku ulogu lipida, njihove glavne funkcije, imati ideju o glavnim fazama peroksidacije lipida i posljedicama ovog procesa za ćeliju.
Odjeljak 2. Stereoizomerizam organskih molekula. Poli - i heterofunkcionalni spojevi uključeni u vitalne procese
Tema 7. Stereoizomerizam organskih molekula
Stereoizomerizam u nizu jedinjenja sa dvostrukom vezom (p-dijastereomerizam). Cis - i trans-izomerizam nezasićenih spojeva. E, Z su oznake za p-dijastereomere. Komparativna stabilnost p-dijastereomera.
kiralnih molekula. Asimetrični atom ugljika kao centar kiralnosti. Stereoizomerizam molekula sa jednim centrom kiralnosti (enantiomerizam). optička aktivnost. Formule Fisherove projekcije. Gliceraldehid kao standardna konfiguracija, apsolutna i relativna konfiguracija. D, L-sistem stereohemijske nomenklature. R, S-sistem stereohemijske nomenklature. Racemske smjese i metode za njihovo odvajanje.
Stereoizomerizam molekula sa dva ili više centara kiralnosti. Enantiomeri, dijastereomeri, mezoformi.
Zahtjevi za kompetenciju:
· Poznavati uzroke stereoizomerizma u nizu alkena i dienskih ugljovodonika.
· Da se može utvrditi mogućnost postojanja p-dijastereomera pomoću skraćene strukturne formule nezasićenog jedinjenja, razlikovati cis-trans-izomeri, procijeniti njihovu komparativnu stabilnost.
· Poznavati elemente simetrije molekula, neophodne uslove za pojavu kiralnosti u organskom molekulu.
· Znati i umeti prikazati enantiomere koristeći formule Fisherove projekcije, izračunati broj očekivanih stereoizomera na osnovu broja kiralnih centara u molekulu, principe za određivanje apsolutne i relativne konfiguracije, D - , L-sistem stereohemijske nomenklature.
· Poznavati načine odvajanja racemata, osnovne principe R, S-sistema stereohemijske nomenklature.
Tema 8. Fiziološki aktivna poli- i heterofunkcionalna jedinjenja alifatskog, aromatičnog i heterocikličkog niza
Poli- i heterofunkcionalnost kao jedna od karakterističnih osobina organskih jedinjenja uključenih u vitalne procese i osnivača najvažnijih grupa lekova. Osobine u međusobnom utjecaju funkcionalnih grupa ovisno o njihovoj relativnoj lokaciji.
Polihidrični alkoholi: etilen glikol, glicerin. Esteri polihidričnih alkohola sa neorganskim kiselinama (nitroglicerin, glicerol fosfati). Dihidrični fenoli: hidrokinon. Oksidacija dvoatomskih fenola. Hidrokinon-kinon sistem. Fenoli kao antioksidansi (hvatači slobodnih radikala). Tocopherols.
Dvobazne karboksilne kiseline: oksalna, malonska, jantarna, glutarna, fumarna. Pretvaranje jantarne kiseline u fumarnu kiselinu kao primjer biološki važne reakcije dehidrogenacije. Reakcije dekarboksilacije, njihova biološka uloga.
Amino alkoholi: aminoetanol (kolamin), holin, acetilholin. Uloga acetilholina u kemijskom prijenosu nervnih impulsa u sinapsama. Aminofenoli: dopamin, norepinefrin, epinefrin. Koncept biološke uloge ovih jedinjenja i njihovih derivata. Neurotoksični efekti 6-hidroksidopamina i amfetamina.
Hidroksi i aminokiseline. Reakcije ciklizacije: uticaj različitih faktora na proces formiranja ciklusa (implementacija odgovarajućih konformacija, veličina rezultujućeg ciklusa, faktor entropije). Laktoni. laktami. Hidroliza laktona i laktama. Reakcija eliminacije b-hidroksi i aminokiselina.
Aldegido - i keto kiseline: pirugrožđana, acetosirćetna, oksalosirćetna, a-ketoglutarna. Svojstva kiselina i reaktivnost. Reakcije dekarboksilacije b-keto kiselina i oksidativne dekarboksilacije a-keto kiselina. Ester acetoaceta, keto-enol tautomerizam. Predstavnici "ketonskih tijela" - b-hidroksibutirna, b-ketobutirna kiselina, aceton, njihov biološki i dijagnostički značaj.
Heterofunkcionalni derivati serije benzena kao lijekovi. Salicilna kiselina i njeni derivati (acetilsalicilna kiselina).
Para-aminobenzojeva kiselina i njeni derivati (anestezin, novokain). Biološka uloga p-aminobenzojeve kiseline. Sulfanilna kiselina i njen amid (streptocid).
Heterocikli sa nekoliko heteroatoma. Pirazol, imidazol, pirimidin, purin. Pirazolon-5 je osnova ne-narkotičnih analgetika. Barbiturna kiselina i njeni derivati. Hidroksipurini (hipoksantin, ksantin, mokraćna kiselina), njihova biološka uloga. Heterocikli sa jednim heteroatomom. Pirol, indol, piridin. Biološki važni derivati piridina su nikotinamid, piridoksal, derivati izonikotinske kiseline. Nikotinamid je strukturna komponenta NAD+ koenzima, što određuje njegovo učešće u OVR.
Zahtjevi za kompetenciju:
· Umeti klasifikovati heterofunkcionalna jedinjenja po sastavu i međusobnom rasporedu.
· Poznavati specifične reakcije amino i hidroksi kiselina sa a, b, g - rasporedom funkcionalnih grupa.
· Poznavati reakcije koje dovode do stvaranja biološki aktivnih jedinjenja: holina, acetilkolina, adrenalina.
· Poznavati ulogu keto-enol tautomerije u ispoljavanju biološke aktivnosti keto kiselina (pirogrožđane, oksalosirćetne, acetosirćetne) i heterocikličnih jedinjenja (pirazol, barbiturna kiselina, purin).
· Poznavati metode redoks transformacije organskih jedinjenja, biološku ulogu redoks reakcija u ispoljavanju biološke aktivnosti dvoatomskih fenola, nikotinamida, formiranju ketonskih tela.
Predmet9 . Ugljikohidrati, klasifikacija, struktura, svojstva, biološka uloga
Ugljikohidrati, njihova klasifikacija u odnosu na hidrolizu. Klasifikacija monosaharida. Aldoze, ketoze: trioze, tetroze, pentoze, heksoze. Stereoizomerizam monosaharida. D - i L-serija stereohemijske nomenklature. Otvorene i ciklične forme. Fisherove formule i Haworthove formule. Furanoze i piranoze, a - i b-anomeri. Ciklo-okso-tautomerizam. Konformacije piranoznih oblika monosaharida. Struktura najvažnijih predstavnika pentoza (riboza, ksiloza); heksoza (glukoza, manoza, galaktoza, fruktoza); deoksišećeri (2-deoksiriboza); amino šećeri (glukozamin, manozamin, galaktozamin).
Hemijska svojstva monosaharida. Reakcije nukleofilne supstitucije koje uključuju anomerni centar. O - i N-glikozidi. hidroliza glikozida. Fosfati monosaharida. Oksidacija i redukcija monosaharida. Redukciona svojstva aldoza. Glikonska, glikarna, glikuronska kiselina.
Oligosaharidi. Disaharidi: maltoza, celobioza, laktoza, saharoza. Struktura, ciklo-okso-tautomerizam. Hidroliza.
Polisaharidi. Opće karakteristike i klasifikacija polisaharida. Homo- i heteropolisaharidi. Homopolisaharidi: skrob, glikogen, dekstrani, celuloza. Primarna struktura, hidroliza. Koncept sekundarne strukture (skrob, celuloza).
Zahtjevi za kompetenciju:
Poznavati klasifikaciju monosaharida (prema broju atoma ugljika, sastav funkcionalnih grupa), strukturu otvorenih i cikličkih oblika (furanoza, piranoza) najvažnijih monosaharida, njihov odnos D - i L - serije stereokemijskih nomenklaturu, biti u stanju odrediti broj mogućih dijastereomera, odnositi stereoizomere na dijastereomere, epimere, anomere.
· Poznavati mehanizam reakcija ciklizacije monosaharida, uzroke mutarotacije rastvora monosaharida.
· Poznavati hemijska svojstva monosaharida: redoks reakcije, reakcije formiranja i hidrolize O- i N-glikozida, reakcije esterifikacije, fosforilacije.
· Biti u stanju provesti kvalitativne reakcije na diolnom fragmentu i prisustvo redukcijskih svojstava monosaharida.
· Poznavati klasifikaciju disaharida i njihovu strukturu, konfiguraciju anomernog atoma ugljenika koji formira glikozidnu vezu, tautomerne transformacije disaharida, njihova hemijska svojstva, biološku ulogu.
· Poznavati klasifikaciju polisaharida (u odnosu na hidrolizu, prema sastavu monosaharida), strukturu najvažnijih predstavnika homopolisaharida, konfiguraciju anomernog atoma ugljika koji formira glikozidnu vezu, njihova fizička i hemijska svojstva i biološku ulogu . Imati razumijevanje o biološkoj ulozi heteropolisaharida.
Tema 10.a- Aminokiseline, peptidi, proteini. Struktura, svojstva, biološka uloga
Struktura, nomenklatura, klasifikacija a-aminokiselina koje čine proteine i peptide. Stereoizomerizam a-aminokiselina.
Biosintetski putevi za stvaranje a-aminokiselina iz okso kiselina: reakcije reduktivne aminacije i transaminacije. Esencijalne aminokiseline.
Hemijska svojstva a-aminokiselina kao heterofunkcionalnih spojeva. Kiselinsko-bazna svojstva a-aminokiselina. Izoelektrična tačka, metode odvajanja a-aminokiselina. Formiranje intrakompleksnih soli. Reakcije esterifikacije, acilacije, alkilacije. Interakcija sa dušičnom kiselinom i formaldehidom, značaj ovih reakcija za analizu aminokiselina.
g-aminobutirna kiselina je inhibitorni neurotransmiter CNS-a. Antidepresivno djelovanje L-triptofana, serotonina kao neurotransmitera spavanja. Medijatorska svojstva glicina, histamina, asparaginske i glutaminske kiseline.
Biološki važne reakcije a-aminokiselina. Reakcije deaminacije i hidroksilacije. Dekarboksilacija a-aminokiselina - put do stvaranja biogenih amina i bioregulatora (kolamin, histamin, triptamin, serotonin.) peptida. Elektronska struktura peptidne veze. Kisela i alkalna hidroliza peptida. Uspostavljanje aminokiselinskog sastava savremenim fizičko-hemijskim metodama (Sanger i Edman metode). Koncept neuropeptida.
Primarna struktura proteina. Djelomična i potpuna hidroliza. Koncept sekundarnih, tercijarnih i kvartarnih struktura.
Zahtjevi za kompetenciju:
· Poznavati strukturu, stereohemijsku klasifikaciju a-aminokiselina, koje pripadaju D- i L-stereohemijskom nizu prirodnih aminokiselina, esencijalnih aminokiselina.
· Poznavati načine sinteze a-amino kiselina in vivo i in vitro, poznavati kiselinsko-bazna svojstva i metode prevođenja a-aminokiselina u izoelektrično stanje.
· Poznavati hemijska svojstva a-aminokiselina (reakcije na amino- i karboksilne grupe), biti u stanju da sprovede kvalitativne reakcije (ksantoprotein, sa Su(OH) 2, ninhidrin).
Poznavati elektronsku strukturu peptidne veze, primarnu, sekundarnu, tercijarnu i kvarternu strukturu proteina i peptida, znati odrediti sastav aminokiselina i sekvencu aminokiselina (Sangerova metoda, Edmanova metoda), biti sposoban izvršiti biuret reakcija za peptide i proteine.
· Poznavati princip metode sinteze peptida korišćenjem zaštite i aktivacije funkcionalnih grupa.
Tema 11. Nukleotidi i nukleinske kiseline
Nukleinske baze koje čine nukleinske kiseline. Pirimidinske (uracil, timin, citozin) i purinske (adenin, guanin) baze, njihova aromatičnost, tautomerne transformacije.
Nukleozidi, reakcije njihovog stvaranja. Priroda veze nukleinske baze s ostatkom ugljikohidrata; konfiguracija glikozidnog centra. Hidroliza nukleozida.
Nukleotidi. Struktura mononukleotida koji formiraju nukleinske kiseline. Nomenklatura. Hidroliza nukleotida.
Primarna struktura nukleinskih kiselina. Fosfodiesterska veza. Ribonukleinske i deoksiribonukleinske kiseline. Nukleotidni sastav RNK i DNK. Hidroliza nukleinskih kiselina.
Koncept sekundarne strukture DNK. Uloga vodikovih veza u formiranju sekundarne strukture. Komplementarnost nukleinskih baza.
Lijekovi na bazi modificiranih nukleinskih baza (5-fluorouracil, 6-merkaptopurin). Princip hemijske sličnosti. Promjene u strukturi nukleinskih kiselina pod uticajem hemikalija i zračenja. Mutageno djelovanje dušične kiseline.
Nukleozidni polifosfati (ADP, ATP), karakteristike njihove strukture, omogućujući im da obavljaju funkcije makroergijskih spojeva i intracelularnih bioregulatora. Struktura cAMP - intracelularnog "posrednika" hormona.
Zahtjevi za kompetenciju:
· Poznavati strukturu pirimidinskih i purinskih azotnih baza, njihove tautomerne transformacije.
· Poznavati mehanizam reakcija nastajanja N-glikozida (nukleozida) i njihove hidrolize, nomenklaturu nukleozida.
· Poznavati fundamentalne sličnosti i razlike između prirodnih i sintetičkih nukleozida-antibiotika u poređenju sa nukleozidima koji su dio DNK i RNK.
· Poznavati reakcije nastajanja nukleotida, strukturu mononukleotida koji čine nukleinske kiseline, njihovu nomenklaturu.
· Poznavati strukturu nukleozidnih ciklo- i polifosfata, njihovu biološku ulogu.
· Poznavati nukleotidni sastav DNK i RNK, ulogu fosfodiestarske veze u stvaranju primarne strukture nukleinskih kiselina.
· Poznavati ulogu vodoničnih veza u formiranju sekundarne strukture DNK, komplementarnost azotnih baza, ulogu komplementarnih interakcija u biološkoj funkciji DNK.
Poznavati faktore koji uzrokuju mutacije i princip njihovog djelovanja.
Informativni dio
Bibliografija
Glavni:
1. Romanovsky, Bioorganska hemija: udžbenik u 2 dijela /. - Minsk: BSMU, 20s.
2. Romanovsky, radionici o bioorganskoj hemiji: udžbenik / priredio. - Minsk: BSMU, 1999. - 132 str.
3. Tyukavkina, N.A., Bioorganska hemija: udžbenik /,. - Moskva: Medicina, 1991. - 528 str.
Dodatno:
4. Ovčinnikov, hemija: monografija / .
- Moskva: Prosveta, 1987. - 815 str.
5. Potapov,: udžbenik /. - Moskva:
Chemistry, 1988. - 464 str.
6. Riles, A. Osnove organske hemije: udžbenik / A. Rice, K. Smith,
R. Ward. - Moskva: Mir, 1989. - 352 str.
7. Taylor, G. Osnove organske hemije: udžbenik / G. Taylor. -
Moskva: Mirs.
8. Terney, A. Savremena organska hemija: udžbenik u 2 toma /
A. Terney. - Moskva: Mir, 1981. - 1310 str.
9. Tyukavkina, za laboratorijske studije o bioorganskim
hemija: udžbenik / [i dr.]; uredio N. A.
Tyukavkina. - Moskva: Medicina, 1985. - 256 str.
10. Tyukavkina, N.A., Bioorganska hemija: udžbenik za studente
medicinski instituti / , . - Moskva.
Zdravo! Mnogi studenti medicinskih univerziteta sada studiraju bioorgansku hemiju, poznatu i kao BOC.
Na nekim univerzitetima se ovaj predmet završava testom, na drugim ispitom. Ponekad se dešava da je test na jednom univerzitetu po složenosti uporediv sa ispitom na drugom.
Na mom fakultetu je bioorganska hemija bila samo ispit na letnjoj sesiji na samom kraju prve godine. Moram reći da je BOH jedna od onih tema koje na prvu užasavaju i mogu potaknuti misao - "nemoguće je proći". Ovo posebno važi, naravno, za ljude sa slabom osnovom organske hemije (i, što je čudno, ima dosta takvih ljudi na medicinskim fakultetima).
Programi za proučavanje bioorganske hemije na različitim univerzitetima mogu se jako razlikovati, a metode nastave još više.
Međutim, zahtjevi za studente su svuda približno isti. Najjednostavnije rečeno, da biste položili bioorgansku hemiju na 5, morate znati imena, svojstva, strukturne karakteristike i tipične reakcije brojnih organskih supstanci.
Naš nastavnik, uvaženi profesor, prezentovao je gradivo kao da je svaki učenik najbolji u školi iz organske hemije (a bioorganska hemija je u suštini komplikovan predmet u školskoj organskoj hemiji). Vjerovatno je bio u pravu u svom pristupu, svi bi trebali posegnuti i pokušati biti najbolji. Međutim, to je dovelo do toga da su neki učenici, koji nisu djelimično razumjeli gradivo u prva 2-3 časa, prestali da razumiju sve do sredine semestra.
Odlučio sam da napišem ovaj materijal dobrim dijelom zato što sam bio upravo takav student. U školi sam veoma voleo neorgansku hemiju, ali uvek nisam radio sa organskom hemijom. Još kada sam se spremao za Jedinstveni državni ispit, odabrao sam strategiju jačanja svih znanja iz anorganskih materija, dok sam istovremeno fiksirao samo bazu organske materije. Inače, skoro mi je ispalo poprečno što se tiče uvodnih tačaka, ali to je druga priča.
Nisam uzalud govorio o metodici nastave, jer je i naša bila vrlo neobična. Odmah su nam, skoro na prvom času, pokazali priručnike po kojima smo morali polagati testove, a zatim ispit.
Bioorganska hemija - testovi i ispit
Cijeli kurs je podijeljen u 4 glavne teme, od kojih je svaka završena probnom lekcijom. Već smo imali pitanja za svaki od četiri testa iz prvih parova. Oni su se, naravno, uplašili, ali su istovremeno služili kao svojevrsna mapa po kojoj se moglo kretati.
Prvi test je bio prilično elementaran. Bila je posvećena uglavnom nomenklaturi, trivijalnim (kućnim) i međunarodnim nazivima i, naravno, klasifikaciji supstanci. Takođe, u ovom ili onom obliku, zahvaćeni su znaci aromatičnosti.
Drugi test nakon prvog izgledao je mnogo teži. Tamo je bilo potrebno opisati svojstva i reakcije supstanci kao što su ketoni, aldehidi, alkoholi, karboksilne kiseline. Na primjer, jedna od najtipičnijih reakcija aldehida je reakcija srebrnog ogledala. Prilično lijep prizor. Ako u bilo koji aldehid dodate Tollensov reagens, odnosno OH, tada ćete na zidu epruvete vidjeti talog koji podsjeća na ogledalo, ovako izgleda: 
Treća pozicija u odnosu na drugu nije djelovala tako strašno. Svi su već navikli pisati reakcije i pamtiti svojstva po klasifikacijama. Na trećem plasmanu radilo se o spojevima sa dvije funkcionalne grupe - aminofenoli, aminoalkoholi, oksokiseline i drugi. Svaka karta je također sadržavala najmanje jednu kartu za ugljikohidrate.
Četvrti test iz bioorganske hemije bio je gotovo u potpunosti posvećen proteinima, aminokiselinama i peptidnim vezama. Poseban naglasak bila su pitanja koja su zahtijevala prikupljanje RNK i DNK.
Inače, ovako izgleda jedna aminokiselina - možete vidjeti amino grupu (na ovoj slici je obojena žuto) i grupu karboksilne kiseline (lila je). Upravo sa supstancama ove klase morao sam da se suočim na četvrtoj tabeli. 
Svaki test se predavao na tabli - učenik mora bez nagovaranja zapisati i objasniti sva potrebna svojstva u obliku reakcija. Na primjer, ako prođete drugi test, na svojoj karti imate svojstva alkohola. Učiteljica ti kaže - uzmi propanol. Napišete formulu za propanol i 4-5 tipičnih reakcija da biste ilustrirali njegova svojstva. Može biti egzotično, poput spojeva koji sadrže sumpor. Greška čak i u indeksu jednog produkta reakcije često me je navela da dalje proučavam ovaj materijal do sljedećeg pokušaja (koji je bio za tjedan dana). Strašno? Oštro? Svakako!
Međutim, ovaj pristup ima vrlo ugodnu nuspojavu. Bilo je teško tokom redovnih seminara. Mnogi su prošli testove 5-6 puta. Ali s druge strane, ispit je bio vrlo lak, jer je svaki listić sadržavao 4 pitanja. Naime, po jedan od svakog već naučenog i riješenog testa.
Stoga neću ni opisivati zamršenosti pripreme za ispit iz bioorganske hemije. U našem slučaju, sve pripreme su se svodile na to kako smo se pripremili za same testove. Sa sigurnošću sam položio svaki od četiri testa - prije ispita samo pogledaj svoje nacrte, zapiši najosnovnije reakcije i sve će se odmah vratiti. Činjenica je da je organska hemija vrlo logična nauka. Ne morate zapamtiti ogromne nizove reakcija, već same mehanizme.
Da, napominjem da ovo ne radi sa svim stavkama. Strašna anatomija se ne može proći jednostavnim čitanjem vaših bilješki dan ranije. Brojni drugi predmeti također imaju svoje karakteristike. Čak i ako se bioorganska hemija predaje drugačije na vašem medicinskom fakultetu, možda ćete morati da prilagodite svoju obuku i primenite je malo drugačije nego ja. U svakom slučaju, sretno vam bilo, razumite i volite nauku!
hemija- nauka o strukturi, svojstvima supstanci, njihovim transformacijama i pratećim pojavama.
Zadaci:
1. Proučavanje strukture materije, razvoj teorije strukture i svojstava molekula i materijala. Važno je uspostaviti vezu između strukture i različitih svojstava supstanci i na osnovu toga izgraditi teorije reaktivnosti neke supstance, kinetike i mehanizma hemijskih reakcija i katalitičkih pojava.
2. Provođenje usmjerene sinteze novih supstanci sa željenim svojstvima. Ovdje je također važno pronaći nove reakcije i katalizatore za efikasniju sintezu već poznatih i komercijalno važnih spojeva.
3. Tradicionalni problem hemije dobio je poseban značaj. To je povezano kako sa povećanjem broja hemijskih objekata i proučavanih svojstava, tako i sa potrebom utvrđivanja i smanjenja posledica uticaja čoveka na prirodu.
Hemija je opća teorijska disciplina. Osmišljen je tako da studentima pruži savremeno naučno razumijevanje materije kao jedne od vrsta pokretne materije, o načinima, mehanizmima i metodama transformacije jedne supstance u drugu. Poznavanje osnovnih hemijskih zakona, poznavanje tehnike hemijskih proračuna, razumevanje mogućnosti koje hemija pruža uz pomoć drugih stručnjaka koji rade u njenim pojedinačnim i užim oblastima, značajno ubrzavaju dobijanje željenog rezultata u različitim oblastima inženjerstva i naučna djelatnost.
Hemijska industrija je jedna od najvažnijih industrija u našoj zemlji. Hemijska jedinjenja koja se njime proizvode, različiti sastavi i materijali koriste se svuda: u mašinstvu, metalurgiji, poljoprivredi, građevinarstvu, elektro i elektronskoj industriji, komunikacijama, transportu, svemirskoj tehnologiji, medicini, svakodnevnom životu itd. Glavni pravci razvoja moderna hemijska industrija su: nova jedinjenja i materijali i poboljšanje efikasnosti postojećih industrija.
Na medicinskom fakultetu studenti uče opštu, bioorgansku, biološku hemiju, kao i kliničku biohemiju. Poznavanje studenata kompleksa hemijskih nauka u njihovom kontinuitetu i međusobnoj povezanosti pruža veliku mogućnost, veći obim u proučavanju i praktičnoj upotrebi različitih pojava, svojstava i obrazaca, doprinosi razvoju ličnosti.
Specifičnosti studija hemijskih disciplina na medicinskom univerzitetu su:
međuzavisnost ciljeva hemijskog i medicinskog obrazovanja;
univerzalnost i fundamentalna priroda ovih kurseva;
osobina građenja njihovog sadržaja u zavisnosti od prirode i opštih ciljeva obuke lekara i njegove specijalizacije;
· jedinstvo proučavanja hemijskih objekata na mikro- i makronivou sa otkrivanjem različitih oblika njihove hemijske organizacije kao jedinstvenog sistema i različitih funkcija koje ispoljava (hemijske, biološke, biohemijske, fiziološke itd.) u zavisnosti od njihovog priroda, okruženje i uslovi;
zavisnost od povezanosti hemijskih znanja i veština sa stvarnošću i praksom, uključujući medicinsku, u sistemu „društvo – priroda – proizvodnja – čovek“, zbog neograničenih mogućnosti hemije u stvaranju sintetičkih materijala i njihovog značaja u medicini, razvoju nanohemije, kao i u rješavanju ekoloških i mnogih drugih globalnih problema čovječanstva.
1. Odnos metaboličkih i energetskih procesa u tijelu
Životni procesi na Zemlji su u velikoj mjeri posljedica akumulacije sunčeve energije u biogenim supstancama - proteinima, mastima, ugljikohidratima i naknadnim transformacijama ovih tvari u živim organizmima uz oslobađanje energije. Posebno jasno razumijevanje odnosa između hemijskih transformacija i energetskih procesa u tijelu ostvareno je nakon toga djela A. Lavoisier-a (1743-1794) i P. Laplacea (1749-1827). Oni su direktnim kalorimetrijskim mjerenjima pokazali da je energija koja se oslobađa u procesu života određena oksidacijom prehrambenih proizvoda atmosferskim kisikom koji udišu životinje.
Metabolizam i energija - skup procesa transformacije supstanci i energije koji se odvijaju u živim organizmima, te razmjene tvari i energije između tijela i okoline. Metabolizam materije i energije osnova je vitalne aktivnosti organizama i jedna je od najvažnijih specifičnosti žive materije koja razlikuje živo od neživog. U metabolizmu, odnosno metabolizmu, koji obezbjeđuje najsloženija regulacija na različitim nivoima, uključeni su mnogi enzimski sistemi. U procesu metabolizma, tvari koje ulaze u tijelo pretvaraju se u vlastite tvari tkiva i u krajnje produkte koji se izlučuju iz tijela. Tokom ovih transformacija energija se oslobađa i apsorbuje.
Sa razvojem u XIX-XX veku. termodinamika - nauka o međusobnim transformacijama toplote i energije - postalo je moguće kvantitativno izračunati transformaciju energije u biohemijskim reakcijama i predvideti njihov pravac.
Razmjena energije može se vršiti prijenosom topline ili vršenjem rada. Međutim, živi organizmi nisu u ravnoteži sa okolinom i stoga se mogu nazvati neravnotežnim otvorenim sistemima. Ipak, kada se posmatra u određenom vremenskom periodu, ne dolazi do vidljivih promena u hemijskom sastavu organizma. Ali to ne znači da hemikalije koje čine tijelo ne prolaze nikakve transformacije. Naprotiv, oni se stalno i prilično intenzivno obnavljaju, o čemu se može suditi po brzini inkorporacije u složene tvari tijela stabilnih izotopa i radionuklida unesenih u ćeliju kao dio jednostavnijih prekursorskih supstanci.
Između razmene supstanci i razmene energije postoji jedna fundamentalna razlika. Zemlja ne gubi niti dobija nikakvu značajnu količinu materije. Supstanca u biosferi se razmjenjuje u zatvorenom ciklusu, i tako. koristi se više puta. Razmjena energije se odvija drugačije. Ne kruži u zatvorenom ciklusu, već se djelomično raspršuje u vanjski prostor. Stoga je za održavanje života na Zemlji neophodan stalan priliv sunčeve energije. Za 1 godinu u procesu fotosinteze na Zemljinoj kugli, oko 10 21 feces solarna energija. Iako je to samo 0,02% ukupne energije Sunca, to je nemjerljivo više od energije koju koriste sve mašine stvorene ljudskom rukom. Količina supstance koja učestvuje u cirkulaciji je isto tako velika.
2. Hemijska termodinamika kao teorijska osnova za bioenergetiku. Predmet i metode hemijske termodinamike
Hemijska termodinamika proučava prelaze hemijske energije u druge oblike – toplotnu, električnu itd., utvrđuje kvantitativne zakonitosti ovih prelaza, kao i pravac i granice spontanog odvijanja hemijskih reakcija u datim uslovima.
Termodinamička metoda se zasniva na nizu strogih koncepata: "sistem", "stanje sistema", "unutrašnja energija sistema", "funkcija stanja sistema".
objekt studija termodinamike je sistem
Isti sistem može biti u različitim stanjima. Svako stanje sistema karakteriše određeni skup vrijednosti termodinamičkih parametara. Termodinamički parametri uključuju temperaturu, pritisak, gustinu, koncentraciju itd. Promjena barem jednog termodinamičkog parametra dovodi do promjene stanja sistema u cjelini. Termodinamičko stanje sistema naziva se ravnotežno ako ga karakteriše konstantnost termodinamičkih parametara u svim tačkama sistema i ne menja se spontano (bez utroška rada).
Hemijska termodinamika proučava sistem u dva ravnotežna stanja (konačno i početno) i na osnovu toga utvrđuje mogućnost (ili nemogućnost) spontanog toka procesa pod datim uslovima u naznačenom pravcu.
Termodinamika studije međusobne transformacije različitih vrsta energije povezane s prijenosom energije između tijela u obliku topline i rada. Termodinamika se zasniva na dva osnovna zakona, koji se nazivaju prvi i drugi zakon termodinamike. Predmet studija u termodinamici je energija i zakoni uzajamnih transformacija oblika energije u hemijskim reakcijama, procesima rastvaranja, isparavanja, kristalizacije.
Hemijska termodinamika je grana fizičke hemije koja proučava procese interakcije supstanci metodama termodinamike.
Glavna područja hemijske termodinamike su:
Klasična hemijska termodinamika, proučavanje termodinamičke ravnoteže uopšte.
Termohemija, koja proučava toplotne efekte koji prate hemijske reakcije.
Teorija rješenja koja modelira termodinamička svojstva tvari na temelju koncepta molekularne strukture i podataka o međumolekularnoj interakciji.
Hemijska termodinamika je usko povezana sa granama hemije kao što je analitička hemija; elektrohemija; koloidna hemija; adsorpcija i hromatografija.
Razvoj hemijske termodinamike tekao je istovremeno na dva načina: termohemijski i termodinamički.
Pojavu termohemije kao nezavisne nauke treba smatrati otkrićem Hermana Ivanoviča Hesa, profesora na Univerzitetu u Sankt Peterburgu, o odnosu između toplotnih efekata hemijskih reakcija – Hesovih zakona.
3. Termodinamički sistemi: izolovani, zatvoreni, otvoreni, homogeni, heterogeni. Koncept faze.
Sistem- ovo je skup supstanci koje djeluju u interakciji, mentalno ili stvarno izolirane iz okoline (epruveta, autoklav).
Hemijska termodinamika razmatra prelaze iz jednog stanja u drugo, dok neki opcije:
· izobaričan– pri konstantnom pritisku;
· izohorni- pri konstantnoj zapremini;
· izotermni– na konstantnoj temperaturi;
· izobarno - izotermno– pri konstantnom pritisku i temperaturi itd.
Termodinamička svojstva sistema mogu se izraziti pomoću nekoliko funkcije stanja sistema pozvao karakteristične funkcije: unutrašnja energija U , entalpija H , entropija S , Gibbsova energija G , Helmholtzova energija F . Karakteristične funkcije imaju jednu osobinu: ne zavise od načina (puta) postizanja datog stanja sistema. Njihova vrijednost je određena parametrima sistema (pritisak, temperatura, itd.) i zavisi od količine ili mase supstance, pa je uobičajeno da se odnose na jedan mol supstance.
Prema načinu prenošenja energije, materije i informacija između sistema koji se razmatra i okoline, termodinamički sistemi se klasifikuju:
1. Zatvoreni (izolovani) sistem- ovo je sistem u kojem nema razmjene sa vanjskim tijelima niti energije, niti materije (uključujući zračenje), niti informacija.
2. zatvoreni sistem- sistem u kome postoji razmena samo sa energijom.
3. Adijabatski izolovani sistem - je sistem u kome dolazi do razmene energije samo u obliku toplote.
4. otvoreni sistem je sistem koji razmjenjuje energiju, materiju i informacije.
Klasifikacija sistema:
1) ako je moguće, prenos toplote i mase: izolovan, zatvoren, otvoren. Izolovani sistem ne razmenjuje materiju ili energiju sa okolinom. Zatvoreni sistem razmjenjuje energiju sa okolinom, ali ne razmjenjuje materiju. Otvoreni sistem razmjenjuje materiju i energiju sa okolinom. Koncept izolovanog sistema koristi se u fizičkoj hemiji kao teorijski.
2) prema unutrašnjoj strukturi i svojstvima: homogena i heterogena. Sistem se naziva homogenim ako unutar njega nema površina koje dijele sistem na dijelove koji se razlikuju po svojstvima ili hemijskom sastavu. Primeri homogenih sistema su vodeni rastvori kiselina, baza, soli; mješavine plinova; pojedinačne čiste supstance. Heterogeni sistemi sadrže prirodne površine u sebi. Primeri heterogenih sistema su sistemi koji se sastoje od supstanci različitih po svom agregatnom stanju: metal i kiselina, gas i čvrsta supstanca, dve tečnosti nerastvorljive jedna u drugoj.
Faza- to je homogeni dio heterogenog sistema, istog sastava, fizičkih i hemijskih svojstava, odvojen od ostalih dijelova sistema površinom, pri prolasku kroz koju se svojstva sistema naglo mijenjaju. Faze su čvrste, tečne i gasovite. Homogeni sistem se uvek sastoji od jedne faze, heterogeni sistem se sastoji od nekoliko. Prema broju faza sistemi se dijele na jednofazne, dvofazne, trofazne itd.
5. Prvi zakon termodinamike. Unutrašnja energija. Izobarični i izohorni termalni efekti .
Prvi zakon termodinamike- jedan od tri osnovna zakona termodinamike, je zakon održanja energije za termodinamičke sisteme.
Prvi zakon termodinamike formulisan je sredinom 19. veka kao rezultat rada nemačkog naučnika J. R. Majera, engleskog fizičara J. P. Joulea i nemačkog fizičara G. Helmholca.
Prema prvom zakonu termodinamike, termodinamički sistem može radi samo zbog svoje unutrašnje energije ili bilo kojeg vanjskog izvora energije .
Prvi zakon termodinamike često se formuliše kao nemogućnost postojanja perpetualnog motora prve vrste, koji bi obavljao posao bez crpenja energije iz bilo kog izvora. Proces koji se odvija na konstantnoj temperaturi naziva se izotermni, pri konstantnom pritisku - izobaričan, pri konstantnoj zapremini - izohorni. Ako je tokom procesa sistem izolovan od spoljašnje sredine na način da je isključena razmena toplote sa okolinom, proces se naziva adijabatski.
Unutrašnja energija sistema. Tokom prijelaza sistema iz jednog stanja u drugo, mijenjaju se neka njegova svojstva, posebno unutrašnja energija U.
Unutrašnja energija sistema je njegova ukupna energija, koja je zbir kinetičke i potencijalne energije molekula, atoma, atomskih jezgara i elektrona. Unutarnja energija uključuje energiju translacijskih, rotacijskih i oscilatornih kretanja, kao i potencijalnu energiju zbog privlačnih i odbojnih sila koje djeluju između molekula, atoma i unutaratomskih čestica. Ne uključuje potencijalnu energiju položaja sistema u prostoru i kinetičku energiju kretanja sistema kao celine.
Unutrašnja energija je termodinamička funkcija stanja sistema. To znači da kad god je sistem u datom stanju, njegova unutrašnja energija poprima određenu vrijednost inherentnu ovom stanju.
∆U \u003d U 2 - U 1
gde je U 1 i U 2 - unutrašnja energija sistema V konačno i početno stanje c, respektivno.
Prvi zakon termodinamike. Ako sistem razmenjuje toplotnu energiju Q i mehaničku energiju (rad) A sa spoljašnjim okruženjem, a istovremeno prelazi iz stanja 1 u stanje 2, količina energije koju oslobađa ili apsorbuje sistem toplote formira Q ili rad A je jednaka ukupnoj energiji sistema pri prelasku iz jednog stanja u drugo i bilježi se.
Plan 1. Predmet i značaj bioorganske hemije 2. Klasifikacija i nomenklatura organskih jedinjenja 3. Načini predstavljanja organskih molekula 4. Hemijsko vezivanje u bioorganskim molekulima 5. Elektronski efekti. Uzajamni uticaj atoma u molekuli 6. Klasifikacija hemijskih reakcija i reagensa 7. Pojam mehanizama hemijskih reakcija 2
Predmet Bioorganska hemija 3 Bioorganska hemija je samostalna oblast hemijske nauke koja proučava strukturu, svojstva i biološke funkcije hemijskih jedinjenja organskog porekla koja učestvuju u metabolizmu živih organizama.
Predmeti proučavanja bioorganske hemije su biomolekule male molekularne mase i biopolimeri (proteini, nukleinske kiseline i polisaharidi), bioregulatori (enzimi, hormoni, vitamini i drugi), prirodni i sintetički fiziološki aktivni spojevi, uključujući lijekove i tvari sa toksičnim djelovanjem. Biomolekule - bioorganska jedinjenja koja su deo živih organizama i specijalizovana za formiranje ćelijskih struktura i učešće u biohemijskim reakcijama, čine osnovu metabolizma (metabolizma) i fizioloških funkcija živih ćelija i višećelijskih organizama uopšte. 4 Klasifikacija bioorganskih jedinjenja
Metabolizam - skup hemijskih reakcija koje se dešavaju u organizmu (in vivo). Metabolizam se još naziva i metabolizam. Metabolizam se može odvijati u dva smjera - anabolizam i katabolizam. Anabolizam je sinteza u tijelu složenih tvari iz relativno jednostavnih. Nastavlja se sa trošenjem energije (endotermni proces). Katabolizam - naprotiv, razlaganje složenih organskih spojeva na jednostavnije. Prolazi sa oslobađanjem energije (egzotermni proces). Metabolički procesi se odvijaju uz učešće enzima. Enzimi igraju ulogu biokatalizatora u tijelu. Bez enzima, biohemijski procesi se ili ne bi odvijali uopšte, ili bi se odvijali veoma sporo i organizam ne bi mogao da održi život. 5
Bioelementi. Sastav bioorganskih jedinjenja, pored atoma ugljika (C), koji čine osnovu bilo koje organske molekule, uključuje i vodik (H), kiseonik (O), dušik (N), fosfor (P) i sumpor (S) . Ovi bioelementi (organogeni) su koncentrirani u živim organizmima u količini koja je preko 200 puta veća od njihovog sadržaja u objektima nežive prirode. Ovi elementi čine preko 99% elementarnog sastava biomolekula. 6
Bioorganska hemija je nastala iz utrobe organske hemije i zasniva se na njenim idejama i metodama. U istoriji razvoja organske hemije izdvajaju se sledeće faze: empirijska, analitička, strukturna i moderna. Razdoblje od prvog upoznavanja čovjeka sa organskim tvarima do kraja 18. stoljeća smatra se empirijskim. Glavni ishod ovog perioda je da su ljudi shvatili važnost elementarne analize i uspostavljanja atomskih i molekularnih masa. Teorija vitalizma - životna snaga (Bertzelius). Do 60-ih godina 19. vijeka analitički period se nastavlja. Obilježila ga je činjenica da je od kraja prve četvrtine 19. vijeka došlo do niza obećavajućih otkrića koja su zadala snažan udarac vitalističkoj teoriji. Prvi u ovoj seriji bio je Berzeliusov učenik, njemački hemičar Wöhler. Napravio je niz otkrića 1824. - sintezu oksalne kiseline iz cijanogena: (CN) 2 HOOS - COOH str. - sinteza uree iz amonijum cijanata: NH 4 CNO NH 2 - C - NH 2 O 8
Godine 1853. Ch. Gerard je razvio "teoriju tipova" i koristio je za klasifikaciju organskih jedinjenja. Prema Gerardu, složenija organska jedinjenja mogu se proizvesti iz sljedeće četiri osnovne vrste supstanci: HHHH tip VODIKA HHHH O tip VODE H Cl tip HLORODNIKA HHHHH N tip AMONIJAKA C 1857, na prijedlog F. A. Kekule, ugljovodonici su počeli da se pripisuju vrsti metana HHHHHHH C 9
Glavne odredbe teorije strukture organskih jedinjenja (1861) 1) atomi u molekulima su međusobno povezani hemijskim vezama u skladu sa svojom valencijom; 2) atomi u molekulima organskih supstanci su međusobno povezani u određenom nizu, što određuje hemijsku strukturu (strukturu) molekula; 3) svojstva organskih jedinjenja zavise ne samo od broja i prirode atoma u njima, već i od hemijske strukture molekula; 4) u organskim molekulima postoji interakcija između atoma, međusobno vezanih i nevezanih; 5) hemijska struktura supstance može se odrediti kao rezultat proučavanja njenih hemijskih transformacija i, obrnuto, njena svojstva mogu se okarakterisati strukturom supstance. 10
Glavne odredbe teorije strukture organskih jedinjenja (1861.) Strukturna formula je slika niza veza atoma u molekulu. Molekularna formula je CH 4 O ili CH 3 OH Strukturna formula Pojednostavljene formule strukture se ponekad nazivaju i racionalne Molekularna formula - formula organskog jedinjenja, koja označava broj atoma svakog elementa u molekulu. Na primjer: C 5 H 12 - pentan, C 6 H 6 - benzin, itd. jedanaest
Faze razvoja bioorganske hemije Kao zasebna oblast znanja koja objedinjuje konceptualne principe i metodologiju organske hemije s jedne strane i molekularne biohemije i molekularne farmakologije s druge strane, bioorganska hemija se formirala u godinama dvadesetog veka na osnova razvoja u hemiji prirodnih supstanci i biopolimera. Moderna bioorganska hemija je dobila fundamentalni značaj zahvaljujući radovima V. Steina, S. Moorea, F. Sangera (analiza sastava aminokiselina i određivanje primarne strukture peptida i proteina), L. Paulinga i H. Astburyja (razjašnjenje strukture -heliksa i -strukture i njihovog značaja u realizaciji bioloških funkcija proteinskih molekula), E. Chargaffa (dešifrovanje karakteristika nukleotidnog sastava nukleinskih kiselina), J. Watson, Fr. Crick, M. Wilkins, R. Franklin (određivanje obrazaca prostorne strukture molekula DNK), G. Korani (hemijska sinteza gena) itd. 14
Klasifikacija organskih jedinjenja prema strukturi ugljeničnog skeleta i prirodi funkcionalne grupe Ogroman broj organskih jedinjenja podstakao je hemičare da ih klasifikuju. Klasifikacija organskih jedinjenja zasniva se na dve klasifikacijske karakteristike: 1. Struktura ugljeničnog skeleta 2. Priroda funkcionalnih grupa Klasifikacija prema načinu građe ugljeničnog skeleta: 1. Aciklična (alkani, alkeni, alkini, alkadieni ); 2. Ciklička 2.1. Karbociklični (aliciklični i aromatični) 2.2. Heterociklična 15 Aciklična jedinjenja se takođe nazivaju alifatična. To uključuje tvari s otvorenim ugljičnim lancem. Aciklična jedinjenja se dele na zasićena (ili zasićena) C n H 2n + 2 (alkani, parafini) i nezasićena (nezasićena). Potonji uključuju alkene C n H 2n, alkine C n H 2n -2, alkadiene C n H 2n -2.
16 Ciklična jedinjenja sadrže prstenove (cikluse) kao deo svojih molekula. Ako sastav ciklusa uključuje samo atome ugljika, tada se takvi spojevi nazivaju karbociklički. Zauzvrat, karbociklički spojevi se dijele na aliciklične i aromatične. Aliciklički ugljovodonici (cikloalkani) uključuju ciklopropan i njegove homologe - ciklobutan, ciklopentan, cikloheksan i tako dalje. Ako su, pored ugljovodonika, u ciklički sistem uključeni i drugi elementi, onda se takva jedinjenja klasifikuju kao heterociklična.
Klasifikacija prema prirodi funkcionalne grupe Funkcionalna grupa je atom ili grupa atoma vezanih na određeni način, čija prisutnost u molekuli organske tvari određuje karakteristična svojstva i njenu pripadnost jednoj ili drugoj klasi spojeva. . Prema broju i homogenosti funkcionalnih grupa, organska jedinjenja se dele na mono-, poli- i heterofunkcionalna. Supstance sa jednom funkcionalnom grupom nazivaju se monofunkcionalnim, sa više identičnih funkcionalnih grupa polifunkcionalnim. Spojevi koji sadrže nekoliko različitih funkcionalnih grupa su heterofunkcionalni. Važno je da se spojevi iste klase grupišu u homologne serije. Homologni niz je niz organskih spojeva sa istim funkcionalnim grupama i istim tipom strukture, pri čemu se svaki predstavnik homolognog niza razlikuje od prethodnog po konstantnoj jedinici (CH 2), koja se naziva homološka razlika. Članovi homolognog niza nazivaju se homolozi. 17
Nomenklaturni sistemi u organskoj hemiji - trivijalni, racionalni i internacionalni (IUPAC) Hemijska nomenklatura je ukupnost naziva pojedinih hemikalija, njihovih grupa i klasa, kao i pravila za sastavljanje njihovih naziva, sastavljanje njihovih naziva. Trivijalna (istorijska) nomenklatura povezana je sa procesom dobijanja supstanci (pirogalol - proizvod pirolize galne kiseline), izvorom porekla iz kojeg je dobijena (mravlja kiselina) itd. Trivijalni nazivi jedinjenja imaju široku upotrebu u hemiji prirodnih i heterocikličnih jedinjenja (citral, geraniol, tiofen, pirol, kinolin itd.) koja se dobijaju (mravlja kiselina) itd. Trivijalni nazivi jedinjenja se široko koriste u hemiji prirodnih i heterocikličnih jedinjenja (citral, geraniol, tiofen, pirol, kinolin, itd.). Racionalna nomenklatura se zasniva na principu podjele organskih jedinjenja u homologne serije. Sve supstance u određenom homolognom nizu smatraju se derivatima najjednostavnijeg predstavnika ove serije - prvog ili ponekad drugog. Konkretno, alkani imaju metan, alkeni etilen itd. Racionalna nomenklatura se zasniva na principu podjele organskih jedinjenja u homologne serije. Sve supstance u određenom homolognom nizu smatraju se derivatima najjednostavnijeg predstavnika ove serije - prvog ili ponekad drugog. Konkretno, alkani imaju metan, alkeni etilen itd. 18
Međunarodna nomenklatura (IUPAC). Pravila moderne nomenklature razvijena su 1957. godine na 19. Kongresu Međunarodne unije za čistu i primijenjenu hemiju (IUPAC). Radikalno-funkcionalna nomenklatura. Ovi nazivi su zasnovani na nazivu funkcionalne klase (alkohol, etar, keton, itd.), kojoj prethode nazivi ugljikovodičnih radikala, na primjer: alil hlorid, dietil etar, dimetil keton, propil alkohol itd. Supstitutivna nomenklatura. pravila nomenklature. Roditeljska struktura - strukturni fragment molekule (molekularna kičma) koja leži u osnovi imena jedinjenja, glavni ugljikov lanac atoma za aliciklična jedinjenja, za karbociklička jedinjenja - ciklus. 19
Hemijska veza u organskim molekulima Hemijska veza je pojava interakcije između vanjskih elektronskih omotača (valentnih elektrona atoma) i jezgri atoma, koja određuje postojanje molekula ili kristala u cjelini. U pravilu, atom, prihvatajući, darujući elektron ili formirajući zajednički elektronski par, teži da dobije konfiguraciju vanjskog elektronskog omotača sličnu inertnim plinovima. Za organska jedinjenja karakteristične su sledeće vrste hemijskih veza: - jonska veza - kovalentna veza - donor - akceptorska veza - vodonična veza Postoje i neke druge vrste hemijskih veza (metalne, jednoelektronske, dvoelektronske, trocentrične), ali se praktično ne javljaju u organskim jedinjenjima. 20
Vrste veza u organskim jedinjenjima Najkarakterističnija za organska jedinjenja je kovalentna veza. Kovalentna veza je interakcija atoma koja se ostvaruje formiranjem zajedničkog elektronskog para. Ova vrsta veze se formira između atoma koji imaju uporedive vrijednosti elektronegativnosti. Elektronegativnost - svojstvo atoma, koje pokazuje sposobnost da povuče elektrone prema sebi od drugih atoma. Kovalentna veza može biti polarna ili nepolarna. Nepolarna kovalentna veza se javlja između atoma sa istom vrijednošću elektronegativnosti
Vrste veza u organskim jedinjenjima Polarna kovalentna veza se formira između atoma koji imaju različite vrijednosti elektronegativnosti. U ovom slučaju, vezani atomi dobijaju parcijalne naboje δ+δ+ δ-δ- Poseban podtip kovalentne veze je veza donor-akceptor. Kao iu prethodnim primjerima, ova vrsta interakcije nastaje zbog prisustva zajedničkog elektronskog para, međutim, potonje osigurava jedan od atoma koji formira vezu (donor) i prihvaća drugi atom (akceptor) 24
Vrste veza u organskim jedinjenjima Jonska veza se formira između atoma koji se uvelike razlikuju po vrijednostima elektronegativnosti. U ovom slučaju, elektron manje elektronegativnog elementa (često metala) ide u potpunosti do više elektronegativnog elementa. Ovaj prijelaz elektrona uzrokuje pojavu pozitivnog naboja u manje elektronegativnom atomu i negativnog u elektronegativnijem. Tako nastaju dva jona suprotnog naboja, između kojih postoji elektrovalentna interakcija. 25
Vrste veza u organskim jedinjenjima Vodikova veza je elektrostatička interakcija između atoma vodika, koji je vezan visoko polarnom vezom, i elektronskih parova kisika, fluora, dušika, sumpora i hlora. Ova vrsta interakcije je prilično slaba interakcija. Vodikova veza može biti intermolekularna i intramolekularna. Intermolekularna vodikova veza (interakcija između dva molekula etanola) Intramolekularna vodikova veza u salicilaldehidu 26
Hemijsko vezivanje u organskim molekulima Savremena teorija hemijskog vezivanja zasniva se na kvantnom mehaničkom modelu molekula kao sistema koji se sastoji od elektrona i atomskih jezgara. Temeljni koncept kvantnomehaničke teorije je atomska orbitala. Atomska orbitala je dio prostora u kojem je vjerovatnoća pronalaženja elektrona maksimalna. Vezivanje se stoga može posmatrati kao interakcija ("preklapanje") orbitala od kojih svaka nosi jedan elektron sa suprotnim spinovima. 27
Hibridizacija atomskih orbitala Prema kvantnoj mehaničkoj teoriji, broj kovalentnih veza koje formira atom određen je brojem jednoelektronskih atomskih orbitala (broj nesparenih elektrona). Atom ugljika u osnovnom stanju ima samo dva nesparena elektrona, međutim, mogući prijelaz elektrona sa 2s na 2pz omogućava formiranje četiri kovalentne veze. Stanje atoma ugljika u kojem ima četiri nesparena elektrona naziva se "pobuđeno". Iako su orbitale ugljika nejednake, poznato je da se mogu formirati četiri ekvivalentne veze zbog hibridizacije atomskih orbitala. Hibridizacija je pojava u kojoj se isti broj orbitala istog oblika i broj orbitala formira od više orbitala različitog oblika i sličnih po energiji. 28
Hibridna stanja atoma ugljika u organskim molekulama PRVO HIBRIDNO STANJE C atom je u stanju sp 3 hibridizacije, formira četiri σ-veze, formira četiri hibridne orbitale, koje se nalaze u obliku tetraedra (valentni ugao) σ-veze 31
Hibridna stanja atoma ugljika u organskim molekulama DRUGO HIBRIDNO STANJE C atom je u stanju sp 2 hibridizacije, formira tri σ-veze, formira tri hibridne orbitale, koje su raspoređene u obliku ravnog trougla (valentni ugao 120) σ-veze π-veza 32
Hibridna stanja atoma ugljika u organskim molekulama TREĆE HIBRIDNO STANJE C atom je u stanju sp-hibridizacije, formira dvije σ-veze, formira dvije hibridne orbitale koje su raspoređene u liniji (valentni ugao 180) σ-veze π- obveznice 33
Karakteristike hemijskih veza PAULING skala: F-4.0; O - 3,5; Cl - 3,0; N - 3,0; Br - 2,8; S - 2,5; C-2.5; H-2.1. razlika 1.7
Karakteristike hemijskih veza Polarizabilnost veze je pomeranje elektronske gustine pod uticajem spoljašnjih faktora. Polarizabilnost veze je stepen pokretljivosti elektrona. Kako se atomski radijus povećava, polarizabilnost elektrona se povećava. Stoga se polarizabilnost veze ugljik-halogen povećava na sljedeći način: C-F 
elektronski efekti. Uzajamni uticaj atoma u molekulu 39 Prema savremenim teorijskim shvatanjima, reaktivnost organskih molekula je unapred određena pomeranjem i mobilnošću elektronskih oblaka koji formiraju kovalentnu vezu. U organskoj hemiji razlikuju se dva tipa pomeranja elektrona: a) elektronska pomeranja koja se javljaju u sistemu -veza, b) elektronska pomeranja koja se prenose sistemom -veza. U prvom slučaju dolazi do takozvanog induktivnog efekta, u drugom - mezomernog. Induktivni efekat je preraspodjela gustine elektrona (polarizacija) koja je rezultat razlike u elektronegativnosti između atoma molekula u sistemu -veza. Zbog neznatne polarizabilnosti -veza, induktivni efekat brzo nestaje i nakon 3-4 veze gotovo da se ne pojavljuje.
elektronski efekti. Uzajamni uticaj atoma u molekuli 40 Koncept induktivnog efekta uveo je K. Ingold, uveo je i oznake: –I-efekat u slučaju smanjenja elektronske gustine za supstituent +I-efekat u slučaju povećanja elektronske gustine supstituentom Pozitivan induktivni efekat pokazuju alkil radikali (CH 3, C 2 H 5 - itd.). Svi ostali supstituenti vezani za ugljik pokazuju negativan induktivni učinak.
elektronski efekti. Uzajamni uticaj atoma u molekulu 41 Mezomerni efekat je preraspodela elektronske gustine duž konjugovanog sistema. Konjugirani sistemi uključuju molekule organskih jedinjenja u kojima se izmjenjuju dvostruke i jednostruke veze ili kada se atom s nepodijeljenim parom elektrona u p-orbitali postavi pored dvostruke veze. U prvom slučaju dolazi do - konjugacije, au drugom - p, - konjugacije. Konjugirani sistemi dolaze sa konjugacijom otvorenog i zatvorenog kruga. Primjeri takvih spojeva su 1,3-butadien i benzin. U molekulima ovih spojeva atomi ugljika su u stanju sp 2 hibridizacije i zbog nehibridnih p-orbitala formiraju -veze koje se međusobno preklapaju i formiraju jedan oblak elektrona, odnosno dolazi do konjugacije.
elektronski efekti. Međusobni utjecaj atoma u molekulu 42 Postoje dvije vrste mezomernog efekta - pozitivan mezomerni efekat (+M) i negativan mezomerni efekat (-M). Pozitivan mezomerni efekat pokazuju supstituenti koji doniraju p-elektrone konjugovanom sistemu. To uključuje: -O, -S -NH 2, -OH, -OR, Hal (halogeni) i druge supstituente koji imaju negativan naboj ili nepodijeljeni par elektrona. Negativan mezomerni efekat je tipičan za supstituente koji povlače -elektronsku gustinu iz konjugovanog sistema. Ovo uključuje supstituente koji imaju višestruke veze između atoma različite elektronegativnosti: - N0 2 ; -SO 3 H; >C=O; - COOH i drugi. Mezomerni efekat je grafički predstavljen savijenom strelicom koja pokazuje pravac pomeranja elektrona, a za razliku od induktivnog, mezomerni efekat se ne gasi. Prenosi se u potpunosti kroz sistem, bez obzira na dužinu lanca interfejsa. C=O; - COOH i drugi. Mezomerni efekat je grafički predstavljen savijenom strelicom koja pokazuje pravac pomeranja elektrona, a za razliku od induktivnog, mezomerni efekat se ne gasi. Prenosi se u potpunosti kroz sistem, bez obzira na dužinu lanca interfejsa."> 
Tipovi hemijskih reakcija 43 Hemijska reakcija se može smatrati interakcijom između reaktanta i supstrata. U zavisnosti od načina prekida i formiranja hemijske veze u molekulima, organske reakcije se dele na: a) homolitičke b) heterolitičke c) molekularne Homolitičke ili reakcije slobodnih radikala nastaju raskidanjem homolitičke veze, kada svakom atomu ostane po jedan elektron, tj. nastaju radikali. Homolitička ruptura nastaje pri visokim temperaturama, djelovanju svjetlosnog kvanta ili katalizi.
Heterolitičke ili ionske reakcije se odvijaju na takav način da par veznih elektrona ostaje u blizini jednog od atoma i nastaju ioni. Čestica sa elektronskim parom naziva se nukleofilna i ima negativan naboj (-). Čestica bez elektronskog para naziva se elektrofilna i ima pozitivan naboj (+). 44 Vrste hemijskih reakcija
Mehanizam hemijske reakcije 45 Reakcioni mehanizam je skup elementarnih (jednostavnih) faza koje čine datu reakciju. Mehanizam reakcije najčešće uključuje sljedeće faze: aktivacija reagensa sa stvaranjem elektrofila, nukleofila ili slobodnog radikala. Za aktiviranje reagensa, u pravilu je potreban katalizator. U drugoj fazi, aktivirani reagens stupa u interakciju sa supstratom. U tom slučaju nastaju intermedijarne čestice (intermedijari). Potonji uključuju -komplekse, -komplekse (karbokatione), karbanione, nove slobodne radikale. U završnoj fazi, dodavanje ili cijepanje na (od) međuprodukta koji se formira u drugom stupnju neke čestice odvija se uz formiranje konačnog produkta reakcije. Ako reagens nakon aktivacije stvara nukleofil, onda su to nukleofilne reakcije. Označeni su slovom N - (u indeksu). U slučaju kada reagens stvara elektrofil, reakcije su elektrofilne (E). Isto se može reći i za reakcije slobodnih radikala (R).
Nukleofili su reagensi koji imaju negativan naboj ili atom obogaćen elektronskom gustinom: 1) anjoni: OH -, CN -, RO -, RS -, Hal - i drugi anjoni; 2) neutralni molekuli sa nepodeljenim parovima elektrona: NH 3, NH 2 R, H 2 O, ROH i drugi; 3) molekule sa viškom elektronske gustine (koji imaju - veze). Elektrofili - reagensi koji imaju pozitivan naboj ili atom osiromašen elektronskom gustinom: 1) kationi: H + (proton), HSO 3 + (hidrogensulfonijum ion), NO 2 + (nitronijum ion), NO (nitrozonijum ion) i drugi kationi ; 2) neutralni molekuli sa slobodnom orbitalom: AlCl 3, FeBr 3, SnCl 4, BF 4 (Lewisove kiseline), SO 3; 3) molekule sa osiromašenom elektronskom gustinom na atomu. 46
49
50
51
52
, antibiotici, feromoni, signalne supstance, biološki aktivne supstance biljnog porekla, kao i sintetički regulatori bioloških procesa (lekovi, pesticidi i dr.). Kao samostalna nauka nastala je u drugoj polovini 20. veka na razmeđu biohemije i organske hemije i povezana je sa praktičnim problemima medicine, poljoprivrede, hemijske, prehrambene i mikrobiološke industrije.
Metode
Glavni arsenal su metode organske hemije; razne fizičke, fizičko-hemijske, matematičke i biološke metode su uključene u rješavanje strukturnih i funkcionalnih problema.
Objekti proučavanja
- Biopolimeri miješanog tipa
- prirodne signalne supstance
- Biološki aktivne supstance biljnog porekla
- Sintetički regulatori (lijekovi, pesticidi, itd.).
Izvori
- Ovčinnikov Yu. A.. - M.: Obrazovanje, 1987. - 815 str.
- Bender M., Bergeron R., Komiyama M.
- Dugas G., Penny K. Bioorganska hemija. - M.: Mir, 1983.
- Tjukavkina N. A., Baukov Yu. I.
vidi takođe
Napišite recenziju na članak "Bioorganska hemija"
Izvod koji karakteriše bioorgansku hemiju
- Ma chere, il y a un temps pour tout, [Draga, za sve ima vremena] - rekla je grofica, praveći se stroga. "Stalno je razmaziš, Eli", dodala je svom mužu.- Bonjour, ma chere, je vous felicite, [Zdravo, draga moja, čestitam ti] - rekao je gost. - Quelle delicuse enfant! [Kakvo divno dete!] dodala je, okrenuvši se majci.
Tamnooka, krupnih usta, ružna, ali živahna djevojka, djetinjastih otvorenih ramena, koja su se, skupljajući se, od brzog trčanja pomicala u korzusu, sa zabačenim crnim uvojcima, tankim golim rukama i malim nogama u čipkanim pantalonama i otvorene cipele, bio je u onim slatkim godinama kada devojka više nije dete, a dete još nije devojčica. Okrenuvši se od oca, pritrčala je majci i, ne obazirući se na njenu strogu opasku, sakrila je zajapureno lice u čipku majčine mantille i nasmijala se. Nečemu se smijala, naglo pričala o lutki koju je izvadila ispod suknje.
„Vidiš?... Lutka... Mimi... Vidiš.
A Nataša više nije mogla da priča (sve joj se činilo smešnim). Pala je na svoju majku i prasnula u smijeh tako glasno i gromoglasno da su se svi, pa i priličan gost, nasmijali protiv svoje volje.
- Pa, idi, idi sa svojom nakazom! - rekla je majka, ljutito odgurujući ćerku od sebe. "Ovo je moja manja", okrenula se gostu.
Nataša, otrgnuvši na trenutak lice od majčinog čipkanog šala, pogledala ju je odozdo kroz suze od smeha i ponovo sakrila lice.
Gost, primoran da se divi porodičnoj sceni, smatrao je potrebnim da u njoj učestvuje.
„Reci mi, draga moja“, rekla je, okrećući se Nataši, „kako ti je ova Mimi? Kćeri, zar ne?
Nataši se nije dopao ton snishodljivosti prema detinjastom razgovoru kojim se gošća okrenula ka njoj. Nije odgovorila i ozbiljno je pogledala gosta.
U međuvremenu, sva ova mlada generacija: Boris - oficir, sin princeze Ane Mihajlovne, Nikolaj - student, najstariji grofov sin, Sonja - petnaestogodišnja grofova nećakinja, i mala Petruša - najmlađa sine, sav se smjestio u dnevnu sobu i, po svemu sudeći, nastojao da zadrži u granicama pristojnosti animaciju i veselje koje je još uvijek disalo u svakoj osobini. Vidjelo se da su tamo, u stražnjim sobama, odakle su svi tako brzo dotrčali, vodili veselije razgovore nego ovdje o gradskim tračevima, vremenu i kontesi Apraksini. [o grofici Apraksini.] S vremena na vreme su se pogledavali i jedva su se suzdržavali da se ne nasmeju.
