Elementi bioorganske hemije. Istorija razvoja bioorganske hemije

Zdravo! Mnogi studenti medicine sada studiraju bioorgansku hemiju, takođe poznatu kao biohemija.

Na nekim univerzitetima se ovaj predmet završava testom, na drugim ispitom. Ponekad se dešava da je test na jednom univerzitetu po težini uporediv sa ispitom na drugom.

Na mom fakultetu se bioorganska hemija polagala kao ispit na letnjoj sesiji na samom kraju prve godine. Mora se reći da je BOC jedna od onih tema koja je na prvu zastrašujuća i može potaknuti misao „ovo je nemoguće proći“. Ovo posebno vrijedi, naravno, za ljude sa slabim osnovama u organskoj hemiji (a, začudo, ima ih dosta na medicinskim fakultetima).

Programi za proučavanje bioorganske hemije na različitim univerzitetima mogu se jako razlikovati, a metode nastave mogu varirati još više.

Međutim, zahtjevi za studente su svuda približno isti. Najjednostavnije rečeno, da biste položili bioorgansku hemiju sa 5, morate znati imena, svojstva, strukturne karakteristike i tipične reakcije niza organskih supstanci.

Naš profesor, uvaženi profesor, je gradivo prezentovao kao da je svaki učenik najbolji učenik organske hemije u školi (a bioorganska hemija je u suštini komplikovan predmet u školskoj organskoj hemiji). Verovatno je bio u pravu u svom pristupu, svako treba da teži ka vrhu i da bude najbolji. Međutim, to je dovelo do toga da su neki učenici, koji nisu djelimično razumjeli gradivo u prva 2-3 časa, prestali sve razumjeti bliže sredini semestra.

Odlučio sam da napišem ovaj materijal uglavnom zato što sam bio takav student. U školi sam zaista voleo neorgansku hemiju, ali sam se uvek mučio sa organskom. Još kada sam se spremao za Jedinstveni državni ispit, odabrao sam strategiju jačanja svih znanja iz neorganike, dok sam istovremeno konsolidovao samo bazu organske materije. Inače, ovo mi se skoro izjalovilo u pogledu ulaznih poena, ali to je druga priča.

Nisam uzalud govorio o metodici nastave, jer je i naša bila vrlo neobična. Odmah, skoro na prvom času, pokazali su nam priručnike po kojima smo morali polagati testove, a zatim ispit.

Bioorganska hemija - testovi i ispit

Cijeli naš kurs bio je podijeljen u 4 glavne teme, od kojih se svaka završavala probnom lekcijom. Već smo imali pitanja za svaki od četiri testa iz prvog para. Bile su, naravno, zastrašujuće, ali su istovremeno služile i kao svojevrsna mapa po kojoj se moglo kretati.

Prvi test je bio prilično jednostavan. Bila je posvećena uglavnom nomenklaturi, trivijalnim (svakodnevnim) i međunarodnim nazivima i, naravno, klasifikaciji supstanci. Također, u ovom ili onom obliku, dotaknuti su znakovi aromatičnosti.

Drugi test nakon prvog izgledao je mnogo teži. Tu je bilo potrebno opisati svojstva i reakcije supstanci kao što su ketoni, aldehidi, alkoholi i 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:

Treći test u poređenju sa drugim nije izgledao tako strašno. Svi su već navikli pisati reakcije i pamtiti svojstva prema klasifikacijama. U trećem testu govorili smo o spojevima sa dvije funkcionalne grupe - aminofenoli, amino alkoholi, oksokiseline i druge. Također, svaka karta je sadržavala barem jednu kartu o ugljikohidratima.

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, upravo 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 morali smo se suočiti u četvrtom testu.

Svaki test se polagao na tabli – učenik mora bez nagovaranja opisati i objasniti sva potrebna svojstva u obliku reakcija. Na primjer, ako polažete drugi test, na svojoj karti imate svojstva alkohola. Učiteljica ti kaže - uzmi propanol. Napišete formulu propanola i 4-5 tipičnih reakcija da biste ilustrirali njegova svojstva. Mogu postojati i egzotične stvari, poput spojeva koji sadrže sumpor. Greška čak i u indeksu jednog produkta reakcije često me je tjerala dalje da proučavam ovaj materijal do sljedećeg pokušaja (koji je bio tjedan dana kasnije). Strašno? Oštro? Svakako!

Međutim, ovaj pristup ima vrlo ugodnu nuspojavu. Bilo je teško tokom redovnih seminarskih časova. Mnogi su polagali testove po 5-6 puta. Ali ispit je bio vrlo lak, jer je svaki listić sadržavao 4 pitanja. Tačno, po jedan sa 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 pregledaj svoje nacrte, zapiši najosnovnije reakcije i sve će se odmah vratiti. Činjenica je da je organska hemija vrlo logična nauka. Ono što treba da zapamtite nisu ogromni nizovi reakcija, već sami mehanizmi.

Da, napominjem da ovo ne radi sa svim stavkama. Nećete moći proći kroz strašnu anatomiju jednostavnim čitanjem svojih bilješki dan ranije. Brojni drugi predmeti također imaju svoje karakteristike. Čak i ako vaša medicinska škola predaje bioorgansku hemiju drugačije, možda ćete morati da prilagodite svoju pripremu i uradite to malo drugačije nego ja. U svakom slučaju, sretno vam bilo, razumite i volite nauku!

Plan 1. Predmet i značaj bioorganske hemije 2. Klasifikacija i nomenklatura organskih jedinjenja 3. Metode prikazivanja 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 nezavisna grana hemijske nauke koja proučava strukturu, svojstva i biološke funkcije hemijskih jedinjenja organskog porekla koja učestvuju u metabolizmu živih organizama.

Predmet proučavanja bioorganske hemije su niskomolekularne biomolekule i biopolimeri (proteini, nukleinske kiseline i polisaharidi), bioregulatori (enzimi, hormoni, vitamini i dr.), prirodni i sintetički fiziološki aktivni spojevi, uključujući lijekove i tvari sa toksičnim djelovanjem. Biomolekule su 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 je skup hemijskih reakcija koje se dešavaju u telu (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. Nastaje trošenjem energije (endotermni proces). Katabolizam je, naprotiv, razlaganje složenih organskih jedinjenja na jednostavnija. Javlja se oslobađanjem energije (egzotermni proces). Metabolički procesi se odvijaju uz učešće enzima. Enzimi igraju ulogu biokatalizatora u tijelu. Bez enzima, biohemijski procesi se ili uopšte ne bi odvijali, ili bi se odvijali veoma sporo, a telo ne bi bilo u stanju da održava 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 količinama koje su preko 200 puta veće od njihovog sadržaja u neživim objektima. Navedeni elementi čine preko 99% elementarnog sastava biomolekula. 6

Bioorganska hemija je nastala iz dubina organske hemije i zasniva se na njenim idejama i metodama. U istoriji razvoja organska hemija ima sledeće faze: empirijsku, analitičku, strukturnu i modernu. Period od prvog upoznavanja čovjeka sa organskim supstancama do kraja 18. stoljeća smatra se empirijskim. Glavni rezultat ovog perioda je da su ljudi shvatili važnost elementarne analize i uspostavljanja atomskih i molekularnih masa. Teorija vitalizma - životna sila (Berzelius). Analitički period se nastavio do 60-ih godina 19. stoljeća. Obilježila ga je činjenica da je od kraja prve četvrtine 19. vijeka došlo do niza obećavajućih otkrića koja su vitalističkoj teoriji zadala snažan udarac. Prvi u ovoj seriji bio je Berzeliusov učenik, njemački hemičar Wöhler. Napravio je niz otkrića 1824. godine - sintezu oksalne kiseline iz cijanogena: (CN) 2 HOOC - COOH r. – sinteza uree iz amonijum cijanata: NH 4 CNO NH 2 – C – NH 2 O 8

C. Gerard je 1853. razvio “teoriju tipova” i koristio je za klasifikaciju organskih jedinjenja. Prema Gerardu, složenija organska jedinjenja mogu se proizvesti iz sljedeće četiri glavne vrste supstanci: HHHH tip HHHH O tip VODA H Cl tip HLOROVODNIK HHHHN N tip AMONIJAK Od 1857. godine, na prijedlog F. A. Kekulea, počeli su se klasificirati ugljovodonici kao metan tipa HHHNNHH C 9

Osnovne 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 određenim redosledom, 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 proučavanjem njenih hemijskih transformacija i, obrnuto, njena svojstva mogu se okarakterisati strukturom supstance. 10

Osnovne odredbe teorije strukture organskih jedinjenja (1861) Strukturna formula je slika niza veza atoma u molekulu. Bruto formula - CH 4 O ili CH 3 OH Strukturna formula Pojednostavljene strukturne formule se ponekad nazivaju racionalnom molekulskom formulom - 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 posebna oblast znanja koja kombinuje konceptualne principe i metodologiju organske hemije s jedne strane i molekularne biohemije i molekularne farmakologije s druge strane, bioorganska hemija se formirala u dvadesetom veku na osnovu razvoja hemija prirodnih supstanci i biopolimera. Moderna bioorganska hemija je stekla fundamentalni značaj zahvaljujući radovima W. 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 (uspostavljanje obrazaca prostorne strukture molekula DNK), G. Corani (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 dva klasifikacijska kriterijuma: 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) unutar svojih molekula. Ako ciklusi sadrže 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 ciklički sistem, pored ugljovodonika, uključuje i druge elemente, onda se takva jedinjenja klasifikuju kao heterociklična.

Klasifikacija prema prirodi funkcionalne grupe Funkcionalna grupa je atom ili grupa atoma povezanih na određeni način, čija prisutnost u molekuli organske tvari određuje karakteristična svojstva i njenu pripadnost jednoj ili drugoj klasi spojeva. . Na osnovu broja i homogenosti funkcionalnih grupa, organska jedinjenja se dele na mono-, poli- i heterofunkcionalna. Supstance sa jednom funkcionalnom grupom nazivaju se monofunkcionalnim, a supstance sa više identičnih funkcionalnih grupa nazivaju se polifunkcionalnim. Spojevi koji sadrže nekoliko različitih funkcionalnih grupa su heterofunkcionalni. Važno je da se spojevi iste klase kombinuju u homologne serije. Homologni niz je niz organskih spojeva sa istim funkcionalnim grupama i istom strukturom; svaki predstavnik homolognog niza razlikuje se od prethodnog po konstantnoj jedinici (CH2), koja se naziva homologna razlika. Članovi homolognog niza nazivaju se homolozi. 17

Sistemi nomenklature u organskoj hemiji - trivijalni, racionalni i internacionalni (IUPAC) Hemijska nomenklatura je skup naziva pojedinih hemijskih supstanci, njihovih grupa i klasa, kao i pravila za sastavljanje njihovih naziva. supstance, njihove grupe i klase, kao i pravila koja sastavljaju njihova imena. Trivijalna (istorijska) nomenklatura povezana je sa procesom dobijanja supstanci (pirogalol - produkt pirolize galne kiseline), izvorom porekla iz kojeg je dobijena (mravlja kiselina) itd. Trivijalni nazivi jedinjenja se široko koriste u hemiji prirodnih i heterocikličnih jedinjenja (citral, geraniol, tiofen, pirol, kinolin itd.) Trivijalna (istorijska) nomenklatura je povezana sa procesom dobijanja supstanci (pirogalol je proizvod pirolize galne kiseline), izvor porijekla iz kojeg se dobija (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, za alkane - metan, za alkene - 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, za alkane - metan, za alkene - etilen itd. 18

Međunarodna nomenklatura (IUPAC). Pravila moderne nomenklature razvijena su 1957. godine na 19. Kongresu Međunarodne unije za čistu i primijenjenu hemiju (IUPAC). Radikalna 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. Zamjenska nomenklatura. Pravila nomenklature. Matična struktura je strukturni fragment molekule (molekularni skelet) koji leži u osnovi imena jedinjenja, glavni ugljenični lanac atoma za aliciklična jedinjenja i ciklus za karbociklička jedinjenja. 19

Hemijska veza u organskim molekulima Hemijska veza je pojava interakcije između vanjskih elektronskih omotača (valentnih elektrona atoma) i atomskih jezgara, koja određuje postojanje molekula ili kristala u cjelini. U pravilu, atom, prihvatajući ili donirajući elektron ili formirajući zajednički elektronski par, teži da dobije konfiguraciju vanjskog elektronskog omotača sličnu onoj u plemenitih plinova. 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 ih praktično nema 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 je svojstvo atoma koje pokazuje sposobnost da privuče sebi elektrone 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 nastaje 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 je posljedica prisustva zajedničkog elektronskog para, ali ovo drugo 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 jako razlikuju u vrijednostima elektronegativnosti. U ovom slučaju, elektron iz manje elektronegativnog elementa (često metala) se u potpunosti prenosi na elektronegativniji element. Ovaj prijelaz elektrona uzrokuje pojavu pozitivnog naboja na manje elektronegativnom atomu i negativnog naboja na elektronegativnijem. Tako nastaju dva jona suprotnih naboja, između kojih postoji elektrovalentna interakcija. 25

Vrste veza u organskim jedinjenjima Vodikova veza je elektrostatička interakcija između atoma vodika, koji je vezan na visoko polarni način, i elektronskih parova kisika, fluora, dušika, sumpora i hlora. Ova vrsta interakcije je prilično slaba interakcija. Vodikova veza može biti intermolekularna ili intramolekularna. Intermolekularna vodikova veza (interakcija između dva molekula etil alkohola) Intramolekularna vodikova veza u salicilnom aldehidu 26

Hemijsko povezivanje 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. Vezanje 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 svom osnovnom stanju ima samo dva nesparena elektrona, ali mogući prijelaz elektrona sa 2s na 2 pz omogućava formiranje četiri kovalentne veze. Stanje atoma ugljika u kojem ima četiri nesparena elektrona naziva se "pobuđeno". Unatoč činjenici da su orbitale ugljika nejednake, poznato je da je stvaranje četiri ekvivalentne veze moguće zbog hibridizacije atomskih orbitala. Hibridizacija je pojava u kojoj se iz više orbitala različitog oblika i slične energije formira isti broj orbitala istog oblika i broja. 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 su raspoređene u obliku tetraedra (vezni ugao) σ veza 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 (vezni 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 liniju (ugao veze 180) σ-veze π - obveznice 33

Karakteristike hemijskih veza POLING 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 mobilnosti 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 -veze, b) elektronska pomeranja koja se prenose sistemom -veze. U prvom slučaju dolazi do takozvanog induktivnog efekta, u drugom - mezomernog efekta. 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, a uveo je i sledeće oznake: –I-efekat u slučaju smanjenja elektronske gustine supstituentom +I-efekat u u slučaju povećanja elektronske gustine supstituentom Pozitivan induktivni efekat pokazuju alkil radikali (CH 3, C 2 H 5 - itd.). Svi ostali supstituenti vezani za atom ugljika pokazuju negativan induktivni učinak.

Elektronski efekti. Uzajamni uticaj atoma u molekulu 41 Mezomerni efekat je preraspodela gustine elektrona duž konjugovanog sistema. Konjugirani sistemi uključuju molekule organskih jedinjenja u kojima se izmjenjuju dvostruke i jednostruke veze ili kada se atom sa usamljenim parom elektrona u p-orbitali nalazi pored dvostruke veze. U prvom slučaju se dešava - konjugacija, au drugom slučaju p, -konjugacija. Spojeni sistemi dolaze u otvorenim i zatvorenim konfiguracijama. 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 daju p-elektrone konjugovanom sistemu. To uključuje: -O, -S -NH 2, -OH, -OR, Hal (halogeni) i druge supstituente koji imaju negativan naboj ili usamljeni par elektrona. Negativni mezomerni efekat karakterističan je za supstituente koji apsorbuju gustinu elektrona iz konjugovanog sistema. Ovo uključuje supstituente koji imaju višestruke veze između atoma različite elektronegativnosti: - N0 2 ; -SO 3 H; >C=O; -COON i drugi. Mezomerni efekat se grafički odražava savijenom strelicom koja pokazuje pravac pomeranja elektrona.Za razliku od indukcionog efekta, mezomerni efekat se ne gasi. Prenosi se u potpunosti kroz sistem, bez obzira na dužinu lanca povezivanja. C=O; -COON i drugi. Mezomerni efekat se grafički odražava savijenom strelicom koja pokazuje pravac pomeranja elektrona.Za razliku od indukcionog efekta, mezomerni efekat se ne gasi. Prenosi se u potpunosti kroz sistem, bez obzira na dužinu lanca povezivanja.">

Vrste hemijskih reakcija 43 Hemijska reakcija se može smatrati interakcijom reagensa i supstrata. U zavisnosti od načina raskida i formiranja hemijske veze u molekulima, organske reakcije se dele na: a) homolitičke b) heterolitičke c) molekularne Homolitičke ili reakcije slobodnih radikala nastaju homolitičkim rascepom veze, kada svakom atomu ostane po jedan elektron , odnosno nastaju radikali . Homolitičko cijepanje se događa 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 Mehanizam reakcije 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 obično 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 i nove slobodne radikale. U završnoj fazi, dodavanje ili eliminacija čestice u (iz) međuprodukta koji se formira u drugoj fazi odvija se sa formiranjem konačnog produkta reakcije. Ako reagens nakon aktivacije stvara nukleofil, onda su to nukleofilne reakcije. Označeni su slovom N - (u indeksu). U slučaju kada reagens generiše elektrofil, reakcije se klasifikuju kao 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 usamljenim parovima elektrona: NH 3, NH 2 R, H 2 O, ROH i drugi; 3) molekule sa viškom elektronske gustine (koji imaju - veze). Elektrofili su reagensi koji imaju pozitivan naboj ili atom osiromašen elektronskom gustinom: 1) katjoni: H + (proton), HSO 3 + (vodonik sulfonijum ion), NO 2 + (nitronijum ion), NO (nitrozonijum ion) i dr. 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 čine metode organske hemije; razne fizičke, fizičko-hemijske, matematičke i biološke metode se koriste za rješavanje strukturnih i funkcionalnih problema.

Objekti proučavanja

• Mješoviti biopolimeri
• 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 članka "Bioorganska hemija"

Izvod koji karakteriše bioorgansku hemiju

„Ma chere, il y a un temps pour tout, [Draga, za sve ima vremena“, rekla je grofica, pretvarajući se da je stroga. "Stalno je razmaziš, Elie", dodala je svom mužu.
„Bonjour, ma chere, je vous felicite, [Zdravo, draga moja, čestitam ti“, rekao je gost. – Quelle delicuse enfant! “Kako divno dijete!” dodala je, okrećući se majci.
Tamnooka, krupnih usta, ružna, ali živahna djevojka, s djetinjastim otvorenim ramenima, koja su se, skupljajući se, od brzog trčanja pomicala u njenom stezniku, sa svojim crnim uvojcima skupljenih natrag, tankim golim rukama i malim nogama u čipkanim pantalonama i otvorene cipele, bio sam 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 primjedbu, sakrila je zajapureno lice u čipku majčinog mantila i nasmijala se. Nečemu se smijala, naglo pričala o lutki koju je izvadila ispod suknje.
– Vidiš?... Lutka... Mimi... Vidiš.
A Nataša više nije mogla govoriti (sve joj se činilo smiješnim). Pala je na svoju majku i smijala se tako glasno i glasno da su se svi, pa i priličan gost, nasmijali protiv svoje volje.
- Pa, idi, idi sa svojom nakazom! - rekla je majka, glumeći ljutito odgurujući ćerku. "Ovo je moj najmlađi", okrenula se gostu.
Nataša, odvojivši lice na minut 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 se osećaš prema ovoj Mimi?“ Kćeri, zar ne?
Nataši se nije dopao ton snishodljivosti prema detinjastom razgovoru kojim joj se gost obratio. Nije odgovorila i ozbiljno je pogledala svog gosta.
U međuvremenu, sva ova mlada generacija: Boris - oficir, sin princeze Ane Mihajlovne, Nikolaj - student, najstariji grofov sin, Sonja - grofova petnaestogodišnja nećakinja, i mala Petruša - najmlađi sin, svi su se smjestili u dnevnu sobu i, očigledno, nastojali da u granicama pristojnosti zadrže živost i veselje koji su još uvijek disali iz svake njihove osobine. Bilo je jasno da tamo, u stražnjim sobama, odakle su svi tako brzo pobjegli, vode zabavnije razgovore nego ovdje o gradskim tračevima, vremenu i grofici Apraksin. [o grofici Apraksini.] Povremeno su se pogledavali i jedva su se suzdržavali da se ne nasmeju.

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 obrazovne ustanove "Grodno državni medicinski univerzitet"

(zapisnik od 01.01.2001.)

Centralno naučno-metodološko vijeće obrazovne ustanove "Grodno državni medicinski univerzitet"

(zapisnik od 01.01.2001.)

Odsjek u specijalnosti 1Medicinski i psihološki poslovi obrazovno-metodološkog udruženja univerziteta Republike Bjelorusije za medicinsko obrazovanje

(zapisnik od 01.01.2001.)

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 se kao samostalna nauka pojavila u 2. polovini 20. veka na razmeđu organske hemije i biohemije. Aktuelnost proučavanja bioorganske hemije je zbog praktičnih problema sa kojima se susreće medicina i poljoprivreda (pribavljanje vitamina, hormona, antibiotika, stimulansa rasta biljaka, regulatora ponašanja životinja i insekata i drugih lekova), čije je rešenje nemoguće bez upotrebe. teorijski i praktični potencijal 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 akademske discipline

Cilj: formiranje nivoa hemijske kompetencije u sistemu medicinskog obrazovanja, obezbeđivanje naknadnog izučavanja biomedicinskih i kliničkih disciplina.

Zadaci:

Studenti savladavaju teorijske osnove hemijskih transformacija organskih molekula u odnosu na njihovu strukturu i biološku aktivnost;

Formiranje: poznavanje molekularnih osnova životnih procesa;

Razvoj vještina za navigaciju u klasifikaciji, strukturi i svojstvima organskih jedinjenja koja djeluju kao lijekovi;

Formiranje logike hemijskog mišljenja;

Razvoj vještina korištenja metoda kvalitativne analize
organska jedinjenja;

Hemijska znanja i vještine, koje čine osnovu kemijske kompetencije, doprinijet će formiranju profesionalne kompetencije diplomca.

Uslovi za savladavanje nastavne discipline

Uslovi za nivo savladavanja sadržaja discipline „Bioorganska hemija“ određeni su obrazovnim standardom visokog obrazovanja prvog stepena u ciklusu opštih stručnih i specijalnih disciplina, koji se izrađuje uzimajući u obzir zahteve pristup baziran na kompetencijama, koji precizira minimalni sadržaj za disciplinu u vidu generalizovanih hemijskih znanja i vještina koje čine bioorgansku kompetenciju diplomiranih studenata:

a) generalizovano znanje:

- razumjeti suštinu predmeta kao nauke i njegove veze 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 razbijanja hemijskih veza;

Objasniti značaj reakcija za funkcionisanje živih sistema;

Stečeno znanje iskoristiti prilikom studiranja biohemije, farmakologije i drugih disciplina.

Struktura i sadržaj nastavne discipline

U ovom programu strukturu sadržaja discipline „bioorganska hemija“ čine uvod u disciplinu i dva dela koja pokrivaju opšta pitanja reaktivnosti organskih molekula, kao i svojstva hetero- i polifunkcionalnih jedinjenja uključenih u vitalnih procesa. Svaki dio podijeljen je na teme raspoređene u redoslijedu koji osigurava optimalno učenje i asimilaciju programskog materijala. Za svaku temu predstavljena su uopštena znanja i vještine koje čine bit bioorganske kompetencije učenika. U skladu sa sadržajem svake teme određuju se zahtjevi za kompetencijama (u obliku sistema generalizovanih znanja i vještina), za čije formiranje i dijagnostiku se mogu izraditi testovi.

Nastavne metode

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 je 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 spojeva važnih za biomedicinsku analizu.

Osnovna pravila IUPAC sistematske nomenklature za organska jedinjenja: supstituciona i radikalno-funkcionalna nomenklatura.

Prostorna struktura organskih molekula, njena povezanost sa vrstom hibridizacije atoma ugljika (sp3-, sp2- i sp-hibridizacija). Stereohemijske formule. Konfiguracija i konformacija. Konformacije otvorenih lanaca (zatvoreni, inhibirani, nagnuti). Energetske karakteristike konformacija. Newmanove projekcijske formule. Prostorna blizina pojedinih delova lanca kao posledica konformacione ravnoteže i kao jedan od razloga za pretežno formiranje peto- i šestočlanih ciklusa. Konformacije cikličkih spojeva (cikloheksan, tetrahidropiran). Energetske karakteristike konformacija stolica i kade. Aksijalne i ekvatorijalne veze. Odnos između prostorne strukture i biološke aktivnosti.

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 tipove izomerizma organskih jedinjenja, biti u stanju da odredi moguće tipove izomera koristeći strukturnu formulu jedinjenja.

· Poznavati različite vrste hibridizacije atomskih orbitala ugljika, prostorni smjer atomskih veza, njihov tip i broj ovisno o vrsti hibridizacije.

· Poznavati energetske karakteristike konformacija cikličkih (konformacije stolice, kade) i acikličkih (inhibirane, kose, pomračene konformacije) molekula, biti u stanju da ih opišete koristeći Newmanove projekcijske formule.

· Poznavati vrste naprezanja (torziona, kutna, van der Waalsova) koja nastaju u različitim molekulima, njihov uticaj 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). Spregnuti sistemi zatvorenog kruga. Aromatičnost: kriterijum aromatičnosti, Hückelovo pravilo aromatičnosti. Aromatičnost benzenoidnih (benzen, naftalen, fenantren) jedinjenja. Energija konjugacije. Struktura i razlozi 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 uzrok neravnomjerne raspodjele elektronske gustine i nastanka reakcionih centara u molekulu. Induktivni i mezomerni efekti (pozitivni i negativni), njihova grafička oznaka u strukturnim formulama organskih jedinjenja. Supstituenti koji doniraju i povlače elektrone.

Zahtjevi za kompetenciju:

· Poznavati tipove konjugacije i biti u stanju odrediti vrstu konjugacije na osnovu strukturne formule jedinjenja.

· Poznavati kriterijume aromatičnosti, biti u stanju da odredi aromatična jedinjenja karbo- i heterocikličnih molekula koristeći strukturnu formulu.

· Biti u stanju da proceni elektronski doprinos atoma stvaranju jedinstvenog konjugovanog sistema, poznaje elektronsku strukturu atoma azota piridina i pirola.

· Poznavati elektronske efekte supstituenata, razloge njihovog nastanka i biti sposoban grafički prikazati njihov efekat.

· Biti u stanju da klasifikuje supstituente kao davanje elektrona ili povlačenje elektrona na osnovu induktivnih i mezomernih efekata koje pokazuju.

· 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 po mehanizmu - radikalne, jonske (elektrofilne, nukleofilne), usklađene. 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.

Putevi stvaranja slobodnih radikala: fotoliza, termoliza, redoks reakcije.

Elektrofilne reakcije adicije ( A.E.) u seriji nezasićenih ugljikovodika: heterolitičke reakcije koje uključuju p-veze između sp2-hibridiziranih atoma ugljika. Mehanizam reakcija hidratacije i hidrohalogenacije. Kiselinska 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 ( S.E.): 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 prstenu na reaktivnost spojeva u reakcijama elektrofilne supstitucije. Orijentacijski uticaj supstituenata (orijentanata prve i druge vrste).

Zahtjevi za kompetenciju:

· Poznavati pojmove supstrata, reagensa, reakcionog centra, produkta reakcije, energije aktivacije, brzine reakcije, mehanizma reakcije.

· Poznavati klasifikaciju reakcija prema različitim kriterijumima (prema konačnom rezultatu, po metodi raskidanja veza, po mehanizmu) i vrstama reagensa (radikalni, elektrofilni, nukleofilni).

· Poznavati elektronsku i prostornu strukturu reagensa i faktore koji određuju njihovu relativnu stabilnost, biti u stanju da uporede relativnu stabilnost reagensa istog tipa.

· Poznavati metode stvaranja slobodnih radikala i mehanizam reakcija supstitucije radikala (SR) na primjerima reakcija halogeniranja alkana i cikloalakana.

· Biti sposoban odrediti statističku vjerovatnoću nastanka mogućih produkata u reakcijama radikalne supstitucije i mogućnost regioselektivne pojave 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.

· Biti u stanju da odredi, na osnovu elektronskih efekata supstituenata, njihov uticaj na reaktivnost aromatičnog prstena i njihov orijentacioni efekat.

Tema 3. Kiselinsko-bazna svojstva organskih jedinjenja

Kiselost i bazičnost organskih jedinjenja: teorije Brønsteda i Lewisa. Stabilnost anjona kiseline je kvalitativni pokazatelj kiselinskih svojstava. Opći obrasci u promjenama kiselih ili baznih svojstava u vezi sa prirodom 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 kabrički kationi). p-baze i n- osnova. Osnovna svojstva neutralnih molekula koji sadrže heteroatome sa usamljenim parovima elektrona (alkoholi, tioli, sulfidi, amini) i anjona (hidroksid, alkoksid ioni, anjoni organskih kiselina). Kiselinsko-bazna svojstva heterocikla koji sadrže dušik (pirol, imidazol, piridin). Vodikova veza kao specifična manifestacija kiselinsko-baznih svojstava.

Uporedne karakteristike kiselinskih svojstava spojeva koji sadrže hidroksilnu grupu (monohidrični i polihidroksilni alkoholi, fenoli, karboksilne kiseline). Uporedne karakteristike osnovnih 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 konjugovanih baza, biti u stanju da sprovedu uporednu procenu jačine kiselina na osnovu stabilnosti njihovih odgovarajućih anjona.

· Poznavati faktore koji utiču na snagu Bronstedovih baza, biti u stanju da sprovedu uporednu procenu čvrstoće baza uzimajući u obzir ove faktore.

· Znati razloge za nastanak vodonične veze, biti sposoban tumačiti stvaranje vodonične veze kao specifičnu manifestaciju kiselinsko-baznih svojstava neke supstance.

· Poznavati razloge za pojavu keto-enol tautomerije u organskim molekulima, biti u stanju da ih objasni iz perspektive kiselinsko-baznih svojstava jedinjenja u vezi sa njihovom biološkom aktivnošću.

· Znati i biti u stanju provesti kvalitativne reakcije koje vam omogućavaju da razlikujete polihidrične alkohole, fenole, tiole.

Tema 4. Nukleofilne supstitucijske reakcije na tetragonalnom atomu ugljika i kompetitivne reakcije eliminacije

Reakcije nukleofilne supstitucije na sp3-hibridiziranom atomu ugljika: heterolitičke reakcije uzrokovane polarizacijom veze ugljik-heteroatom (halogen derivati, alkoholi). Grupe koje napuštaju lako i teško: 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 kiselinske katalize u nukleofilnoj supstituciji hidroksilne grupe. Halogeni derivati, alkoholi, estri sumporne i fosforne kiseline kao alkilirajući reagensi. Biološka uloga reakcija alkilacije.

Mono- i bimolekularne reakcije eliminacije (E1 i E2): (dehidracija, dehidrohalogenacija). Povećana kiselost CH kao uzrok reakcija eliminacije koje prate nukleofilnu supstituciju na sp3-hibridiziranom atomu ugljika.

Zahtjevi za kompetenciju:

· Poznavati faktore koji određuju nukleofilnost reagensa i strukturu najvažnijih nukleofilnih čestica.

· Poznavati opšte zakone 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 tok reakcije prema jednom od mehanizama.

· Poznavati mehanizme mono- i bimolekularne eliminacije, razloge za nadmetanje između nukleofilne supstitucije i reakcija 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-vezu 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. Osnovna kataliza. Struktura enolatnog jona.

Reakcije nukleofilne supstitucije u nizu karboksilnih kiselina. Elektronska i prostorna struktura karboksilne grupe. Reakcije nukleofilne supstitucije na sp2-hibridiziranom 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, tioestera, amida - i njihove reverzne reakcije hidrolize. Acetil koenzim A je prirodni visokoenergetski 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 redukcije karbonilnih spojeva i 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 prisutne u molekulima karboksilne kiseline. Biti sposoban 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 koristeći primjere acilacije, esterifikacije, hidrolize estera, anhidrida, kiselinskih halogenida, amida.

Tema 6. Lipidi, klasifikacija, struktura, svojstva

Lipidi, koji se mogu sapuniti i neosomiti. Neutralni lipidi. Prirodne masti kao mješavina triacilglicerola. Glavne prirodne više masne kiseline koje čine lipide: palmitinska, stearinska, oleinska, linolna, linolenska. Arahidonska kiselina. Osobine nezasićenih masnih kiselina, w-nomenklatura.

Peroksidna oksidacija fragmenata nezasićenih masnih kiselina u ćelijskim membranama. Uloga peroksidacije membranskih lipida u dejstvu niskih doza zračenja na organizam. Sistemi antioksidativne zaštite.

Fosfolipidi. Fosfatidne 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 i njihovu strukturu.

· Poznavati strukturu strukturnih komponenti saponifikovanih 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 – sistem notacije za p-dijastereomere. Komparativna stabilnost p-dijastereomera.

Kiralni molekuli. Asimetrični atom ugljika kao centar kiralnosti. Stereoizomerizam molekula sa jednim centrom kiralnosti (enantiomerizam). Optička aktivnost. Formule Fischerove 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 kiralnih centara. Enantiomeri, dijastereomeri, mezoformi.

Zahtjevi za kompetenciju:

· Poznavati razloge za pojavu stereoizomerizma u nizu alkena i dienskih ugljovodonika.

· Znati koristiti skraćenu strukturnu formulu nezasićenog jedinjenja za utvrđivanje mogućnosti postojanja p-dijastereomera, razlikovati cis - trans izomere i procijeniti njihovu komparativnu stabilnost.

· Poznavati elemente simetrije molekula, neophodne uslove za nastanak kiralnosti u organskom molekulu.

· Znati i biti sposoban prikazati enantiomere koristeći formule Fischerove projekcije, izračunati broj očekivanih stereoizomera na osnovu broja kiralnih centara u molekuli, principe određivanja apsolutne i relativne konfiguracije, D-, L-sistem stereohemijske nomenklature .

· Poznavati metode 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 koja učestvuju u vitalnim procesima i koja su preci najvažnijih grupa lekova. Osobenosti u međusobnom uticaju funkcionalnih grupa u zavisnosti od njihovog relativnog položaja.

Polihidrični alkoholi: etilen glikol, glicerin. Esteri polihidričnih alkohola sa neorganskim kiselinama (nitroglicerin, glicerol fosfati). Dvoatomski 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 je 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, adrenalin. 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.

Aldehid 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” su b-hidroksibutirna, b-ketobutirna kiselina, aceton, njihov biološki i dijagnostički značaj.

Heterofunkcionalni derivati ​​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 derivati ​​nikotinamida, piridoksala i izonikotinske kiseline. Nikotinamid je strukturna komponenta koenzima NAD+, što određuje njegovo učešće u OVR.

Zahtjevi za kompetenciju:

· Biti u stanju da klasifikuje heterofunkcionalna jedinjenja po sastavu i njihovom relativnom 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 (pirogrožđana kiselina, oksalosirćetna kiselina, acetosirćetna kiselina) i heterocikličnih jedinjenja (pirazol, barbiturna kiselina, purin).

· Poznavati metode redoks transformacije organskih jedinjenja, biološku ulogu redoks reakcija u ispoljavanju biološke aktivnosti dvoatomskih fenola, nikotinamida i 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); heksoze (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, sastavu funkcionalnih grupa), strukturu otvorenih i cikličkih oblika (furanoza, piranoza) najvažnijih monosaharida, njihov odnos D - i L - serije stereohemijske nomenklature, moći odrediti broj mogućih dijastereomera, klasificirati stereoizomere kao dijastereomere, epimere, anomere.

· Poznavati mehanizam reakcija ciklizacije monosaharida, razloge mutarotacije rastvora monosaharida.

· Poznavati hemijska svojstva monosaharida: redoks reakcije, reakcije formiranja i hidrolize O- i N-glikozida, reakcije esterifikacije, fosforilacije.

· Biti u stanju provesti visokokvalitetne 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 ugljenika koji formira glikozidnu vezu, njihova fizička i hemijska svojstva i biološku ulogu. Imati ideju 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-amino kiselina iz oksokiselina: reakcije reduktivne aminacije i reakcije transaminacije. Esencijalne aminokiseline.

Hemijska svojstva a-aminokiselina kao heterofunkcionalnih spojeva. Kiselinsko-bazna svojstva a-aminokiselina. Izoelektrična tačka, metode odvajanja a-amino kiselina. 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 centralnog nervnog sistema. Antidepresivno dejstvo 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 je 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-aminokiselina in vivo i in vitro, poznavati kiselinsko-bazna svojstva i metode pretvaranja a-amino kiselina u izoelektrično stanje.

· Poznavati hemijska svojstva a-amino kiselina (reakcije na amino i karboksilne grupe), biti sposoban da sprovede kvalitativne reakcije (ksantoprotein, sa Cu(OH)2, ninhidrin).

· Poznavati elektronsku strukturu peptidne veze, primarnu, sekundarnu, tercijarnu i kvaternarnu strukturu proteina i peptida, znati odrediti sastav aminokiselina i sekvencu aminokiselina (Sangerova metoda, Edmanova metoda), biti sposobna izvršiti biuretna 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 između nukleinske baze i ostatka 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 vodoničnih 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 dejstvo azotne kiseline.

Nukleozidni polifosfati (ADP, ATP), karakteristike njihove strukture koje im omogućavaju da obavljaju funkcije visokoenergetskih spojeva i intracelularnih bioregulatora. Struktura cAMP-a, intracelularnog "glasnika" hormona.

Zahtjevi za kompetenciju:

· Poznavati strukturu pirimidinskih i purinskih azotnih baza, njihove tautomerne transformacije.

· Poznavati mehanizam reakcija nastajanja N-glikozida (nukleozida) i njihovu hidrolizu, nomenklaturu nukleozida.

· Znati osnovne sličnosti i razlike između prirodnih i sintetičkih nukleozida antibiotika u poređenju sa nukleozidima koji čine DNK i RNK.

· Poznavati reakcije stvaranja nukleotida, strukturu mononukleotida koji čine nukleinske kiseline, njihovu nomenklaturu.

· Poznavati strukturu ciklo- i polifosfata nukleozida, 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 realizaciji biološke funkcije 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:

Hemija, 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. Moderna organska hemija: udžbenik u 2 toma /

A. Terney. – Moskva: Mir, 1981. – 1310 str.

9. Tyukavkina, za laboratorijsku nastavu o bioorganskim

hemija: udžbenik / [itd.]; uredio N.A.

Tyukavkina. – Moskva: Medicina, 1985. – 256 str.

10. Tyukavkina, N.A., Bioorganska hemija: udžbenik za studente

medicinski instituti / , . - Moskva.

Bioorganska hemija je nauka koja proučava strukturu i svojstva supstanci uključenih u životne procese u direktnoj vezi sa poznavanjem njihovih bioloških funkcija.

Bioorganska hemija je nauka koja proučava strukturu i reaktivnost biološki značajnih jedinjenja. Predmet bioorganske hemije su biopolimeri i bioregulatori i njihovi strukturni elementi.

Biopolimeri uključuju proteine, polisaharide (ugljikohidrate) i nukleinske kiseline. Ova grupa također uključuje lipide, koji nisu BMC, ali su obično povezani s drugim biopolimerima u tijelu.

Bioregulatori su jedinjenja koja hemijski regulišu metabolizam. To uključuje vitamine, hormone i mnoga sintetička jedinjenja, uključujući i lekovite supstance.

Bioorganska hemija se zasniva na idejama i metodama organske hemije.

Bez poznavanja opštih principa organske hemije, teško je proučavati bioorgansku hemiju. Bioorganska hemija je usko povezana sa biologijom, biološkom hemijom i medicinskom fizikom.

Skup reakcija koje se dešavaju u uslovima organizma naziva se metabolizam.

Supstance koje nastaju tokom metabolizma nazivaju se - metaboliti.

Metabolizam ima dva pravca:

Katabolizam je reakcija razlaganja složenih molekula na jednostavnije.

Anabolizam je proces sinteze složenih molekula iz jednostavnijih supstanci koristeći energiju.

Termin biosinteza se primjenjuje na hemijsku reakciju IN VIVO (u tijelu), IN VITRO (izvan tijela)

Postoje antimetaboliti - konkurenti metabolita u biohemijskim reakcijama.

Konjugacija kao faktor povećanja stabilnosti molekula. Međusobni utjecaj atoma u molekulima organskih jedinjenja i načini njegovog prenošenja

Pregled predavanja:

Uparivanje i njegove vrste:

p, p - uparivanje,

r,p - konjugacija.

Energija konjugacije.

Spregnuti sistemi otvorenog kola.

Vitamin A, karoteni.

Konjugacija u radikalima i ionima.

Spregnuti sistemi zatvorenog kruga. Aromatičnost, kriterijumi aromatičnosti, heterociklična aromatična jedinjenja.

Kovalentna veza: nepolarna i polarna.

Induktivni i mezomerni efekti. EA i ED su zamjene.

Glavni tip hemijskih veza u organskoj hemiji su kovalentne veze. U organskim molekulima atomi su povezani s i p vezama.

Atomi u molekulima organskih jedinjenja povezani su kovalentnim vezama, koje se nazivaju s i p vezama.

Jednostruka s - veza u SP 3 - hibridizovanom stanju karakteriše l - dužina (C-C 0,154 nm), E-energija (83 kcal/mol), polaritet i polarizabilnost. Na primjer:

Dvostruka veza je karakteristična za nezasićena jedinjenja, u kojima pored centralne s-veze postoji i preklapanje okomito na s-vezu, što se naziva π-vezom).

Dvostruke veze su lokalizirane, odnosno gustina elektrona pokriva samo 2 jezgra vezanih atoma.

Najčešće ćemo se ti i ja baviti konjugirani sistemima. Ako se dvostruke veze izmjenjuju s jednostrukim vezama (a u općenitom slučaju, atom povezan s dvostrukom vezom ima p-orbitalu, tada se p-orbitale susjednih atoma mogu preklapati jedna s drugom, formirajući zajednički p-elektronski sistem). Takvi sistemi se nazivaju konjugirani ili delokalizirani . Na primjer: butadien-1,3

p, p - konjugirani sistemi

Svi atomi u butadienu su u SP 2 hibridiziranom stanju i leže u istoj ravni (Pz nije hibridna orbitala). Rz – orbitale su međusobno paralelne. To stvara uslove za njihovo međusobno preklapanje. Do preklapanja Pz orbitale dolazi između C-1 i C-2 i C-3 i C-4, kao i između C-2 i C-3, tj. delokalizovan kovalentna veza. To se odražava u promjenama dužine veze u molekulu. Dužina veze između C-1 i C-2 je povećana, a između C-2 i C-3 je skraćena u poređenju sa jednostrukom vezom.

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

l S-N 1,147 nm l S =O 0,121 nm

r, p - uparivanje

Primjer p, π konjugiranog sistema je peptidna veza.

r, p - konjugirani sistemi

Dvostruka veza C=0 je proširena na 0,124 nm u poređenju sa uobičajenom dužinom od 0,121, a C–N veza postaje kraća i postaje 0,132 nm u poređenju sa 0,147 nm u normalnom slučaju. Odnosno, proces delokalizacije elektrona dovodi do izjednačavanja dužina veza i smanjenja unutrašnje energije molekula. Međutim, ρ,p – konjugacija se javlja u acikličkim jedinjenjima, ne samo kada se izmjenjuju = veze s jednostrukim C-C vezama, već i kada se izmjenjuju s heteroatomom:

X atom sa slobodnom p-orbitalom može se nalaziti u blizini dvostruke veze. Najčešće su to O, N, S heteroatomi i njihove p-orbitale koje stupaju u interakciju s p-vezama, formirajući p, p-konjugaciju.

Na primjer:

CH 2 = CH – O – CH = CH 2

Konjugacija se može dogoditi ne samo u neutralnim molekulima, već iu radikalima i ionima:

Na osnovu gore navedenog, u otvorenim sistemima, uparivanje se dešava pod sledećim uslovima:

Svi atomi koji učestvuju u konjugovanom sistemu su u SP 2 - hibridizovanom stanju.

Pz – orbitale svih atoma su okomite na ravan s-skeleta, odnosno paralelne jedna s drugom.

Kada se formira konjugovani multicentrični sistem, dužine veza su izjednačene. Ovdje ne postoje „čiste“ jednostruke i dvostruke veze.

Delokalizacija p-elektrona u konjugovanom sistemu je praćena oslobađanjem energije. Sistem prelazi na niži energetski nivo, postaje stabilniji, stabilniji. Dakle, formiranje konjugovanog sistema u slučaju butadiena - 1,3 dovodi do oslobađanja energije u količini od 15 kJ/mol. Zbog konjugacije se povećava stabilnost ionskih radikala alilnog tipa i njihova rasprostranjenost u prirodi.

Što je duži lanac konjugacije, to je veće oslobađanje energije njegovog formiranja.

Ovaj fenomen je prilično raširen u biološki važnim spojevima. Na primjer:

Stalno ćemo se susresti sa problemima termodinamičke stabilnosti molekula, jona i radikala u toku bioorganske hemije, koja uključuje niz jona i molekula rasprostranjenih u prirodi. Na primjer:

Zatvoreni spregnuti sistemi

Aromatičnost. U cikličkim molekulima, pod određenim uslovima, može nastati konjugovani sistem. Primjer p, p - konjugiranog sistema je benzen, gdje p - elektronski oblak prekriva atome ugljika, takav sistem se zove - aromatično.

Dobitak energije zbog konjugacije u benzenu je 150,6 kJ/mol. Stoga je benzen termički stabilan do temperature od 900 o C.

NMR je dokazano prisustvo zatvorenog elektronskog prstena. Ako se molekul benzena stavi u vanjsko magnetsko polje, javlja se induktivna struja u prstenu.

Dakle, kriterijum aromatičnosti koji je formulisao Hückel je:

molekul ima cikličnu strukturu;

svi atomi su u SP 2 – hibridizovanom stanju;

postoji delokalizovani p - elektronski sistem koji sadrži 4n + 2 elektrona, gde je n broj ciklusa.

Na primjer:

Posebno mjesto u bioorganskoj hemiji zauzima pitanje aromatičnost heterocikličnih jedinjenja.

U cikličkim molekulima koji sadrže heteroatome (dušik, sumpor, kiseonik) formira se jedan oblak p-elektrona uz učešće p-orbitala ugljikovih atoma i heteroatoma.

Petočlana heterociklična jedinjenja

Aromatični sistem nastaje interakcijom 4 p-orbitale C i jedne orbitale heteroatoma, koja ima 2 elektrona. Šest p elektrona formira aromatični kostur. Takav konjugovani sistem je elektronski suvišan. U pirolu, atom N je u SP 2 hibridizovanom stanju.

Pirol je dio mnogih biološki važnih supstanci. Četiri pirolna prstena formiraju porfin, aromatični sistem sa 26 p - elektrona i visokom energijom konjugacije (840 kJ/mol)

Struktura porfina je dio hemoglobina i hlorofila

Šestočlana heterociklična jedinjenja

Aromatični sistem u molekulima ovih jedinjenja nastaje interakcijom pet p-orbitala atoma ugljenika i jedne p-orbitale atoma azota. Dva elektrona na dvije SP 2 orbitale sudjeluju u formiranju s - veza sa atomima ugljika u prstenu. P orbitala sa jednim elektronom je uključena u aromatični skelet. SP 2 – orbitala sa usamljenim parom elektrona leži u ravni s-skeleta.

Gustoća elektrona u pirimidinu je pomjerena prema N, odnosno sistem je osiromašen p - elektronima, nedostaje mu elektrona.

Mnoga heterociklična jedinjenja mogu sadržavati jedan ili više heteroatoma

Jezgra pirola, pirimidina i purina dio su mnogih biološki aktivnih molekula.

Međusobni utjecaj atoma u molekulima organskih jedinjenja i načini njegovog prenošenja

Kao što je već napomenuto, veze u molekulima organskih spojeva ostvaruju se zahvaljujući s i p vezama; elektronska gustoća je ravnomjerno raspoređena između vezanih atoma samo kada su ti atomi isti ili bliski po elektronegativnosti. Takve veze se nazivaju nepolarni.

CH 3 -CH 2 →CI polarna veza

U organskoj hemiji češće se bavimo polarnim vezama.

Ako je gustina elektrona pomaknuta prema elektronegativnijem atomu, tada se takva veza naziva polarnom. Na osnovu vrijednosti energije veze, američki hemičar L. Pauling predložio je kvantitativnu karakteristiku elektronegativnosti atoma. Ispod je Paulingova skala.

Na Li H S C J Br Cl N O F

0,9 1,0 2,1 2,52,5 2,5 2,8 3,0 3,0 3,5 4,0

Atomi ugljika u različitim stanjima hibridizacije razlikuju se po elektronegativnosti. Stoga je s - veza između SP 3 i SP 2 hibridiziranih atoma - polarna

Induktivni efekat

Prijenos elektronske gustine putem mehanizma elektrostatičke indukcije duž lanca s-veza naziva se indukcijom, efekat se zove induktivni i označava se sa J. Efekat J, po pravilu, je oslabljen kroz tri veze, ali blisko locirani atomi doživljavaju prilično jak uticaj obližnjeg dipola.

Supstituenti koji pomeraju gustinu elektrona duž lanca s-veze u svom pravcu pokazuju -J – efekat, i obrnuto +J efekat.

Izolovana p-veza, kao i jedan oblak p-elektrona otvorenog ili zatvorenog konjugovanog sistema, mogu se lako polarizirati pod uticajem EA i ED supstituenata. U tim slučajevima, induktivni efekat se prenosi na p-vezu, pa se označava sa Jp.

Mezomerni efekat (efekat konjugacije)

Preraspodjela elektronske gustine u konjugovanom sistemu pod uticajem supstituenta koji je član ovog konjugovanog sistema naziva se mezomerni efekat(M-efekat).

Da bi supstituent bio dio konjugovanog sistema, mora imati ili dvostruku vezu (p,p konjugacija) ili heteroatom sa usamljenim parom elektrona (r,p konjugacija). M – efekat se prenosi kroz spregnuti sistem bez slabljenja.

Supstituenti koji snižavaju elektronsku gustinu u konjugovanom sistemu (pomerena gustina elektrona u njegovom pravcu) pokazuju -M efekat, a supstituenti koji povećavaju gustinu elektrona u konjugovanom sistemu pokazuju +M efekat.

Elektronski efekti supstituenata

Reaktivnost organskih supstanci uvelike zavisi od prirode J i M efekata. Poznavanje teoretskih mogućnosti elektronskih efekata omogućava nam da predvidimo tok određenih hemijskih procesa.

Kiselinsko-bazna svojstva organskih jedinjenja Klasifikacija organskih reakcija.

Pregled predavanja

Koncept supstrata, nukleofila, elektrofila.

Klasifikacija organskih reakcija.

reverzibilno i nepovratno

radikalni, elektrofilni, nukleofilni, sinhroni.

mono- i bimolekularne

supstitucijske reakcije

reakcije adicije

reakcije eliminacije

oksidacije i redukcije

acidobazne interakcije

Reakcije su regioselektivne, hemoselektivne, stereoselektivne.

Elektrofilne reakcije adicije. Morkovnikova vladavina, anti-Morkovnikovo pristupanje.

Elektrofilne supstitucijske reakcije: orijentanti 1. i 2. vrste.

Kiselinsko-bazna svojstva organskih jedinjenja.

Bronstedova kiselost i bazičnost

Lewisova kiselost i bazičnost

Teorija tvrdih i mekih kiselina i baza.

Klasifikacija organskih reakcija

Sistematizacija organskih reakcija omogućava da se raznolikost ovih reakcija svede na relativno mali broj tipova. Organske reakcije se mogu klasificirati:

prema: reverzibilno i nepovratno

po prirodi promjena veza u supstratu i reagensu.

Supstrat– molekul koji daje atomu ugljika da formira novu vezu

Reagens- spoj koji djeluje na podlogu.

Reakcije na osnovu prirode promjena veza u supstratu i reagensu mogu se podijeliti na:

radikal R

elektrofilni E

nukleofilni N(Y)

sinhroni ili koordinirani

Mehanizam SR reakcija

Iniciranje

Lančani rast

Otvoreno kolo

KLASIFIKACIJA PO KONAČNOM REZULTATU

Korespondencija konačnog rezultata reakcije je:

A) supstitucijske reakcije

B) reakcije adicije

B) reakcije eliminacije

D) pregrupisavanja

D) oksidacija i redukcija

E) kiselinsko-bazne interakcije

Događaju se i reakcije:

Regioselektivna– po mogućnosti protok kroz jedan od nekoliko reakcionih centara.

Hemoselektivni– preferencijalna reakcija za jednu od srodnih funkcionalnih grupa.

Stereoselektivni– preferencijalno formiranje jednog od nekoliko stereoizomera.

Reaktivnost alkena, alkana, alkadiena, arena i heterocikličnih jedinjenja

Osnova organskih jedinjenja su ugljovodonici. Razmotrit ćemo samo one reakcije koje se provode u biološkim uvjetima i, shodno tome, ne sa samim ugljovodonicima, već uz sudjelovanje ugljikovodičnih radikala.

Nezasićeni ugljovodonici uključuju alkene, alkadiene, alkine, cikloalkene i aromatične ugljovodonike. Objedinjujući princip za njih je π – elektronski oblak. U dinamičkim uslovima, organska jedinjenja takođe imaju tendenciju da budu napadnuta od strane E+

Međutim, interakcijske reakcije za alkine i arene sa reagensima dovode do različitih rezultata, jer je u ovim jedinjenjima priroda oblaka π - elektrona različita: lokalizovana i delokalizovana.

Započet ćemo naše razmatranje reakcionih mehanizama sa reakcijama A E. Kao što znamo, alkeni su u interakciji

Mehanizam reakcije hidratacije

Prema Markovnikovovom pravilu - dodavanjem nezasićenim ugljovodonicima asimetričnih jedinjenja sa opštom formulom HX - atom vodika se dodaje najhidrogenizovanijem atomu ugljenika, ako je supstituent ED. U anti-Markovnikovom dodavanju atom vodonika se dodaje najmanje hidrogeniranom ako je supstituent EA.

Reakcije elektrofilne supstitucije u aromatičnim sistemima imaju svoje karakteristike. Prva karakteristika je da interakcija sa termodinamički stabilnim aromatičnim sistemom zahteva jake elektrofile, koji se obično generišu pomoću katalizatora.

Mehanizam reakcije S E

UTICAJ ORIJENTACIJE
ZAMJENIK

Ako u aromatičnom prstenu postoji bilo koji supstituent, onda to nužno utiče na distribuciju elektronske gustine prstena. ED - supstituenti (orijentanti 1. reda) CH 3, OH, OR, NH 2, NR 2 - olakšavaju supstituciju u poređenju sa nesupstituisanim benzenom i usmeravaju ulaznu grupu u orto- i para-poziciju. Ako su ED supstituenti jaki, onda katalizator nije potreban, te reakcije se odvijaju u 3 faze.

EA supstituenti (orijentanti druge vrste) ometaju reakcije elektrofilne supstitucije u poređenju sa nesupstituisanim benzenom. SE reakcija se dešava pod strožim uslovima; dolazna grupa ulazi u meta poziciju. Supstituenti tipa II uključuju:

COOH, SO 3 H, CHO, halogeni, itd.

SE reakcije su također tipične za heterociklične ugljovodonike. Pirol, furan, tiofen i njihovi derivati ​​pripadaju π-suvišnim sistemima i prilično lako ulaze u SE reakcije. Lako se halogeniraju, alkiliraju, aciliraju, sulfoniraju i nitriraju. Prilikom odabira reagensa potrebno je uzeti u obzir njihovu nestabilnost u jako kiseloj sredini, odnosno acidofobnost.

Piridin i drugi heterociklični sistemi sa atomom azota piridina su π-nedovoljni sistemi, mnogo teže ulaze u SE reakcije, a nadolazeći elektrofil zauzima β-položaj u odnosu na atom azota.

Kisela i bazična svojstva organskih jedinjenja

Najvažniji aspekti reaktivnosti organskih jedinjenja su kiselinsko-bazna svojstva organskih jedinjenja.

Kiselost i bazičnost takođe važni koncepti koji definišu mnoga funkcionalna fizičko-hemijska i biološka svojstva organskih jedinjenja. Kiselinska i bazna kataliza jedna je od najčešćih enzimskih reakcija. Slabe kiseline i baze su uobičajene komponente bioloških sistema koje igraju važnu ulogu u metabolizmu i njegovoj regulaciji.

U organskoj hemiji postoji nekoliko koncepata kiselina i baza. Brønstedova teorija kiselina i baza, općenito prihvaćena u neorganskoj i organskoj hemiji. Prema Brønstedu, kiseline su tvari koje mogu donirati proton, a baze su tvari koje mogu prihvatiti proton.

Bronsted acidity

U principu, većina organskih jedinjenja se može smatrati kiselinama, jer je u organskim jedinjenjima H vezan za C, N O S

Organske kiseline se prema tome dijele na C – H, N – H, O – H, S-H – kiseline.

Kiselost se procjenjuje u obliku Ka ili - log Ka = pKa, što je niži pKa, to je kiselina jača.

Kvantitativna procjena kiselosti organskih jedinjenja nije određena za sve organske tvari. Stoga je važno razviti sposobnost kvalitativne procjene kiselinskih svojstava različitih kiselinskih mjesta. U tu svrhu koristi se opći metodološki pristup.

Jačina kiseline određena je stabilnošću anjona (konjugirane baze). Što je anjon stabilniji, to je kiselina jača.

Stabilnost aniona određena je kombinacijom više faktora:

elektronegativnost i polarizabilnost elementa u kiselinskom centru.

stepen delokalizacije negativnog naboja u anjonu.

priroda radikala povezana sa kiselinskim centrom.

efekti solvatacije (utjecaj rastvarača)

Razmotrimo ulogu svih ovih faktora redom:

Utjecaj elektronegativnosti elemenata

Što je element elektronegativniji, to je naboj delokalizovaniji i što je anjon stabilniji, kiselina je jača.

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

Stoga se kiselost mijenja u seriji CH< NН < ОН

Za SH kiseline prevladava još jedan faktor - polarizabilnost.

Atom sumpora je veće veličine i ima prazne d orbitale. stoga, negativni naboj može delokalizirati preko velike zapremine, što rezultira većom stabilnošću anjona.

Tioli, kao jače kiseline, reaguju sa alkalijama, kao i sa oksidima i solima teških metala, dok alkoholi (slabe kiseline) mogu da reaguju samo sa aktivnim metalima.

Relativno visoka kiselost tola se koristi u medicini i hemiji lijekova. Na primjer:

Koristi se kod trovanja As, Hg, Cr, Bi, čije dejstvo je posledica vezivanja metala i njihovog uklanjanja iz organizma. Na primjer:

Prilikom procjene kiselosti jedinjenja sa istim atomom u kiselinskom centru, odlučujući faktor je delokalizacija negativnog naboja u anjonu. Stabilnost anjona se značajno povećava sa pojavom mogućnosti delokalizacije negativnog naboja duž sistema konjugovanih veza. Značajno povećanje kiselosti u fenolima, u odnosu na alkohole, objašnjava se mogućnošću delokalizacije jona u odnosu na molekul.

Visoka kiselost karboksilnih kiselina je zbog rezonantne stabilnosti karboksilatnog anjona

Delokalizacija naboja je olakšana prisustvom supstituenata koji povlače elektrone (EA), oni stabilizuju anjone, čime se povećava kiselost. Na primjer, uvođenje supstituenta u molekulu EA

Utjecaj supstituenta i rastvarača

a - hidroksi kiseline su jače kiseline od odgovarajućih karboksilnih kiselina.

ED - supstituenti, naprotiv, smanjuju kiselost. Rastvarači imaju veći uticaj na stabilizaciju anjona, po pravilu se bolje rastvore mali joni sa niskim stepenom delokalizacije naelektrisanja.

Učinak solvatacije može se pratiti, na primjer, u nizu:

Ako atom u kiselinskom centru nosi pozitivan naboj, to dovodi do povećane kiselosti.

Pitanje publici: koja kiselina - sirćetna ili palmitinska C 15 H 31 COOH - treba da ima nižu pKa vrednost?

Ako atom u kiselinskom centru nosi pozitivan naboj, to dovodi do povećane kiselosti.

Može se primijetiti jaka CH - kiselost σ - kompleksa nastala u reakciji elektrofilne supstitucije.

Bronsted basicity

Da bi se formirala veza s protonom, potreban je nepodijeljeni elektronski par na heteroatomu,

ili biti anjoni. Postoje p-baze i

π baza, gdje je centar bazičnosti

elektroni lokalizovane π veze ili π elektroni konjugovanog sistema (π komponente)

Jačina baze zavisi od istih faktora kao i kiselost, ali je njihov uticaj suprotan. Što je veća elektronegativnost atoma, to čvršće drži usamljeni par elektrona i manje je dostupan za vezu s protonom. Tada se, općenito, jačina n-baza s istim supstituentom mijenja u nizu:

Najosnovnija organska jedinjenja su amini i alkoholi:

Soli organskih jedinjenja sa mineralnim kiselinama su visoko rastvorljive. Mnogi lijekovi se koriste u obliku soli.

Kiselinsko-bazni centar u jednoj molekuli (amfoterno)

Vodikove veze kao kiselinsko-bazne interakcije

Za sve α - aminokiseline postoji prevlast kationskih oblika u jako kiselim i anjonskih u jako alkalnim sredinama.

Prisustvo slabih kiselih i baznih centara dovodi do slabih interakcija - vodikovih veza. Na primjer: imidazol, niske molekularne težine, ima visoku tačku ključanja zbog prisustva vodoničnih veza.

J. Lewis je predložio opštiju teoriju kiselina i baza, zasnovanu na strukturi elektronskih školjki.

Lewisova kiselina može biti atom, molekul ili kation koji ima praznu orbitalu sposobnu prihvatiti par elektrona kako bi formirala vezu.

Predstavnici Lewisovih kiselina su halogenidi elemenata grupa II i III periodnog sistema D.I. Mendeljejev.

Lewisove baze su atom, molekula ili anion koji može donirati par elektrona.

Lewisove baze uključuju amine, alkohole, etre, tiole, tioetere i spojeve koji sadrže π veze.

Na primjer, interakcija ispod može se predstaviti kao Lewisova acidobazna interakcija

Važna posljedica Lewisove teorije je da se svaka organska supstanca može predstaviti kao kiselinsko-bazni kompleks.

U organskim jedinjenjima intramolekularne vodikove veze se javljaju mnogo rjeđe od intermolekularnih, ali se javljaju i u bioorganskim spojevima i mogu se smatrati kiselinsko-baznim interakcijama.

Koncepti "tvrdo" i "meko" nisu identični jakim i slabim kiselinama i bazama. To su dvije nezavisne karakteristike. Suština LCMO je da tvrde kiseline reaguju sa tvrdim bazama, a meke kiseline reaguju sa mekim bazama.

Prema Pearsonovom principu tvrdih i mekih kiselina i baza (HABP), Lewisove kiseline dijele se na tvrde i meke. Tvrde kiseline su akceptorski atomi male veličine, velikog pozitivnog naboja, visoke elektronegativnosti i niske polarizabilnosti.

Meke kiseline su veliki akceptorski atomi sa malim pozitivnim nabojem, niskom elektronegativnošću i visokom polarizabilnošću.

Suština LCMO je da tvrde kiseline reaguju sa tvrdim bazama, a meke kiseline reaguju sa mekim bazama. Na primjer:

Oksidacija i redukcija organskih jedinjenja

Redoks reakcije su od najveće važnosti za životne procese. Uz njihovu pomoć tijelo zadovoljava svoje energetske potrebe, jer se oksidacijom organskih tvari oslobađa energija.

S druge strane, ove reakcije služe za pretvaranje hrane u ćelijske komponente. Reakcije oksidacije potiču detoksikaciju i uklanjanje droga iz tijela.

Oksidacija je proces uklanjanja vodika kako bi se formirala višestruka veza ili nove polarnije veze.

Redukcija je proces obrnut od oksidacije.

Oksidacija organskih supstrata teče lakše, što je jača njegova sklonost odustajanju od elektrona.

Oksidacija i redukcija se moraju uzeti u obzir u odnosu na specifične klase jedinjenja.

Oksidacija C–H veza (alkani i alkili)

Kada alkani potpuno izgore, nastaju CO 2 i H 2 O i oslobađa se toplota. Drugi načini njihove oksidacije i redukcije mogu se predstaviti sljedećim shemama:

Oksidacija zasićenih ugljovodonika se dešava u teškim uslovima (mešavina hroma je vruća); mekši oksidanti ne utiču na njih. Međuprodukti oksidacije su alkoholi, aldehidi, ketoni i kiseline.

Hidroperoksidi R – O – OH su najvažniji međuprodukti oksidacije C – H veza u blagim uslovima, posebno in vivo

Važna reakcija oksidacije C–H veza u tjelesnim uvjetima je enzimska hidroksilacija.

Primjer bi bio proizvodnja alkohola oksidacijom hrane. Zbog molekularnog kisika i njegovih aktivnih oblika. sprovedeno in vivo.

Vodikov peroksid može poslužiti kao sredstvo za hidroksiliranje u tijelu.

Višak peroksida mora se razgraditi katalazom na vodu i kisik.

Oksidacija i redukcija alkena može se predstaviti sljedećim transformacijama:

Redukcija alkena

Oksidacija i redukcija aromatičnih ugljovodonika

Benzen je izuzetno teško oksidirati čak iu teškim uvjetima prema sljedećoj shemi:

Sposobnost oksidacije značajno raste od benzena do naftalena i dalje do antracena.

ED supstituenti olakšavaju oksidaciju aromatičnih jedinjenja. EA – sprečava oksidaciju. Regeneracija benzena.

C 6 H 6 + 3 H 2

Enzimska hidroksilacija aromatičnih jedinjenja

Oksidacija alkohola

U poređenju sa ugljovodonicima, oksidacija alkohola se dešava u blažim uslovima

Najvažnija reakcija diola u tjelesnim uslovima je transformacija u kinon-hidrokinon sistemu

Prijenos elektrona sa supstrata na kisik događa se u metahondrijima.

Oksidacija i redukcija aldehida i ketona

Jedna od klasa organskih spojeva koji se najlakše oksidiraju

2H 2 C = O + H 2 O CH 3 OH + HCOOH teče posebno lako na svjetlu

Oksidacija spojeva koji sadrže dušik

Amini oksidiraju prilično lako; krajnji produkti oksidacije su nitro spojevi

Iscrpna redukcija tvari koje sadrže dušik dovodi do stvaranja amina.

Oksidacija amina in vivo

Oksidacija i redukcija tiola

Uporedne karakteristike O-B svojstava organskih jedinjenja.

Tioli i 2-atomski fenoli se najlakše oksidiraju. Aldehidi prilično lako oksidiraju. Alkohole je teže oksidirati, a primarni su lakši od sekundarnih i tercijarnih. Ketoni su otporni na oksidaciju ili oksidiraju cijepanjem molekula.

Alkini lako oksidiraju čak i na sobnoj temperaturi.

Najteže se oksidiraju spojevi koji sadrže atome ugljika u Sp3-hibridiziranom stanju, odnosno zasićeni fragmenti molekula.

ED – supstituenti olakšavaju oksidaciju

EA – sprečava oksidaciju.

Specifična svojstva poli- i heterofunkcionalnih spojeva.

Pregled predavanja

Poli- i heterofunkcionalnost kao faktor povećanja reaktivnosti organskih jedinjenja.

Specifična svojstva poli- i heterofunkcionalnih spojeva:

amfoternost stvaranje intramolekularnih soli.

intramolekularna ciklizacija γ, δ, ε – heterofunkcionalnih jedinjenja.

intermolekularna ciklizacija (laktidi i deketopipirozini)

helacija.

reakcije eliminacije beta-heterofunkcionalnih

veze.

keto-enol tautomerizam. Fosfoenolpiruvat, as

makroergijsko jedinjenje.

dekarboksilacija.

stereoizomerizam

Poli- i heterofunkcionalnost kao razlog za pojavu specifičnih svojstava u hidroksi, amino i okso kiselinama.

Prisustvo nekoliko identičnih ili različitih funkcionalnih grupa u molekulu je karakteristično obilježje biološki važnih organskih spojeva. Molekul može sadržavati dvije ili više hidroksilnih grupa, amino grupa ili karboksilnih grupa. Na primjer:

Važna grupa supstanci uključenih u vitalnu aktivnost su heterofunkcionalna jedinjenja koja imaju parnu kombinaciju različitih funkcionalnih grupa. Na primjer:

U alifatskim jedinjenjima, sve gore navedene funkcionalne grupe pokazuju EA karakter. Zbog njihovog uticaja jedni na druge, njihova reaktivnost se međusobno pojačava. Na primjer, u oksokiselinama, elektrofilnost svakog od dva karbonilna atoma ugljika je pojačana -J druge funkcionalne grupe, što dovodi do lakšeg napada nukleofilnih reagensa.

Budući da I efekat blijedi nakon 3-4 veze, važna okolnost je blizina lokacije funkcionalnih grupa u ugljikovodičnom lancu. Heterofunkcionalne grupe mogu biti locirane na istom atomu ugljika (α - raspored), ili na različitim atomima ugljika, kako susjednim (β raspored) tako i udaljenijim jedna od druge (γ, delta, epsilon) lokacijama.

Svaka heterofunkcionalna grupa zadržava sopstvenu reaktivnost, tačnije, heterofunkcionalna jedinjenja ulaze u „dvostruki“ broj hemijskih reakcija. Kada je međusobni raspored heterofunkcionalnih grupa dovoljno blizak, reaktivnost svake od njih se međusobno pojačava.

Uz istovremeno prisustvo kiselih i baznih grupa u molekulu, spoj postaje amfoteričan.

Na primjer: aminokiseline.

Interakcija heterofunkcionalnih grupa

Molekula gerofunkcionalnih spojeva može sadržavati grupe sposobne za međusobnu interakciju. Na primjer, u amfoternim jedinjenjima, kao što su α-amino kiseline, moguće je stvaranje unutrašnjih soli.

Stoga se sve α - aminokiseline javljaju u obliku biopolarnih jona i vrlo su rastvorljive u vodi.

Osim kiselinsko-baznih interakcija, postaju moguće i druge vrste kemijskih reakcija. Na primjer, reakcija S N na SP 2 je hibrid atoma ugljika u karbonilnoj grupi zbog interakcije sa alkoholnom grupom, formiranja estera, karboksilne grupe sa amino grupom (formiranje amida).

Ovisno o relativnom rasporedu funkcionalnih grupa, ove reakcije se mogu odvijati i unutar jednog molekula (intramolekularne) i između molekula (intermolekularne).

Budući da reakcija rezultira stvaranjem cikličkih amida i estera. tada odlučujući faktor postaje termodinamička stabilnost ciklusa. U tom smislu, konačni proizvod obično sadrži šestočlane ili petočlane prstenove.

Da bi intramolekularna interakcija formirala peto- ili šesteročlani estarski (amidni) prsten, heterofunkcionalno jedinjenje mora imati gama ili sigma raspored u molekulu. Onda u razred