Elemente der bioorganischen Chemie. Geschichte der Entwicklung der bioorganischen Chemie

Hallo! Viele Medizinstudenten studieren mittlerweile Bioorganische Chemie, auch Biochemie genannt.

An einigen Universitäten endet dieses Fach mit einer Prüfung, an anderen mit einer Prüfung. Manchmal kommt es vor, dass ein Test an einer Universität im Schwierigkeitsgrad mit einer Prüfung an einer anderen vergleichbar ist.

An meiner Universität wurde Bioorganische Chemie im Sommersemester ganz am Ende des ersten Jahres als Prüfung abgelegt. Es muss gesagt werden, dass BOC eines dieser Themen ist, das auf den ersten Blick erschreckend ist und den Gedanken hervorrufen kann: „Das ist unmöglich zu bestehen.“ Dies gilt natürlich insbesondere für Menschen mit schwachen Kenntnissen in der organischen Chemie (und seltsamerweise gibt es an medizinischen Universitäten ziemlich viele davon).

Die Programme zum Studium der bioorganischen Chemie an verschiedenen Universitäten können sehr unterschiedlich sein, und die Lehrmethoden können noch stärker variieren.

Allerdings sind die Anforderungen an Studierende überall ungefähr gleich. Um es ganz einfach auszudrücken: Um die Bioorganische Chemie mit einer 5 zu bestehen, müssen Sie die Namen, Eigenschaften, Strukturmerkmale und typischen Reaktionen einer Reihe organischer Substanzen kennen.

Unser Lehrer, ein angesehener Professor, präsentierte den Stoff so, als ob jeder Schüler der beste Schüler der organischen Chemie der Schule wäre (und bioorganische Chemie ist im Wesentlichen ein komplizierter Kurs in organischer Schulchemie). Mit seiner Herangehensweise hatte er wahrscheinlich Recht: Jeder sollte danach streben, die Spitze zu erreichen und versuchen, der Beste zu sein. Dies führte jedoch dazu, dass einige Studierende, die den Stoff in den ersten 2-3 Unterrichtsstunden teilweise nicht verstanden hatten, gegen Mitte des Semesters überhaupt nicht mehr alles verstanden.

Ich habe mich entschieden, dieses Material vor allem deshalb zu schreiben, weil ich so ein Student war. In der Schule habe ich die anorganische Chemie wirklich geliebt, aber mit organischen Stoffen hatte ich immer Probleme. Schon bei der Vorbereitung auf das Einheitliche Staatsexamen habe ich mich für die Strategie entschieden, mein gesamtes Wissen über Anorganik zu festigen und gleichzeitig nur die Grundlagen der Organik zu festigen. Übrigens ist mir das in Bezug auf die Einstiegspunkte fast nach hinten losgegangen, aber das ist eine andere Geschichte.

Nicht umsonst habe ich auf die Lehrmethodik hingewiesen, denn auch unsere war sehr ungewöhnlich. Schon fast in der ersten Klasse wurden uns die Handbücher gezeigt, nach denen wir Tests und dann eine Prüfung absolvieren mussten.

Bioorganische Chemie – Tests und Prüfung

Unser gesamter Kurs war in 4 Hauptthemen unterteilt, die jeweils mit einer Probestunde endeten. Zu jedem der vier Tests des ersten Paares hatten wir bereits Fragen. Sie waren natürlich beängstigend, aber gleichzeitig dienten sie als eine Art Karte, auf der man sich bewegen konnte.

Der erste Test war recht einfach. Es widmete sich hauptsächlich der Nomenklatur, trivialen (alltäglichen) und internationalen Namen und natürlich der Klassifizierung von Stoffen. Auch die Zeichen der Aromatik wurden in der einen oder anderen Form angesprochen.

Der zweite Test nach dem ersten schien viel schwieriger zu sein. Dort galt es, die Eigenschaften und Reaktionen von Stoffen wie Ketonen, Aldehyden, Alkoholen und Carbonsäuren zu beschreiben. Eine der typischsten Reaktionen von Aldehyden ist beispielsweise die Silberspiegelreaktion. Ein wirklich schöner Anblick. Wenn Sie Tollens‘ Reagenz, also OH, zu einem Aldehyd hinzufügen, sehen Sie an der Wand des Reagenzglases einen Niederschlag, der einem Spiegel ähnelt. So sieht er aus:

Der dritte Test schien im Vergleich zum zweiten nicht so beeindruckend zu sein. Jeder ist es bereits gewohnt, Reaktionen aufzuschreiben und sich Eigenschaften nach Klassifizierungen zu merken. Im dritten Test sprachen wir über Verbindungen mit zwei funktionellen Gruppen – Aminophenole, Aminoalkohole, Oxosäuren und andere. Außerdem enthielt jedes Ticket mindestens ein Ticket zum Thema Kohlenhydrate.

Der vierte Test in Bioorganischer Chemie war fast ausschließlich Proteinen, Aminosäuren und Peptidbindungen gewidmet. Ein besonderes Highlight waren die Fragen, die das Sammeln von RNA und DNA erforderten.

Übrigens sieht eine Aminosäure genau so aus – man erkennt die Aminogruppe (auf diesem Bild ist sie gelb gefärbt) und die Carbonsäuregruppe (sie ist lila). Mit Stoffen dieser Klasse hatten wir es im vierten Test zu tun.

Jeder Test wurde an der Tafel abgelegt – der Student muss unaufgefordert alle notwendigen Eigenschaften in Form von Reaktionen beschreiben und erklären. Wenn Sie beispielsweise den zweiten Test machen, stehen auf Ihrem Ticket die Eigenschaften von Alkoholen. Der Lehrer sagt dir: Nimm Propanol. Sie schreiben die Formel von Propanol und 4-5 typische Reaktionen, um seine Eigenschaften zu veranschaulichen. Es könnte auch etwas Exotisches sein, etwa schwefelhaltige Verbindungen. Ein Fehler selbst im Index eines Reaktionsprodukts veranlasste mich oft, dieses Material bis zum nächsten Versuch (der eine Woche später stattfand) weiter zu studieren. Beängstigend? Harsch? Sicherlich!

Allerdings hat dieser Ansatz einen sehr angenehmen Nebeneffekt. Im regulären Seminarunterricht war es schwierig. Viele machten die Tests 5-6 Mal. Die Prüfung war aber sehr einfach, da jedes Ticket 4 Fragen enthielt. Genau, eine von jedem bereits gelernten und gelösten Test.

Daher werde ich nicht einmal die Feinheiten der Vorbereitung auf die Prüfung in Bioorganischer Chemie beschreiben. In unserem Fall kam es bei der gesamten Vorbereitung darauf an, wie wir uns auf die Tests selbst vorbereiteten. Ich habe jeden der vier Tests souverän bestanden – vor der Prüfung einfach die eigenen Entwürfe durchsehen, die grundlegendsten Reaktionen aufschreiben und schon ist alles wiederhergestellt. Tatsache ist, dass die organische Chemie eine sehr logische Wissenschaft ist. Was Sie beachten müssen, sind nicht die riesigen Reaktionsketten, sondern die Mechanismen selbst.

Ja, ich stelle fest, dass dies nicht bei allen Artikeln funktioniert. Sie werden nicht in der Lage sein, die beeindruckende Anatomie zu überwinden, indem Sie einfach Ihre Notizen am Vortag lesen. Auch eine Reihe anderer Artikel haben ihre eigenen Eigenschaften. Auch wenn Ihre medizinische Fakultät die bioorganische Chemie anders lehrt, müssen Sie möglicherweise Ihre Vorbereitung anpassen und etwas anders vorgehen als ich. Auf jeden Fall viel Glück für Sie, verstehen und lieben Sie die Wissenschaft!

Plan 1. Gegenstand und Bedeutung der bioorganischen Chemie 2. Klassifizierung und Nomenklatur organischer Verbindungen 3. Methoden zur Darstellung organischer Moleküle 4. Chemische Bindung in bioorganischen Molekülen 5. Elektronische Effekte. Gegenseitige Beeinflussung von Atomen in einem Molekül 6. Klassifizierung chemischer Reaktionen und Reagenzien 7. Konzept der Mechanismen chemischer Reaktionen 2

Fachgebiet der bioorganischen Chemie 3 Die bioorganische Chemie ist ein eigenständiger Zweig der chemischen Wissenschaft, der die Struktur, Eigenschaften und biologischen Funktionen chemischer Verbindungen organischen Ursprungs untersucht, die am Stoffwechsel lebender Organismen beteiligt sind.

Gegenstand des Studiums der bioorganischen Chemie sind niedermolekulare Biomoleküle und Biopolymere (Proteine, Nukleinsäuren und Polysaccharide), Bioregulatoren (Enzyme, Hormone, Vitamine und andere), natürliche und synthetische physiologisch aktive Verbindungen, einschließlich Arzneimittel und Substanzen mit toxischer Wirkung. Biomoleküle sind bioorganische Verbindungen, die Teil lebender Organismen sind und auf die Bildung zellulärer Strukturen und die Teilnahme an biochemischen Reaktionen spezialisiert sind. Sie bilden die Grundlage des Stoffwechsels (Metabolismus) und der physiologischen Funktionen lebender Zellen und vielzelliger Organismen im Allgemeinen. 4 Klassifizierung bioorganischer Verbindungen

Der Stoffwechsel ist eine Reihe chemischer Reaktionen, die im Körper (in vivo) ablaufen. Stoffwechsel wird auch Stoffwechsel genannt. Der Stoffwechsel kann in zwei Richtungen erfolgen – Anabolismus und Katabolismus. Anabolismus ist die Synthese komplexer Substanzen aus relativ einfachen Substanzen im Körper. Sie erfolgt unter Energieaufwand (endothermer Prozess). Katabolismus hingegen ist die Aufspaltung komplexer organischer Verbindungen in einfachere. Dies geschieht unter Freisetzung von Energie (exothermer Prozess). Stoffwechselprozesse laufen unter Beteiligung von Enzymen ab. Enzyme spielen im Körper die Rolle von Biokatalysatoren. Ohne Enzyme würden biochemische Prozesse entweder gar nicht oder nur sehr langsam ablaufen und der Körper wäre nicht in der Lage, das Leben aufrechtzuerhalten. 5

Bioelemente. Zur Zusammensetzung bioorganischer Verbindungen gehören neben Kohlenstoffatomen (C), die die Grundlage jedes organischen Moleküls bilden, auch Wasserstoff (H), Sauerstoff (O), Stickstoff (N), Phosphor (P) und Schwefel (S). . Diese Bioelemente (Organogene) sind in lebenden Organismen in Mengen konzentriert, die über 200-mal höher sind als ihr Gehalt in unbelebten Objekten. Die genannten Elemente machen über 99 % der elementaren Zusammensetzung von Biomolekülen aus. 6

Die bioorganische Chemie entstand aus den Tiefen der organischen Chemie und basiert auf deren Ideen und Methoden. In der Entwicklungsgeschichte durchläuft die organische Chemie folgende Phasen: empirische, analytische, strukturelle und moderne. Als empirisch gilt der Zeitraum von der ersten Bekanntschaft des Menschen mit organischen Stoffen bis zum Ende des 18. Jahrhunderts. Das wichtigste Ergebnis dieser Zeit war, dass die Menschen die Bedeutung der Elementaranalyse und der Bestimmung der Atom- und Molekülmassen erkannten. Die Theorie des Vitalismus – Lebenskraft (Berzelius). Der Analysezeitraum dauerte bis in die 60er Jahre des 19. Jahrhunderts. Sie war dadurch gekennzeichnet, dass ab Ende des ersten Viertels des 19. Jahrhunderts eine Reihe vielversprechender Entdeckungen gemacht wurden, die der vitalistischen Theorie einen vernichtenden Schlag versetzten. Der erste in dieser Reihe war Berzelius‘ Schüler, der deutsche Chemiker Wöhler. Er machte 1824 eine Reihe von Entdeckungen – die Synthese von Oxalsäure aus Cyan: (CN) 2 HOOC – COOH r. – Synthese von Harnstoff aus Ammoniumcyanat: NH 4 CNO NH 2 – C – NH 2 O 8

Im Jahr 1853 entwickelte C. Gerard die „Typentheorie“ und nutzte sie zur Klassifizierung organischer Verbindungen. Laut Gerard können komplexere organische Verbindungen aus den folgenden vier Haupttypen von Substanzen hergestellt werden: HHHH-Typ HHHH O-Typ WASSER H Cl-Typ CHLORWASSERSTOFF HHHHN N-Typ AMMONIAK Seit 1857 begann man auf Anregung von F. A. Kekule, Kohlenwasserstoffe zu klassifizieren als Methantyp HHHNNHH C 9

Grundbestimmungen der Theorie der Struktur organischer Verbindungen (1861) 1) Atome in Molekülen sind entsprechend ihrer Wertigkeit durch chemische Bindungen miteinander verbunden; 2) Atome in Molekülen organischer Substanzen sind in einer bestimmten Reihenfolge miteinander verbunden, die die chemische Struktur (Struktur) des Moleküls bestimmt; 3) Die Eigenschaften organischer Verbindungen hängen nicht nur von der Anzahl und Art ihrer Atombestandteile ab, sondern auch von der chemischen Struktur der Moleküle; 4) In organischen Molekülen gibt es eine Wechselwirkung zwischen Atomen, sowohl aneinander gebundenen als auch ungebundenen; 5) Die chemische Struktur eines Stoffes kann durch Untersuchung seiner chemischen Umwandlungen bestimmt werden und umgekehrt können seine Eigenschaften durch die Struktur eines Stoffes charakterisiert werden. 10

Grundbestimmungen der Theorie der Struktur organischer Verbindungen (1861) Eine Strukturformel ist ein Abbild der Bindungsfolge von Atomen in einem Molekül. Bruttoformel – CH 4 O oder CH 3 OH Strukturformel Vereinfachte Strukturformeln werden manchmal als rational bezeichnet. Molekularformel – die Formel einer organischen Verbindung, die die Anzahl der Atome jedes Elements im Molekül angibt. Zum Beispiel: C 5 H 12 – Pentan, C 6 H 6 – Benzin usw. elf

Entwicklungsstadien der bioorganischen Chemie Als eigenständiges Wissensgebiet, das die konzeptionellen Prinzipien und Methoden der organischen Chemie einerseits und der molekularen Biochemie und molekularen Pharmakologie andererseits vereint, entstand die bioorganische Chemie im 20. Jahrhundert auf der Grundlage von Entwicklungen in der Chemie der Naturstoffe und Biopolymere. Die moderne bioorganische Chemie hat durch die Arbeiten von W. Stein, S. Moore, F. Sanger (Analyse der Aminosäurezusammensetzung und Bestimmung der Primärstruktur von Peptiden und Proteinen), L. Pauling und H. Astbury (Klärung) grundlegende Bedeutung erlangt der Struktur der -Helix und -Struktur und ihrer Bedeutung bei der Umsetzung der biologischen Funktionen von Proteinmolekülen), E. Chargaff (Entschlüsselung der Merkmale der Nukleotidzusammensetzung von Nukleinsäuren), J. Watson, Fr. Crick, M. Wilkins, R. Franklin (Ermittlung der Muster der räumlichen Struktur des DNA-Moleküls), G. Corani (chemische Gensynthese) usw. 14

Klassifizierung organischer Verbindungen nach der Struktur des Kohlenstoffgerüsts und der Art der funktionellen Gruppe Die große Anzahl organischer Verbindungen veranlasste Chemiker, sie zu klassifizieren. Die Klassifizierung organischer Verbindungen basiert auf zwei Klassifizierungskriterien: 1. Der Struktur des Kohlenstoffgerüsts 2. Der Art der funktionellen Gruppen Klassifizierung nach der Strukturmethode des Kohlenstoffgerüsts: 1. Azyklisch (Alkane, Alkene, Alkine, Alkadiene); 2. Zyklisch 2.1. Carbozyklisch (alizyklisch und aromatisch) 2.2. Heterocyclische 15 Acyclische Verbindungen werden auch aliphatisch genannt. Hierzu zählen Stoffe mit offener Kohlenstoffkette. Azyklische Verbindungen werden in gesättigte (oder gesättigte) C n H 2n+2 (Alkane, Paraffine) und ungesättigte (ungesättigte) Verbindungen unterteilt. Zu letzteren zählen Alkene C n H 2n, Alkine C n H 2n -2, Alkadiene C n H 2n -2.

16 Zyklische Verbindungen enthalten Ringe (Zyklen) in ihren Molekülen. Wenn die Zyklen nur Kohlenstoffatome enthalten, werden solche Verbindungen als carbozyklisch bezeichnet. Carbocyclische Verbindungen werden wiederum in alicyclische und aromatische Verbindungen unterteilt. Zu den alicyclischen Kohlenwasserstoffen (Cycloalkanen) gehören Cyclopropan und seine Homologen – Cyclobutan, Cyclopentan, Cyclohexan usw. Enthält das zyklische System neben dem Kohlenwasserstoff auch andere Elemente, so werden solche Verbindungen als heterozyklisch klassifiziert.

Klassifizierung nach der Art einer funktionellen Gruppe Eine funktionelle Gruppe ist ein Atom oder eine Gruppe von Atomen, die auf eine bestimmte Weise verbunden sind und deren Vorhandensein in einem Molekül einer organischen Substanz die charakteristischen Eigenschaften und ihre Zugehörigkeit zu der einen oder anderen Klasse von Verbindungen bestimmt . Basierend auf der Anzahl und Homogenität der funktionellen Gruppen werden organische Verbindungen in mono-, poly- und heterofunktionelle Gruppen unterteilt. Stoffe mit einer funktionellen Gruppe nennt man monofunktionell, Stoffe mit mehreren gleichen funktionellen Gruppen nennt man polyfunktionell. Verbindungen, die mehrere unterschiedliche funktionelle Gruppen enthalten, sind heterofunktionell. Es ist wichtig, dass Verbindungen derselben Klasse zu homologen Reihen zusammengefasst werden. Eine homologe Reihe ist eine Reihe organischer Verbindungen mit denselben funktionellen Gruppen und derselben Struktur; jeder Vertreter der homologen Reihe unterscheidet sich vom vorherigen durch eine konstante Einheit (CH 2), die als homologe Differenz bezeichnet wird. Mitglieder einer homologen Reihe werden Homologe genannt. 17

Nomenklatursysteme in der organischen Chemie – trivial, rational und international (IUPAC) Die chemische Nomenklatur ist eine Reihe von Namen einzelner chemischer Substanzen, ihrer Gruppen und Klassen sowie Regeln für die Zusammenstellung ihrer Namen. Chemische Nomenklatur ist eine Reihe von Namen einzelner chemischer Substanzen Stoffe, ihre Gruppen und Klassen sowie Regeln zur Zusammenstellung ihrer Namen. Die triviale (historische) Nomenklatur ist mit dem Prozess der Stoffgewinnung (Pyrogallol – ein Produkt der Pyrolyse von Gallussäure), der Herkunftsquelle, aus der es gewonnen wurde (Ameisensäure) usw. verbunden. Triviale Namen von Verbindungen werden in der Chemie natürlicher und heterozyklischer Verbindungen häufig verwendet (Citral, Geraniol, Thiophen, Pyrrol, Chinolin usw.). Triviale (historische) Nomenklaturen sind mit dem Prozess der Stoffgewinnung verbunden (Pyrogallol ist ein Produkt der Pyrolyse). der Gallussäure), der Herkunftsquelle, aus der gewonnen wurde (Ameisensäure) usw. Trivialnamen von Verbindungen werden in der Chemie natürlicher und heterozyklischer Verbindungen häufig verwendet (Citral, Geraniol, Thiophen, Pyrrol, Chinolin usw.). Die rationale Nomenklatur basiert auf dem Prinzip der Einteilung organischer Verbindungen in homologe Reihen. Alle Stoffe einer bestimmten homologen Reihe gelten als Derivate des einfachsten Vertreters dieser Reihe – des ersten oder manchmal des zweiten. Insbesondere für Alkane – Methan, für Alkene – Ethylen usw. Die rationale Nomenklatur basiert auf dem Prinzip der Einteilung organischer Verbindungen in homologe Reihen. Alle Stoffe einer bestimmten homologen Reihe gelten als Derivate des einfachsten Vertreters dieser Reihe – des ersten oder manchmal des zweiten. Insbesondere für Alkane – Methan, für Alkene – Ethylen usw. 18

Internationale Nomenklatur (IUPAC). Die Regeln der modernen Nomenklatur wurden 1957 auf dem 19. Kongress der International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) entwickelt. Radikale funktionale Nomenklatur. Diese Namen basieren auf dem Namen der Funktionsklasse (Alkohol, Ether, Keton usw.), dem die Namen der Kohlenwasserstoffreste vorangestellt sind, zum Beispiel: Arylchlorid, Diethylether, Dimethylketon, Propylalkohol usw. Ersatznomenklatur. Nomenklaturregeln. Die Grundstruktur ist das Strukturfragment des Moleküls (Molekülgerüst), das dem Namen der Verbindung zugrunde liegt, bei alicyclischen Verbindungen die Hauptkohlenstoffkette der Atome und bei carbocyclischen Verbindungen der Zyklus. 19

Chemische Bindung in organischen Molekülen Unter chemischer Bindung versteht man das Phänomen der Wechselwirkung zwischen den äußeren Elektronenhüllen (Valenzelektronen von Atomen) und Atomkernen, das die Existenz eines Moleküls oder Kristalls als Ganzes bestimmt. In der Regel neigt ein Atom, das ein Elektron aufnimmt oder abgibt oder ein gemeinsames Elektronenpaar bildet, dazu, eine Konfiguration der äußeren Elektronenhülle anzunehmen, die der von Edelgasen ähnelt. Die folgenden Arten chemischer Bindungen sind charakteristisch für organische Verbindungen: - ionische Bindung - kovalente Bindung - Donorbindung - Akzeptorbindung - Wasserstoffbindung. Es gibt auch einige andere Arten chemischer Bindungen (metallische Bindung, Einelektronenbindung, Zweielektronen-Dreizentrenbindung). , kommen aber in organischen Verbindungen praktisch nicht vor. 20

Arten von Bindungen in organischen Verbindungen Das charakteristischste Merkmal organischer Verbindungen ist eine kovalente Bindung. Eine kovalente Bindung ist die Wechselwirkung von Atomen, die durch die Bildung eines gemeinsamen Elektronenpaares realisiert wird. Diese Art von Bindung wird zwischen Atomen gebildet, die vergleichbare Elektronegativitätswerte aufweisen. Elektronegativität ist eine Eigenschaft eines Atoms, die die Fähigkeit zeigt, Elektronen von anderen Atomen an sich zu ziehen. Eine kovalente Bindung kann polar oder unpolar sein. Eine unpolare kovalente Bindung entsteht zwischen Atomen mit demselben Elektronegativitätswert

Arten von Bindungen in organischen Verbindungen Eine polare kovalente Bindung wird zwischen Atomen mit unterschiedlichen Elektronegativitätswerten gebildet. In diesem Fall erhalten die gebundenen Atome Teilladungen δ+δ+ δ-δ-. Eine besondere Unterart der kovalenten Bindung ist die Donor-Akzeptor-Bindung. Wie in den vorherigen Beispielen ist diese Art der Wechselwirkung auf das Vorhandensein eines gemeinsamen Elektronenpaars zurückzuführen, das jedoch von einem der die Bindung bildenden Atome (Donor) bereitgestellt und von einem anderen Atom (Akzeptor) aufgenommen wird 24

Arten von Bindungen in organischen Verbindungen Eine Ionenbindung wird zwischen Atomen gebildet, die sich in ihren Elektronegativitätswerten stark unterscheiden. In diesem Fall wird das Elektron des weniger elektronegativen Elements (oft ein Metall) vollständig auf das elektronegativere Element übertragen. Dieser Elektronenübergang führt zum Auftreten einer positiven Ladung auf dem weniger elektronegativen Atom und einer negativen Ladung auf dem elektronegativeren Atom. Dadurch entstehen zwei Ionen mit entgegengesetzter Ladung, zwischen denen eine elektrovalente Wechselwirkung besteht. 25

Arten von Bindungen in organischen Verbindungen Eine Wasserstoffbindung ist eine elektrostatische Wechselwirkung zwischen einem hochpolar gebundenen Wasserstoffatom und Elektronenpaaren von Sauerstoff, Fluor, Stickstoff, Schwefel und Chlor. Diese Art der Interaktion ist eine eher schwache Interaktion. Wasserstoffbrückenbindungen können intermolekular oder intramolekular sein. Intermolekulare Wasserstoffbrücke (Wechselwirkung zwischen zwei Molekülen Ethylalkohol) Intramolekulare Wasserstoffbrücke im Salicylaldehyd 26

Chemische Bindung in organischen Molekülen Die moderne Theorie der chemischen Bindung basiert auf dem quantenmechanischen Modell eines Moleküls als einem System bestehend aus Elektronen und Atomkernen. Das Grundkonzept der quantenmechanischen Theorie ist das Atomorbital. Ein Atomorbital ist ein Teil des Raums, in dem die Wahrscheinlichkeit, Elektronen zu finden, am größten ist. Bindung kann somit als Wechselwirkung („Überlappung“) von Orbitalen betrachtet werden, die jeweils ein Elektron mit entgegengesetzten Spins tragen. 27

Hybridisierung von Atomorbitalen Gemäß der quantenmechanischen Theorie wird die Anzahl der von einem Atom gebildeten kovalenten Bindungen durch die Anzahl der Einelektronen-Atomorbitale (die Anzahl der ungepaarten Elektronen) bestimmt. Das Kohlenstoffatom verfügt im Grundzustand nur über zwei ungepaarte Elektronen, der mögliche Übergang eines Elektrons von 2s auf 2 pz ermöglicht jedoch die Bildung von vier kovalenten Bindungen. Den Zustand eines Kohlenstoffatoms, in dem es über vier ungepaarte Elektronen verfügt, nennt man „angeregt“. Trotz der Tatsache, dass Kohlenstofforbitale ungleich sind, ist bekannt, dass aufgrund der Hybridisierung von Atomorbitalen die Bildung von vier äquivalenten Bindungen möglich ist. Hybridisierung ist ein Phänomen, bei dem aus mehreren Orbitalen unterschiedlicher Form und ähnlicher Energie die gleiche Anzahl von Orbitalen gleicher Form und Anzahl gebildet wird. 28

Hybridzustände des Kohlenstoffatoms in organischen Molekülen ERSTER HYBRIDZUSTAND Das C-Atom befindet sich im Zustand der sp 3-Hybridisierung, bildet vier σ-Bindungen, bildet vier Hybridorbitale, die in Form eines Tetraeders (Bindungswinkel) σ-Bindung 31 angeordnet sind

Hybridzustände des Kohlenstoffatoms in organischen Molekülen ZWEITER HYBRIDZUSTAND Das C-Atom befindet sich im Zustand der sp 2-Hybridisierung, bildet drei σ-Bindungen, bildet drei Hybridorbitale, die in Form eines flachen Dreiecks angeordnet sind (Bindungswinkel 120) σ-Bindungen π-Bindung 32

Hybridzustände des Kohlenstoffatoms in organischen Molekülen DRITTER HYBRIDZUSTAND Das C-Atom befindet sich im Zustand der sp-Hybridisierung, bildet zwei σ-Bindungen, bildet zwei Hybridorbitale, die in einer Linie angeordnet sind (Bindungswinkel 180) σ-Bindungen π -Anleihen 33

Eigenschaften chemischer Bindungen 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. Unterschied 1,7

Eigenschaften chemischer Bindungen Die Bindungspolarisierbarkeit ist eine Verschiebung der Elektronendichte unter dem Einfluss äußerer Faktoren. Die Bindungspolarisierbarkeit ist der Grad der Elektronenmobilität. Mit zunehmendem Atomradius nimmt die Polarisierbarkeit der Elektronen zu. Daher erhöht sich die Polarisierbarkeit der Kohlenstoff-Halogen-Bindung wie folgt: C-F

Elektronische Effekte. Gegenseitige Beeinflussung von Atomen in einem Molekül 39 Nach modernen theoretischen Konzepten wird die Reaktivität organischer Moleküle durch die Verschiebung und Beweglichkeit von Elektronenwolken bestimmt, die eine kovalente Bindung eingehen. In der organischen Chemie werden zwei Arten von Elektronenverschiebungen unterschieden: a) elektronische Verschiebungen, die im -Bindungssystem auftreten, b) elektronische Verschiebungen, die durch das -Bindungssystem übertragen werden. Im ersten Fall kommt es zum sogenannten induktiven Effekt, im zweiten zum mesomeren Effekt. Der induktive Effekt ist eine Umverteilung der Elektronendichte (Polarisation), die aus der unterschiedlichen Elektronegativität zwischen den Atomen eines Moleküls in einem Bindungssystem resultiert. Aufgrund der unbedeutenden Polarisierbarkeit der -Bindungen lässt der induktive Effekt schnell nach und tritt nach 3-4 Bindungen fast nicht mehr auf.

Elektronische Effekte. Gegenseitige Beeinflussung von Atomen in einem Molekül 40 Das Konzept des induktiven Effekts wurde von K. Ingold eingeführt, außerdem führte er folgende Bezeichnungen ein: –I-Effekt bei Abnahme der Elektronendichte durch einen Substituenten +I-Effekt in im Fall einer Erhöhung der Elektronendichte durch einen Substituenten Einen positiv induktiven Effekt zeigen Alkylreste (CH 3, C 2 H 5 - etc.). Alle anderen an das Kohlenstoffatom gebundenen Substituenten zeigen einen negativ induktiven Effekt.

Elektronische Effekte. Gegenseitige Beeinflussung von Atomen in einem Molekül 41 Der mesomere Effekt ist die Umverteilung der Elektronendichte entlang eines konjugierten Systems. Zu den konjugierten Systemen gehören Moleküle organischer Verbindungen, in denen sich Doppel- und Einfachbindungen abwechseln oder wenn sich neben der Doppelbindung ein Atom mit einem freien Elektronenpaar im p-Orbital befindet. Im ersten Fall findet eine -Konjugation statt, im zweiten Fall eine p, -Konjugation. Gekoppelte Systeme gibt es in Konfigurationen mit offenem und geschlossenem Kreislauf. Beispiele für solche Verbindungen sind 1,3-Butadien und Benzin. In den Molekülen dieser Verbindungen befinden sich Kohlenstoffatome im Zustand der sp 2 -Hybridisierung und bilden aufgrund nicht-hybrider p-Orbitale -Bindungen, die sich gegenseitig überlappen und eine einzelne Elektronenwolke bilden, d. h. es findet eine Konjugation statt.

Elektronische Effekte. Gegenseitige Beeinflussung von Atomen in einem Molekül 42 Es gibt zwei Arten von mesomeren Effekten – positive mesomere Effekte (+M) und negative mesomere Effekte (-M). Einen positiven mesomeren Effekt zeigen Substituenten, die dem konjugierten System p-Elektronen zur Verfügung stellen. Dazu gehören: -O, -S -NH 2, -OH, -OR, Hal (Halogene) und andere Substituenten, die eine negative Ladung oder ein freies Elektronenpaar haben. Der negative mesomere Effekt ist charakteristisch für Substituenten, die Elektronendichte aus dem konjugierten System absorbieren. Dazu gehören Substituenten, die Mehrfachbindungen zwischen Atomen mit unterschiedlicher Elektronegativität aufweisen: - N0 2 ; -SO 3 H; >C=O; -COON und andere. Der mesomere Effekt wird grafisch durch einen gebogenen Pfeil wiedergegeben, der die Richtung der Elektronenverschiebung anzeigt. Im Gegensatz zum Induktionseffekt erlischt der mesomere Effekt nicht. Es wird vollständig im gesamten System übertragen, unabhängig von der Länge der Schnittstellenkette. C=O; -COON und andere. Der mesomere Effekt wird grafisch durch einen gebogenen Pfeil wiedergegeben, der die Richtung der Elektronenverschiebung anzeigt. Im Gegensatz zum Induktionseffekt erlischt der mesomere Effekt nicht. Es wird vollständig im gesamten System übertragen, unabhängig von der Länge der Schnittstellenkette

Arten chemischer Reaktionen 43 Eine chemische Reaktion kann als Wechselwirkung eines Reagens und eines Substrats betrachtet werden. Abhängig von der Methode zum Aufbrechen und Bilden einer chemischen Bindung in Molekülen werden organische Reaktionen unterteilt in: a) homolytisch b) heterolytisch c) molekular Homolytische oder radikalische Reaktionen werden durch homolytische Spaltung der Bindung verursacht, wenn jedes Atom noch ein Elektron übrig hat , das heißt, es entstehen Radikale. Die homolytische Spaltung erfolgt bei hohen Temperaturen, der Einwirkung eines Lichtquants oder der Katalyse.

Heterolytische oder ionische Reaktionen verlaufen so, dass ein Bindungselektronenpaar in der Nähe eines der Atome verbleibt und Ionen gebildet werden. Ein Teilchen mit einem Elektronenpaar wird als nukleophil bezeichnet und hat eine negative Ladung (-). Ein Teilchen ohne Elektronenpaar heißt elektrophil und hat eine positive Ladung (+). 44 Arten chemischer Reaktionen

Mechanismus einer chemischen Reaktion 45 Der Mechanismus einer Reaktion ist die Gesamtheit der elementaren (einfachen) Stufen, aus denen eine bestimmte Reaktion besteht. Der Reaktionsmechanismus umfasst meist die folgenden Stufen: Aktivierung des Reagens unter Bildung eines Elektrophils, Nukleophils oder freien Radikals. Um ein Reagenz zu aktivieren, wird normalerweise ein Katalysator benötigt. In der zweiten Stufe interagiert das aktivierte Reagenz mit dem Substrat. Dabei entstehen Zwischenpartikel (Intermediate). Zu letzteren zählen -Komplexe, -Komplexe (Carbokationen), Carbanionen und neue freie Radikale. In der letzten Stufe erfolgt die Addition oder Eliminierung eines Partikels an (von) dem in der zweiten Stufe gebildeten Zwischenprodukt unter Bildung des Endreaktionsprodukts. Wenn ein Reagens bei Aktivierung ein Nukleophil erzeugt, handelt es sich um nukleophile Reaktionen. Sie sind mit dem Buchstaben N - (im Index) gekennzeichnet. Wenn das Reagens ein Elektrophil erzeugt, werden die Reaktionen als elektrophil (E) klassifiziert. Das Gleiche gilt für Reaktionen freier Radikale (R).

Nukleophile sind Reagenzien mit negativer Ladung oder einem Atom mit angereicherter Elektronendichte: 1) Anionen: OH-, CN-, RO-, RS-, Hal- und andere Anionen; 2) neutrale Moleküle mit einsamen Elektronenpaaren: NH 3, NH 2 R, H 2 O, ROH und andere; 3) Moleküle mit überschüssiger Elektronendichte (mit - Bindungen). Elektrophile sind Reagenzien mit positiver Ladung oder einem Atom mit verminderter Elektronendichte: 1) Kationen: H + (Proton), HSO 3 + (Wasserstoffsulfoniumion), NO 2 + (Nitroniumion), NO (Nitrosoniumion) und andere Kationen; 2) neutrale Moleküle mit einem freien Orbital: AlCl 3, FeBr 3, SnCl 4, BF 4 (Lewis-Säuren), SO 3; 3) Moleküle mit verringerter Elektronendichte am Atom. 46

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, Antibiotika, Pheromone, Signalstoffe, biologisch aktive Substanzen pflanzlichen Ursprungs sowie synthetische Regulatoren biologischer Prozesse (Medikamente, Pestizide usw.). Als eigenständige Wissenschaft entstand sie in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts an der Schnittstelle von Biochemie und organischer Chemie und ist mit praktischen Problemen der Medizin, Landwirtschaft, Chemie, Lebensmittel- und mikrobiologischen Industrie verbunden.

Methoden

Das Hauptarsenal besteht aus Methoden der organischen Chemie; zur Lösung struktureller und funktioneller Probleme werden vielfältige physikalische, physikalisch-chemische, mathematische und biologische Methoden eingesetzt.

Studienobjekte

• Gemischte Biopolymere
• Natürliche Signalstoffe
• Biologisch aktive Substanzen pflanzlichen Ursprungs
• Synthetische Regulatoren (Medikamente, Pestizide usw.).

Quellen

• Ovchinnikov Yu. A.. - M.: Bildung, 1987. - 815 S.
• Bender M., Bergeron R., Komiyama M.
• Dugas G., Penny K. Bioorganische Chemie. - M.: Mir, 1983.
• Tyukavkina N. A., Baukov Yu. I.

siehe auch

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Auszug zur Charakterisierung der bioorganischen Chemie

„Ma chere, il y a un temps pour tout, [Liebling, es ist Zeit für alles“, sagte die Gräfin und tat streng. „Du verwöhnst sie ständig, Elie“, fügte sie ihrem Mann hinzu.
„Bonjour, ma chere, je vous felicite, [Hallo, mein Lieber, ich gratuliere dir“, sagte der Gast. – Quelle delicuse enfant! „Was für ein schönes Kind!“, fügte sie hinzu und wandte sich an ihre Mutter.
Ein dunkeläugiges, großmäuliges, hässliches, aber lebhaftes Mädchen mit ihren kindlich offenen Schultern, die sich beim schnellen Laufen zusammenziehend in ihrem Mieder bewegten, mit ihren nach hinten gebündelten schwarzen Locken, dünnen nackten Armen und kleinen Beinen in Spitzenpantalons und Offene Schuhe, ich war in dem süßen Alter, in dem ein Mädchen kein Kind mehr ist und ein Kind noch kein Mädchen ist. Sie wandte sich von ihrem Vater ab, rannte auf ihre Mutter zu, achtete nicht auf ihre strenge Bemerkung, versteckte ihr gerötetes Gesicht in der Spitze der Mantille ihrer Mutter und lachte. Sie lachte über etwas und erzählte unvermittelt von einer Puppe, die sie unter ihrem Rock hervorgeholt hatte.
– Sehen Sie?... Puppe... Mimi... Sehen Sie.
Und Natasha konnte nicht mehr sprechen (alles kam ihr komisch vor). Sie ließ sich auf ihre Mutter fallen und lachte so laut und laut, dass alle, sogar der arrogante Gast, gegen ihren Willen lachten.
- Nun, geh, geh mit deinem Freak! - sagte die Mutter und tat so, als würde sie ihre Tochter wütend wegstoßen. „Das ist mein Jüngster“, wandte sie sich an den Gast.
Natasha, die ihr Gesicht für einen Moment vom Spitzenschal ihrer Mutter löste, blickte sie von unten unter Tränen vor Lachen an und verbarg ihr Gesicht wieder.
Der Gast, der gezwungen war, die Familienszene zu bewundern, hielt es für notwendig, daran teilzunehmen.
„Sag mir, mein Lieber“, sagte sie und wandte sich an Natasha, „wie denkst du über diese Mimi?“ Tochter, oder?
Natasha gefiel der herablassende Ton der kindischen Unterhaltung, mit dem der Gast sie ansprach, nicht. Sie antwortete nicht und sah ihren Gast ernst an.
Inzwischen ist die ganze junge Generation: Boris – ein Offizier, der Sohn der Prinzessin Anna Michailowna, Nikolai – ein Student, der älteste Sohn des Grafen, Sonya – die fünfzehnjährige Nichte des Grafen und die kleine Petrusha – der jüngste Sohn, Sie ließen sich alle im Wohnzimmer nieder und versuchten offenbar, die Lebhaftigkeit und Fröhlichkeit, die noch immer in allen ihren Zügen steckte, innerhalb der Grenzen des Anstands zu halten. Es war klar, dass sie dort, in den Hinterzimmern, aus denen sie alle so schnell rannten, lustigere Gespräche über Stadtklatsch, das Wetter und die Comtesse Apraksine führten als hier. [über Gräfin Apraksina.] Gelegentlich warfen sie einander einen Blick zu und konnten sich das Lachen kaum verkneifen.

Grodno" href="/text/category/grodno/" rel="bookmark">Grodno State Medical University“, Kandidat der chemischen Wissenschaften, außerordentlicher Professor;

Außerordentlicher Professor der Abteilung für Allgemeine und Bioorganische Chemie der Bildungseinrichtung „Staatliche Medizinische Universität Grodno“, Kandidat der Biowissenschaften, außerordentlicher Professor

Rezensenten:

Abteilung für Allgemeine und Bioorganische Chemie der Bildungseinrichtung „Gomel State Medical University“;

– Kopf Abteilung für bioorganische Chemie, Bildungseinrichtung „Belarussische Staatliche Medizinische Universität“, Kandidat der medizinischen Wissenschaften, außerordentlicher Professor.

Abteilung für Allgemeine und Bioorganische Chemie der Bildungseinrichtung „Staatliche Medizinische Universität Grodno“

(Protokoll vom 1. Januar 2001)

Zentraler wissenschaftlicher und methodischer Rat der Bildungseinrichtung „Staatliche Medizinische Universität Grodno“

(Protokoll vom 1. Januar 2001)

Abschnitt im Fachgebiet 1Medizinische und psychologische Angelegenheiten des Bildungs- und Methodenverbandes der Universitäten der Republik Belarus für medizinische Ausbildung

(Protokoll vom 1. Januar 2001)

Verantwortlich für die Veröffentlichung:

Erster Vizerektor der Bildungseinrichtung „Staatliche Medizinische Universität Grodno“, Professor, Doktor der medizinischen Wissenschaften

Erläuterungen

Die Relevanz des Studiums der akademischen Disziplin

„Bioorganische Chemie“

Die bioorganische Chemie ist eine grundlegende naturwissenschaftliche Disziplin. Die bioorganische Chemie entstand als eigenständige Wissenschaft in der 2. Hälfte des 20. Jahrhunderts an der Schnittstelle von organischer Chemie und Biochemie. Die Relevanz des Studiums der bioorganischen Chemie ergibt sich aus den praktischen Problemen der Medizin und Landwirtschaft (Gewinnung von Vitaminen, Hormonen, Antibiotika, Pflanzenwachstumsstimulanzien, Verhaltensregulatoren von Tieren und Insekten und anderen Arzneimitteln), deren Lösung ohne Verwendung nicht möglich ist das theoretische und praktische Potenzial der bioorganischen Chemie.

Die bioorganische Chemie wird ständig um neue Methoden zur Isolierung und Reinigung natürlicher Verbindungen, Methoden zur Synthese natürlicher Verbindungen und ihrer Analoga, Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen Struktur und biologischer Aktivität von Verbindungen usw. bereichert.

Die neuesten Ansätze der medizinischen Ausbildung, die sich auf die Überwindung des reproduktiven Lehrstils und die Sicherstellung der kognitiven und forschenden Aktivität der Studierenden beziehen, eröffnen neue Perspektiven für die Verwirklichung des Potenzials des Einzelnen und des Teams.

Der Zweck und die Ziele der akademischen Disziplin

Ziel: Bildung eines Niveaus chemischer Kompetenz im medizinischen Ausbildungssystem, das das anschließende Studium biomedizinischer und klinischer Disziplinen gewährleistet.

Aufgaben:

Studierende beherrschen die theoretischen Grundlagen chemischer Umwandlungen organischer Moleküle in Bezug auf ihre Struktur und biologische Aktivität;

Bildung: Kenntnis der molekularen Grundlagen von Lebensprozessen;

Entwicklung von Fähigkeiten zur Navigation in der Klassifizierung, Struktur und Eigenschaften organischer Verbindungen, die als Arzneimittel dienen;

Bildung der Logik des chemischen Denkens;

Entwicklung von Fähigkeiten zum Einsatz qualitativer Analysemethoden
organische Verbindungen;

Chemische Kenntnisse und Fähigkeiten, die die Grundlage der chemischen Kompetenz bilden, tragen zur Ausbildung der beruflichen Kompetenz des Absolventen bei.

Voraussetzungen für die Beherrschung der akademischen Disziplin

Die Anforderungen an den Grad der Beherrschung der Inhalte der Disziplin „Bioorganische Chemie“ richten sich nach dem Bildungsstandard der Hochschulbildung der ersten Stufe im Zyklus der allgemeinen Berufs- und Spezialdisziplinen, der unter Berücksichtigung der Anforderungen der entwickelt wird Kompetenzbasierter Ansatz, der die Mindestinhalte für die Disziplin in Form allgemeiner chemischer Kenntnisse und Fähigkeiten festlegt, die die bioorganische Kompetenz des Hochschulabsolventen ausmachen:

a) allgemeines Wissen:

- das Wesen des Faches als Wissenschaft und seine Verbindungen zu anderen Disziplinen verstehen;

Bedeutung für das Verständnis von Stoffwechselprozessen;

Das Konzept der Einheit von Struktur und Reaktivität organischer Moleküle;

Grundgesetze der Chemie, die zur Erklärung der in lebenden Organismen ablaufenden Prozesse erforderlich sind;

Chemische Eigenschaften und biologische Bedeutung der Hauptklassen organischer Verbindungen.

b) allgemeine Fähigkeiten:

Vorhersagen des Reaktionsmechanismus basierend auf Kenntnissen über die Struktur organischer Moleküle und Methoden zum Aufbrechen chemischer Bindungen;

Erklären Sie die Bedeutung von Reaktionen für das Funktionieren lebender Systeme;

Nutzen Sie das erworbene Wissen im Studium der Biochemie, Pharmakologie und anderer Disziplinen.

Struktur und Inhalt der akademischen Disziplin

Der inhaltliche Aufbau der Disziplin „Bioorganische Chemie“ besteht in diesem Studiengang aus einer Einführung in die Disziplin und zwei Abschnitten, die sich mit allgemeinen Fragen der Reaktivität organischer Moleküle sowie den Eigenschaften der beteiligten hetero- und polyfunktionellen Verbindungen befassen lebenswichtige Prozesse. Jeder Abschnitt ist in Themen unterteilt, die in einer Reihenfolge angeordnet sind, die ein optimales Lernen und eine optimale Aufnahme des Programmmaterials gewährleistet. Zu jedem Thema werden verallgemeinerte Kenntnisse und Fähigkeiten vorgestellt, die den Kern der bioorganischen Kompetenz der Studierenden ausmachen. Entsprechend dem Inhalt des jeweiligen Themas werden Anforderungen an Kompetenzen ermittelt (in Form eines Systems verallgemeinerter Kenntnisse und Fähigkeiten), zu deren Bildung und Diagnose Tests entwickelt werden können.

Lehrmethoden

Die wichtigsten Lehrmethoden, die den Zielen des Studiums dieser Disziplin angemessen entsprechen, sind:

Erläuterung und Beratung;

Laborunterricht;

Elemente des problembasierten Lernens (Lehr- und Forschungsarbeit der Studierenden);

Einführung in die Bioorganische Chemie

Bioorganische Chemie ist eine Wissenschaft, die die Struktur organischer Substanzen und ihre Umwandlungen in Bezug auf biologische Funktionen untersucht. Studienobjekte der bioorganischen Chemie. Die Rolle der bioorganischen Chemie bei der Bildung einer wissenschaftlichen Grundlage für die Wahrnehmung biologischer und medizinischer Erkenntnisse auf moderner molekularer Ebene.

Die Theorie der Struktur organischer Verbindungen und ihre Entwicklung im gegenwärtigen Stadium. Isomerie organischer Verbindungen als Grundlage für die Vielfalt organischer Verbindungen. Arten der Isomerie organischer Verbindungen.

Physikalisch-chemische Methoden zur Isolierung und Untersuchung organischer Verbindungen, die für die biomedizinische Analyse wichtig sind.

Grundregeln der systematischen IUPAC-Nomenklatur für organische Verbindungen: Substitutions- und radikalfunktionelle Nomenklatur.

Räumliche Struktur organischer Moleküle, ihr Zusammenhang mit der Art der Hybridisierung des Kohlenstoffatoms (sp3-, sp2- und sp-Hybridisierung). Stereochemische Formeln. Konfiguration und Konformation. Konformationen offener Ketten (verschlossen, gehemmt, verkantet). Energieeigenschaften von Konformationen. Newmans Projektionsformeln. Räumliche Nähe bestimmter Kettenabschnitte als Folge des Konformationsgleichgewichts und als einer der Gründe für die überwiegende Bildung fünf- und sechsgliedriger Zyklen. Konformationen zyklischer Verbindungen (Cyclohexan, Tetrahydropyran). Energieeigenschaften von Stuhl- und Badewannenformationen. Axiale und äquatoriale Verbindungen. Zusammenhang zwischen räumlicher Struktur und biologischer Aktivität.

Kompetenzanforderungen:

· Kennen Sie die Studiengegenstände und die Hauptaufgaben der bioorganischen Chemie,

· Sie können organische Verbindungen nach der Struktur des Kohlenstoffgerüsts und der Art der funktionellen Gruppen klassifizieren und die Regeln der systematischen chemischen Nomenklatur anwenden.

· Kennen Sie die wichtigsten Isomerietypen organischer Verbindungen und können Sie anhand der Strukturformel einer Verbindung mögliche Isomerentypen bestimmen.

· Kennen Sie die verschiedenen Arten der Hybridisierung von Kohlenstoffatomorbitalen, die räumliche Richtung der Atombindungen sowie deren Art und Anzahl abhängig von der Art der Hybridisierung.

· Kennen Sie die Energieeigenschaften der Konformationen zyklischer (Stuhl-, Badewannen-Konformationen) und azyklischer (inhibierte, schräge, ekliptische Konformationen) Moleküle und können Sie diese mithilfe von Newmans Projektionsformeln darstellen.

· Kennen Sie die Arten von Spannungen (Torsionsspannung, Winkelspannung, Van-der-Waals-Spannung), die in verschiedenen Molekülen auftreten, sowie deren Auswirkungen auf die Stabilität der Konformation und des Moleküls als Ganzes.

Abschnitt 1. Die Reaktivität organischer Moleküle als Folge der gegenseitigen Beeinflussung von Atomen, Mechanismen organischer Reaktionen

Thema 1. Konjugierte Systeme, Aromatizität, elektronische Effekte von Substituenten

Konjugierte Systeme und Aromatizität. Konjugation (p, p- und p, p-Konjugation). Konjugierte offenkettige Systeme: 1,3-Diene (Butadien, Isopren), Polyene (Carotinoide, Vitamin A). Gekoppelte Kreislaufsysteme. Aromatizität: Kriterien für Aromatizität, Hückels Aromatizitätsregel. Aromatizität von Benzoloidverbindungen (Benzol, Naphthalin, Phenanthren). Konjugationsenergie. Struktur und Gründe für die thermodynamische Stabilität carbo- und heterocyclischer aromatischer Verbindungen. Aromatizität heterozyklischer Verbindungen (Pyrrol, Imidazol, Pyridin, Pyrimidin, Purin). Pyrrol- und Pyridin-Stickstoffatome, p-überschüssige und p-defiziente aromatische Systeme.

Gegenseitige Beeinflussung von Atomen und Methoden ihrer Übertragung in organischen Molekülen. Die Delokalisierung von Elektronen ist einer der Faktoren, die die Stabilität von Molekülen und Ionen erhöhen, ihr weit verbreitetes Vorkommen in biologisch wichtigen Molekülen (Porphin, Häm, Hämoglobin usw.). Polarisierung von Verbindungen. Elektronische Effekte von Substituenten (induktiv und mesomer) als Ursache für die ungleichmäßige Verteilung der Elektronendichte und die Entstehung von Reaktionszentren im Molekül. Induktive und mesomere Effekte (positiv und negativ), ihre grafische Bezeichnung in den Strukturformeln organischer Verbindungen. Elektronenschiebende und elektronenziehende Substituenten.

Kompetenzanforderungen:

· Kennen Sie die Konjugationsarten und können Sie anhand der Strukturformel der Verbindung die Art der Konjugation bestimmen.

· Kennen Sie die Kriterien für Aromatizität, können Sie aromatische Verbindungen von carbo- und heterozyklischen Molekülen anhand der Strukturformel bestimmen.

· Sie können den elektronischen Beitrag von Atomen zur Bildung eines einzelnen konjugierten Systems bewerten und die elektronische Struktur von Pyridin- und Pyrrol-Stickstoffatomen kennen.

· Kennen Sie die elektronischen Wirkungen von Substituenten, die Gründe für ihr Auftreten und können Sie deren Wirkung grafisch darstellen.

· Sie können Substituenten aufgrund ihrer induktiven und mesomeren Wirkungen als elektronenspendend oder elektronenziehend klassifizieren.

· Sie können die Wirkung von Substituenten auf die Reaktivität von Molekülen vorhersagen.

Thema 2. Reaktivität von Kohlenwasserstoffen. Radikalische Substitution, elektrophile Addition und Substitutionsreaktionen

Allgemeine Reaktivitätsmuster organischer Verbindungen als chemische Grundlage ihrer biologischen Funktion. Chemische Reaktion als Prozess. Konzepte: Substrat, Reagens, Reaktionszentrum, Übergangszustand, Reaktionsprodukt, Aktivierungsenergie, Reaktionsgeschwindigkeit, Mechanismus.

Klassifizierung organischer Reaktionen nach Ergebnis (Addition, Substitution, Eliminierung, Redox) und nach Mechanismus – radikal, ionisch (elektrophil, nukleophil), konzertiert. Arten von Reagenzien: radikalisch, sauer, basisch, elektrophil, nukleophil. Homolytische und heterolytische Spaltung kovalenter Bindungen in organischen Verbindungen und die daraus resultierenden Partikel: freie Radikale, Carbokationen und Carbanionen. Elektronische und räumliche Struktur dieser Teilchen und Faktoren, die ihre relative Stabilität bestimmen.

Reaktivität von Kohlenwasserstoffen. Radikalische Substitutionsreaktionen: homolytische Reaktionen unter Beteiligung von CH-Bindungen des sp3-hybridisierten Kohlenstoffatoms. Der Mechanismus der radikalischen Substitution am Beispiel der Halogenierungsreaktion von Alkanen und Cycloalkanen. Das Konzept der Kettenprozesse. Das Konzept der Regioselektivität.

Wege zur Bildung freier Radikale: Photolyse, Thermolyse, Redoxreaktionen.

Elektrophile Additionsreaktionen ( A.E.) in der Reihe der ungesättigten Kohlenwasserstoffe: heterolytische Reaktionen unter Beteiligung von p-Bindungen zwischen sp2-hybridisierten Kohlenstoffatomen. Mechanismus von Hydratations- und Hydrohalogenierungsreaktionen. Säurekatalyse. Markownikows Regel. Einfluss statischer und dynamischer Faktoren auf die Regioselektivität elektrophiler Additionsreaktionen. Merkmale elektrophiler Additionsreaktionen an Dienkohlenwasserstoffe und kleine Kreisläufe (Cyclopropan, Cyclobutan).

Elektrophile Substitutionsreaktionen ( S.E.): heterolytische Reaktionen unter Beteiligung der p-Elektronenwolke des aromatischen Systems. Reaktionsmechanismus der Halogenierung, Nitrierung, Alkylierung aromatischer Verbindungen: p - und S- Komplexe. Die Rolle des Katalysators (Lewis-Säure) bei der Bildung eines elektrophilen Teilchens.

Der Einfluss von Substituenten im aromatischen Ring auf die Reaktivität von Verbindungen bei elektrophilen Substitutionsreaktionen. Orientierungswirkung von Substituenten (Orientierungen erster und zweiter Art).

Kompetenzanforderungen:

· Kennen Sie die Konzepte von Substrat, Reagens, Reaktionszentrum, Reaktionsprodukt, Aktivierungsenergie, Reaktionsgeschwindigkeit und Reaktionsmechanismus.

· Kennen Sie die Klassifizierung von Reaktionen nach verschiedenen Kriterien (nach dem Endergebnis, nach der Methode zum Aufbrechen von Bindungen, nach Mechanismus) und den Arten der Reagenzien (Radikal, Elektrophil, Nukleophil).

· Kennen Sie die elektronische und räumliche Struktur von Reagenzien und die Faktoren, die ihre relative Stabilität bestimmen, und können Sie die relative Stabilität von Reagenzien desselben Typs vergleichen.

· Kennen Sie die Methoden der Bildung freier Radikale und den Mechanismus radikalischer Substitutionsreaktionen (SR) anhand von Beispielen für Halogenierungsreaktionen von Alkanen und Cycloalakanen.

· Sie können die statistische Wahrscheinlichkeit der Bildung möglicher Produkte bei radikalischen Substitutionsreaktionen und die Möglichkeit eines regioselektiven Ablaufs des Prozesses bestimmen.

· Kennen Sie den Mechanismus elektrophiler Additionsreaktionen (AE) bei den Reaktionen der Halogenierung, Hydrohalogenierung und Hydratation von Alkenen und können Sie die Reaktivität von Substraten anhand der elektronischen Effekte von Substituenten qualitativ beurteilen.

· Kennen Sie die Markownikow-Regel und können Sie die Regioselektivität der Reaktionen der Hydratation und Hydrohalogenierung anhand des Einflusses statischer und dynamischer Faktoren bestimmen.

· Kennen Sie die Merkmale elektrophiler Additionsreaktionen an konjugierte Dienkohlenwasserstoffe und kleine Kreisläufe (Cyclopropan, Cyclobutan).

· Kennen Sie den Mechanismus elektrophiler Substitutionsreaktionen (SE) bei den Reaktionen der Halogenierung, Nitrierung, Alkylierung und Acylierung aromatischer Verbindungen.

· Sie können anhand der elektronischen Effekte von Substituenten deren Einfluss auf die Reaktivität des aromatischen Rings und ihre orientierende Wirkung bestimmen.

Thema 3. Säure-Base-Eigenschaften organischer Verbindungen

Säure und Basizität organischer Verbindungen: Theorien von Brønsted und Lewis. Die Stabilität eines Säureanions ist ein qualitativer Indikator für saure Eigenschaften. Allgemeine Muster bei Änderungen der sauren oder basischen Eigenschaften im Zusammenhang mit der Natur der Atome im sauren oder basischen Zentrum und den elektronischen Wirkungen von Substituenten an diesen Zentren. Saure Eigenschaften organischer Verbindungen mit wasserstoffhaltigen funktionellen Gruppen (Alkohole, Phenole, Thiole, Carbonsäuren, Amine, CH-Acidität von Molekülen und Kationen). p-Basen und N- Gründe. Grundlegende Eigenschaften neutraler Moleküle, die Heteroatome mit einsamen Elektronenpaaren (Alkohole, Thiole, Sulfide, Amine) und Anionen (Hydroxid, Alkoxidionen, Anionen organischer Säuren) enthalten. Säure-Base-Eigenschaften stickstoffhaltiger Heterocyclen (Pyrrol, Imidazol, Pyridin). Wasserstoffbrückenbindung als spezifische Manifestation von Säure-Base-Eigenschaften.

Vergleichende Eigenschaften der sauren Eigenschaften von Verbindungen mit einer Hydroxylgruppe (einwertige und mehrwertige Alkohole, Phenole, Carbonsäuren). Vergleichende Eigenschaften der Grundeigenschaften aliphatischer und aromatischer Amine. Einfluss der elektronischen Natur des Substituenten auf die Säure-Base-Eigenschaften organischer Moleküle.

Kompetenzanforderungen:

· Kennen Sie die Definitionen von Säuren und Basen gemäß der protolytischen Theorie von Bronsted und der Elektronentheorie von Lewis.

· Kennen Sie die Bronsted-Klassifikation von Säuren und Basen in Abhängigkeit von der Art der Atome der sauren oder basischen Zentren.

· Kennen Sie die Faktoren, die die Stärke von Säuren und die Stabilität ihrer konjugierten Basen beeinflussen, und können Sie die Stärke von Säuren anhand der Stabilität ihrer entsprechenden Anionen vergleichend bewerten.

· Kennen Sie die Faktoren, die die Stärke von Bronsted-Basen beeinflussen, und können Sie unter Berücksichtigung dieser Faktoren eine vergleichende Bewertung der Stärke der Bases durchführen.

· Kennen Sie die Gründe für das Auftreten einer Wasserstoffbrücke und können Sie die Bildung einer Wasserstoffbrücke als spezifische Manifestation der Säure-Base-Eigenschaften eines Stoffes interpretieren.

· Kennen Sie die Gründe für das Auftreten der Keto-Enol-Tautomerie in organischen Molekülen und können Sie diese aus der Perspektive der Säure-Base-Eigenschaften von Verbindungen im Zusammenhang mit ihrer biologischen Aktivität erklären.

· Qualitative Reaktionen kennen und durchführen können, die es Ihnen ermöglichen, mehrwertige Alkohole, Phenole und Thiole zu unterscheiden.

Thema 4. Nukleophile Substitutionsreaktionen am tetragonalen Kohlenstoffatom und kompetitive Eliminierungsreaktionen

Nukleophile Substitutionsreaktionen am sp3-hybridisierten Kohlenstoffatom: heterolytische Reaktionen, die durch Polarisation der Kohlenstoff-Heteroatom-Bindung (Halogenderivate, Alkohole) verursacht werden. Gruppen, die leicht und schwer austreten: Der Zusammenhang zwischen der Leichtigkeit des Austritts aus einer Gruppe und ihrer Struktur. Der Einfluss von Lösungsmittel-, elektronischen und räumlichen Faktoren auf die Reaktivität von Verbindungen bei Reaktionen der mono- und bimolekularen nukleophilen Substitution (SN1 und SN2). Stereochemie nukleophiler Substitutionsreaktionen.

Hydrolysereaktionen von Halogenderivaten. Alkylierungsreaktionen von Alkoholen, Phenolen, Thiolen, Sulfiden, Ammoniak, Aminen. Die Rolle der Säurekatalyse bei der nukleophilen Substitution der Hydroxylgruppe. Halogenderivate, Alkohole, Ester der Schwefel- und Phosphorsäure als Alkylierungsreagenzien. Biologische Rolle von Alkylierungsreaktionen.

Mono- und bimolekulare Eliminierungsreaktionen (E1 und E2): (Dehydratisierung, Dehydrohalogenierung). Erhöhte CH-Azidität als Ursache für Eliminierungsreaktionen, die mit der nukleophilen Substitution am sp3-hybridisierten Kohlenstoffatom einhergehen.

Kompetenzanforderungen:

· Kennen Sie die Faktoren, die die Nukleophilie von Reagenzien und die Struktur der wichtigsten nukleophilen Partikel bestimmen.

· Kennen Sie die allgemeinen Gesetze nukleophiler Substitutionsreaktionen an einem gesättigten Kohlenstoffatom und den Einfluss statischer und dynamischer Faktoren auf die Reaktivität einer Substanz in einer nukleophilen Substitutionsreaktion.

· Kennen Sie die Mechanismen der mono- und bimolekularen nukleophilen Substitution und können Sie den Einfluss sterischer Faktoren, den Einfluss von Lösungsmitteln sowie den Einfluss statischer und dynamischer Faktoren auf den Reaktionsverlauf gemäß einem der Mechanismen bewerten.

· Kennen Sie die Mechanismen der mono- und bimolekularen Eliminierung und die Gründe für die Konkurrenz zwischen nukleophilen Substitutions- und Eliminierungsreaktionen.

· Kennen Sie die Zaitsev-Regel und können Sie das Hauptprodukt bei den Reaktionen der Dehydratisierung und Dehydrohalogenierung unsymmetrischer Alkohole und Halogenalkane bestimmen.

Thema 5. Reaktionen der nukleophilen Addition und Substitution am trigonalen Kohlenstoffatom

Nukleophile Additionsreaktionen: heterolytische Reaktionen unter Beteiligung der Kohlenstoff-Sauerstoff-p-Bindung (Aldehyde, Ketone). Der Mechanismus der Wechselwirkungsreaktionen von Carbonylverbindungen mit nukleophilen Reagenzien (Wasser, Alkohole, Thiole, Amine). Einfluss elektronischer und räumlicher Faktoren, Rolle der Säurekatalyse, Reversibilität nukleophiler Additionsreaktionen. Halbacetale und Acetale, ihre Herstellung und Hydrolyse. Biologische Rolle von Acetalisierungsreaktionen. Aldoladditionsreaktionen. Grundlegende Katalyse. Struktur des Enolat-Ions.

Nukleophile Substitutionsreaktionen in der Reihe der Carbonsäuren. Elektronische und räumliche Struktur der Carboxylgruppe. Nukleophile Substitutionsreaktionen am sp2-hybridisierten Kohlenstoffatom (Carbonsäuren und ihre funktionellen Derivate). Acylierungsmittel (Säurehalogenide, Anhydride, Carbonsäuren, Ester, Amide), vergleichende Eigenschaften ihrer Reaktivität. Acylierungsreaktionen – die Bildung von Anhydriden, Estern, Thioestern, Amiden – und ihre umgekehrten Hydrolysereaktionen. Acetyl-Coenzym A ist ein natürliches, energiereiches Acylierungsmittel. Biologische Rolle von Acylierungsreaktionen. Das Konzept der nukleophilen Substitution an Phosphoratomen, Phosphorylierungsreaktionen.

Oxidations- und Reduktionsreaktionen organischer Verbindungen. Spezifität von Redoxreaktionen organischer Verbindungen. Das Konzept des Einelektronentransfers, des Hydridionentransfers und die Wirkung des NAD+ ↔ NADH-Systems. Oxidationsreaktionen von Alkoholen, Phenolen, Sulfiden, Carbonylverbindungen, Aminen, Thiolen. Reduktionsreaktionen von Carbonylverbindungen und Disulfiden. Die Rolle von Redoxreaktionen in Lebensprozessen.

Kompetenzanforderungen:

· Kennen Sie die elektronische und räumliche Struktur der Carbonylgruppe sowie den Einfluss elektronischer und sterischer Faktoren auf die Reaktivität der Oxogruppe in Aldehyden und Ketonen.

· Kennen Sie den Reaktionsmechanismus der nukleophilen Addition von Wasser, Alkoholen, Aminen, Thiolen an Aldehyde und Ketone sowie die Rolle eines Katalysators.

· Kennen Sie den Mechanismus von Aldolkondensationsreaktionen und die Faktoren, die die Beteiligung einer Verbindung an dieser Reaktion bestimmen.

· Kennen Sie den Mechanismus der Reduktionsreaktionen von Oxoverbindungen mit Metallhydriden.

· Kennen Sie die Reaktionszentren in Carbonsäuremolekülen. In der Lage sein, die Stärke von Carbonsäuren in Abhängigkeit von der Struktur des Radikals vergleichend zu beurteilen.

· Kennen Sie die elektronische und räumliche Struktur der Carboxylgruppe und können Sie die Fähigkeit des Kohlenstoffatoms der Oxogruppe in Carbonsäuren und ihren funktionellen Derivaten (Säurehalogenide, Anhydride, Ester, Amide, Salze) vergleichend beurteilen einem nukleophilen Angriff unterliegen.

· Kennen Sie den Mechanismus nukleophiler Substitutionsreaktionen anhand von Beispielen für Acylierung, Veresterung und Hydrolyse von Estern, Anhydriden, Säurehalogeniden und Amiden.

Thema 6. Lipide, Klassifizierung, Struktur, Eigenschaften

Lipide, verseifbar und unverseifbar. Neutrale Lipide. Natürliche Fette als Mischung aus Triacylglycerinen. Die wichtigsten natürlichen höheren Fettsäuren, aus denen Lipide bestehen: Palmitinsäure, Stearinsäure, Ölsäure, Linolsäure, Linolensäure. Arachidonsäure. Merkmale ungesättigter Fettsäuren, W-Nomenklatur.

Peroxidoxidation ungesättigter Fettsäurefragmente in Zellmembranen. Die Rolle der Membranlipidperoxidation bei der Wirkung niedriger Strahlungsdosen auf den Körper. Antioxidative Schutzsysteme.

Phospholipide. Phosphatidsäuren. Phosphatidylcolamine und Phosphatidylserine (Cephaline), Phosphatidylcholine (Lecithine) sind Strukturbestandteile von Zellmembranen. Lipiddoppelschicht. Sphingolipide, Ceramide, Sphingomyeline. Glykolipide des Gehirns (Cerebroside, Ganglioside).

Kompetenzanforderungen:

· Kennen Sie die Klassifizierung von Lipiden und ihre Struktur.

· Kennen Sie die Struktur der Strukturkomponenten verseifter Lipide – Alkohole und höhere Fettsäuren.

· Kennen Sie den Mechanismus der Bildungs- und Hydrolysereaktionen einfacher und komplexer Lipide.

· Qualitative Reaktionen auf ungesättigte Fettsäuren und Öle kennen und durchführen können.

· Kennen Sie die Klassifizierung unverseifbarer Lipide, haben Sie eine Vorstellung von den Prinzipien der Klassifizierung von Terpenen und Steroiden und ihrer biologischen Rolle.

· Kennen Sie die biologische Rolle von Lipiden, ihre Hauptfunktionen, haben Sie eine Vorstellung von den Hauptstadien der Lipidperoxidation und den Folgen dieses Prozesses für die Zelle.

Abschnitt 2. Stereoisomerie organischer Moleküle. Poly- und heterofunktionelle Verbindungen, die an lebenswichtigen Prozessen beteiligt sind

Thema 7. Stereoisomerie organischer Moleküle

Stereoisomerie in einer Reihe von Verbindungen mit einer Doppelbindung (p-Diastereomerie). Cis- und Trans-Isomerie ungesättigter Verbindungen. E, Z – Notationssystem für p-Diastereomere. Vergleichende Stabilität von p-Diastereomeren.

Chirale Moleküle. Asymmetrisches Kohlenstoffatom als Chiralitätszentrum. Stereoisomerie von Molekülen mit einem Chiralitätszentrum (Enantiomerie). Optische Aktivität. Fischer-Projektionsformeln. Glycerinaldehyd als Konfigurationsstandard, absolute und relative Konfiguration. D, L-System der stereochemischen Nomenklatur. R, S-System der stereochemischen Nomenklatur. Racemische Gemische und Methoden zu ihrer Trennung.

Stereoisomerie von Molekülen mit zwei oder mehr Chiralitätszentren. Enantiomere, Diastereomere, Mesoformen.

Kompetenzanforderungen:

· Kennen Sie die Gründe für das Auftreten von Stereoisomerie in der Reihe der Alkene und Dienkohlenwasserstoffe.

· Sie können die abgekürzte Strukturformel einer ungesättigten Verbindung verwenden, um die Möglichkeit der Existenz von p-Diastereomeren zu bestimmen, zwischen cis-trans-Isomeren zu unterscheiden und ihre relative Stabilität zu bewerten.

· Kennen Sie die Elemente der Symmetrie von Molekülen und die notwendigen Bedingungen für das Auftreten von Chiralität in einem organischen Molekül.

· Enantiomere mithilfe von Fischer-Projektionsformeln kennen und darstellen können, die Anzahl der erwarteten Stereoisomere basierend auf der Anzahl der Chiralitätszentren in einem Molekül berechnen, die Prinzipien zur Bestimmung der absoluten und relativen Konfiguration kennen und das D-, L-System der stereochemischen Nomenklatur kennen .

· Kennen Sie die Methoden zur Trennung von Racematen und die Grundprinzipien des R,S-Systems der stereochemischen Nomenklatur.

Thema 8. Physiologisch aktive poly- und heterofunktionelle Verbindungen der aliphatischen, aromatischen und heterocyclischen Reihe

Poly- und Heterofunktionalität als eines der charakteristischen Merkmale organischer Verbindungen, die an lebenswichtigen Prozessen beteiligt sind und die Vorfahren der wichtigsten Arzneimittelgruppen sind. Besonderheiten in der gegenseitigen Beeinflussung funktioneller Gruppen in Abhängigkeit von ihrer relativen Lage.

Mehrwertige Alkohole: Ethylenglykol, Glycerin. Ester mehrwertiger Alkohole mit anorganischen Säuren (Nitroglycerin, Glycerinphosphate). Zweiatomige Phenole: Hydrochinon. Oxidation zweiatomiger Phenole. Hydrochinon-Chinon-System. Phenole als Antioxidantien (Fänger freier Radikale). Tocopherole.

Dibasische Carbonsäuren: Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Fumarsäure. Die Umwandlung von Bernsteinsäure in Fumarsäure ist ein Beispiel für eine biologisch wichtige Dehydrierungsreaktion. Decarboxylierungsreaktionen, ihre biologische Rolle.

Aminoalkohole: Aminoethanol (Colamin), Cholin, Acetylcholin. Die Rolle von Acetylcholin bei der chemischen Übertragung von Nervenimpulsen an Synapsen. Aminophenole: Dopamin, Noradrenalin, Adrenalin. Das Konzept der biologischen Rolle dieser Verbindungen und ihrer Derivate. Neurotoxische Wirkungen von 6-Hydroxydopamin und Amphetaminen.

Hydroxy- und Aminosäuren. Cyclisierungsreaktionen: Einfluss verschiedener Faktoren auf den Prozess der Zyklusbildung (Umsetzung der entsprechenden Konformationen, Größe des resultierenden Zyklus, Entropiefaktor). Lactone. Lactame. Hydrolyse von Lactonen und Lactamen. Eliminierungsreaktion von b-Hydroxy und Aminosäuren.

Aldehyd- und Ketosäuren: Brenztraubensäure, Acetessigsäure, Oxalessigsäure, a-Ketoglutarsäure. Säureeigenschaften und Reaktivität. Reaktionen der Decarboxylierung von b-Ketosäuren und der oxidativen Decarboxylierung von a-Ketosäuren. Acetessigester, Keto-Enol-Tautomerie. Vertreter der „Ketonkörper“ sind b-Hydroxybuttersäure, b-Ketobuttersäure, Aceton, ihre biologische und diagnostische Bedeutung.

Heterofunktionelle Benzolderivate als Arzneimittel. Salicylsäure und ihre Derivate (Acetylsalicylsäure).

Paraaminobenzoesäure und ihre Derivate (Anästhesin, Novocain). Biologische Rolle von p-Aminobenzoesäure. Sulfanilsäure und ihr Amid (Streptozid).

Heterocyclen mit mehreren Heteroatomen. Pyrazol, Imidazol, Pyrimidin, Purin. Pyrazolon-5 ist die Basis nichtnarkotischer Analgetika. Barbitursäure und ihre Derivate. Hydroxypurine (Hypoxanthin, Xanthin, Harnsäure), ihre biologische Rolle. Heterocyclen mit einem Heteroatom. Pyrrol, Indol, Pyridin. Biologisch wichtige Pyridinderivate sind Nicotinamid-, Pyridoxal- und Isonicotinsäure-Derivate. Nicotinamid ist ein struktureller Bestandteil des Coenzyms NAD+, der seine Beteiligung an der OVR bestimmt.

Kompetenzanforderungen:

· In der Lage sein, heterofunktionelle Verbindungen nach Zusammensetzung und relativer Anordnung zu klassifizieren.

· Kennen Sie die spezifischen Reaktionen von Amino- und Hydroxysäuren mit a, b, g – Anordnung funktioneller Gruppen.

· Kennen Sie die Reaktionen, die zur Bildung biologisch aktiver Verbindungen führen: Cholin, Acetylcholin, Adrenalin.

· Kennen Sie die Rolle der Keto-Enol-Tautomerie bei der Manifestation der biologischen Aktivität von Ketosäuren (Brenztraubensäure, Oxalessigsäure, Acetessigsäure) und heterozyklischen Verbindungen (Pyrazol, Barbitursäure, Purin).

· Kennen Sie die Methoden der Redoxumwandlungen organischer Verbindungen, die biologische Rolle von Redoxreaktionen bei der Manifestation der biologischen Aktivität von zweiatomigen Phenolen, Nicotinamid und der Bildung von Ketonkörpern.

Thema9 . Kohlenhydrate, Klassifizierung, Struktur, Eigenschaften, biologische Rolle

Kohlenhydrate, ihre Klassifizierung in Bezug auf Hydrolyse. Klassifizierung von Monosacchariden. Aldosen, Ketosen: Triosen, Tetrosen, Pentosen, Hexosen. Stereoisomerie von Monosacchariden. D- und L-Reihe der stereochemischen Nomenklatur. Offene und zyklische Formen. Fisher-Formeln und Haworth-Formeln. Furanosen und Pyranosen, a- und b-Anomere. Cyclo-Oxo-Tautomerie. Konformationen von Pyranoseformen von Monosacchariden. Die Struktur der wichtigsten Vertreter der Pentosen (Ribose, Xylose); Hexosen (Glukose, Mannose, Galaktose, Fruktose); Desoxyzucker (2-Desoxyribose); Aminozucker (Glucosamin, Mannosamin, Galactosamin).

Chemische Eigenschaften von Monosacchariden. Nukleophile Substitutionsreaktionen unter Beteiligung eines anomeren Zentrums. O- und N-Glykoside. Hydrolyse von Glykosiden. Phosphate von Monosacchariden. Oxidation und Reduktion von Monosacchariden. Reduzierende Eigenschaften von Aldosen. Glykonsäure, Glykarsäure, Glycuronsäure.

Oligosaccharide. Disaccharide: Maltose, Cellobiose, Laktose, Saccharose. Struktur, Cyclo-Oxo-Tautomerie. Hydrolyse.

Polysaccharide. Allgemeine Eigenschaften und Klassifizierung von Polysacchariden. Homo- und Heteropolysaccharide. Homopolysaccharide: Stärke, Glykogen, Dextrane, Cellulose. Primärstruktur, Hydrolyse. Das Konzept der Sekundärstruktur (Stärke, Zellulose).

Kompetenzanforderungen:

· Kennen Sie die Klassifizierung von Monosacchariden (nach der Anzahl der Kohlenstoffatome, der Zusammensetzung der funktionellen Gruppen), die Struktur der offenen und zyklischen Formen (Furanose, Pyranose) der wichtigsten Monosaccharide und ihr Verhältnis der D- und L-Reihen stereochemische Nomenklatur, können die Anzahl möglicher Diastereomere bestimmen, Stereoisomere in Diastereomere, Epimere, Anomere klassifizieren.

· Kennen Sie den Mechanismus der Zyklisierungsreaktionen von Monosacchariden und die Gründe für die Mutarotation von Monosaccharidlösungen.

· Kennen Sie die chemischen Eigenschaften von Monosacchariden: Redoxreaktionen, Reaktionen der Bildung und Hydrolyse von O- und N-Glykosiden, Veresterungsreaktionen, Phosphorylierung.

· Sie sind in der Lage, qualitativ hochwertige Reaktionen am Diolfragment durchzuführen und reduzierende Eigenschaften von Monosacchariden.

· Kennen Sie die Klassifizierung von Disacchariden und ihre Struktur, die Konfiguration des anomeren Kohlenstoffatoms, das eine glykosidische Bindung bildet, tautomere Umwandlungen von Disacchariden, ihre chemischen Eigenschaften und ihre biologische Rolle.

· Kennen Sie die Klassifizierung von Polysacchariden (in Bezug auf Hydrolyse, entsprechend der Monosaccharidzusammensetzung), die Struktur der wichtigsten Vertreter von Homopolysacchariden, die Konfiguration des anomeren Kohlenstoffatoms, das eine glykosidische Bindung bildet, ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften und ihre biologische Rolle. Machen Sie sich ein Bild von der biologischen Rolle von Heteropolysacchariden.

Thema 10.A-Aminosäuren, Peptide, Proteine. Struktur, Eigenschaften, biologische Rolle

Struktur, Nomenklatur, Klassifizierung der a-Aminosäuren, aus denen Proteine ​​und Peptide bestehen. Stereoisomerie von a-Aminosäuren.

Biosynthesewege zur Bildung von a-Aminosäuren aus Oxosäuren: reduktive Aminierungsreaktionen und Transaminierungsreaktionen. Essentielle Aminosäuren.

Chemische Eigenschaften von a-Aminosäuren als heterofunktionelle Verbindungen. Säure-Base-Eigenschaften von a-Aminosäuren. Isoelektrischer Punkt, Methoden zur Trennung von a-Aminosäuren. Bildung intrakomplexer Salze. Reaktionen der Veresterung, Acylierung, Alkylierung. Wechselwirkung mit salpetriger Säure und Formaldehyd, die Bedeutung dieser Reaktionen für die Analyse von Aminosäuren.

g-Aminobuttersäure ist ein hemmender Neurotransmitter des Zentralnervensystems. Antidepressive Wirkung von L-Tryptophan, Serotonin – als Schlafneurotransmitter. Mediatoreigenschaften von Glycin, Histamin, Asparaginsäure und Glutaminsäure.

Biologisch wichtige Reaktionen von a-Aminosäuren. Desaminierungs- und Hydroxylierungsreaktionen. Die Decarboxylierung von a-Aminosäuren ist der Weg zur Bildung biogener Amine und Bioregulatoren (Colamin, Histamin, Tryptamin, Serotonin). Peptide. Elektronische Struktur der Peptidbindung. Saure und alkalische Hydrolyse von Peptiden. Bestimmung der Aminosäurezusammensetzung mit modernen physikalisch-chemischen Methoden (Sanger- und Edman-Methoden). Konzept der Neuropeptide.

Primärstruktur von Proteinen. Teilweise und vollständige Hydrolyse. Das Konzept der Sekundär-, Tertiär- und Quartärstrukturen.

Kompetenzanforderungen:

· Kennen Sie die Struktur und stereochemische Klassifizierung von a-Aminosäuren, die zur D- und L-stereochemischen Reihe natürlicher Aminosäuren und essentieller Aminosäuren gehören.

· Kennen Sie die Wege der Synthese von a-Aminosäuren in vivo und in vitro, kennen Sie die Säure-Base-Eigenschaften und Methoden zur Umwandlung von a-Aminosäuren in einen isoelektrischen Zustand.

· Kennen Sie die chemischen Eigenschaften von a-Aminosäuren (Reaktionen an Amino- und Carboxylgruppen) und können Sie qualitative Reaktionen durchführen (Xantoprotein, mit Cu(OH)2, Ninhydrin).

· Kennen Sie die elektronische Struktur der Peptidbindung, die Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur von Proteinen und Peptiden, wissen Sie, wie man die Aminosäurezusammensetzung und Aminosäuresequenz bestimmt (Sanger-Methode, Edman-Methode), können Sie die durchführen Biuret-Reaktion für Peptide und Proteine.

· Kennen Sie das Prinzip der Methode der Peptidsynthese unter Verwendung des Schutzes und der Aktivierung funktioneller Gruppen.

Thema 11. Nukleotide und Nukleinsäuren

Nukleinsäurebasen, aus denen Nukleinsäuren bestehen. Pyrimidin- (Uracil, Thymin, Cytosin) und Purin- (Adenin, Guanin) Basen, ihre Aromatizität, tautomere Umwandlungen.

Nukleoside, Reaktionen ihrer Entstehung. Die Art der Verbindung zwischen der Nukleinsäurebasis und dem Kohlenhydratrest; Konfiguration des glykosidischen Zentrums. Hydrolyse von Nukleosiden.

Nukleotide. Die Struktur von Mononukleotiden, die Nukleinsäuren bilden. Nomenklatur. Hydrolyse von Nukleotiden.

Primärstruktur von Nukleinsäuren. Phosphodiesterbindung. Ribonukleinsäuren und Desoxyribonukleinsäuren. Nukleotidzusammensetzung von RNA und DNA. Hydrolyse von Nukleinsäuren.

Das Konzept der Sekundärstruktur der DNA. Die Rolle von Wasserstoffbrückenbindungen bei der Bildung der Sekundärstruktur. Komplementarität von Nukleinbasen.

Arzneimittel auf Basis modifizierter Nukleinsäurebasen (5-Fluorouracil, 6-Mercaptopurin). Das Prinzip der chemischen Ähnlichkeit. Veränderungen in der Struktur von Nukleinsäuren unter dem Einfluss von Chemikalien und Strahlung. Mutagene Wirkung von salpetriger Säure.

Nukleosidpolyphosphate (ADP, ATP), Merkmale ihrer Struktur, die es ihnen ermöglichen, die Funktionen hochenergetischer Verbindungen und intrazellulärer Bioregulatoren zu erfüllen. Die Struktur von cAMP, dem intrazellulären „Boten“ von Hormonen.

Kompetenzanforderungen:

· Kennen Sie die Struktur der stickstoffhaltigen Pyrimidin- und Purinbasen und ihre tautomeren Umwandlungen.

· Kennen Sie den Reaktionsmechanismus für die Bildung von N-Glykosiden (Nukleosiden) und deren Hydrolyse sowie die Nomenklatur der Nukleoside.

· Kennen Sie die grundlegenden Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen natürlichen und synthetischen Antibiotika-Nukleosiden im Vergleich zu den Nukleosiden, aus denen DNA und RNA bestehen.

· Kennen Sie die Reaktionen der Nukleotidbildung, die Struktur der Mononukleotide, aus denen Nukleinsäuren bestehen, und ihre Nomenklatur.

· Kennen Sie die Struktur von Cyclo- und Polyphosphaten von Nukleosiden und ihre biologische Rolle.

· Kennen Sie die Nukleotidzusammensetzung von DNA und RNA und die Rolle der Phosphodiesterbindung bei der Bildung der Primärstruktur von Nukleinsäuren.

· Kennen Sie die Rolle von Wasserstoffbrückenbindungen bei der Bildung der Sekundärstruktur der DNA, die Komplementarität stickstoffhaltiger Basen und die Rolle komplementärer Wechselwirkungen bei der Umsetzung der biologischen Funktion der DNA.

· Kennen Sie die Faktoren, die Mutationen verursachen, und das Prinzip ihrer Wirkung.

Informationsteil

Referenzliste

Hauptsächlich:

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Bioorganische Chemie ist eine Wissenschaft, die die Struktur und Eigenschaften von an Lebensprozessen beteiligten Stoffen in direktem Zusammenhang mit der Kenntnis ihrer biologischen Funktionen untersucht.

Bioorganische Chemie ist die Wissenschaft, die die Struktur und Reaktivität biologisch bedeutsamer Verbindungen untersucht. Gegenstand der Bioorganischen Chemie sind Biopolymere und Bioregulatoren sowie deren Strukturelemente.

Zu den Biopolymeren zählen Proteine, Polysaccharide (Kohlenhydrate) und Nukleinsäuren. Zu dieser Gruppe gehören auch Lipide, die keine BMCs sind, sondern normalerweise mit anderen Biopolymeren im Körper assoziiert sind.

Bioregulatoren sind Verbindungen, die den Stoffwechsel chemisch regulieren. Dazu gehören Vitamine, Hormone und viele synthetische Verbindungen, darunter auch Arzneimittel.

Die bioorganische Chemie basiert auf den Ideen und Methoden der organischen Chemie.

Ohne Kenntnisse der allgemeinen Prinzipien der organischen Chemie ist es schwierig, bioorganische Chemie zu studieren. Die bioorganische Chemie ist eng mit der Biologie, der biologischen Chemie und der medizinischen Physik verbunden.

Die Gesamtheit der Reaktionen, die unter den Bedingungen eines Organismus ablaufen, wird aufgerufen Stoffwechsel.

Stoffe, die beim Stoffwechsel entstehen, nennt man – Metaboliten.

Der Stoffwechsel hat zwei Richtungen:

Katabolismus ist die Reaktion des Abbaus komplexer Moleküle in einfachere.

Anabolismus ist der Prozess der Synthese komplexer Moleküle aus einfacheren Substanzen unter Einsatz von Energie.

Der Begriff Biosynthese wird auf eine chemische Reaktion IN VIVO (im Körper), IN VITRO (außerhalb des Körpers) angewendet.

Es gibt Antimetaboliten – Konkurrenten von Metaboliten bei biochemischen Reaktionen.

Konjugation als Faktor zur Erhöhung der Stabilität von Molekülen. Gegenseitige Beeinflussung von Atomen in Molekülen organischer Verbindungen und Methoden ihrer Übertragung

Vorlesungsübersicht:

Paarung und ihre Arten:

p, p - Paarung,

r,p - Konjugation.

Konjugationsenergie.

Gekoppelte Systeme mit offenem Kreislauf.

Vitamin A, Carotine.

Konjugation in Radikalen und Ionen.

Gekoppelte Kreislaufsysteme. Aromatizität, Aromatizitätskriterien, heterozyklische aromatische Verbindungen.

Kovalente Bindung: unpolar und polar.

Induktive und mesomere Effekte. EA und ED sind Substitute.

Die wichtigste Art chemischer Bindungen in der organischen Chemie sind kovalente Bindungen. In organischen Molekülen sind Atome durch s- und p-Bindungen verbunden.

Atome in Molekülen organischer Verbindungen sind durch kovalente Bindungen verbunden, die als s- und p-Bindungen bezeichnet werden.

Eine einzelne s-Bindung im SP 3 -hybridisierten Zustand ist durch l-Länge (C-C 0,154 nm), E-Energie (83 kcal/mol), Polarität und Polarisierbarkeit gekennzeichnet. Zum Beispiel:

Charakteristisch für ungesättigte Verbindungen ist eine Doppelbindung, bei der neben der zentralen s-Bindung auch eine Überlappung senkrecht zur s-Bindung vorliegt, die als π-Bindung bezeichnet wird.

Doppelbindungen sind lokalisiert, das heißt, die Elektronendichte umfasst nur 2 Kerne der gebundenen Atome.

Am häufigsten werden Sie und ich damit zu tun haben konjugiert Systeme. Wechseln sich Doppelbindungen mit Einfachbindungen ab (und im Allgemeinen hat ein mit einer Doppelbindung verbundenes Atom ein p-Orbital, dann können sich die p-Orbitale benachbarter Atome überlappen und so ein gemeinsames p-Elektronensystem bilden). Solche Systeme heißen konjugiert oder delokalisiert . Zum Beispiel: Butadien-1,3

p, p - konjugierte Systeme

Alle Atome in Butadien befinden sich im SP 2-Hybridzustand und liegen in derselben Ebene (Pz ist kein Hybridorbital). Рz – Orbitale sind parallel zueinander. Dies schafft Bedingungen für ihre gegenseitige Überschneidung. Die Überlappung des Pz-Orbitals erfolgt zwischen C-1 und C-2 und C-3 und C-4 sowie zwischen C-2 und C-3, das heißt, sie tritt auf delokalisiert kovalente Bindung. Dies spiegelt sich in Änderungen der Bindungslängen im Molekül wider. Im Vergleich zu einer Einfachbindung ist die Länge der Bindung zwischen C-1 und C-2 erhöht und zwischen C-2 und C-3 verkürzt.

l-C -С, 154 nm l С=С 0,134 nm

l С-N 1,147 nm l С =O 0,121 nm

r, p - Paarung

Ein Beispiel für ein p,π-konjugiertes System ist eine Peptidbindung.

r, p - konjugierte Systeme

Die C=0-Doppelbindung verlängert sich auf 0,124 nm im Vergleich zur üblichen Länge von 0,121, und die C-N-Bindung wird kürzer und beträgt 0,132 nm im Vergleich zu 0,147 nm im Normalfall. Das heißt, der Prozess der Elektronendelokalisierung führt zu einer Angleichung der Bindungslängen und einer Verringerung der inneren Energie des Moleküls. Die ρ,p-Konjugation tritt jedoch in acyclischen Verbindungen nicht nur auf, wenn =-Bindungen mit einzelnen C-C-Bindungen alternieren, sondern auch, wenn sie mit einem Heteroatom alternieren:

In der Nähe der Doppelbindung kann sich ein X-Atom mit einem freien p-Orbital befinden. Am häufigsten sind dies O-, N-, S-Heteroatome und ihre p-Orbitale, die mit p-Bindungen interagieren und eine p, p-Konjugation bilden.

Zum Beispiel:

CH 2 = CH – O – CH = CH 2

Konjugation kann nicht nur in neutralen Molekülen, sondern auch in Radikalen und Ionen erfolgen:

Basierend auf dem oben Gesagten erfolgt die Paarung in offenen Systemen unter den folgenden Bedingungen:

Alle am konjugierten System beteiligten Atome befinden sich im SP 2 -hybridisierten Zustand.

Pz – die Orbitale aller Atome stehen senkrecht zur s-Skelettebene, also parallel zueinander.

Wenn ein konjugiertes Multizentrensystem entsteht, gleichen sich die Bindungslängen an. Hier gibt es keine „reinen“ Einfach- und Doppelbindungen.

Die Delokalisierung von p-Elektronen in einem konjugierten System geht mit der Freisetzung von Energie einher. Das System bewegt sich auf ein niedrigeres Energieniveau, wird stabiler, stabiler. So führt die Bildung eines konjugierten Systems im Fall von Butadien-1,3 zu einer Energiefreisetzung in Höhe von 15 kJ/mol. Aufgrund der Konjugation nimmt die Stabilität allylischer Ionenradikale und ihre Verbreitung in der Natur zu.

Je länger die Konjugationskette ist, desto größer ist die Energiefreisetzung bei ihrer Bildung.

Dieses Phänomen ist bei biologisch wichtigen Verbindungen weit verbreitet. Zum Beispiel:

Im Rahmen der bioorganischen Chemie, die eine Reihe in der Natur weit verbreiteter Ionen und Moleküle umfasst, werden wir immer wieder auf Fragen der thermodynamischen Stabilität von Molekülen, Ionen und Radikalen stoßen. Zum Beispiel:

Gekoppelte Systeme mit geschlossenem Regelkreis

Aromatizität. In zyklischen Molekülen kann unter bestimmten Bedingungen ein konjugiertes System entstehen. Ein Beispiel für ein p, p-konjugiertes System ist Benzol, wo die p-Elektronenwolke Kohlenstoffatome bedeckt, ein solches System wird genannt - aromatisch.

Der Energiegewinn durch Konjugation in Benzol beträgt 150,6 kJ/mol. Daher ist Benzol bis zu einer Temperatur von 900 °C thermisch stabil.

Das Vorhandensein eines geschlossenen Elektronenrings wurde mittels NMR nachgewiesen. Wird ein Benzolmolekül in ein äußeres Magnetfeld gebracht, entsteht ein induktiver Ringstrom.

So lautet das von Hückel formulierte Kriterium für Aromatizität:

das Molekül hat eine zyklische Struktur;

alle Atome befinden sich im SP 2 – hybridisierten Zustand;

Es gibt ein delokalisiertes p-Elektronensystem mit 4n + 2 Elektronen, wobei n die Anzahl der Zyklen ist.

Zum Beispiel:

Diese Frage nimmt in der bioorganischen Chemie einen besonderen Platz ein Aromatizität heterozyklischer Verbindungen.

In zyklischen Molekülen, die Heteroatome (Stickstoff, Schwefel, Sauerstoff) enthalten, wird unter Beteiligung von p-Orbitalen von Kohlenstoffatomen und einem Heteroatom eine einzelne p-Elektronenwolke gebildet.

Fünfgliedrige heterocyclische Verbindungen

Das aromatische System entsteht durch die Wechselwirkung von 4 p-Orbitalen C und einem Orbital eines Heteroatoms, das über 2 Elektronen verfügt. Sechs p-Elektronen bilden das aromatische Gerüst. Ein solches konjugiertes System ist elektronisch redundant. In Pyrrol befindet sich das N-Atom im SP 2-hybridisierten Zustand.

Pyrrol ist Bestandteil vieler biologisch wichtiger Stoffe. Vier Pyrrolringe bilden Porphin, ein aromatisches System mit 26 p-Elektronen und hoher Konjugationsenergie (840 kJ/mol).

Die Porphinstruktur ist Teil von Hämoglobin und Chlorophyll

Sechsgliedrige heterocyclische Verbindungen

Das aromatische System in den Molekülen dieser Verbindungen entsteht durch die Wechselwirkung von fünf p-Orbitalen von Kohlenstoffatomen und einem p-Orbital eines Stickstoffatoms. An der Bildung von s-Bindungen mit den Kohlenstoffatomen des Rings sind zwei Elektronen in zwei SP 2-Orbitalen beteiligt. Das P-Orbital mit einem Elektron ist im aromatischen Gerüst enthalten. SP 2 – ein Orbital mit einem einsamen Elektronenpaar liegt in der s-Skelettebene.

Die Elektronendichte in Pyrimidin ist in Richtung N verschoben, das heißt, das System ist an p-Elektronen verarmt, es liegt ein Elektronenmangel vor.

Viele heterozyklische Verbindungen können ein oder mehrere Heteroatome enthalten

Pyrrol-, Pyrimidin- und Purinkerne sind Bestandteil vieler biologisch aktiver Moleküle.

Gegenseitige Beeinflussung von Atomen in Molekülen organischer Verbindungen und Methoden ihrer Übertragung

Wie bereits erwähnt, werden Bindungen in Molekülen organischer Verbindungen aufgrund von s- und p-Bindungen hergestellt; die Elektronendichte ist nur dann gleichmäßig zwischen gebundenen Atomen verteilt, wenn diese Atome die gleiche oder ähnliche Elektronegativität haben. Solche Verbindungen heißen unpolar.

CH 3 -CH 2 →CI polare Bindung

In der organischen Chemie beschäftigen wir uns häufiger mit polaren Bindungen.

Wenn die Elektronendichte zu einem elektronegativeren Atom hin verschoben wird, nennt man eine solche Bindung polar. Basierend auf den Werten der Bindungsenergie schlug der amerikanische Chemiker L. Pauling eine quantitative Charakteristik der Elektronegativität von Atomen vor. Unten ist die Pauling-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

Kohlenstoffatome in verschiedenen Hybridisierungszuständen unterscheiden sich in der Elektronegativität. Daher ist s – die Bindung zwischen SP 3 und SP 2 hybridisierten Atomen – polar

Induktiver Effekt

Die Übertragung der Elektronendichte durch den Mechanismus der elektrostatischen Induktion entlang einer Kette von S-Bindungen wird als bezeichnet durch Induktion, der Effekt heißt induktiv und wird mit J bezeichnet. Die Wirkung von J wird in der Regel durch drei Bindungen abgeschwächt, nahe beieinander liegende Atome erfahren jedoch einen ziemlich starken Einfluss des nahegelegenen Dipols.

Substituenten, die die Elektronendichte entlang der s-Bindungskette in ihre Richtung verschieben, zeigen einen -J-Effekt und umgekehrt einen +J-Effekt.

Eine isolierte p-Bindung sowie eine einzelne p-Elektronenwolke eines offenen oder geschlossenen konjugierten Systems können unter dem Einfluss von EA- und ED-Substituenten leicht polarisiert werden. In diesen Fällen wird die induktive Wirkung auf den p-Anschluss übertragen, daher mit Jp bezeichnet.

Mesomerer Effekt (Konjugationseffekt)

Man nennt die Umverteilung der Elektronendichte in einem konjugierten System unter dem Einfluss eines Substituenten, der Mitglied dieses konjugierten Systems ist mesomerer Effekt(M-Effekt).

Damit ein Substituent Teil eines konjugierten Systems sein kann, muss er entweder eine Doppelbindung (p,p-Konjugation) oder ein Heteroatom mit einem freien Elektronenpaar (r,p-Konjugation) haben. M – der Effekt wird ohne Dämpfung durch das gekoppelte System übertragen.

Substituenten, die die Elektronendichte in einem konjugierten System verringern (in seiner Richtung verschobene Elektronendichte), zeigen einen -M-Effekt, und Substituenten, die die Elektronendichte in einem konjugierten System erhöhen, zeigen einen +M-Effekt.

Elektronische Effekte von Substituenten

Die Reaktivität organischer Substanzen hängt weitgehend von der Art der J- und M-Effekte ab. Die Kenntnis der theoretischen Möglichkeiten elektronischer Effekte ermöglicht es uns, den Ablauf bestimmter chemischer Prozesse vorherzusagen.

Säure-Base-Eigenschaften organischer Verbindungen. Klassifizierung organischer Reaktionen.

Vorlesungsübersicht

Das Konzept von Substrat, Nukleophil, Elektrophil.

Klassifizierung organischer Reaktionen.

reversibel und irreversibel

radikal, elektrophil, nukleophil, synchron.

mono- und bimolekular

Substitutionsreaktionen

Additionsreaktionen

Eliminationsreaktionen

Oxidation und Reduktion

Säure-Base-Wechselwirkungen

Reaktionen sind regioselektiv, chemoselektiv, stereoselektiv.

Elektrophile Additionsreaktionen. Morkownikows Herrschaft, Anti-Morkownikows Thronbesteigung.

Elektrophile Substitutionsreaktionen: Orientierungsstoffe 1. und 2. Art.

Säure-Base-Eigenschaften organischer Verbindungen.

Bronsted Säure und Basizität

Lewis-Säure und -Basizität

Theorie der harten und weichen Säuren und Basen.

Klassifizierung organischer Reaktionen

Die Systematisierung organischer Reaktionen ermöglicht es, die Vielfalt dieser Reaktionen auf eine relativ kleine Anzahl von Typen zu reduzieren. Organische Reaktionen können klassifiziert werden:

in Richtung: reversibel und irreversibel

durch die Art der Bindungsänderungen im Substrat und Reagenz.

Substrat– ein Molekül, das ein Kohlenstoffatom zur Bildung einer neuen Bindung bereitstellt

Reagens- eine auf das Substrat wirkende Verbindung.

Reaktionen, die auf der Art der Bindungsänderungen im Substrat und Reagenz basieren, können unterteilt werden in:

radikal R

elektrophiles E

nukleophil N(Y)

synchron oder koordiniert

Mechanismus von SR-Reaktionen

Einleitung

Kettenwachstum

Offener Kreislauf

Klassifikation nach Endergebnis

Die Entsprechung zum Endergebnis der Reaktion lautet:

A) Substitutionsreaktionen

B) Additionsreaktionen

B) Eliminierungsreaktionen

D) Umgruppierungen

D) Oxidation und Reduktion

E) Säure-Base-Wechselwirkungen

Es kommt auch zu Reaktionen:

Regioselektiv– vorzugsweise durch eines von mehreren Reaktionszentren strömen.

Chemoselektiv– bevorzugte Reaktion für eine der verwandten funktionellen Gruppen.

Stereoselektiv– Bevorzugte Bildung eines von mehreren Stereoisomeren.

Reaktivität von Alkenen, Alkanen, Alkadienen, Arenen und heterozyklischen Verbindungen

Die Basis organischer Verbindungen sind Kohlenwasserstoffe. Wir betrachten nur Reaktionen, die unter biologischen Bedingungen und dementsprechend nicht mit Kohlenwasserstoffen selbst, sondern unter Beteiligung von Kohlenwasserstoffradikalen durchgeführt werden.

Zu den ungesättigten Kohlenwasserstoffen zählen Alkene, Alkadiene, Alkine, Cycloalkene und aromatische Kohlenwasserstoffe. Das verbindende Prinzip für sie ist π – die Elektronenwolke. Unter dynamischen Bedingungen neigen auch organische Verbindungen dazu, von E+ angegriffen zu werden

Allerdings führen Wechselwirkungsreaktionen für Alkine und Arene mit Reagenzien zu unterschiedlichen Ergebnissen, da in diesen Verbindungen die Natur der π-Elektronenwolke unterschiedlich ist: lokalisiert und delokalisiert.

Wir beginnen unsere Betrachtung der Reaktionsmechanismen mit den Reaktionen A E. Wie wir wissen, interagieren Alkene mit

Mechanismus der Hydratationsreaktion

Nach der Markownikow-Regel – der Addition asymmetrischer Verbindungen mit der allgemeinen Formel HX an ungesättigte Kohlenwasserstoffe – wird an das am stärksten hydrierte Kohlenstoffatom ein Wasserstoffatom addiert, wenn der Substituent ED ist. Bei der Anti-Markownikow-Addition wird ein Wasserstoffatom an das am wenigsten hydrierte Atom addiert, wenn der Substituent EA ist.

Elektrophile Substitutionsreaktionen in aromatischen Systemen haben ihre eigenen Eigenschaften. Das erste Merkmal besteht darin, dass die Wechselwirkung mit einem thermodynamisch stabilen aromatischen System starke Elektrophile erfordert, die normalerweise mithilfe von Katalysatoren erzeugt werden.

Reaktionsmechanismus S E

ORIENTIERENDER EINFLUSS
STELLVERTRETER

Wenn im aromatischen Ring ein Substituent vorhanden ist, beeinflusst dieser zwangsläufig die Verteilung der Elektronendichte im Ring. ED – Substituenten (Orientanten der 1. Reihe) CH 3, OH, OR, NH 2, NR 2 – erleichtern die Substitution im Vergleich zu unsubstituiertem Benzol und lenken die ankommende Gruppe in die ortho- und para-Position. Wenn die ED-Substituenten stark sind, ist kein Katalysator erforderlich; diese Reaktionen laufen in drei Stufen ab.

EA-Substituenten (Orientanten zweiter Art) behindern elektrophile Substitutionsreaktionen im Vergleich zu unsubstituiertem Benzol. Die SE-Reaktion findet unter strengeren Bedingungen statt; die eingehende Gruppe nimmt eine Metaposition ein. Zu den Substituenten vom Typ II gehören:

COOH, SO 3 H, CHO, Halogene usw.

Auch SE-Reaktionen sind typisch für heterozyklische Kohlenwasserstoffe. Pyrrol, Furan, Thiophen und ihre Derivate gehören zu π-Überschusssystemen und gehen recht leicht SE-Reaktionen ein. Sie lassen sich leicht halogenieren, alkylieren, acylieren, sulfonieren und nitrieren. Bei der Auswahl der Reagenzien muss deren Instabilität in einer stark sauren Umgebung, d. h. Acidophobie, berücksichtigt werden.

Pyridin und andere heterocyclische Systeme mit einem Pyridin-Stickstoffatom sind π-unzureichende Systeme, es ist viel schwieriger, sie in SE-Reaktionen einzugehen, und das ankommende Elektrophil nimmt die β-Position relativ zum Stickstoffatom ein.

Saure und basische Eigenschaften organischer Verbindungen

Die wichtigsten Aspekte der Reaktivität organischer Verbindungen sind die Säure-Base-Eigenschaften organischer Verbindungen.

Säure und Basizität auch wichtige Konzepte, die viele funktionelle physikalisch-chemische und biologische Eigenschaften organischer Verbindungen definieren. Die Säure-Base-Katalyse ist eine der häufigsten enzymatischen Reaktionen. Schwache Säuren und Basen sind häufige Bestandteile biologischer Systeme und spielen eine wichtige Rolle im Stoffwechsel und seiner Regulierung.

In der organischen Chemie gibt es verschiedene Konzepte für Säuren und Basen. Die Brønsted-Theorie der Säuren und Basen, allgemein anerkannt in der anorganischen und organischen Chemie. Laut Brønsted sind Säuren Substanzen, die ein Proton abgeben können, und Basen sind Substanzen, die ein Proton aufnehmen können.

Bronsted-Säure

Grundsätzlich können die meisten organischen Verbindungen als Säuren betrachtet werden, da in organischen Verbindungen H an C, N O S gebunden ist

Organische Säuren werden dementsprechend in C – H, N – H, O – H, S-H – Säuren unterteilt.

Der Säuregehalt wird in Form von Ka oder - log Ka = pKa beurteilt, je niedriger der pKa, desto stärker die Säure.

Eine quantitative Beurteilung des Säuregehalts organischer Verbindungen ist nicht für alle organischen Substanzen möglich. Daher ist es wichtig, die Fähigkeit zu entwickeln, eine qualitative Bewertung der sauren Eigenschaften verschiedener saurer Standorte durchzuführen. Zu diesem Zweck wird ein allgemeiner methodischer Ansatz verwendet.

Die Stärke der Säure wird durch die Stabilität des Anions (konjugierte Base) bestimmt. Je stabiler das Anion, desto stärker die Säure.

Die Stabilität des Anions wird durch eine Kombination mehrerer Faktoren bestimmt:

Elektronegativität und Polarisierbarkeit des Elements im Säurezentrum.

der Grad der Delokalisierung der negativen Ladung im Anion.

die Art des mit dem Säurezentrum verbundenen Radikals.

Solvatationseffekte (Einfluss des Lösungsmittels)

Betrachten wir nacheinander die Rolle all dieser Faktoren:

Wirkung der Elektronegativität von Elementen

Je elektronegativer das Element ist, desto stärker ist die Ladung delokalisiert und je stabiler das Anion, desto stärker ist die Säure.

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

Daher ändert sich der Säuregehalt in der Reihe CH< NН < ОН

Bei SH-Säuren überwiegt ein weiterer Faktor – die Polarisierbarkeit.

Das Schwefelatom ist größer und hat freie d-Orbitale. Daher kann die negative Ladung über ein großes Volumen delokalisiert werden, was zu einer größeren Stabilität des Anions führt.

Thiole reagieren als stärkere Säuren mit Alkalien sowie mit Oxiden und Salzen von Schwermetallen, während Alkohole (schwache Säuren) nur mit aktiven Metallen reagieren können

Der relativ hohe Säuregehalt von Tols wird in der Medizin und in der Arzneimittelchemie genutzt. Zum Beispiel:

Wird bei Vergiftungen mit As, Hg, Cr, Bi eingesetzt, deren Wirkung auf der Bindung von Metallen und deren Entfernung aus dem Körper beruht. Zum Beispiel:

Bei der Beurteilung des Säuregehalts von Verbindungen mit demselben Atom im Säurezentrum ist die Delokalisierung der negativen Ladung im Anion ausschlaggebend. Die Stabilität des Anions nimmt deutlich zu, wenn die Möglichkeit einer Delokalisierung der negativen Ladung entlang des Systems konjugierter Bindungen entsteht. Ein signifikanter Anstieg des Säuregehalts bei Phenolen im Vergleich zu Alkoholen wird durch die Möglichkeit einer Delokalisierung der Ionen im Vergleich zum Molekül erklärt.

Der hohe Säuregehalt von Carbonsäuren ist auf die Resonanzstabilität des Carboxylat-Anions zurückzuführen

Die Ladungsdelokalisierung wird durch die Anwesenheit elektronenziehender Substituenten (EA) erleichtert, sie stabilisieren Anionen und erhöhen dadurch den Säuregehalt. Zum Beispiel die Einführung eines Substituenten in ein EA-Molekül

Wirkung von Substituent und Lösungsmittel

a - Hydroxysäuren sind stärkere Säuren als die entsprechenden Carbonsäuren.

ED-Substituenten hingegen reduzieren den Säuregehalt. Lösungsmittel haben einen größeren Einfluss auf die Stabilisierung des Anions; in der Regel werden kleine Ionen mit einem geringen Grad der Ladungsdelokalisierung besser solvatisiert.

Der Effekt der Solvatisierung lässt sich beispielsweise in der Reihe nachvollziehen:

Trägt ein Atom in einem Säurezentrum eine positive Ladung, führt dies zu einer erhöhten Acidität.

Frage an das Publikum: Welche Säure – Essigsäure oder Palmitinsäure C 15 H 31 COOH – sollte einen niedrigeren pKa-Wert haben?

Trägt das Atom am Säurezentrum eine positive Ladung, führt dies zu einer erhöhten Acidität.

Man erkennt die starke CH-Acidität des σ-Komplexes, der bei der elektrophilen Substitutionsreaktion entsteht.

Bronsted-Basizität

Um eine Bindung mit einem Proton einzugehen, ist ein ungeteiltes Elektronenpaar am Heteroatom notwendig,

oder Anionen sein. Es gibt p-Basen und

π-Basen, wobei das Zentrum der Basizität liegt

Elektronen einer lokalisierten π-Bindung oder π-Elektronen eines konjugierten Systems (π-Komponenten)

Die Stärke der Base hängt von den gleichen Faktoren ab wie der Säuregehalt, ihr Einfluss ist jedoch entgegengesetzt. Je größer die Elektronegativität eines Atoms ist, desto fester hält es ein einzelnes Elektronenpaar und desto weniger steht es für die Bindung mit einem Proton zur Verfügung. Dann ändert sich im Allgemeinen die Stärke von n-Basen mit den gleichen Substituenten in der Reihe:

Die grundlegendsten organischen Verbindungen sind Amine und Alkohole:

Salze organischer Verbindungen mit Mineralsäuren sind gut löslich. Viele Medikamente werden in Form von Salzen verwendet.

Säure-Base-Zentrum in einem Molekül (amphoter)

Wasserstoffbrückenbindungen als Säure-Base-Wechselwirkungen

Bei allen α-Aminosäuren überwiegen kationische Formen in stark sauren und anionische Formen in stark alkalischen Umgebungen.

Das Vorhandensein schwach saurer und basischer Zentren führt zu schwachen Wechselwirkungen – Wasserstoffbrückenbindungen. Beispiel: Imidazol mit niedrigem Molekulargewicht hat aufgrund der Anwesenheit von Wasserstoffbrücken einen hohen Siedepunkt.

J. Lewis schlug eine allgemeinere Theorie von Säuren und Basen vor, die auf der Struktur elektronischer Schalen basiert.

Eine Lewis-Säure kann ein Atom, Molekül oder Kation sein, das über ein freies Orbital verfügt, das ein Elektronenpaar zur Bildung einer Bindung aufnehmen kann.

Vertreter der Lewis-Säuren sind die Halogenide der Elemente der Gruppen II und III des Periodensystems D.I. Mendelejew.

Lewis-Basen sind Atome, Moleküle oder Anionen, die ein Elektronenpaar abgeben können.

Zu den Lewis-Basen zählen Amine, Alkohole, Ether, Thiole, Thioether und Verbindungen mit π-Bindungen.

Die folgende Wechselwirkung kann beispielsweise als Lewis-Säure-Base-Wechselwirkung dargestellt werden

Eine wichtige Konsequenz aus Lewis‘ Theorie ist, dass jede organische Substanz als Säure-Base-Komplex dargestellt werden kann.

In organischen Verbindungen kommen intramolekulare Wasserstoffbrücken deutlich seltener vor als intermolekulare, kommen aber auch in bioorganischen Verbindungen vor und können als Säure-Base-Wechselwirkungen betrachtet werden.

Die Begriffe „hart“ und „weich“ sind nicht identisch mit starken und schwachen Säuren und Basen. Dies sind zwei unabhängige Merkmale. Das Wesentliche bei LCMO ist, dass harte Säuren mit harten Basen und weiche Säuren mit weichen Basen reagieren.

Nach dem Pearson-Prinzip der harten und weichen Säuren und Basen (HABP) werden Lewis-Säuren in harte und weiche unterteilt. Harte Säuren sind Akzeptoratome mit geringer Größe, großer positiver Ladung, hoher Elektronegativität und geringer Polarisierbarkeit.

Weiche Säuren sind große Akzeptoratome mit geringer positiver Ladung, geringer Elektronegativität und hoher Polarisierbarkeit.

Das Wesentliche bei LCMO ist, dass harte Säuren mit harten Basen und weiche Säuren mit weichen Basen reagieren. Zum Beispiel:

Oxidation und Reduktion organischer Verbindungen

Redoxreaktionen sind für Lebensprozesse von größter Bedeutung. Mit ihrer Hilfe deckt der Körper seinen Energiebedarf, da bei der Oxidation organischer Stoffe Energie freigesetzt wird.

Andererseits dienen diese Reaktionen dazu, Nahrung in Zellbestandteile umzuwandeln. Oxidationsreaktionen fördern die Entgiftung und Entfernung von Medikamenten aus dem Körper.

Bei der Oxidation wird Wasserstoff entfernt, um eine Mehrfachbindung oder neue, polarere Bindungen zu bilden.

Reduktion ist der umgekehrte Prozess der Oxidation.

Die Oxidation organischer Substrate verläuft umso leichter, je stärker ihre Tendenz zur Elektronenabgabe ist.

Oxidation und Reduktion müssen in Bezug auf bestimmte Verbindungsklassen betrachtet werden.

Oxidation von C-H-Bindungen (Alkane und Alkyle)

Bei der vollständigen Verbrennung von Alkanen entstehen CO 2 und H 2 O und es wird Wärme freigesetzt. Andere Arten ihrer Oxidation und Reduktion können durch die folgenden Schemata dargestellt werden:

Die Oxidation gesättigter Kohlenwasserstoffe erfolgt unter rauen Bedingungen (die Chrommischung ist heiß); weichere Oxidationsmittel haben keinen Einfluss auf sie. Zwischenoxidationsprodukte sind Alkohole, Aldehyde, Ketone und Säuren.

Hydroperoxide R – O – OH sind die wichtigsten Zwischenprodukte der Oxidation von C – H-Bindungen unter milden Bedingungen, insbesondere in vivo

Eine wichtige Oxidationsreaktion von CH-Bindungen unter Körperbedingungen ist die enzymatische Hydroxylierung.

Ein Beispiel wäre die Herstellung von Alkoholen durch die Oxidation von Lebensmitteln. Aufgrund von molekularem Sauerstoff und seinen aktiven Formen. in vivo durchgeführt.

Wasserstoffperoxid kann im Körper als Hydroxylierungsmittel dienen.

Überschüssiges Peroxid muss durch Katalase in Wasser und Sauerstoff zerlegt werden.

Die Oxidation und Reduktion von Alkenen kann durch die folgenden Transformationen dargestellt werden:

Alkenreduktion

Oxidation und Reduktion aromatischer Kohlenwasserstoffe

Benzol ist selbst unter rauen Bedingungen nach folgendem Schema äußerst schwer zu oxidieren:

Die Oxidationsfähigkeit nimmt von Benzol zu Naphthalin und weiter zu Anthracen deutlich zu.

ED-Substituenten erleichtern die Oxidation aromatischer Verbindungen. EA – verhindert die Oxidation. Rückgewinnung von Benzol.

C 6 H 6 + 3 H 2

Enzymatische Hydroxylierung aromatischer Verbindungen

Oxidation von Alkoholen

Im Vergleich zu Kohlenwasserstoffen erfolgt die Oxidation von Alkoholen unter milderen Bedingungen

Die wichtigste Reaktion von Diolen unter Körperbedingungen ist die Umwandlung im Chinon-Hydrochinon-System

Die Übertragung von Elektronen vom Substrat auf Sauerstoff erfolgt in Metachondrien.

Oxidation und Reduktion von Aldehyden und Ketonen

Eine der am leichtesten oxidierbaren Klassen organischer Verbindungen

2H 2 C = O + H 2 O CH 3 OH + HCOOH fließt besonders leicht im Licht

Oxidation stickstoffhaltiger Verbindungen

Amine oxidieren recht leicht; die Endprodukte der Oxidation sind Nitroverbindungen

Eine erschöpfende Reduktion stickstoffhaltiger Stoffe führt zur Bildung von Aminen.

Oxidation von Aminen in vivo

Oxidation und Reduktion von Thiolen

Vergleichende Eigenschaften der O-B-Eigenschaften organischer Verbindungen.

Thiole und 2-atomige Phenole werden am leichtesten oxidiert. Aldehyde oxidieren recht leicht. Alkohole sind schwieriger zu oxidieren und primäre sind leichter zu oxidieren als sekundäre und tertiäre. Ketone sind resistent gegen Oxidation oder oxidieren unter Spaltung des Moleküls.

Alkine oxidieren bereits bei Raumtemperatur leicht.

Am schwierigsten zu oxidieren sind Verbindungen, die Kohlenstoffatome im Sp3-hybridisierten Zustand enthalten, also gesättigte Molekülfragmente.

ED – Substituenten erleichtern die Oxidation

EA – verhindert die Oxidation.

Spezifische Eigenschaften poly- und heterofunktioneller Verbindungen.

Vorlesungsübersicht

Poly- und Heterofunktionalität als Faktor, der die Reaktivität organischer Verbindungen erhöht.

Spezifische Eigenschaften poly- und heterofunktioneller Verbindungen:

amphotere Bildung intramolekularer Salze.

Intramolekulare Cyclisierung von γ, δ, ε – heterofunktionellen Verbindungen.

intermolekulare Zyklisierung (Lactide und Deketopyrosine)

Chelatbildung.

Eliminierungsreaktionen von Beta-Heterofunktionellen

Verbindungen.

Keto-Enol-Tautomerie. Phosphoenolpyruvat, as

makroerge Verbindung.

Decarboxylierung.

Stereoisomerie

Poly- und Heterofunktionalität als Ursache für das Auftreten spezifischer Eigenschaften in Hydroxy-, Amino- und Oxosäuren.

Das Vorhandensein mehrerer gleicher oder unterschiedlicher funktioneller Gruppen in einem Molekül ist ein charakteristisches Merkmal biologisch wichtiger organischer Verbindungen. Ein Molekül kann zwei oder mehr Hydroxylgruppen, Aminogruppen oder Carboxylgruppen enthalten. Zum Beispiel:

Eine wichtige Gruppe lebenswichtiger Substanzen sind heterofunktionelle Verbindungen, die eine paarweise Kombination verschiedener funktioneller Gruppen aufweisen. Zum Beispiel:

In aliphatischen Verbindungen weisen alle oben genannten funktionellen Gruppen einen EA-Charakter auf. Aufgrund ihrer gegenseitigen Beeinflussung verstärkt sich ihre Reaktionsfähigkeit gegenseitig. Beispielsweise wird in Oxosäuren die Elektrophilie jedes der beiden Carbonylkohlenstoffatome durch das -J der anderen funktionellen Gruppe verstärkt, was zu einem leichteren Angriff durch nukleophile Reagenzien führt.

Da der I-Effekt nach 3–4 Bindungen abklingt, ist ein wichtiger Umstand die räumliche Nähe der funktionellen Gruppen in der Kohlenwasserstoffkette. Heterofunktionelle Gruppen können sich am selben Kohlenstoffatom (α-Anordnung) oder an verschiedenen Kohlenstoffatomen befinden, sowohl an benachbarten (β-Anordnung) als auch an weiter voneinander entfernten Stellen (γ, Delta, Epsilon).

Jede heterofunktionelle Gruppe behält ihre eigene Reaktivität; genauer gesagt gehen heterofunktionelle Verbindungen eine „doppelte“ Anzahl chemischer Reaktionen ein. Wenn die gegenseitige Anordnung heterofunktioneller Gruppen ausreichend nahe ist, wird die Reaktivität jeder von ihnen gegenseitig verstärkt.

Bei gleichzeitiger Anwesenheit saurer und basischer Gruppen im Molekül wird die Verbindung amphoter.

Zum Beispiel: Aminosäuren.

Interaktion heterofunktioneller Gruppen

Das Molekül gerofunktioneller Verbindungen kann Gruppen enthalten, die miteinander interagieren können. Beispielsweise ist in amphoteren Verbindungen wie α-Aminosäuren die Bildung innerer Salze möglich.

Daher liegen alle α-Aminosäuren in Form biopolarer Ionen vor und sind gut wasserlöslich.

Neben Säure-Base-Wechselwirkungen werden auch andere Arten chemischer Reaktionen möglich. Beispielsweise ist die Reaktion S N bei SP 2 ein Hybrid eines Kohlenstoffatoms in der Carbonylgruppe aufgrund der Wechselwirkung mit der Alkoholgruppe, der Bildung von Estern, einer Carboxylgruppe mit einer Aminogruppe (Bildung von Amiden).

Abhängig von der relativen Anordnung der funktionellen Gruppen können diese Reaktionen sowohl innerhalb eines Moleküls (intramolekular) als auch zwischen Molekülen (intermolekular) ablaufen.

Da die Reaktion zur Bildung zyklischer Amide und Ester führt. dann wird die thermodynamische Stabilität der Zyklen zum bestimmenden Faktor. Dabei enthält das Endprodukt meist Sechs- oder Fünfringe.

Damit durch intramolekulare Wechselwirkung ein fünf- oder sechsgliedriger Esterring (Amidring) entsteht, muss die heterofunktionelle Verbindung eine Gamma- oder Sigma-Anordnung im Molekül aufweisen. Dann im Unterricht