Στοιχεία βιοοργανικής χημείας. Ιστορία της ανάπτυξης της βιοοργανικής χημείας

Γειά σου! Πολλοί φοιτητές ιατρικής σπουδάζουν τώρα βιοοργανική χημεία, γνωστή και ως βιοχημεία.

Σε ορισμένα πανεπιστήμια αυτό το μάθημα τελειώνει με τεστ, σε άλλα - με εξετάσεις. Μερικές φορές συμβαίνει ένα τεστ σε ένα πανεπιστήμιο να είναι συγκρίσιμο σε δυσκολία με μια εξέταση σε άλλο.

Στο πανεπιστήμιό μου, η βιοοργανική χημεία δόθηκε ως εξέταση κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού στο τέλος του πρώτου έτους. Πρέπει να πούμε ότι το BOC είναι ένα από εκείνα τα θέματα που είναι τρομακτικά στην αρχή και μπορούν να εμπνεύσουν τη σκέψη "αυτό είναι αδύνατο να περάσει". Αυτό ισχύει ιδιαίτερα, φυσικά, για άτομα με αδύναμη βάση στην οργανική χημεία (και, παραδόξως, υπάρχουν αρκετά από αυτά στα ιατρικά πανεπιστήμια).

Τα προγράμματα για τη μελέτη της βιοοργανικής χημείας σε διαφορετικά πανεπιστήμια μπορεί να διαφέρουν πολύ και οι μέθοδοι διδασκαλίας μπορεί να διαφέρουν ακόμη περισσότερο.

Ωστόσο, οι απαιτήσεις για τους μαθητές είναι περίπου οι ίδιες παντού. Για να το θέσω πολύ απλά, για να περάσετε τη βιοοργανική χημεία με ένα 5, πρέπει να γνωρίζετε τα ονόματα, τις ιδιότητες, τα δομικά χαρακτηριστικά και τις τυπικές αντιδράσεις μιας σειράς οργανικών ουσιών.

Ο δάσκαλός μας, ένας αξιοσέβαστος καθηγητής, παρουσίασε το υλικό σαν κάθε μαθητής να ήταν ο καλύτερος μαθητής οργανικής χημείας στο σχολείο (και η βιοοργανική χημεία είναι ουσιαστικά ένα περίπλοκο μάθημα στη σχολική οργανική χημεία). Μάλλον είχε δίκιο στην προσέγγισή του, όλοι πρέπει να προσπαθήσουν να φτάσουν στην κορυφή και να προσπαθήσουν να είναι οι καλύτεροι. Ωστόσο, αυτό οδήγησε στο γεγονός ότι ορισμένοι μαθητές, που δεν κατανοούσαν εν μέρει την ύλη στις πρώτες 2-3 τάξεις, σταμάτησαν να καταλαβαίνουν τα πάντα εντελώς πιο κοντά στα μέσα του εξαμήνου.

Αποφάσισα να γράψω αυτό το υλικό σε μεγάλο βαθμό επειδή ήμουν ακριβώς ένας τέτοιος μαθητής. Στο σχολείο μου άρεσε πολύ η ανόργανη χημεία, αλλά πάντα πάλευα με τα οργανικά. Ακόμη και όταν προετοιμαζόμουν για τις εξετάσεις του Ενιαίου Κράτους, επέλεξα τη στρατηγική να ενισχύσω όλες μου τις γνώσεις στα ανόργανα, ενώ ταυτόχρονα να εδραιώσω μόνο τη βάση των οργανικών. Παρεμπιπτόντως, αυτό σχεδόν μου είχε μπούμερανγκ όσον αφορά τα σημεία εισόδου, αλλά αυτό είναι μια άλλη ιστορία.

Δεν ήταν μάταια που είπα για τη μεθοδολογία διδασκαλίας, γιατί και η δική μας ήταν πολύ ασυνήθιστη. Αμέσως, σχεδόν στο πρώτο μάθημα, μας έδειξαν τα εγχειρίδια σύμφωνα με τα οποία έπρεπε να κάνουμε τεστ και μετά εξετάσεις.

Βιοοργανική χημεία - τεστ και εξετάσεις

Όλο το μάθημά μας χωρίστηκε σε 4 κύρια θέματα, καθένα από τα οποία τελείωσε με ένα δοκιμαστικό μάθημα. Είχαμε ήδη ερωτήσεις για καθένα από τα τέσσερα τεστ από το πρώτο ζευγάρι. Ήταν, φυσικά, τρομακτικοί, αλλά ταυτόχρονα χρησίμευαν ως ένα είδος χάρτη κατά μήκος του οποίου κινούνταν.

Το πρώτο τεστ ήταν αρκετά βασικό. Αφιερώθηκε κυρίως στην ονοματολογία, στις τετριμμένες (καθημερινές) και διεθνείς ονομασίες και, φυσικά, στην ταξινόμηση των ουσιών. Επίσης, με τη μια ή την άλλη μορφή, θίχτηκαν τα σημάδια της αρωματικότητας.

Η δεύτερη δοκιμασία μετά την πρώτη φαινόταν πολύ πιο δύσκολη. Εκεί ήταν απαραίτητο να περιγραφούν οι ιδιότητες και οι αντιδράσεις ουσιών όπως οι κετόνες, οι αλδεΰδες, οι αλκοόλες και τα καρβοξυλικά οξέα. Για παράδειγμα, μια από τις πιο χαρακτηριστικές αντιδράσεις των αλδεΰδων είναι η αντίδραση του καθρέφτη αργύρου. Πολύ όμορφο θέαμα. Εάν προσθέσετε το αντιδραστήριο Tollens, δηλαδή το ΟΗ, σε οποιαδήποτε αλδεΰδη, τότε στο τοίχωμα του δοκιμαστικού σωλήνα θα δείτε ένα ίζημα που μοιάζει με καθρέφτη, όπως φαίνεται:

Το τρίτο τεστ σε σύγκριση με το δεύτερο δεν φαινόταν τόσο τρομερό. Όλοι έχουν ήδη συνηθίσει να γράφουν αντιδράσεις και να θυμούνται ιδιότητες σύμφωνα με ταξινομήσεις. Στην τρίτη δοκιμή μιλήσαμε για ενώσεις με δύο λειτουργικές ομάδες - αμινοφαινόλες, αμινοαλκοόλες, οξοξέα και άλλες. Επίσης, κάθε εισιτήριο περιείχε τουλάχιστον ένα εισιτήριο για υδατάνθρακες.

Η τέταρτη δοκιμή στη βιοοργανική χημεία ήταν σχεδόν εξ ολοκλήρου αφιερωμένη σε πρωτεΐνες, αμινοξέα και πεπτιδικούς δεσμούς. Ιδιαίτερη έμφαση ήταν οι ερωτήσεις που απαιτούσαν τη συλλογή RNA και DNA.

Παρεμπιπτόντως, αυτό ακριβώς μοιάζει με ένα αμινοξύ - μπορείτε να δείτε την αμινομάδα (είναι κίτρινη σε αυτήν την εικόνα) και την ομάδα καρβοξυλικού οξέος (είναι λιλά). Ήταν με ουσίες αυτής της κατηγορίας που έπρεπε να αντιμετωπίσουμε στο τέταρτο τεστ.

Κάθε τεστ έγινε στον μαυροπίνακα - ο μαθητής πρέπει, χωρίς προτροπή, να περιγράψει και να εξηγήσει όλες τις απαραίτητες ιδιότητες με τη μορφή αντιδράσεων. Για παράδειγμα, αν κάνετε το δεύτερο τεστ, έχετε τις ιδιότητες των αλκοολών στο εισιτήριό σας. Ο δάσκαλος σου λέει - πάρε προπανόλη. Γράφετε τον τύπο της προπανόλης και 4-5 τυπικές αντιδράσεις για να δείξετε τις ιδιότητές της. Θα μπορούσε επίσης να υπάρχει κάτι εξωτικό, όπως ενώσεις που περιέχουν θείο. Ένα σφάλμα ακόμη και στον δείκτη ενός προϊόντος αντίδρασης συχνά με έστελνε περαιτέρω να μελετήσω αυτό το υλικό μέχρι την επόμενη προσπάθεια (που ήταν μια εβδομάδα αργότερα). Τρομακτικός? Δριμύς? Σίγουρα!

Ωστόσο, αυτή η προσέγγιση έχει μια πολύ ευχάριστη παρενέργεια. Ήταν δύσκολο κατά τη διάρκεια των κανονικών σεμιναρίων. Πολλοί έκαναν τα τεστ 5-6 φορές. Όμως η εξέταση ήταν πολύ εύκολη, γιατί κάθε δελτίο περιείχε 4 ερωτήσεις. Ακριβώς, ένα από κάθε ήδη μαθημένο και λυμένο τεστ.

Επομένως, δεν θα περιγράψω καν τις περιπλοκές της προετοιμασίας για τις εξετάσεις στη βιοοργανική χημεία. Στην περίπτωσή μας, όλη η προετοιμασία κατέληγε στο πώς προετοιμαστήκαμε για τις ίδιες τις δοκιμές. Πέρασα με σιγουριά κάθε ένα από τα τέσσερα τεστ - πριν από την εξέταση, απλώς κοιτάξτε τα δικά σας προσχέδια, γράψτε τις πιο βασικές αντιδράσεις και όλα θα αποκατασταθούν αμέσως. Το γεγονός είναι ότι η οργανική χημεία είναι μια πολύ λογική επιστήμη. Αυτό που πρέπει να θυμάστε δεν είναι οι τεράστιες σειρές αντιδράσεων, αλλά οι ίδιοι οι μηχανισμοί.

Ναι, σημειώνω ότι αυτό δεν λειτουργεί με όλα τα στοιχεία. Δεν θα μπορέσετε να περάσετε την τρομερή ανατομία διαβάζοντας απλώς τις σημειώσεις σας την προηγούμενη μέρα. Μια σειρά από άλλα αντικείμενα έχουν επίσης τα δικά τους χαρακτηριστικά. Ακόμα κι αν η ιατρική σχολή σας διδάσκει βιοοργανική χημεία με διαφορετικό τρόπο, ίσως χρειαστεί να προσαρμόσετε την προετοιμασία σας και να το κάνετε λίγο διαφορετικά από ό,τι εγώ. Σε κάθε περίπτωση, καλή τύχη σε εσάς, κατανοήστε και αγαπήστε την επιστήμη!

Σχέδιο 1. Θέμα και σημασία της βιοοργανικής χημείας 2. Ταξινόμηση και ονοματολογία οργανικών ενώσεων 3. Μέθοδοι απεικόνισης οργανικών μορίων 4. Χημικοί δεσμοί σε βιοοργανικά μόρια 5. Ηλεκτρονικά αποτελέσματα. Αμοιβαία επίδραση των ατόμων σε ένα μόριο 6. Ταξινόμηση χημικών αντιδράσεων και αντιδραστηρίων 7. Έννοια των μηχανισμών των χημικών αντιδράσεων 2

Αντικείμενο βιοοργανικής χημείας 3 Η βιοοργανική χημεία είναι ένας ανεξάρτητος κλάδος της χημικής επιστήμης που μελετά τη δομή, τις ιδιότητες και τις βιολογικές λειτουργίες χημικών ενώσεων οργανικής προέλευσης που συμμετέχουν στο μεταβολισμό των ζωντανών οργανισμών.

Τα αντικείμενα μελέτης της βιοοργανικής χημείας είναι βιομόρια και βιοπολυμερή χαμηλού μοριακού βάρους (πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα και πολυσακχαρίτες), βιορυθμιστές (ένζυμα, ορμόνες, βιταμίνες και άλλα), φυσικές και συνθετικές φυσιολογικά δραστικές ενώσεις, συμπεριλαμβανομένων φαρμάκων και ουσιών με τοξική δράση. Τα βιομόρια είναι βιοοργανικές ενώσεις που αποτελούν μέρος ζωντανών οργανισμών και ειδικεύονται στο σχηματισμό κυτταρικών δομών και συμμετοχή σε βιοχημικές αντιδράσεις, αποτελούν τη βάση του μεταβολισμού (μεταβολισμός) και τις φυσιολογικές λειτουργίες των ζωντανών κυττάρων και των πολυκύτταρων οργανισμών γενικότερα. 4 Ταξινόμηση βιοοργανικών ενώσεων

Ο μεταβολισμός είναι ένα σύνολο χημικών αντιδράσεων που συμβαίνουν στο σώμα (in vivo). Ο μεταβολισμός ονομάζεται επίσης μεταβολισμός. Ο μεταβολισμός μπορεί να συμβεί σε δύο κατευθύνσεις - τον αναβολισμό και τον καταβολισμό. Αναβολισμός είναι η σύνθεση στο σώμα πολύπλοκων ουσιών από σχετικά απλές. Συμβαίνει με τη δαπάνη ενέργειας (ενδόθερμη διεργασία). Ο καταβολισμός, αντίθετα, είναι η διάσπαση πολύπλοκων οργανικών ενώσεων σε απλούστερες. Συμβαίνει με την απελευθέρωση ενέργειας (εξώθερμη διαδικασία). Οι μεταβολικές διεργασίες λαμβάνουν χώρα με τη συμμετοχή ενζύμων. Τα ένζυμα παίζουν το ρόλο των βιοκαταλυτών στο σώμα. Χωρίς ένζυμα, οι βιοχημικές διεργασίες είτε δεν θα συνέβαιναν καθόλου, είτε θα προχωρούσαν πολύ αργά και το σώμα δεν θα μπορούσε να διατηρήσει τη ζωή. 5

Βιοστοιχεία. Η σύνθεση των βιοοργανικών ενώσεων, εκτός από τα άτομα άνθρακα (C), που αποτελούν τη βάση οποιουδήποτε οργανικού μορίου, περιλαμβάνει επίσης υδρογόνο (H), οξυγόνο (O), άζωτο (N), φώσφορο (P) και θείο (S). . Αυτά τα βιοστοιχεία (οργανογόνα) συγκεντρώνονται σε ζωντανούς οργανισμούς σε ποσότητες που είναι πάνω από 200 φορές υψηλότερες από την περιεκτικότητά τους σε άψυχα αντικείμενα. Τα σημειωμένα στοιχεία αποτελούν πάνω από το 99% της στοιχειακής σύνθεσης των βιομορίων. 6

Η βιοοργανική χημεία προέκυψε από τα βάθη της οργανικής χημείας και βασίζεται στις ιδέες και τις μεθόδους της. Στην ιστορία της ανάπτυξης, η οργανική χημεία έχει τα ακόλουθα στάδια: εμπειρικό, αναλυτικό, δομικό και σύγχρονο. Η περίοδος από την πρώτη γνωριμία του ανθρώπου με τις οργανικές ουσίες έως τα τέλη του 18ου αιώνα θεωρείται εμπειρική. Το κύριο αποτέλεσμα αυτής της περιόδου ήταν ότι οι άνθρωποι συνειδητοποίησαν τη σημασία της στοιχειακής ανάλυσης και της δημιουργίας ατομικών και μοριακών μαζών. Η θεωρία του βιταλισμού - δύναμη ζωής (Berzelius). Η αναλυτική περίοδος συνεχίστηκε μέχρι τη δεκαετία του 60 του 19ου αιώνα. Χαρακτηρίστηκε από το γεγονός ότι από τα τέλη του πρώτου τετάρτου του 19ου αιώνα έγιναν μια σειρά από πολλά υποσχόμενες ανακαλύψεις που έδωσαν ένα συντριπτικό πλήγμα στη βιταλιστική θεωρία. Ο πρώτος σε αυτή τη σειρά ήταν ο μαθητής του Berzelius, ο Γερμανός χημικός Wöhler. Έκανε μια σειρά από ανακαλύψεις το 1824 - τη σύνθεση οξαλικού οξέος από κυανογόνο: (CN) 2 HOOC - COOH r. – σύνθεση ουρίας από κυανικό αμμώνιο: NH 4 CNO NH 2 – C – NH 2 O 8

Το 1853, ο C. Gerard ανέπτυξε τη «θεωρία των τύπων» και τη χρησιμοποίησε για να ταξινομήσει τις οργανικές ενώσεις. Σύμφωνα με τον Gerard, πιο σύνθετες οργανικές ενώσεις μπορούν να παραχθούν από τους ακόλουθους τέσσερις κύριους τύπους ουσιών: HHHH τύπου HHHH O τύπου ΝΕΡΟ H Cl τύπου ΥΔΡΟΓΟΝΟ ΧΛΩΡΙΔΙΟ HHHHN N τύπου ΑΜΜΩΝΙΑ Από το 1857, με πρόταση του F. A. Kekule, οι υδρογονάνθρακες άρχισαν να ταξινομούνται ως μεθάνιο τύπου HHHNNHH C 9

Βασικές διατάξεις της θεωρίας της δομής των οργανικών ενώσεων (1861) 1) Τα άτομα στα μόρια συνδέονται μεταξύ τους με χημικούς δεσμούς σύμφωνα με το σθένος τους. 2) τα άτομα σε μόρια οργανικών ουσιών συνδέονται μεταξύ τους με μια ορισμένη αλληλουχία, η οποία καθορίζει τη χημική δομή (δομή) του μορίου. 3) οι ιδιότητες των οργανικών ενώσεων εξαρτώνται όχι μόνο από τον αριθμό και τη φύση των συστατικών τους ατόμων, αλλά και από τη χημική δομή των μορίων. 4) στα οργανικά μόρια υπάρχει αλληλεπίδραση μεταξύ ατόμων, τόσο συνδεδεμένα μεταξύ τους όσο και αδέσμευτα. 5) η χημική δομή μιας ουσίας μπορεί να προσδιοριστεί με τη μελέτη των χημικών μετασχηματισμών της και, αντίθετα, οι ιδιότητές της μπορούν να χαρακτηριστούν από τη δομή μιας ουσίας. 10

Βασικές διατάξεις της θεωρίας της δομής των οργανικών ενώσεων (1861) Ένας δομικός τύπος είναι μια εικόνα της αλληλουχίας των δεσμών των ατόμων σε ένα μόριο. Ακαθάριστος τύπος - CH 4 O ή CH 3 OH Δομικός τύπος Οι απλοποιημένοι δομικοί τύποι ονομάζονται μερικές φορές ορθολογικός μοριακός τύπος - ο τύπος μιας οργανικής ένωσης, ο οποίος υποδεικνύει τον αριθμό των ατόμων κάθε στοιχείου στο μόριο. Για παράδειγμα: C 5 H 12 - πεντάνιο, C 6 H 6 - βενζίνη κ.λπ. έντεκα

Στάδια ανάπτυξης της βιοοργανικής χημείας Ως ξεχωριστό πεδίο γνώσης που συνδυάζει τις εννοιολογικές αρχές και τη μεθοδολογία της οργανικής χημείας αφενός και της μοριακής βιοχημείας και της μοριακής φαρμακολογίας από την άλλη, η βιοοργανική χημεία διαμορφώθηκε τον εικοστό αιώνα με βάση τις εξελίξεις στον χημεία φυσικών ουσιών και βιοπολυμερών. Η σύγχρονη βιοοργανική χημεία έχει αποκτήσει θεμελιώδη σημασία χάρη στην εργασία των W. Stein, S. Moore, F. Sanger (ανάλυση σύνθεσης αμινοξέων και προσδιορισμός της πρωτογενούς δομής πεπτιδίων και πρωτεϊνών), L. Pauling και H. Astbury (διευκρίνιση της δομής της έλικας και της δομής και της σημασίας τους στην υλοποίηση των βιολογικών λειτουργιών των μορίων πρωτεΐνης), Ε. Chargaff (αποκρυπτογράφηση των χαρακτηριστικών της νουκλεοτιδικής σύνθεσης των νουκλεϊκών οξέων), J. Watson, Fr. Crick, M. Wilkins, R. Franklin (καθιερώνοντας τα μοτίβα της χωρικής δομής του μορίου DNA), G. Corani (χημική γονιδιακή σύνθεση) κ.λπ. 14

Ταξινόμηση των οργανικών ενώσεων ανάλογα με τη δομή του σκελετού άνθρακα και τη φύση της λειτουργικής ομάδας Ο τεράστιος αριθμός οργανικών ενώσεων ώθησε τους χημικούς να τις ταξινομήσουν. Η ταξινόμηση των οργανικών ενώσεων βασίζεται σε δύο κριτήρια ταξινόμησης: 1. Η δομή του σκελετού άνθρακα 2. Η φύση των λειτουργικών ομάδων Ταξινόμηση σύμφωνα με τη μέθοδο δομής του σκελετού άνθρακα: 1. Ακυκλικά (αλκάνια, αλκένια, αλκίνια, αλκαδιένια); 2. Κυκλική 2.1. Καρβοκυκλικό (αλεικυκλικό και αρωματικό) 2.2. Ετεροκυκλικές 15 Οι άκυκλες ενώσεις ονομάζονται επίσης αλειφατικές. Αυτές περιλαμβάνουν ουσίες με ανοιχτή αλυσίδα άνθρακα. Οι άκυκλες ενώσεις διακρίνονται σε κορεσμένα (ή κορεσμένα) C n H 2n+2 (αλκάνια, παραφίνες) και ακόρεστα (ακόρεστα). Τα τελευταία περιλαμβάνουν αλκένια CnH2n, αλκίνια CnH2n-2, αλκαδιένια CnH2n-2.

16 Οι κυκλικές ενώσεις περιέχουν δακτυλίους (κύκλους) μέσα στα μόριά τους. Εάν οι κύκλοι περιέχουν μόνο άτομα άνθρακα, τότε τέτοιες ενώσεις ονομάζονται καρβοκυκλικές. Με τη σειρά τους, οι καρβοκυκλικές ενώσεις χωρίζονται σε αλεικυκλικές και αρωματικές. Οι αλικυκλικοί υδρογονάνθρακες (κυκλοαλκάνια) περιλαμβάνουν το κυκλοπροπάνιο και τα ομόλογά του - κυκλοβουτάνιο, κυκλοπεντάνιο, κυκλοεξάνιο και ούτω καθεξής. Εάν το κυκλικό σύστημα, εκτός από τον υδρογονάνθρακα, περιλαμβάνει και άλλα στοιχεία, τότε τέτοιες ενώσεις ταξινομούνται ως ετεροκυκλικές.

Ταξινόμηση βάσει της φύσης μιας λειτουργικής ομάδας Μια λειτουργική ομάδα είναι ένα άτομο ή μια ομάδα ατόμων που συνδέονται με έναν ορισμένο τρόπο, η παρουσία των οποίων σε ένα μόριο μιας οργανικής ουσίας καθορίζει τις χαρακτηριστικές ιδιότητες και την υπαγωγή της σε μια ή την άλλη κατηγορία ενώσεων . Με βάση τον αριθμό και την ομοιογένεια των λειτουργικών ομάδων, οι οργανικές ενώσεις χωρίζονται σε μονο-, πολυ- και ετερολειτουργικές. Οι ουσίες με μία λειτουργική ομάδα ονομάζονται μονολειτουργικές ενώ οι ουσίες με πολλές πανομοιότυπες λειτουργικές ομάδες ονομάζονται πολυλειτουργικές. Οι ενώσεις που περιέχουν πολλές διαφορετικές λειτουργικές ομάδες είναι ετερολειτουργικές. Είναι σημαντικό οι ενώσεις της ίδιας κατηγορίας να συνδυάζονται σε ομόλογες σειρές. Ομόλογη σειρά είναι μια σειρά οργανικών ενώσεων με τις ίδιες λειτουργικές ομάδες και την ίδια δομή· κάθε αντιπροσωπευτική της ομόλογης σειράς διαφέρει από την προηγούμενη κατά μια σταθερή μονάδα (CH 2), η οποία ονομάζεται ομόλογη διαφορά. Τα μέλη μιας ομόλογης σειράς ονομάζονται ομόλογα. 17

Συστήματα ονοματολογίας στην οργανική χημεία - τετριμμένο, ορθολογικό και διεθνές (IUPAC) Η χημική ονοματολογία είναι ένα σύνολο ονομάτων μεμονωμένων χημικών ουσιών, των ομάδων και των κατηγοριών τους, καθώς και κανόνες για τη σύνταξη των ονομάτων τους. Η χημική ονοματολογία είναι ένα σύνολο ονομάτων μεμονωμένων χημικών ουσιών ουσίες, τις ομάδες και τις τάξεις τους, καθώς και κανόνες που συντάσσουν τα ονόματά τους. Η τετριμμένη (ιστορική) ονοματολογία σχετίζεται με τη διαδικασία λήψης ουσιών (πυρογαλλόλη - προϊόν πυρόλυσης γαλλικού οξέος), την πηγή προέλευσης από την οποία ελήφθη (μυρμηκικό οξύ) κ.λπ. Οι ασήμαντες ονομασίες ενώσεων χρησιμοποιούνται ευρέως στη χημεία φυσικών και ετεροκυκλικών ενώσεων (κιτράλη, γερανιόλη, θειοφαίνιο, πυρρόλη, κινολίνη κ.λπ.) Η ασήμαντη (ιστορική) ονοματολογία σχετίζεται με τη διαδικασία λήψης ουσιών (η πυρογαλόλη είναι προϊόν πυρόλυσης του γαλλικού οξέος), η πηγή προέλευσης, από την οποία ελήφθη (μυρμηκικό οξύ) κ.λπ. Οι ασήμαντες ονομασίες ενώσεων χρησιμοποιούνται ευρέως στη χημεία φυσικών και ετεροκυκλικών ενώσεων (κιτράλη, γερανιόλη, θειοφαίνιο, πυρρόλη, κινολίνη κ.λπ.). Η ορθολογική ονοματολογία βασίζεται στην αρχή της διαίρεσης των οργανικών ενώσεων σε ομόλογες σειρές. Όλες οι ουσίες σε μια συγκεκριμένη ομόλογη σειρά θεωρούνται παράγωγα του απλούστερου αντιπροσώπου αυτής της σειράς - του πρώτου ή μερικές φορές του δεύτερου. Ειδικότερα, για αλκάνια - μεθάνιο, για αλκένια - αιθυλένιο κ.λπ. Η ορθολογική ονοματολογία βασίζεται στην αρχή της διαίρεσης των οργανικών ενώσεων σε ομόλογες σειρές. Όλες οι ουσίες σε μια συγκεκριμένη ομόλογη σειρά θεωρούνται παράγωγα του απλούστερου αντιπροσώπου αυτής της σειράς - του πρώτου ή μερικές φορές του δεύτερου. Ειδικότερα, για αλκάνια - μεθάνιο, για αλκένια - αιθυλένιο κ.λπ. 18

Διεθνής ονοματολογία (IUPAC). Οι κανόνες της σύγχρονης ονοματολογίας αναπτύχθηκαν το 1957 στο 19ο Συνέδριο της Διεθνούς Ένωσης Καθαρής και Εφαρμοσμένης Χημείας (IUPAC). Ριζική λειτουργική ονοματολογία. Αυτά τα ονόματα βασίζονται στο όνομα της λειτουργικής τάξης (αλκοόλη, αιθέρας, κετόνη, κ.λπ.), της οποίας προηγούνται τα ονόματα των ριζών υδρογονάνθρακα, για παράδειγμα: αλυλοχλωρίδιο, διαιθυλαιθέρας, διμεθυλοκετόνη, προπυλική αλκοόλη κ.λπ. Υποκατάστατη ονοματολογία. Κανόνες ονοματολογίας. Η μητρική δομή είναι το δομικό θραύσμα του μορίου (μοριακός σκελετός) που βρίσκεται κάτω από το όνομα της ένωσης, η κύρια ανθρακική αλυσίδα ατόμων για τις αλεικυκλικές ενώσεις και ο κύκλος για τις καρβοκυκλικές ενώσεις. 19

Χημικός δεσμός σε οργανικά μόρια Χημικός δεσμός είναι το φαινόμενο της αλληλεπίδρασης μεταξύ των εξωτερικών φλοιών ηλεκτρονίων (ηλεκτρόνια σθένους των ατόμων) και των ατομικών πυρήνων, που καθορίζει την ύπαρξη ενός μορίου ή ενός κρυστάλλου στο σύνολό του. Κατά κανόνα, ένα άτομο, δεχόμενο ή δωρίζοντας ένα ηλεκτρόνιο ή σχηματίζοντας ένα κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων, τείνει να αποκτήσει μια διαμόρφωση του εξωτερικού κελύφους ηλεκτρονίων παρόμοια με αυτή των ευγενών αερίων. Οι ακόλουθοι τύποι χημικών δεσμών είναι χαρακτηριστικοί των οργανικών ενώσεων: - ιονικός δεσμός - ομοιοπολικός δεσμός - δεσμός δότης - δέκτης - δεσμός υδρογόνου. Υπάρχουν επίσης ορισμένοι άλλοι τύποι χημικών δεσμών (μεταλλικοί, ενός ηλεκτρονίου, δύο ηλεκτρονίων τρικεντρικών) , αλλά πρακτικά δεν βρίσκονται σε οργανικές ενώσεις. 20

Τύποι δεσμών σε οργανικές ενώσεις Το πιο χαρακτηριστικό των οργανικών ενώσεων είναι ο ομοιοπολικός δεσμός. Ομοιοπολικός δεσμός είναι η αλληλεπίδραση ατόμων, η οποία πραγματοποιείται μέσω του σχηματισμού ενός κοινού ζεύγους ηλεκτρονίων. Αυτός ο τύπος δεσμού σχηματίζεται μεταξύ ατόμων που έχουν συγκρίσιμες τιμές ηλεκτραρνητικότητας. Η ηλεκτροαρνητικότητα είναι μια ιδιότητα ενός ατόμου που δείχνει την ικανότητα να προσελκύει ηλεκτρόνια προς τον εαυτό του από άλλα άτομα. Ένας ομοιοπολικός δεσμός μπορεί να είναι πολικός ή μη πολικός. Ένας μη πολικός ομοιοπολικός δεσμός εμφανίζεται μεταξύ ατόμων με την ίδια τιμή ηλεκτραρνητικότητας

Τύποι δεσμών σε οργανικές ενώσεις Ένας πολικός ομοιοπολικός δεσμός σχηματίζεται μεταξύ ατόμων που έχουν διαφορετικές τιμές ηλεκτραρνητικότητας. Στην περίπτωση αυτή, τα συνδεδεμένα άτομα αποκτούν μερικά φορτία δ+δ+ δ-δ- Ένας ειδικός υποτύπος ομοιοπολικού δεσμού είναι ο δεσμός δότη-δέκτη. Όπως και στα προηγούμενα παραδείγματα, αυτός ο τύπος αλληλεπίδρασης οφείλεται στην παρουσία ενός κοινού ζεύγους ηλεκτρονίων, αλλά το τελευταίο παρέχεται από ένα από τα άτομα που σχηματίζει τον δεσμό (δότης) και γίνεται αποδεκτό από ένα άλλο άτομο (δέκτης) 24

Τύποι δεσμών σε οργανικές ενώσεις Ένας ιοντικός δεσμός σχηματίζεται μεταξύ ατόμων που διαφέρουν πολύ στις τιμές ηλεκτραρνητικότητας. Σε αυτή την περίπτωση, το ηλεκτρόνιο από το λιγότερο ηλεκτραρνητικό στοιχείο (συχνά ένα μέταλλο) μεταφέρεται πλήρως στο πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο. Αυτή η μετάβαση ηλεκτρονίων προκαλεί την εμφάνιση ενός θετικού φορτίου στο λιγότερο ηλεκτραρνητικό άτομο και ενός αρνητικού φορτίου στο πιο ηλεκτραρνητικό άτομο. Έτσι, σχηματίζονται δύο ιόντα με αντίθετα φορτία, μεταξύ των οποίων υπάρχει ηλεκτροσθενής αλληλεπίδραση. 25

Τύποι δεσμών σε οργανικές ενώσεις Ένας δεσμός υδρογόνου είναι μια ηλεκτροστατική αλληλεπίδραση μεταξύ ενός ατόμου υδρογόνου, το οποίο είναι συνδεδεμένο με έντονο πολικό τρόπο, και των ζευγών ηλεκτρονίων οξυγόνου, φθορίου, αζώτου, θείου και χλωρίου. Αυτός ο τύπος αλληλεπίδρασης είναι μια μάλλον αδύναμη αλληλεπίδραση. Ο δεσμός υδρογόνου μπορεί να είναι διαμοριακός ή ενδομοριακός. Διαμοριακός δεσμός υδρογόνου (αλληλεπίδραση μεταξύ δύο μορίων αιθυλικής αλκοόλης) Ενδομοριακός δεσμός υδρογόνου σε σαλικυλική αλδεΰδη 26

Χημικοί δεσμοί σε οργανικά μόρια Η σύγχρονη θεωρία των χημικών δεσμών βασίζεται στο κβαντομηχανικό μοντέλο ενός μορίου ως συστήματος που αποτελείται από ηλεκτρόνια και ατομικούς πυρήνες. Η θεμελιώδης έννοια της κβαντομηχανικής θεωρίας είναι το ατομικό τροχιακό. Ένα ατομικό τροχιακό είναι ένα μέρος του χώρου στο οποίο η πιθανότητα εύρεσης ηλεκτρονίων είναι μέγιστη. Ο δεσμός μπορεί επομένως να θεωρηθεί ως η αλληλεπίδραση («επικάλυψη») των τροχιακών που το καθένα φέρει ένα ηλεκτρόνιο με αντίθετα σπιν. 27

Υβριδισμός ατομικών τροχιακών Σύμφωνα με την κβαντομηχανική θεωρία, ο αριθμός των ομοιοπολικών δεσμών που σχηματίζονται από ένα άτομο καθορίζεται από τον αριθμό των ατομικών τροχιακών ενός ηλεκτρονίου (ο αριθμός των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων). Το άτομο άνθρακα στη θεμελιώδη του κατάσταση έχει μόνο δύο ασύζευκτα ηλεκτρόνια, αλλά η πιθανή μετάβαση ενός ηλεκτρονίου από 2s σε 2 pz καθιστά δυνατό τον σχηματισμό τεσσάρων ομοιοπολικών δεσμών. Η κατάσταση ενός ατόμου άνθρακα στο οποίο έχει τέσσερα ασύζευκτα ηλεκτρόνια ονομάζεται «διεγερμένη». Παρά το γεγονός ότι τα τροχιακά άνθρακα είναι άνισα, είναι γνωστό ότι ο σχηματισμός τεσσάρων ισοδύναμων δεσμών είναι δυνατός λόγω του υβριδισμού των ατομικών τροχιακών. Ο υβριδισμός είναι ένα φαινόμενο κατά το οποίο ο ίδιος αριθμός τροχιακών του ίδιου σχήματος και αριθμού σχηματίζεται από πολλά τροχιακά διαφορετικού σχήματος και παρόμοιας ενέργειας. 28

Υβριδικές καταστάσεις του ατόμου άνθρακα σε οργανικά μόρια ΠΡΩΤΗ ΥΒΡΙΔΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Το άτομο C βρίσκεται σε κατάσταση υβριδισμού sp 3, σχηματίζει τέσσερις δεσμούς σ, σχηματίζει τέσσερα υβριδικά τροχιακά, τα οποία είναι διατεταγμένα σε σχήμα τετραέδρου (γωνία δεσμού) σ δεσμού 31

Υβριδικές καταστάσεις του ατόμου άνθρακα σε οργανικά μόρια ΔΕΥΤΕΡΗ ΥΒΡΙΔΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Το άτομο C βρίσκεται σε κατάσταση υβριδισμού sp 2, σχηματίζει τρεις δεσμούς σ, σχηματίζει τρία υβριδικά τροχιακά, τα οποία είναι διατεταγμένα σε σχήμα επίπεδου τριγώνου (γωνία δεσμού 120) σ-δεσμοί π-δεσμός 32

Υβριδικές καταστάσεις του ατόμου άνθρακα σε οργανικά μόρια ΤΡΙΤΗ ΥΒΡΙΔΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Το άτομο C βρίσκεται σε κατάσταση sp-υβριδισμού, σχηματίζει δύο σ-δεσμούς, σχηματίζει δύο υβριδικά τροχιακά, τα οποία είναι διατεταγμένα σε μια ευθεία (γωνία δεσμού 180) σ-δεσμοί π. -ομόλογα 33

Χαρακτηριστικά χημικών δεσμών Κλίμακα POLING: F-4.0; O – 3,5; Cl – 3,0; Ν - 3,0; Br – 2,8; S – 2,5; C-2.5; Η-2.1. διαφορά 1.7

Χαρακτηριστικά των χημικών δεσμών Η πόλωση των δεσμών είναι μια μετατόπιση της πυκνότητας ηλεκτρονίων υπό την επίδραση εξωτερικών παραγόντων. Η πολωσιμότητα του δεσμού είναι ο βαθμός κινητικότητας των ηλεκτρονίων. Καθώς αυξάνεται η ατομική ακτίνα, αυξάνεται η ικανότητα πόλωσης των ηλεκτρονίων. Επομένως, η πολωσιμότητα του δεσμού Άνθρακα - αλογόνου αυξάνεται ως εξής: C-F

Ηλεκτρονικά εφέ. Αμοιβαία επίδραση των ατόμων σε ένα μόριο 39 Σύμφωνα με τις σύγχρονες θεωρητικές έννοιες, η αντιδραστικότητα των οργανικών μορίων προκαθορίζεται από τη μετατόπιση και την κινητικότητα των νεφών ηλεκτρονίων που σχηματίζουν έναν ομοιοπολικό δεσμό. Στην οργανική χημεία, διακρίνονται δύο τύποι μετατοπίσεων ηλεκτρονίων: α) ηλεκτρονικές μετατοπίσεις που συμβαίνουν στο σύστημα -δεσμών, β) ηλεκτρονικές μετατοπίσεις που μεταδίδονται από το σύστημα -δεσμών. Στην πρώτη περίπτωση, λαμβάνει χώρα το λεγόμενο επαγωγικό αποτέλεσμα, στη δεύτερη - ένα μεσομερές αποτέλεσμα. Το επαγωγικό φαινόμενο είναι μια ανακατανομή της πυκνότητας ηλεκτρονίων (πόλωση) που προκύπτει από τη διαφορά στην ηλεκτραρνητικότητα μεταξύ των ατόμων ενός μορίου σε ένα σύστημα δεσμών. Λόγω της ασήμαντης πόλωσης των -δεσμών, το επαγωγικό αποτέλεσμα εξαφανίζεται γρήγορα και μετά από 3-4 δεσμούς σχεδόν δεν εμφανίζεται.

Ηλεκτρονικά εφέ. Αμοιβαία επιρροή των ατόμων σε ένα μόριο 40 Η έννοια του επαγωγικού φαινομένου εισήχθη από τον K. Ingold και εισήγαγε επίσης τους ακόλουθους χαρακτηρισμούς: –I-φαινόμενο στην περίπτωση μείωσης της πυκνότητας ηλεκτρονίων από έναν υποκαταστάτη +I-επίδραση σε η περίπτωση αύξησης της πυκνότητας ηλεκτρονίων από έναν υποκαταστάτη Μια θετική επαγωγική επίδραση παρουσιάζουν οι ρίζες αλκυλίου (CH 3, C 2 H 5 - κ.λπ.). Όλοι οι άλλοι υποκαταστάτες που συνδέονται με το άτομο άνθρακα εμφανίζουν αρνητικό επαγωγικό αποτέλεσμα.

Ηλεκτρονικά εφέ. Αμοιβαία επίδραση των ατόμων σε ένα μόριο 41 Το μεσομερικό φαινόμενο είναι η ανακατανομή της πυκνότητας ηλεκτρονίων κατά μήκος ενός συζευγμένου συστήματος. Τα συζευγμένα συστήματα περιλαμβάνουν μόρια οργανικών ενώσεων στις οποίες εναλλάσσονται διπλοί και απλοί δεσμοί ή όταν ένα άτομο με ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων στο τροχιακό p βρίσκεται δίπλα στον διπλό δεσμό. Στην πρώτη περίπτωση γίνεται - σύζευξη και στη δεύτερη περίπτωση p, -σύζευξη. Τα συζευγμένα συστήματα διατίθενται σε διαμορφώσεις ανοιχτού και κλειστού κυκλώματος. Παραδείγματα τέτοιων ενώσεων είναι το 1,3-βουταδιένιο και η βενζίνη. Στα μόρια αυτών των ενώσεων, τα άτομα άνθρακα βρίσκονται σε κατάσταση υβριδισμού sp 2 και, λόγω των μη υβριδικών ρ-τροχιακών, σχηματίζουν δεσμούς που αλληλοεπικαλύπτονται και σχηματίζουν ένα απλό νέφος ηλεκτρονίων, δηλαδή πραγματοποιείται σύζευξη.

Ηλεκτρονικά εφέ. Αμοιβαία επίδραση των ατόμων σε ένα μόριο 42 Υπάρχουν δύο τύποι μεσομερικής επίδρασης - θετική μεσομερική επίδραση (+M) και αρνητική μεσομερική επίδραση (-M). Ένα θετικό μεσομερικό αποτέλεσμα επιδεικνύεται από υποκαταστάτες που παρέχουν p-ηλεκτρόνια στο συζευγμένο σύστημα. Αυτά περιλαμβάνουν: -O, -S -NH 2, -OH, -OR, Hal (αλογόνα) και άλλους υποκαταστάτες που έχουν αρνητικό φορτίο ή ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων. Το αρνητικό μεσομερές φαινόμενο είναι χαρακτηριστικό των υποκαταστατών που απορροφούν την πυκνότητα ηλεκτρονίων από το συζευγμένο σύστημα. Αυτά περιλαμβάνουν υποκαταστάτες που έχουν πολλαπλούς δεσμούς μεταξύ ατόμων με διαφορετική ηλεκτραρνητικότητα: - N0 2 ; -SO3H; >C=O; -COON και άλλοι. Το μεσομερικό φαινόμενο ανακλάται γραφικά από ένα λυγισμένο βέλος, το οποίο δείχνει την κατεύθυνση της μετατόπισης των ηλεκτρονίων.Σε αντίθεση με το φαινόμενο επαγωγής, το μεσομερικό φαινόμενο δεν σβήνει. Μεταδίδεται πλήρως σε όλο το σύστημα, ανεξάρτητα από το μήκος της αλυσίδας διεπαφής. C=O; -COON και άλλοι. Το μεσομερικό φαινόμενο ανακλάται γραφικά από ένα λυγισμένο βέλος, το οποίο δείχνει την κατεύθυνση της μετατόπισης των ηλεκτρονίων.Σε αντίθεση με το φαινόμενο επαγωγής, το μεσομερικό φαινόμενο δεν σβήνει. Μεταδίδεται πλήρως σε όλο το σύστημα, ανεξάρτητα από το μήκος της αλυσίδας διεπαφής.">

Τύποι χημικών αντιδράσεων 43 Μια χημική αντίδραση μπορεί να θεωρηθεί ως η αλληλεπίδραση ενός αντιδραστηρίου και του υποστρώματος. Ανάλογα με τη μέθοδο διάσπασης και σχηματισμού χημικού δεσμού στα μόρια, οι οργανικές αντιδράσεις χωρίζονται σε: α) ομολυτικές β) ετερολυτικές γ) μοριακές αντιδράσεις ομολυτικές ή ελεύθερες ρίζες προκαλούνται από ομολυτική διάσπαση του δεσμού, όταν κάθε άτομο έχει ένα ηλεκτρόνιο αριστερά. , δηλαδή σχηματίζονται ρίζες . Η ομολυτική διάσπαση συμβαίνει σε υψηλές θερμοκρασίες, τη δράση ενός ελαφρού κβαντικού ή κατάλυση.

Οι ετερολυτικές ή ιοντικές αντιδράσεις προχωρούν με τέτοιο τρόπο ώστε ένα ζεύγος ηλεκτρονίων δεσμού να παραμένει κοντά σε ένα από τα άτομα και να σχηματίζονται ιόντα. Ένα σωματίδιο με ζεύγος ηλεκτρονίων ονομάζεται πυρηνόφιλο και έχει αρνητικό φορτίο (-). Ένα σωματίδιο χωρίς ζεύγος ηλεκτρονίων ονομάζεται ηλεκτρόφιλο και έχει θετικό φορτίο (+). 44 Είδη χημικών αντιδράσεων

Μηχανισμός χημικής αντίδρασης 45 Ο μηχανισμός μιας αντίδρασης είναι το σύνολο των στοιχειωδών (απλών) σταδίων που συνθέτουν μια δεδομένη αντίδραση. Ο μηχανισμός αντίδρασης περιλαμβάνει συχνότερα τα ακόλουθα στάδια: ενεργοποίηση του αντιδραστηρίου με το σχηματισμό ηλεκτρόφιλου, πυρηνόφιλου ή ελεύθερης ρίζας. Για την ενεργοποίηση ενός αντιδραστηρίου, χρειάζεται συνήθως ένας καταλύτης. Στο δεύτερο στάδιο, το ενεργοποιημένο αντιδραστήριο αλληλεπιδρά με το υπόστρωμα. Σε αυτή την περίπτωση σχηματίζονται ενδιάμεσα σωματίδια (ενδιάμεσα). Τα τελευταία περιλαμβάνουν -συμπλέγματα, -συμπλέγματα (καρβοκατιόντα), καρβανιόντα και νέες ελεύθερες ρίζες. Στο τελικό στάδιο, η προσθήκη ή η απομάκρυνση ενός σωματιδίου στο (από) το ενδιάμεσο που σχηματίζεται στο δεύτερο στάδιο λαμβάνει χώρα με το σχηματισμό του τελικού προϊόντος της αντίδρασης. Εάν ένα αντιδραστήριο παράγει ένα πυρηνόφιλο κατά την ενεργοποίηση, τότε αυτές είναι πυρηνόφιλες αντιδράσεις. Σημειώνονται με το γράμμα N - (στο ευρετήριο). Στην περίπτωση που το αντιδραστήριο δημιουργεί ένα ηλεκτρόφιλο, οι αντιδράσεις ταξινομούνται ως ηλεκτρόφιλες (Ε). Το ίδιο μπορεί να ειπωθεί για τις αντιδράσεις ελεύθερων ριζών (R).

Τα πυρηνόφιλα είναι αντιδραστήρια που έχουν αρνητικό φορτίο ή άτομο εμπλουτισμένο σε πυκνότητα ηλεκτρονίων: 1) ανιόντα: OH -, CN -, RO -, RS -, Hal - και άλλα ανιόντα. 2) ουδέτερα μόρια με μεμονωμένα ζεύγη ηλεκτρονίων: NH 3, NH 2 R, H 2 O, ROH και άλλα. 3) μόρια με περίσσεια ηλεκτρονιακής πυκνότητας (έχοντας - δεσμούς). Τα ηλεκτρόφιλα είναι αντιδραστήρια που έχουν θετικό φορτίο ή άτομο μειωμένο σε πυκνότητα ηλεκτρονίων: 1) κατιόντα: H + (πρωτόνιο), HSO 3 + (ιόν υδροσουλφονίου), NO 2 + (ιόν νιτρονίου), NO (ιόν νιτροσωνίου) και άλλα κατιόντα; 2) ουδέτερα μόρια με κενό τροχιακό: AlCl 3, FeBr 3, SnCl 4, BF 4 (οξέα Lewis), SO 3; 3) μόρια με μειωμένη πυκνότητα ηλεκτρονίων στο άτομο. 46

49

50

51

52

, αντιβιοτικά, φερομόνες, ουσίες σηματοδότησης, βιολογικά δραστικές ουσίες φυτικής προέλευσης, καθώς και συνθετικοί ρυθμιστές βιολογικών διεργασιών (φάρμακα, φυτοφάρμακα κ.λπ.). Ως ανεξάρτητη επιστήμη, διαμορφώθηκε στο δεύτερο μισό του 20ου αιώνα στη διασταύρωση της βιοχημείας και της οργανικής χημείας και συνδέεται με πρακτικά προβλήματα της ιατρικής, της γεωργίας, της χημικής βιομηχανίας, των τροφίμων και της μικροβιολογικής βιομηχανίας.

Μέθοδοι

Το κύριο οπλοστάσιο αποτελείται από μεθόδους οργανικής χημείας· μια ποικιλία φυσικών, φυσικοχημικών, μαθηματικών και βιολογικών μεθόδων χρησιμοποιούνται για την επίλυση δομικών και λειτουργικών προβλημάτων.

Αντικείμενα μελέτης

• Μικτά βιοπολυμερή
• Φυσικές ουσίες σήματος
• Βιολογικά δραστικές ουσίες φυτικής προέλευσης
• Συνθετικοί ρυθμιστές (φάρμακα, φυτοφάρμακα κ.λπ.).

Πηγές

• Ovchinnikov Yu. A.. - Μ.: Εκπαίδευση, 1987. - 815 σελ.
• Bender M., Bergeron R., Komiyama M.
• Dugas G., Penny K.Βιοοργανική χημεία. - Μ.: Μιρ, 1983.
• Tyukavkina N. A., Baukov Yu. I.

δείτε επίσης

Γράψτε μια κριτική για το άρθρο "Βιοοργανική χημεία"

Απόσπασμα που χαρακτηρίζει τη Βιοοργανική χημεία

«Ma chere, il y a un temps pour tout, [Αγάπη μου, υπάρχει χρόνος για όλα», είπε η κόμισσα, προσποιούμενη την αυστηρή. «Συνέχεια τη χαλάς, Έλι», πρόσθεσε στον άντρα της.
«Bonjour, ma chere, je vous felicite, [Γεια σου, αγαπητέ μου, σε συγχαίρω», είπε ο καλεσμένος. – Quelle delicuse infant! «Τι υπέροχο παιδί!» πρόσθεσε, γυρίζοντας προς τη μητέρα της.
Ένα μελαχρινό, μεγαλόστομο, άσχημο, αλλά ζωηρό κορίτσι, με τους παιδικούς ανοιχτούς ώμους της, οι οποίοι, συρρικνούμενοι, κινούνταν στο μπούστο της από το γρήγορο τρέξιμο, με τις μαύρες μπούκλες της μαζεμένες πίσω, τα λεπτά γυμνά της χέρια και τα μικρά πόδια με δαντελένια παντελόνια και ανοιχτά παπούτσια, ήμουν σε εκείνη τη γλυκιά ηλικία που ένα κορίτσι δεν είναι πια παιδί, και ένα παιδί δεν είναι ακόμα κορίτσι. Γυρίζοντας μακριά από τον πατέρα της, έτρεξε προς τη μητέρα της και, χωρίς να δώσει σημασία στην αυστηρή παρατήρησή της, έκρυψε το κοκκινισμένο πρόσωπό της στη δαντέλα της μαντίλας της μητέρας της και γέλασε. Γελούσε με κάτι, μιλώντας απότομα για μια κούκλα που είχε βγάλει από κάτω από τη φούστα της.
– Βλέπεις;... Κούκλα... Μιμή... Βλέπε.
Και η Νατάσα δεν μπορούσε πια να μιλήσει (όλα της φαίνονταν αστεία). Έπεσε πάνω από τη μητέρα της και γέλασε τόσο δυνατά και δυνατά που όλοι, ακόμα και ο πρωταρχικός καλεσμένος, γέλασαν παρά τη θέλησή τους.
- Λοιπόν, πήγαινε, πήγαινε με το φρικιό σου! - είπε η μητέρα, προσποιούμενη ότι έδιωξε θυμωμένη την κόρη της μακριά. «Αυτός είναι ο μικρότερος μου», γύρισε στον καλεσμένο.
Η Νατάσα, απομακρύνοντας το πρόσωπό της από το δαντελένιο μαντίλι της μητέρας της για ένα λεπτό, την κοίταξε από κάτω μέσα από δάκρυα γέλιου και έκρυψε ξανά το πρόσωπό της.
Ο καλεσμένος, αναγκασμένος να θαυμάσει την οικογενειακή σκηνή, θεώρησε απαραίτητο να λάβει μέρος σε αυτήν.
«Πες μου, αγαπητέ μου», είπε, γυρνώντας προς τη Νατάσα, «πώς νιώθεις γι' αυτή τη Μιμή;» Κόρη, σωστά;
Στη Νατάσα δεν άρεσε ο τόνος συγκατάβασης για την παιδική συζήτηση με την οποία της απευθύνθηκε ο καλεσμένος. Δεν απάντησε και κοίταξε τον καλεσμένο της σοβαρά.
Εν τω μεταξύ, όλη αυτή η νέα γενιά: ο Μπόρις - ένας αξιωματικός, ο γιος της πριγκίπισσας Άννας Μιχαήλοβνα, ο Νικολάι - μαθητής, ο μεγαλύτερος γιος του κόμη, η Σόνια - η δεκαπεντάχρονη ανιψιά του κόμη, και η μικρή Πετρούσα - ο μικρότερος γιος, όλοι εγκαταστάθηκαν στο σαλόνι και, προφανώς, προσπάθησαν να κρατήσουν εντός των ορίων της ευπρέπειας το animation και τη χαρά που εξακολουθούσε να αναπνέει από κάθε χαρακτηριστικό τους. Ήταν ξεκάθαρο ότι εκεί, στα πίσω δωμάτια, από όπου έτρεχαν όλοι τόσο γρήγορα, έκαναν πιο διασκεδαστικές κουβέντες από ό,τι εδώ για τα κουτσομπολιά της πόλης, τον καιρό και την Comtesse Apraksine. [για την κόμισσα Απράξινα.] Μερικές φορές έριχναν ο ένας τον άλλον και μετά βίας συγκρατούνταν να μη γελάσουν.

Grodno" href="/text/category/grodno/" rel="bookmark">Grodno State Medical University", Υποψήφιος Χημικών Επιστημών, Αναπληρωτής Καθηγητής;

Αναπληρωτής Καθηγητής του Τμήματος Γενικής και Βιοοργανικής Χημείας του Εκπαιδευτικού Ιδρύματος «Grodno State Medical University», Υποψήφιος Βιολογικών Επιστημών, Αναπληρωτής Καθηγητής

Αξιολογητές:

Τμήμα Γενικής και Βιοοργανικής Χημείας του Εκπαιδευτικού Ιδρύματος «Gomel State Medical University»;

– κεφάλι Τμήμα Βιοοργανικής Χημείας Εκπαιδευτικό Ίδρυμα «Κρατικό Ιατρικό Πανεπιστήμιο της Λευκορωσίας», Υποψήφιος Ιατρικών Επιστημών, Αναπληρωτής Καθηγητής.

Τμήμα Γενικής και Βιοοργανικής Χημείας του Εκπαιδευτικού Ιδρύματος "Grodno State Medical University"

(πρακτικά με ημερομηνία 1 Ιανουαρίου 2001)

Κεντρικό Επιστημονικό και Μεθοδολογικό Συμβούλιο του Εκπαιδευτικού Ιδρύματος "Κρατικό Ιατρικό Πανεπιστήμιο Γκρόντνο"

(πρακτικά με ημερομηνία 1 Ιανουαρίου 2001)

Τμήμα στην ειδικότητα 1 Ιατρικές και ψυχολογικές υποθέσεις της εκπαιδευτικής και μεθοδολογικής ένωσης πανεπιστημίων της Δημοκρατίας της Λευκορωσίας για την ιατρική εκπαίδευση

(πρακτικά με ημερομηνία 1 Ιανουαρίου 2001)

Υπεύθυνος για την απελευθέρωση:

Α' Αντιπρύτανης του Εκπαιδευτικού Ιδρύματος "Grodno State Medical University", Καθηγητής, Διδάκτωρ Ιατρικών Επιστημών

Επεξηγηματικό σημείωμα

Η συνάφεια της μελέτης του ακαδημαϊκού κλάδου

"Βιοοργανική χημεία"

Η βιοοργανική χημεία είναι ένας θεμελιώδης κλάδος της φυσικής επιστήμης. Η βιοοργανική χημεία εμφανίστηκε ως ανεξάρτητη επιστήμη το 2ο μισό του 20ου αιώνα στη διασταύρωση της οργανικής χημείας και της βιοχημείας. Η συνάφεια της μελέτης της βιοοργανικής χημείας οφείλεται στα πρακτικά προβλήματα που αντιμετωπίζει η ιατρική και η γεωργία (λήψη βιταμινών, ορμονών, αντιβιοτικών, διεγερτικών φυτικής ανάπτυξης, ρυθμιστών συμπεριφοράς ζώων και εντόμων και άλλα φάρμακα), η λύση των οποίων είναι αδύνατη χωρίς χρήση τις θεωρητικές και πρακτικές δυνατότητες της βιοοργανικής χημείας.

Η βιοοργανική χημεία εμπλουτίζεται διαρκώς με νέες μεθόδους απομόνωσης και καθαρισμού φυσικών ενώσεων, μεθόδους σύνθεσης φυσικών ενώσεων και των αναλόγων τους, γνώσεις για τη σχέση μεταξύ της δομής και της βιολογικής δραστηριότητας των ενώσεων κ.λπ.

Οι τελευταίες προσεγγίσεις στην ιατρική εκπαίδευση, που σχετίζονται με την υπέρβαση του αναπαραγωγικού στυλ στη διδασκαλία, τη διασφάλιση της γνωστικής και ερευνητικής δραστηριότητας των μαθητών, ανοίγουν νέες προοπτικές για την αξιοποίηση των δυνατοτήτων τόσο του ατόμου όσο και της ομάδας.

Ο σκοπός και οι στόχοι του ακαδημαϊκού κλάδου

Στόχος:διαμόρφωση ενός επιπέδου χημικής ικανότητας στο σύστημα ιατρικής εκπαίδευσης, διασφαλίζοντας τη μετέπειτα μελέτη βιοϊατρικών και κλινικών κλάδων.

Καθήκοντα:

Σπουδαστές που κατέχουν τα θεωρητικά θεμέλια των χημικών μετασχηματισμών των οργανικών μορίων σε σχέση με τη δομή και τη βιολογική τους δραστηριότητα.

Σχηματισμός: γνώση των μοριακών θεμελίων των διαδικασιών ζωής.

Ανάπτυξη δεξιοτήτων για την πλοήγηση στην ταξινόμηση, τη δομή και τις ιδιότητες των οργανικών ενώσεων που δρουν ως φάρμακα.

Διαμόρφωση της λογικής της χημικής σκέψης.

Ανάπτυξη δεξιοτήτων για τη χρήση μεθόδων ποιοτικής ανάλυσης
ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ;

Οι χημικές γνώσεις και δεξιότητες, που αποτελούν τη βάση της χημικής ικανότητας, θα συμβάλουν στη διαμόρφωση της επαγγελματικής ικανότητας του πτυχιούχου.

Απαιτήσεις για την κατάκτηση του ακαδημαϊκού κλάδου

Οι απαιτήσεις για το επίπεδο γνώσης του περιεχομένου του κλάδου «Βιοοργανική Χημεία» καθορίζονται από το εκπαιδευτικό πρότυπο της τριτοβάθμιας εκπαίδευσης του πρώτου σταδίου στον κύκλο των γενικών επαγγελματικών και ειδικών κλάδων, το οποίο αναπτύσσεται λαμβάνοντας υπόψη τις απαιτήσεις του Προσέγγιση βασισμένη σε ικανότητες, η οποία καθορίζει το ελάχιστο περιεχόμενο για τον κλάδο με τη μορφή γενικευμένων χημικών γνώσεων και δεξιοτήτων που συνιστούν πτυχιούχο πανεπιστημίου βιοοργανικής ικανότητας:

α) γενικευμένη γνώση:

- κατανοούν την ουσία του θέματος ως επιστήμης και τις συνδέσεις του με άλλους κλάδους·

Σημασία στην κατανόηση των μεταβολικών διεργασιών.

Η έννοια της ενότητας της δομής και της αντιδραστικότητας των οργανικών μορίων.

Θεμελιώδεις νόμοι της χημείας που είναι απαραίτητοι για την εξήγηση των διεργασιών που συμβαίνουν στους ζωντανούς οργανισμούς.

Χημικές ιδιότητες και βιολογική σημασία των κύριων κατηγοριών οργανικών ενώσεων.

β) γενικευμένες δεξιότητες:

Πρόβλεψη του μηχανισμού αντίδρασης με βάση τη γνώση της δομής των οργανικών μορίων και τις μεθόδους διάσπασης χημικών δεσμών.

Εξηγήστε τη σημασία των αντιδράσεων για τη λειτουργία των ζωντανών συστημάτων.

Χρησιμοποιήστε τις γνώσεις που αποκτήθηκαν όταν μελετάτε βιοχημεία, φαρμακολογία και άλλους κλάδους.

Δομή και περιεχόμενο του ακαδημαϊκού κλάδου

Σε αυτό το πρόγραμμα, η δομή του περιεχομένου του κλάδου «βιοοργανική χημεία» αποτελείται από μια εισαγωγή στον κλάδο και δύο ενότητες που καλύπτουν γενικά θέματα της αντιδραστικότητας οργανικών μορίων, καθώς και τις ιδιότητες των ετερο- και πολυλειτουργικών ενώσεων που εμπλέκονται σε ζωτικές διαδικασίες. Κάθε ενότητα χωρίζεται σε θέματα που διατάσσονται με μια σειρά που εξασφαλίζει τη βέλτιστη εκμάθηση και αφομοίωση του υλικού του προγράμματος. Για κάθε θέμα παρουσιάζονται γενικευμένες γνώσεις και δεξιότητες που αποτελούν την ουσία της βιοοργανικής ικανότητας των μαθητών. Σύμφωνα με το περιεχόμενο κάθε θέματος, καθορίζονται απαιτήσεις για ικανότητες (με τη μορφή συστήματος γενικευμένων γνώσεων και δεξιοτήτων), για το σχηματισμό και τη διάγνωση των οποίων μπορούν να αναπτυχθούν τεστ.

ΜΕΘΟΔΟΙ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ

Οι κύριες μέθοδοι διδασκαλίας που ανταποκρίνονται επαρκώς στους στόχους της μελέτης αυτού του κλάδου είναι:

Επεξήγηση και διαβούλευση.

Εργαστηριακό μάθημα;

Στοιχεία μάθησης με βάση το πρόβλημα (εκπαιδευτική και ερευνητική εργασία των μαθητών).

Εισαγωγή στη Βιοοργανική Χημεία

Η βιοοργανική χημεία είναι μια επιστήμη που μελετά τη δομή των οργανικών ουσιών και τους μετασχηματισμούς τους σε σχέση με τις βιολογικές λειτουργίες. Αντικείμενα μελέτης βιοοργανικής χημείας. Ο ρόλος της βιοοργανικής χημείας στη διαμόρφωση μιας επιστημονικής βάσης για την αντίληψη της βιολογικής και ιατρικής γνώσης στο σύγχρονο μοριακό επίπεδο.

Η θεωρία της δομής των οργανικών ενώσεων και η ανάπτυξή της στο παρόν στάδιο. Ισομερισμός οργανικών ενώσεων ως βάση για την ποικιλομορφία των οργανικών ενώσεων. Τύποι ισομερισμού οργανικών ενώσεων.

Φυσικοχημικές μέθοδοι απομόνωσης και μελέτης οργανικών ενώσεων που είναι σημαντικές για βιοϊατρική ανάλυση.

Βασικοί κανόνες της συστηματικής ονοματολογίας IUPAC για οργανικές ενώσεις: ονοματολογία υποκατάστασης και ριζική-λειτουργική ονοματολογία.

Χωρική δομή οργανικών μορίων, σύνδεσή της με τον τύπο υβριδισμού του ατόμου άνθρακα (υβριδισμός sp3-, sp2- και sp). Στερεοχημικοί τύποι. Διαμόρφωση και διαμόρφωση. Διαμορφώσεις ανοιχτών αλυσίδων (αποφράξεις, αναστολές, λοξοτομές). Ενεργειακά χαρακτηριστικά διαμορφώσεων. Τύποι προβολής του Newman. Η χωρική εγγύτητα ορισμένων τμημάτων της αλυσίδας ως συνέπεια της διαμορφωτικής ισορροπίας και ως ένας από τους λόγους για τον κυρίαρχο σχηματισμό πενταμελών και εξαμελών κύκλων. Διαμορφώσεις κυκλικών ενώσεων (κυκλοεξάνιο, τετραϋδροπυράνιο). Ενεργειακά χαρακτηριστικά διαμορφώσεων καρέκλας και μπανιέρας. Αξονικές και ισημερινές συνδέσεις. Σχέση χωρικής δομής και βιολογικής δραστηριότητας.

Απαιτήσεις ικανότητας:

· Να γνωρίζουν τα αντικείμενα μελέτης και τα κύρια καθήκοντα της βιοοργανικής χημείας,

· Να μπορεί να ταξινομεί τις οργανικές ενώσεις σύμφωνα με τη δομή του ανθρακικού σκελετού και τη φύση των λειτουργικών ομάδων, να χρησιμοποιεί τους κανόνες της συστηματικής χημικής ονοματολογίας.

· Να γνωρίζουν τους κύριους τύπους ισομερισμού των οργανικών ενώσεων, να μπορούν να προσδιορίζουν πιθανούς τύπους ισομερών χρησιμοποιώντας τον συντακτικό τύπο μιας ένωσης.

· Να γνωρίζουν τους διαφορετικούς τύπους υβριδισμού των ατομικών τροχιακών του άνθρακα, τη χωρική κατεύθυνση των ατομικών δεσμών, τον τύπο και τον αριθμό τους ανάλογα με τον τύπο του υβριδισμού.

· Γνωρίστε τα ενεργειακά χαρακτηριστικά των διαμορφώσεων των κυκλικών (διαμορφώσεις καρέκλας, μπανιέρας) και άκυκλων (αναστολής, πλάγιες, επισκιασμένες διαμορφώσεις) μορίων, μπορείτε να τα απεικονίσετε χρησιμοποιώντας τους τύπους προβολής του Newman.

· Να γνωρίζουν τους τύπους τάσεων (στρεπτικές, γωνιακές, van der Waals) που προκύπτουν σε διάφορα μόρια, την επίδρασή τους στη σταθερότητα της διαμόρφωσης και στο σύνολο του μορίου.

Ενότητα 1. Η αντιδραστικότητα των οργανικών μορίων ως αποτέλεσμα της αμοιβαίας επιρροής των ατόμων, μηχανισμοί οργανικών αντιδράσεων

Θέμα 1. Συζευγμένα συστήματα, αρωματικότητα, ηλεκτρονικά αποτελέσματα υποκαταστατών

Συζευγμένα συστήματα και αρωματικότητα. Σύζευξη (p, p- και p, p-conjugation). Συζευγμένα συστήματα ανοιχτής αλυσίδας: 1,3-διένια (βουταδιένιο, ισοπρένιο), πολυένια (καροτενοειδή, βιταμίνη Α). Συζευγμένα συστήματα κλειστού κυκλώματος. Αρωματικότητα: κριτήρια αρωματικότητας, κανόνας αρωματικότητας του Hückel. Αρωματικότητα ενώσεων βενζολοειδών (βενζόλιο, ναφθαλίνιο, φαινανθρένιο). Ενέργεια σύζευξης. Δομή και λόγοι για τη θερμοδυναμική σταθερότητα των καρβο- και ετεροκυκλικών αρωματικών ενώσεων. Αρωματικότητα ετεροκυκλικών (πυρρόλη, ιμιδαζόλη, πυριδίνη, πυριμιδίνη, πουρίνη) ενώσεων. Άτομα αζώτου πυρρόλης και πυριδίνης, αρωματικά συστήματα με υπερβολική ποσότητα p και έλλειψη p.

Αμοιβαία επίδραση ατόμων και μέθοδοι μετάδοσής της σε οργανικά μόρια. Η μετεγκατάσταση ηλεκτρονίων ως ένας από τους παράγοντες που αυξάνουν τη σταθερότητα των μορίων και των ιόντων, η ευρεία εμφάνισή του σε βιολογικά σημαντικά μόρια (πορφίνη, αίμη, αιμοσφαιρίνη κ.λπ.). Πόλωση των συνδέσεων. Ηλεκτρονικές επιδράσεις υποκαταστατών (επαγωγικών και μεσομερικών) ως αιτία της ανομοιόμορφης κατανομής της πυκνότητας ηλεκτρονίων και της εμφάνισης κέντρων αντίδρασης στο μόριο. Επαγωγικές και μεσομερικές επιδράσεις (θετικές και αρνητικές), ο γραφικός προσδιορισμός τους στους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων. Υποκαταστάτες δότες ηλεκτρονίων και υποκαταστάτες που αφαιρούν ηλεκτρόνια.

Απαιτήσεις ικανότητας:

· Να γνωρίζουν τα είδη της σύζευξης και να μπορούν να προσδιορίζουν το είδος της σύζευξης με βάση τον συντακτικό τύπο της ένωσης.

· Να γνωρίζουν τα κριτήρια αρωματικότητας, να μπορούν να προσδιορίζουν τις αρωματικές ενώσεις των καρβο- και ετεροκυκλικών μορίων χρησιμοποιώντας τον συντακτικό τύπο.

· Να είναι σε θέση να αξιολογεί την ηλεκτρονική συμβολή των ατόμων στη δημιουργία ενός ενιαίου συζευγμένου συστήματος, να γνωρίζει την ηλεκτρονική δομή των ατόμων αζώτου της πυριδίνης και της πυρρόλης.

· Να γνωρίζουν τα ηλεκτρονικά αποτελέσματα των υποκαταστατών, τους λόγους εμφάνισής τους και να μπορούν να απεικονίζουν γραφικά την επίδρασή τους.

· Να είναι σε θέση να ταξινομήσει τους υποκαταστάτες ως δότες ηλεκτρονίων ή ηλεκτρόνια που αποσύρουν με βάση τα επαγωγικά και μεσομερή αποτελέσματα που παρουσιάζουν.

· Να είναι σε θέση να προβλέψει την επίδραση των υποκαταστατών στην αντιδραστικότητα των μορίων.

Θέμα 2. Δραστικότητα υδρογονανθράκων. Αντιδράσεις ριζικής υποκατάστασης, ηλεκτροφιλικής προσθήκης και υποκατάστασης

Γενικά πρότυπα αντιδραστικότητας οργανικών ενώσεων ως χημική βάση της βιολογικής τους λειτουργίας. Η χημική αντίδραση ως διαδικασία. Έννοιες: υπόστρωμα, αντιδραστήριο, κέντρο αντίδρασης, κατάσταση μετάβασης, προϊόν αντίδρασης, ενέργεια ενεργοποίησης, ταχύτητα αντίδρασης, μηχανισμός.

Ταξινόμηση των οργανικών αντιδράσεων κατά αποτέλεσμα (προσθήκη, υποκατάσταση, αποβολή, οξειδοαναγωγή) και κατά μηχανισμό - ριζική, ιοντική (ηλεκτρόφιλη, πυρηνόφιλη), συντονισμένη. Τύποι αντιδραστηρίων: ριζικά, όξινα, βασικά, ηλεκτροφιλικά, πυρηνόφιλα. Ομολυτική και ετερολυτική διάσπαση ομοιοπολικών δεσμών σε οργανικές ενώσεις και τα προκύπτοντα σωματίδια: ελεύθερες ρίζες, καρβοκατιόντα και καρβανιόντα. Ηλεκτρονική και χωρική δομή αυτών των σωματιδίων και παράγοντες που καθορίζουν τη σχετική σταθερότητά τους.

Δραστικότητα υδρογονανθράκων. Αντιδράσεις ριζικής υποκατάστασης: ομολυτικές αντιδράσεις που περιλαμβάνουν δεσμούς CH του sp3-υβριδισμένου ατόμου άνθρακα. Ο μηχανισμός υποκατάστασης ριζών χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της αντίδρασης αλογόνωσης αλκανίων και κυκλοαλκανίων. Η έννοια των διαδικασιών αλυσίδας. Η έννοια της τοποεπιλεκτικότητας.

Οδοί για το σχηματισμό ελεύθερων ριζών: φωτόλυση, θερμόλυση, αντιδράσεις οξειδοαναγωγής.

Ηλεκτρόφιλες αντιδράσεις προσθήκης ( Η A.E.) στη σειρά ακόρεστων υδρογονανθράκων: ετερολυτικές αντιδράσεις που περιλαμβάνουν δεσμούς p μεταξύ sp2-υβριδισμένων ατόμων άνθρακα. Μηχανισμός αντιδράσεων ενυδάτωσης και υδροαλογόνωσης. Κατάλυση οξέος. Ο κανόνας του Markovnikov. Επίδραση στατικών και δυναμικών παραγόντων στην τοποεπιλεκτικότητα των αντιδράσεων ηλεκτροφιλικής προσθήκης. Χαρακτηριστικά των αντιδράσεων ηλεκτροφιλικής προσθήκης σε υδρογονάνθρακες διενίου και μικρούς κύκλους (κυκλοπροπάνιο, κυκλοβουτάνιο).

Αντιδράσεις ηλεκτροφιλικής υποκατάστασης ( Σ.Ε.): ετερολυτικές αντιδράσεις που περιλαμβάνουν το νέφος p-ηλεκτρονίων του αρωματικού συστήματος. Μηχανισμός αντιδράσεων αλογόνωσης, νίτρωσης, αλκυλίωσης αρωματικών ενώσεων: p - και μικρό- συγκροτήματα. Ο ρόλος του καταλύτη (οξύ Lewis) στο σχηματισμό ενός ηλεκτροφιλικού σωματιδίου.

Η επίδραση των υποκαταστατών στον αρωματικό δακτύλιο στην αντιδραστικότητα των ενώσεων σε αντιδράσεις ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης. Προσανατολιστική επίδραση υποκαταστατών (προσανατολιστές πρώτου και δεύτερου είδους).

Απαιτήσεις ικανότητας:

· Να γνωρίζουν τις έννοιες υπόστρωμα, αντιδραστήριο, κέντρο αντίδρασης, προϊόν αντίδρασης, ενέργεια ενεργοποίησης, ταχύτητα αντίδρασης, μηχανισμός αντίδρασης.

· Να γνωρίζουν την ταξινόμηση των αντιδράσεων σύμφωνα με διάφορα κριτήρια (από το τελικό αποτέλεσμα, με τη μέθοδο διάσπασης των δεσμών, με μηχανισμό) και τα είδη των αντιδραστηρίων (ριζικά, ηλεκτροφιλικά, πυρηνόφιλα).

· Να γνωρίζει την ηλεκτρονική και χωρική δομή των αντιδραστηρίων και τους παράγοντες που καθορίζουν τη σχετική σταθερότητά τους, να μπορεί να συγκρίνει τη σχετική σταθερότητα αντιδραστηρίων ίδιου τύπου.

· Να γνωρίζουν τις μεθόδους σχηματισμού ελεύθερων ριζών και τον μηχανισμό των αντιδράσεων υποκατάστασης ριζών (SR) χρησιμοποιώντας παραδείγματα αντιδράσεων αλογόνωσης αλκανίων και κυκλοαλκανίου.

· Να είναι σε θέση να προσδιορίσει τη στατιστική πιθανότητα σχηματισμού πιθανών προϊόντων σε αντιδράσεις ριζικής υποκατάστασης και την πιθανότητα τοπικής εκλεκτικής εμφάνισης της διαδικασίας.

· Να γνωρίζουν τον μηχανισμό των αντιδράσεων ηλεκτροφιλικής προσθήκης (ΑΕ) στις αντιδράσεις αλογόνωσης, υδροαλογόνωσης και ενυδάτωσης αλκενίων, να μπορούν να αξιολογούν ποιοτικά την αντιδραστικότητα των υποστρωμάτων με βάση τις ηλεκτρονικές επιδράσεις των υποκαταστατών.

· Να γνωρίζουν τον κανόνα του Markovnikov και να μπορούν να προσδιορίζουν την τοποεπιλεκτικότητα των αντιδράσεων ενυδάτωσης και υδροαλογόνωσης με βάση την επίδραση στατικών και δυναμικών παραγόντων.

· Να γνωρίζουν τα χαρακτηριστικά των αντιδράσεων ηλεκτροφιλικής προσθήκης σε συζευγμένους υδρογονάνθρακες διενίου και μικρούς κύκλους (κυκλοπροπάνιο, κυκλοβουτάνιο).

· Να γνωρίζουν τον μηχανισμό των αντιδράσεων ηλεκτροφιλικής υποκατάστασης (ΣΕ) στις αντιδράσεις αλογόνωσης, νίτρωσης, αλκυλίωσης, ακυλίωσης αρωματικών ενώσεων.

· Να είναι σε θέση να προσδιορίζει, με βάση τις ηλεκτρονικές επιδράσεις των υποκαταστατών, την επιρροή τους στην αντιδραστικότητα του αρωματικού δακτυλίου και την προσανατολιστική τους επίδραση.

Θέμα 3. Οξεοβασικές ιδιότητες οργανικών ενώσεων

Οξύτητα και βασικότητα οργανικών ενώσεων: θεωρίες των Brønsted και Lewis. Η σταθερότητα ενός όξινου ανιόντος είναι ένας ποιοτικός δείκτης όξινων ιδιοτήτων. Γενικά πρότυπα στις αλλαγές στις όξινες ή βασικές ιδιότητες σε σχέση με τη φύση των ατόμων στο όξινο ή βασικό κέντρο, τις ηλεκτρονικές επιδράσεις των υποκαταστατών σε αυτά τα κέντρα. Όξινες ιδιότητες οργανικών ενώσεων με λειτουργικές ομάδες που περιέχουν υδρογόνο (αλκοόλες, φαινόλες, θειόλες, καρβοξυλικά οξέα, αμίνες, CH-οξύτητα μορίων και καβρικά κατιόντα). p-βάσεις και n- χώροι. Βασικές ιδιότητες ουδέτερων μορίων που περιέχουν ετεροάτομα με μεμονωμένα ζεύγη ηλεκτρονίων (αλκοόλες, θειόλες, σουλφίδια, αμίνες) και ανιόντα (υδροξείδιο, ιόντα αλκοξειδίου, ανιόντα οργανικών οξέων). Οξεοβασικές ιδιότητες ετεροκύκλων που περιέχουν άζωτο (πυρρόλη, ιμιδαζόλη, πυριδίνη). Ο δεσμός υδρογόνου ως ειδική εκδήλωση ιδιοτήτων οξέος-βάσης.

Συγκριτικά χαρακτηριστικά των όξινων ιδιοτήτων ενώσεων που περιέχουν μια ομάδα υδροξυλίου (μονοϋδρικές και πολυϋδρικές αλκοόλες, φαινόλες, καρβοξυλικά οξέα). Συγκριτικά χαρακτηριστικά των βασικών ιδιοτήτων αλειφατικών και αρωματικών αμινών. Επίδραση της ηλεκτρονικής φύσης του υποκαταστάτη στις οξεοβασικές ιδιότητες των οργανικών μορίων.

Απαιτήσεις ικανότητας:

· Να γνωρίζουν τους ορισμούς των οξέων και των βάσεων σύμφωνα με την πρωτολυτική θεωρία του Bronsted και τη θεωρία ηλεκτρονίων του Lewis.

· Να γνωρίζουν την ταξινόμηση οξέων και βάσεων Bronsted ανάλογα με τη φύση των ατόμων των όξινων ή βασικών κέντρων.

· Να γνωρίζουν τους παράγοντες που επηρεάζουν την ισχύ των οξέων και τη σταθερότητα των συζευγμένων βάσεων τους, να είναι σε θέση να διεξάγουν συγκριτική εκτίμηση της ισχύος των οξέων με βάση τη σταθερότητα των αντίστοιχων ανιόντων τους.

· Γνωρίστε τους παράγοντες που επηρεάζουν την αντοχή των βάσεων Bronsted, να είστε σε θέση να κάνετε μια συγκριτική αξιολόγηση της αντοχής των βάσεων λαμβάνοντας υπόψη αυτούς τους παράγοντες.

· Να γνωρίζουν τους λόγους εμφάνισης δεσμού υδρογόνου, να μπορούν να ερμηνεύουν το σχηματισμό δεσμού υδρογόνου ως συγκεκριμένη εκδήλωση των ιδιοτήτων οξέος-βάσης μιας ουσίας.

· Να γνωρίζουν τους λόγους για την εμφάνιση ταυτομερισμού κετοενόλης σε οργανικά μόρια, να μπορούν να τους εξηγούν από την άποψη των ιδιοτήτων οξέος-βάσης των ενώσεων σε σχέση με τη βιολογική τους δράση.

· Να γνωρίζετε και να είστε σε θέση να πραγματοποιείτε ποιοτικές αντιδράσεις που σας επιτρέπουν να διακρίνετε πολυϋδρικές αλκοόλες, φαινόλες, θειόλες.

Θέμα 4. Πυρηνόφιλες αντιδράσεις υποκατάστασης στο τετραγωνικό άτομο άνθρακα και ανταγωνιστικές αντιδράσεις απομάκρυνσης

Αντιδράσεις πυρηνόφιλης υποκατάστασης στο sp3-υβριδισμένο άτομο άνθρακα: ετερολυτικές αντιδράσεις που προκαλούνται από την πόλωση του δεσμού άνθρακα-ετεροατόμου (παράγωγα αλογόνου, αλκοόλες). Ομάδες που φεύγουν εύκολα και δύσκολα: η σύνδεση μεταξύ της ευκολίας αποχώρησης από μια ομάδα και της δομής της. Η επίδραση διαλυτών, ηλεκτρονικών και χωρικών παραγόντων στην αντιδραστικότητα των ενώσεων σε αντιδράσεις μονο- και διμοριακής πυρηνόφιλης υποκατάστασης (SN1 και SN2). Στερεοχημεία αντιδράσεων πυρηνόφιλης υποκατάστασης.

Αντιδράσεις υδρόλυσης παραγώγων αλογόνου. Αντιδράσεις αλκυλίωσης αλκοολών, φαινολών, θειολών, σουλφιδίων, αμμωνίας, αμινών. Ο ρόλος της όξινης κατάλυσης στην πυρηνόφιλη υποκατάσταση της ομάδας υδροξυλίου. Παράγωγα αλογόνου, αλκοόλες, εστέρες θειικών και φωσφορικών οξέων ως αλκυλιωτικά αντιδραστήρια. Βιολογικός ρόλος των αντιδράσεων αλκυλίωσης.

Αντιδράσεις μονο- και διμοριακής απομάκρυνσης (Ε1 και Ε2): (αφυδάτωση, αφυδροαλογόνωση). Αυξημένη οξύτητα CH ως αιτία αντιδράσεων απομάκρυνσης που συνοδεύουν την πυρηνόφιλη υποκατάσταση στο υβριδισμένο με sp3 άτομο άνθρακα.

Απαιτήσεις ικανότητας:

· Να γνωρίζουν τους παράγοντες που καθορίζουν την πυρηνοφιλικότητα των αντιδραστηρίων και τη δομή των σημαντικότερων πυρηνόφιλων σωματιδίων.

· Να γνωρίζουν τους γενικούς νόμους των αντιδράσεων πυρηνόφιλης υποκατάστασης σε ένα κορεσμένο άτομο άνθρακα, την επίδραση στατικών και δυναμικών παραγόντων στην αντιδραστικότητα μιας ουσίας σε μια αντίδραση πυρηνόφιλης υποκατάστασης.

· Να γνωρίζουν τους μηχανισμούς μονο- και διμοριακής πυρηνόφιλης υποκατάστασης, να είναι σε θέση να αξιολογούν την επίδραση στερικών παραγόντων, την επίδραση των διαλυτών, την επίδραση στατικών και δυναμικών παραγόντων στην πορεία μιας αντίδρασης σύμφωνα με έναν από τους μηχανισμούς.

· Να γνωρίζουν τους μηχανισμούς μονο- και διμοριακής αποβολής, τους λόγους ανταγωνισμού μεταξύ των αντιδράσεων πυρηνόφιλης υποκατάστασης και αποβολής.

· Γνωρίστε τον κανόνα του Zaitsev και να είστε σε θέση να προσδιορίσετε το κύριο προϊόν στις αντιδράσεις αφυδάτωσης και αφυδροαλογόνωσης ασύμμετρων αλκοολών και αλογονοαλκανίων.

Θέμα 5. Αντιδράσεις πυρηνόφιλης προσθήκης και υποκατάστασης στο τριγωνικό άτομο άνθρακα

Αντιδράσεις πυρηνόφιλης προσθήκης: ετερολυτικές αντιδράσεις που περιλαμβάνουν τον δεσμό p άνθρακα-οξυγόνου (αλδεΰδες, κετόνες). Ο μηχανισμός των αντιδράσεων αλληλεπίδρασης των καρβονυλικών ενώσεων με πυρηνόφιλα αντιδραστήρια (νερό, αλκοόλες, θειόλες, αμίνες). Επιρροή ηλεκτρονικών και χωρικών παραγόντων, ο ρόλος της όξινης κατάλυσης, αναστρεψιμότητα των πυρηνόφιλων αντιδράσεων προσθήκης. Ημιακετάλες και ακετάλες, παρασκευή και υδρόλυση τους. Βιολογικός ρόλος των αντιδράσεων ακεταλίωσης. Αντιδράσεις προσθήκης αλδόλης. Βασική κατάλυση. Δομή του ενολικού ιόντος.

Αντιδράσεις πυρηνόφιλης υποκατάστασης στη σειρά καρβοξυλικών οξέων. Ηλεκτρονική και χωρική δομή της καρβοξυλικής ομάδας. Αντιδράσεις πυρηνόφιλης υποκατάστασης στο sp2-υβριδισμένο άτομο άνθρακα (καρβοξυλικά οξέα και τα λειτουργικά τους παράγωγα). Ακυλιωτικοί παράγοντες (αλογονίδια οξέων, ανυδρίτες, καρβοξυλικά οξέα, εστέρες, αμίδια), συγκριτικά χαρακτηριστικά της αντιδραστικότητάς τους. Αντιδράσεις ακυλίωσης - ο σχηματισμός ανυδριδίων, εστέρων, θειοεστέρων, αμιδίων - και οι αντιδράσεις αντίστροφης υδρόλυσης τους. Το ακετυλο συνένζυμο Α είναι ένας φυσικός ακυλωτικός παράγοντας υψηλής ενέργειας. Βιολογικός ρόλος των αντιδράσεων ακυλίωσης. Η έννοια της πυρηνόφιλης υποκατάστασης σε άτομα φωσφόρου, αντιδράσεις φωσφορυλίωσης.

Αντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής οργανικών ενώσεων. Ειδικότητα αντιδράσεων οξειδοαναγωγής οργανικών ενώσεων. Η έννοια της μεταφοράς ενός ηλεκτρονίου, της μεταφοράς ιόντων υδριδίου και η δράση του συστήματος NAD+ ↔ NADH. Αντιδράσεις οξείδωσης αλκοολών, φαινολών, σουλφιδίων, καρβονυλικών ενώσεων, αμινών, θειόλων. Αντιδράσεις αναγωγής καρβονυλικών ενώσεων και δισουλφιδίων. Ο ρόλος των οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων στις διαδικασίες της ζωής.

Απαιτήσεις ικανότητας:

· Να γνωρίζουν την ηλεκτρονική και χωρική δομή της καρβονυλικής ομάδας, την επίδραση ηλεκτρονικών και στερεοχημικών παραγόντων στην αντιδραστικότητα της οξοομάδας σε αλδεΰδες και κετόνες.

· Να γνωρίζουν τον μηχανισμό των αντιδράσεων της πυρηνόφιλης προσθήκης νερού, αλκοολών, αμινών, θειόλων σε αλδεΰδες και κετόνες, τον ρόλο του καταλύτη.

· Να γνωρίζουν τον μηχανισμό των αντιδράσεων συμπύκνωσης αλδόλης, τους παράγοντες που καθορίζουν τη συμμετοχή μιας ένωσης στην αντίδραση αυτή.

· Να γνωρίζουν τον μηχανισμό των αντιδράσεων αναγωγής οξο ενώσεων με υδρίδια μετάλλων.

· Γνωρίστε τα κέντρα αντίδρασης που υπάρχουν στα μόρια του καρβοξυλικού οξέος. Να είναι σε θέση να διεξάγει μια συγκριτική αξιολόγηση της ισχύος των καρβοξυλικών οξέων ανάλογα με τη δομή της ρίζας.

· Να γνωρίζουν την ηλεκτρονική και χωρική δομή της καρβοξυλικής ομάδας, να είναι σε θέση να διεξάγουν μια συγκριτική αξιολόγηση της ικανότητας του ατόμου άνθρακα της οξοομάδας σε καρβοξυλικά οξέα και των λειτουργικών τους παραγώγων (αλογονίδια οξέων, ανυδρίτες, εστέρες, αμίδια, άλατα) υποστούν πυρηνόφιλη επίθεση.

· Να γνωρίζουν τον μηχανισμό των αντιδράσεων πυρηνόφιλης υποκατάστασης χρησιμοποιώντας παραδείγματα ακυλίωσης, εστεροποίησης, υδρόλυσης εστέρων, ανυδριτών, αλογονιδίων οξέων, αμιδίων.

Θέμα 6. Λιπίδια, ταξινόμηση, δομή, ιδιότητες

Λιπίδια, σαπωνοποιήσιμα και μη σαπωνοποιήσιμα. Ουδέτερα λιπίδια. Φυσικά λίπη ως μείγμα τριακυλογλυκερολών. Τα κύρια φυσικά ανώτερα λιπαρά οξέα που συνθέτουν τα λιπίδια: παλμιτικό, στεατικό, ελαϊκό, λινολεϊκό, λινολενικό. Αραχιδονικό οξύ. Χαρακτηριστικά των ακόρεστων λιπαρών οξέων, w-ονοματολογία.

Οξείδωση υπεροξειδίου θραυσμάτων ακόρεστων λιπαρών οξέων στις κυτταρικές μεμβράνες. Ο ρόλος της υπεροξείδωσης των λιπιδίων της μεμβράνης στην επίδραση χαμηλών δόσεων ακτινοβολίας στον οργανισμό. Αντιοξειδωτικά συστήματα προστασίας.

Φωσφολιπίδια. Φωσφατιδικά οξέα. Οι φωσφατιδυλκολαμίνες και οι φωσφατιδυλοσερίνες (κεφαλίνες), οι φωσφατιδυλοχολίνες (λεκιθίνες) είναι δομικά συστατικά των κυτταρικών μεμβρανών. Λιπιδική διπλοστιβάδα. Σφιγγολιπίδια, κεραμίδια, σφιγγομυελίνες. Γλυκολιπίδια του εγκεφάλου (εγκεφαλοζίτες, γαγγλιοσίδες).

Απαιτήσεις ικανότητας:

· Να γνωρίζουν την ταξινόμηση των λιπιδίων και τη δομή τους.

· Γνωρίστε τη δομή των δομικών συστατικών των σαπωνοποιημένων λιπιδίων - αλκοολών και ανώτερων λιπαρών οξέων.

· Να γνωρίζουν τον μηχανισμό των αντιδράσεων σχηματισμού και υδρόλυσης απλών και πολύπλοκων λιπιδίων.

· Να γνωρίζει και να μπορεί να πραγματοποιεί ποιοτικές αντιδράσεις σε ακόρεστα λιπαρά οξέα και έλαια.

· Να γνωρίζουν την ταξινόμηση των ασαπωνοποιήσιμων λιπιδίων, να έχουν μια ιδέα για τις αρχές ταξινόμησης των τερπενίων και των στεροειδών, τον βιολογικό τους ρόλο.

· Να γνωρίζουν τον βιολογικό ρόλο των λιπιδίων, τις κύριες λειτουργίες τους, να έχουν μια ιδέα για τα κύρια στάδια της υπεροξείδωσης των λιπιδίων και τις συνέπειες αυτής της διαδικασίας για το κύτταρο.

Ενότητα 2. Στερεοϊσομέρεια οργανικών μορίων. Πολυ- και ετερολειτουργικές ενώσεις που εμπλέκονται σε ζωτικές διαδικασίες

Θέμα 7. Στερεοϊσομέρεια οργανικών μορίων

Στερεοϊσομέρεια σε μια σειρά ενώσεων με διπλό δεσμό (p-διαστερεομερισμός). Cis και trans ισομέρεια ακόρεστων ενώσεων. E, Z – σύστημα σημειογραφίας για p-διαστερεομερή. Συγκριτική σταθερότητα ρ-διαστερεομερών.

Χειρικά μόρια. Ασύμμετρο άτομο άνθρακα ως κέντρο χειραλικότητας. Στερεοϊσομέρεια μορίων με ένα κέντρο χειρικότητας (εναντιομερισμός). Οπτική δραστηριότητα. Τύποι προβολής Fischer. Η γλυκεραλδεΰδη ως πρότυπο διαμόρφωσης, απόλυτη και σχετική διαμόρφωση. D, L-σύστημα στερεοχημικής ονοματολογίας. R, S-σύστημα στερεοχημικής ονοματολογίας. Ρακεμικά μείγματα και μέθοδοι διαχωρισμού τους.

Στερεοϊσομέρεια μορίων με δύο ή περισσότερα χειρόμορφα κέντρα. Εναντιομερή, διαστερεομερή, μεσομορφές.

Απαιτήσεις ικανότητας:

· Να γνωρίζουν τους λόγους εμφάνισης στερεοϊσομέρειας στη σειρά των υδρογονανθράκων αλκενίων και διενίων.

· Να μπορούν να χρησιμοποιούν τον συντομευμένο δομικό τύπο μιας ακόρεστης ένωσης για να προσδιορίζουν την πιθανότητα ύπαρξης p-διαστερεομερών, να διακρίνουν μεταξύ cis - trans ισομερών και να αξιολογούν τη συγκριτική τους σταθερότητα.

· Να γνωρίζουν τα στοιχεία συμμετρίας των μορίων, τις απαραίτητες προϋποθέσεις για την εμφάνιση χειραλικότητας σε ένα οργανικό μόριο.

· Να γνωρίζουν και να είναι σε θέση να απεικονίζουν εναντιομερή χρησιμοποιώντας τύπους προβολής Fischer, να υπολογίζουν τον αριθμό των αναμενόμενων στερεοϊσομερών με βάση τον αριθμό των χειρόμορφων κέντρων σε ένα μόριο, τις αρχές προσδιορισμού της απόλυτης και σχετικής διαμόρφωσης, το σύστημα D-, L της στερεοχημικής ονοματολογίας .

· Να γνωρίζουν τις μεθόδους διαχωρισμού των ρακεμικών, τις βασικές αρχές του συστήματος R, S της στερεοχημικής ονοματολογίας.

Θέμα 8. Φυσιολογικά δραστικές πολυ- και ετερολειτουργικές ενώσεις της αλειφατικής, αρωματικής και ετεροκυκλικής σειράς

Η πολυ- και ετερολειτουργικότητα ως ένα από τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των οργανικών ενώσεων που συμμετέχουν σε ζωτικές διαδικασίες και είναι οι πρόγονοι των σημαντικότερων ομάδων φαρμάκων. Ιδιαιτερότητες στην αμοιβαία επιρροή λειτουργικών ομάδων ανάλογα με τη σχετική θέση τους.

Πολυϋδρικές αλκοόλες: αιθυλενογλυκόλη, γλυκερίνη. Εστέρες πολυυδρικών αλκοολών με ανόργανα οξέα (νιτρογλυκερίνη, φωσφορική γλυκερίνη). Διατομικές φαινόλες: υδροκινόνη. Οξείδωση διατομικών φαινολών. Σύστημα υδροκινόνης-κινόνης. Οι φαινόλες ως αντιοξειδωτικά (καθαριστές ελεύθερων ριζών). Τοκοφερόλες.

Διβασικά καρβοξυλικά οξέα: οξαλικό, μηλονικό, ηλεκτρικό, γλουταρικό, φουμαρικό. Η μετατροπή του ηλεκτρικού οξέος σε φουμαρικό οξύ είναι ένα παράδειγμα μιας βιολογικά σημαντικής αντίδρασης αφυδρογόνωσης. Αντιδράσεις αποκαρβοξυλίωσης, ο βιολογικός τους ρόλος.

Αμινοαλκοόλες: αμινοαιθανόλη (κολαμίνη), χολίνη, ακετυλοχολίνη. Ο ρόλος της ακετυλοχολίνης στη χημική μετάδοση των νευρικών ερεθισμάτων στις συνάψεις. Αμινοφαινόλες: ντοπαμίνη, νορεπινεφρίνη, αδρεναλίνη. Η έννοια του βιολογικού ρόλου αυτών των ενώσεων και των παραγώγων τους. Νευροτοξικές επιδράσεις της 6-υδροξυντοπαμίνης και των αμφεταμινών.

Υδροξυ και αμινοξέα. Αντιδράσεις κυκλοποίησης: η επίδραση διαφόρων παραγόντων στη διαδικασία σχηματισμού του κύκλου (υλοποίηση των αντίστοιχων διαμορφώσεων, μέγεθος του κύκλου που προκύπτει, συντελεστής εντροπίας). Λακτόνες. Λακτάμες. Υδρόλυση λακτονών και λακταμών. Αντίδραση αποβολής β-υδροξυ και αμινοξέων.

Αλδεΰδη και κετοξέα: πυροσταφυλικό, ακετοξικό, οξαλοξικό, α-κετογλουταρικό. Ιδιότητες οξέος και αντιδραστικότητα. Αντιδράσεις αποκαρβοξυλίωσης β-κετοοξέων και οξειδωτικής αποκαρβοξυλίωσης α-κετοοξέων. Ακετοξικός εστέρας, ταυτομερισμός κετο-ενόλης. Εκπρόσωποι των «κετονικών σωμάτων» είναι το β-υδροξυβουτυρικό, το β-κετοβουτυρικό οξύ, η ακετόνη, η βιολογική και διαγνωστική τους σημασία.

Ετερολειτουργικά παράγωγα βενζολίου ως φάρμακα. Σαλικυλικό οξύ και τα παράγωγά του (ακετυλοσαλικυλικό οξύ).

Παρααμινοβενζοϊκό οξύ και τα παράγωγά του (αναισθησία, νοβοκαΐνη). Βιολογικός ρόλος του π-αμινοβενζοϊκού οξέος. Σουλφανιλικό οξύ και το αμίδιο του (στρεπτοκτόνο).

Ετερόκυκλοι με πολλά ετεροάτομα. Πυραζόλη, ιμιδαζόλη, πυριμιδίνη, πουρίνη. Το Pyrazolone-5 είναι η βάση των μη ναρκωτικών αναλγητικών. Βαρβιτουρικό οξύ και τα παράγωγά του. Υδροξυπουρίνες (υποξανθίνη, ξανθίνη, ουρικό οξύ), ο βιολογικός τους ρόλος. Ετεροκυκλικοί με ένα ετεροάτομο. Πυρρόλη, ινδόλη, πυριδίνη. Βιολογικά σημαντικά παράγωγα πυριδίνης είναι παράγωγα νικοτιναμίδης, πυριδοξάλης και ισονικοτινικού οξέος. Το νικοτιναμίδιο είναι ένα δομικό συστατικό του συνενζύμου NAD+, το οποίο καθορίζει τη συμμετοχή του στην OVR.

Απαιτήσεις ικανότητας:

· Να είναι σε θέση να ταξινομεί τις ετερολειτουργικές ενώσεις με βάση τη σύνθεση και τη σχετική τους διάταξη.

· Να γνωρίζουν τις ειδικές αντιδράσεις αμινοξέων και υδροξυοξέων με a, b, g - διάταξη λειτουργικών ομάδων.

· Να γνωρίζετε τις αντιδράσεις που οδηγούν στο σχηματισμό βιολογικά ενεργών ενώσεων: χολίνη, ακετυλοχολίνη, αδρεναλίνη.

· Να γνωρίζουν το ρόλο του ταυτομερισμού κετο-ενόλης στην εκδήλωση της βιολογικής δραστηριότητας των κετοοξέων (πυρουβικό οξύ, οξαλοξικό οξύ, ακετοξικό οξύ) και ετεροκυκλικών ενώσεων (πυραζόλη, βαρβιτουρικό οξύ, πουρίνη).

· Να γνωρίζουν τις μεθόδους οξειδοαναγωγικών μετασχηματισμών οργανικών ενώσεων, τον βιολογικό ρόλο των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής στην εκδήλωση της βιολογικής δραστηριότητας των διατομικών φαινολών, του νικοτιναμιδίου και το σχηματισμό κετονικών σωμάτων.

Θέμα9 . Υδατάνθρακες, ταξινόμηση, δομή, ιδιότητες, βιολογικός ρόλος

Υδατάνθρακες, η ταξινόμηση τους σε σχέση με την υδρόλυση. Ταξινόμηση μονοσακχαριτών. Αλδόζες, κετόζες: τριόζες, τετρόζες, πεντόζες, εξόζες. Στερεοϊσομέρεια μονοσακχαριτών. Σειρά D και L στερεοχημικής ονοματολογίας. Ανοιχτές και κυκλικές μορφές. Οι τύποι του Fisher και οι τύποι του Haworth. Φουρανόσες και πυρανόσες, α- και β-ανωμερή. Κυκλο-οξο-ταυτομερισμός. Διαμορφώσεις μορφών πυρανόζης μονοσακχαριτών. Η δομή των πιο σημαντικών εκπροσώπων των πεντόζης (ριβόζη, ξυλόζη). εξόζες (γλυκόζη, μαννόζη, γαλακτόζη, φρουκτόζη). δεοξυσάκχαρα (2-δεοξυριβόζη); αμινο σάκχαρα (γλυκοζαμίνη, μαννοζαμίνη, γαλακτοζαμίνη).

Χημικές ιδιότητες μονοσακχαριτών. Αντιδράσεις πυρηνόφιλης υποκατάστασης που περιλαμβάνουν ένα ανωμερικό κέντρο. Ο- και Ν-γλυκοσίδες. Υδρόλυση γλυκοσιδών. Φωσφορικά άλατα μονοσακχαριτών. Οξείδωση και αναγωγή μονοσακχαριτών. Μείωση των ιδιοτήτων των αλδοσών. Γλυκονικό, γλυκαρικό, γλυκουρονικό οξύ.

Ολιγοσακχαρίτες. Δισακχαρίτες: μαλτόζη, κελλοβιόζη, λακτόζη, σακχαρόζη. Δομή, κυκλο-οξο-ταυτομερισμός. Υδρόλυση.

Πολυσακχαρίτες. Γενικά χαρακτηριστικά και ταξινόμηση πολυσακχαριτών. Ομο- και ετεροπολυσακχαρίτες. Ομοπολυσακχαρίτες: άμυλο, γλυκογόνο, δεξτράνες, κυτταρίνη. Πρωτογενής δομή, υδρόλυση. Η έννοια της δευτερογενούς δομής (άμυλο, κυτταρίνη).

Απαιτήσεις ικανότητας:

· Να γνωρίζουν την ταξινόμηση των μονοσακχαριτών (ανάλογα με τον αριθμό των ατόμων άνθρακα, τη σύνθεση των λειτουργικών ομάδων), τη δομή των ανοικτών και κυκλικών μορφών (φουρανόζη, πυρανόζη) των σημαντικότερων μονοσακχαριτών, την αναλογία τους σε σειρά D - και L - στερεοχημική ονοματολογία, να είναι σε θέση να προσδιορίσει τον αριθμό των πιθανών διαστερεομερών, να ταξινομήσει τα στερεοϊσομερή ως διαστερεομερή, επιμερή, ανωμερή.

· Να γνωρίζουν τον μηχανισμό των αντιδράσεων κυκλοποίησης των μονοσακχαριτών, τους λόγους της μεταλλαξίωσης των διαλυμάτων μονοσακχαριτών.

· Να γνωρίζουν τις χημικές ιδιότητες των μονοσακχαριτών: αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, αντιδράσεις σχηματισμού και υδρόλυσης Ο- και Ν-γλυκοσιδών, αντιδράσεις εστεροποίησης, φωσφορυλίωση.

· Να μπορεί να πραγματοποιεί αντιδράσεις υψηλής ποιότητας στο θραύσμα διόλης και την παρουσία αναγωγικών ιδιοτήτων μονοσακχαριτών.

· Να γνωρίζουν την ταξινόμηση των δισακχαριτών και τη δομή τους, τη διαμόρφωση του ανωμερούς ατόμου άνθρακα που σχηματίζει γλυκοσιδικό δεσμό, ταυτομερείς μετασχηματισμούς δισακχαριτών, τις χημικές τους ιδιότητες, τον βιολογικό ρόλο.

· Να γνωρίζουν την ταξινόμηση των πολυσακχαριτών (σε σχέση με την υδρόλυση, σύμφωνα με τη σύνθεση μονοσακχαριτών), τη δομή των σημαντικότερων εκπροσώπων των ομοπολυσακχαριτών, τη διαμόρφωση του ανωμερικού ατόμου άνθρακα που σχηματίζει γλυκοσιδικό δεσμό, τις φυσικές και χημικές τους ιδιότητες και τον βιολογικό τους ρόλο. Έχετε μια ιδέα για τον βιολογικό ρόλο των ετεροπολυσακχαριτών.

Θέμα 10.ένα-Αμινοξέα, πεπτίδια, πρωτεΐνες. Δομή, ιδιότητες, βιολογικός ρόλος

Δομή, ονοματολογία, ταξινόμηση α-αμινοξέων που συνθέτουν πρωτεΐνες και πεπτίδια. Στερεοϊσομέρεια α-αμινοξέων.

Βιοσυνθετικές οδοί για τον σχηματισμό α-αμινοξέων από οξοξέα: αντιδράσεις αναγωγικής αμίνωσης και αντιδράσεις τρανσαμίνωσης. Απαραίτητα αμινοξέα.

Χημικές ιδιότητες των α-αμινοξέων ως ετερολειτουργικών ενώσεων. Οξεοβασικές ιδιότητες α-αμινοξέων. Ισοηλεκτρικό σημείο, μέθοδοι διαχωρισμού α-αμινοξέων. Σχηματισμός ενδοσύνθετων αλάτων. Αντιδράσεις εστεροποίησης, ακυλίωσης, αλκυλίωσης. Αλληλεπίδραση με νιτρώδες οξύ και φορμαλδεΰδη, η σημασία αυτών των αντιδράσεων για την ανάλυση των αμινοξέων.

Το g-αμινοβουτυρικό οξύ είναι ένας ανασταλτικός νευροδιαβιβαστής του κεντρικού νευρικού συστήματος. Αντικαταθλιπτική δράση L-τρυπτοφάνης, σεροτονίνης - ως νευροδιαβιβαστής ύπνου. Μεσολαβητικές ιδιότητες γλυκίνης, ισταμίνης, ασπαρτικού και γλουταμινικού οξέος.

Βιολογικά σημαντικές αντιδράσεις α-αμινοξέων. Αντιδράσεις απαμίνωσης και υδροξυλίωσης. Η αποκαρβοξυλίωση των α-αμινοξέων είναι η οδός για το σχηματισμό βιογονικών αμινών και βιορυθμιστών (κολαμίνη, ισταμίνη, τρυπταμίνη, σεροτονίνη.) Πεπτίδια. Ηλεκτρονική δομή του πεπτιδικού δεσμού. Όξινη και αλκαλική υδρόλυση πεπτιδίων. Καθιέρωση σύνθεσης αμινοξέων με χρήση σύγχρονων φυσικοχημικών μεθόδων (μέθοδοι Sanger και Edman). Έννοια των νευροπεπτιδίων.

Πρωτογενής δομή πρωτεϊνών. Μερική και πλήρης υδρόλυση. Η έννοια των δευτερογενών, τριτογενών και τεταρτοταγών δομών.

Απαιτήσεις ικανότητας:

· Να γνωρίζουν τη δομή, τη στερεοχημική ταξινόμηση των α-αμινοξέων, που ανήκουν στη D- και L-στερεοχημική σειρά φυσικών αμινοξέων, βασικών αμινοξέων.

· Να γνωρίζουν τους τρόπους σύνθεσης των α-αμινοξέων in vivo και in vitro, να γνωρίζουν τις οξεοβασικές ιδιότητες και μεθόδους μετατροπής των α-αμινοξέων σε ισοηλεκτρική κατάσταση.

· Να γνωρίζει τις χημικές ιδιότητες των α-αμινοξέων (αντιδράσεις σε αμινο και καρβοξυλομάδες), να μπορεί να πραγματοποιεί ποιοτικές αντιδράσεις (ξαντοπρωτεΐνη, με Cu(OH)2, νινυδρίνη).

· Γνωρίζουν την ηλεκτρονική δομή του πεπτιδικού δεσμού, την πρωτογενή, δευτεροταγή, τριτοταγή και τεταρτοταγή δομή πρωτεϊνών και πεπτιδίων, γνωρίζουν πώς να προσδιορίζουν τη σύνθεση αμινοξέων και την αλληλουχία αμινοξέων (μέθοδος Sanger, μέθοδος Edman), να είναι σε θέση να πραγματοποιούν αντίδραση διουρίας για πεπτίδια και πρωτεΐνες.

· Να γνωρίζουν την αρχή της μεθόδου πεπτιδικής σύνθεσης με χρήση προστασίας και ενεργοποίησης λειτουργικών ομάδων.

Θέμα 11. Νουκλεοτίδια και νουκλεϊκά οξέα

Νουκλεϊκές βάσεις που αποτελούν τα νουκλεϊκά οξέα. Βάσεις πυριμιδίνης (ουρακίλη, θυμίνη, κυτοσίνη) και πουρίνης (αδενίνη, γουανίνη), η αρωματικότητά τους, οι ταυτομερείς μετασχηματισμοί.

Νουκλεοσίδια, αντιδράσεις σχηματισμού τους. Η φύση της σύνδεσης μεταξύ της νουκλεϊκής βάσης και του υπολείμματος υδατάνθρακα. διαμόρφωση του γλυκοσιδικού κέντρου. Υδρόλυση νουκλεοζιτών.

Νουκλεοτίδια. Η δομή των μονονουκλεοτιδίων που σχηματίζουν νουκλεϊκά οξέα. Ονοματολογία. Υδρόλυση νουκλεοτιδίων.

Πρωτογενής δομή νουκλεϊκών οξέων. Φωσφοδιεστερικός δεσμός. Ριβονουκλεϊκά και δεοξυριβονουκλεϊκά οξέα. Νουκλεοτιδική σύνθεση RNA και DNA. Υδρόλυση νουκλεϊκών οξέων.

Η έννοια της δευτερογενούς δομής του DNA. Ο ρόλος των δεσμών υδρογόνου στο σχηματισμό δευτερογενούς δομής. Συμπληρωματικότητα πυρηνικών βάσεων.

Φάρμακα που βασίζονται σε τροποποιημένες νουκλεϊκές βάσεις (5-φθοροουρακίλη, 6-μερκαπτοπουρίνη). Η αρχή της χημικής ομοιότητας. Αλλαγές στη δομή των νουκλεϊκών οξέων υπό την επίδραση χημικών ουσιών και ακτινοβολίας. Μεταλλαξιογόνο δράση του νιτρώδους οξέος.

Πολυφωσφορικά νουκλεοσίδια (ADP, ATP), χαρακτηριστικά της δομής τους που τους επιτρέπουν να εκτελούν τις λειτουργίες ενώσεων υψηλής ενέργειας και ενδοκυτταρικών βιορυθμιστών. Η δομή του cAMP, του ενδοκυτταρικού «αγγελιοφόρου» των ορμονών.

Απαιτήσεις ικανότητας:

· Να γνωρίζουν τη δομή των αζωτούχων βάσεων πυριμιδίνης και πουρίνης, τους ταυτομερείς μετασχηματισμούς τους.

· Να γνωρίζουν τον μηχανισμό των αντιδράσεων για τον σχηματισμό των Ν-γλυκοζιτών (νουκλεοζίτες) και την υδρόλυση τους, την ονοματολογία των νουκλεοζιτών.

· Γνωρίστε τις θεμελιώδεις ομοιότητες και διαφορές μεταξύ φυσικών και συνθετικών νουκλεοσιδίων αντιβιοτικών σε σύγκριση με τους νουκλεοσίτες που συνθέτουν το DNA και το RNA.

· Να γνωρίζουν τις αντιδράσεις σχηματισμού νουκλεοτιδίων, τη δομή των μονονουκλεοτιδίων που αποτελούν τα νουκλεϊκά οξέα, την ονοματολογία τους.

· Να γνωρίζουν τη δομή των κυκλο- και πολυφωσφορικών των νουκλεοζιτών, τον βιολογικό τους ρόλο.

· Γνωρίστε τη νουκλεοτιδική σύνθεση του DNA και του RNA, τον ρόλο του φωσφοδιεστερικού δεσμού στη δημιουργία της πρωτογενούς δομής των νουκλεϊκών οξέων.

· Να γνωρίζουν τον ρόλο των δεσμών υδρογόνου στο σχηματισμό της δευτερογενούς δομής του DNA, τη συμπληρωματικότητα των αζωτούχων βάσεων, τον ρόλο των συμπληρωματικών αλληλεπιδράσεων στην υλοποίηση της βιολογικής λειτουργίας του DNA.

· Να γνωρίζουν τους παράγοντες που προκαλούν τις μεταλλάξεις και την αρχή της δράσης τους.

Πληροφοριακό μέρος

Βιβλιογραφία

Κύριος:

1. Romanovsky, βιοοργανική χημεία: ένα εγχειρίδιο σε 2 μέρη /. - Μινσκ: BSMU, 20 σ.

2. Romanovsky, στο εργαστήριο για τη βιοοργανική χημεία: εγχειρίδιο / επιμέλεια. – Μινσκ: BSMU, 1999. – 132 σελ.

3. Tyukavkina, N. A., Bioorganic chemistry: σχολικό βιβλίο / , . – Μόσχα: Ιατρική, 1991. – 528 σελ.

Πρόσθετος:

4. Ovchinnikov, χημεία: μονογραφία /.

– Μόσχα: Εκπαίδευση, 1987. – 815 σελ.

5. Potapov: σχολικό βιβλίο /. - Μόσχα:

Chemistry, 1988. – 464 p.

6. Riles, A. Fundamentals of organic chemistry: a textbook / A. Rice, K. Smith,

R. Ward. – Μόσχα: Mir, 1989. – 352 σελ.

7. Taylor, G. Fundamentals of organic chemistry: σχολικό βιβλίο / G. Taylor. -

Μόσχα: Κύριοι.

8. Terney, A. Σύγχρονη οργανική χημεία: ένα εγχειρίδιο σε 2 τόμους /

Α. Τέρνεϊ. – Μόσχα: Mir, 1981. – 1310 p.

9. Tyukavkina, για εργαστηριακά μαθήματα βιοοργανικής

χημεία: σχολικό βιβλίο / [κ.λπ.]; επιμέλεια Ν.Α.

Tyukavkina. – Μόσχα: Ιατρική, 1985. – 256 σελ.

10. Tyukavkina, N. A., Bioorganic chemistry: Ένα εγχειρίδιο για μαθητές

ιατρικά ιδρύματα / , . - Μόσχα.

Η βιοοργανική χημεία είναι μια επιστήμη που μελετά τη δομή και τις ιδιότητες των ουσιών που εμπλέκονται σε διαδικασίες της ζωής σε άμεση σύνδεση με τη γνώση των βιολογικών λειτουργιών τους.

Η βιοοργανική χημεία είναι η επιστήμη που μελετά τη δομή και την αντιδραστικότητα βιολογικά σημαντικών ενώσεων. Το αντικείμενο της βιοοργανικής χημείας είναι τα βιοπολυμερή και οι βιορυθμιστές και τα δομικά τους στοιχεία.

Τα βιοπολυμερή περιλαμβάνουν πρωτεΐνες, πολυσακχαρίτες (υδατάνθρακες) και νουκλεϊκά οξέα. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει επίσης λιπίδια, τα οποία δεν είναι BMCs, αλλά συνήθως συνδέονται με άλλα βιοπολυμερή στο σώμα.

Οι βιορυθμιστές είναι ενώσεις που ρυθμίζουν χημικά το μεταβολισμό. Αυτά περιλαμβάνουν βιταμίνες, ορμόνες και πολλές συνθετικές ενώσεις, συμπεριλαμβανομένων των φαρμακευτικών ουσιών.

Η βιοοργανική χημεία βασίζεται στις ιδέες και τις μεθόδους της οργανικής χημείας.

Χωρίς γνώση των γενικών αρχών της οργανικής χημείας, είναι δύσκολο να μελετηθεί η βιοοργανική χημεία. Η βιοοργανική χημεία σχετίζεται στενά με τη βιολογία, τη βιολογική χημεία και την ιατρική φυσική.

Το σύνολο των αντιδράσεων που συμβαίνουν υπό τις συνθήκες ενός οργανισμού ονομάζεται μεταβολισμός.

Οι ουσίες που σχηματίζονται κατά τον μεταβολισμό ονομάζονται - μεταβολίτες.

Ο μεταβολισμός έχει δύο κατευθύνσεις:

Ο καταβολισμός είναι η αντίδραση της διάσπασης πολύπλοκων μορίων σε απλούστερα.

Ο αναβολισμός είναι η διαδικασία σύνθεσης πολύπλοκων μορίων από απλούστερες ουσίες χρησιμοποιώντας ενέργεια.

Ο όρος βιοσύνθεση χρησιμοποιείται σε μια χημική αντίδραση IN VIVO (στο σώμα), IN VITRO (έξω από το σώμα)

Υπάρχουν αντιμεταβολίτες - ανταγωνιστές μεταβολιτών σε βιοχημικές αντιδράσεις.

Η σύζευξη ως παράγοντας αύξησης της σταθερότητας των μορίων. Αμοιβαία επίδραση ατόμων σε μόρια οργανικών ενώσεων και μέθοδοι μετάδοσής της

Περίγραμμα διάλεξης:

Το ζευγάρωμα και τα είδη του:

p, p - σύζευξη,

r,p - σύζευξη.

Ενέργεια σύζευξης.

Συστήματα συζευγμένων ανοιχτών κυκλωμάτων.

Βιταμίνη Α, καροτίνες.

Σύζευξη σε ρίζες και ιόντα.

Συζευγμένα συστήματα κλειστού κυκλώματος. Αρωματικότητα, κριτήρια αρωματικότητας, ετεροκυκλικές αρωματικές ενώσεις.

Ομοιοπολικός δεσμός: μη πολικός και πολικός.

Επαγωγικά και μεσομερικά αποτελέσματα. Η ΕΑ και η ΕΔ είναι υποκατάστατα.

Ο κύριος τύπος χημικών δεσμών στην οργανική χημεία είναι οι ομοιοπολικοί δεσμοί. Στα οργανικά μόρια, τα άτομα συνδέονται με δεσμούς s και p.

Τα άτομα σε μόρια οργανικών ενώσεων συνδέονται με ομοιοπολικούς δεσμούς, που ονομάζονται δεσμοί s και p.

Ο απλός δεσμός s - σε υβριδοποιημένη κατάσταση SP 3 χαρακτηρίζεται από l - μήκος (C-C 0,154 nm), ενέργεια E (83 kcal/mol), πολικότητα και πολικότητα. Για παράδειγμα:

Ένας διπλός δεσμός είναι χαρακτηριστικός των ακόρεστων ενώσεων, στις οποίες, εκτός από τον κεντρικό δεσμό s, υπάρχει και μια επικάλυψη κάθετη στον δεσμό s, η οποία ονομάζεται π-δεσμός).

Οι διπλοί δεσμοί είναι εντοπισμένοι, δηλαδή η πυκνότητα των ηλεκτρονίων καλύπτει μόνο 2 πυρήνες των συνδεδεμένων ατόμων.

Τις περισσότερες φορές θα ασχοληθούμε εγώ και εσύ συζευγμένοσυστήματα. Εάν οι διπλοί δεσμοί εναλλάσσονται με απλούς δεσμούς (και στη γενική περίπτωση, ένα άτομο που συνδέεται με έναν διπλό δεσμό έχει ένα τροχιακό p, τότε τα τροχιακά p γειτονικών ατόμων μπορούν να επικαλύπτονται μεταξύ τους, σχηματίζοντας ένα κοινό σύστημα ηλεκτρονίων p). Τέτοια συστήματα ονομάζονται συζευγμένο ή αποτοπικό . Για παράδειγμα: βουταδιένιο-1,3

p, p - συζευγμένα συστήματα

Όλα τα άτομα στο βουταδιένιο βρίσκονται στην υβριδοποιημένη κατάσταση SP 2 και βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο (το Pz δεν είναι υβριδικό τροχιακό). Рz – τα τροχιακά είναι παράλληλα μεταξύ τους. Αυτό δημιουργεί προϋποθέσεις για την αμοιβαία επικάλυψη τους. Η επικάλυψη του τροχιακού Pz συμβαίνει μεταξύ C-1 και C-2 και C-3 και C-4, καθώς και μεταξύ C-2 και C-3, δηλαδή συμβαίνει μετατοπισμένηομοιοπολικό δεσμό. Αυτό αντανακλάται στις αλλαγές στα μήκη των δεσμών στο μόριο. Το μήκος του δεσμού μεταξύ C-1 και C-2 αυξάνεται και μεταξύ C-2 και C-3 συντομεύεται, σε σύγκριση με έναν απλό δεσμό.

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 - σύζευξη

Ένα παράδειγμα συζευγμένου συστήματος p, π είναι ένας πεπτιδικός δεσμός.

r, p - συζευγμένα συστήματα

Ο διπλός δεσμός C=0 επεκτείνεται στα 0,124 nm σε σύγκριση με το συνηθισμένο μήκος των 0,121, και ο δεσμός C-N γίνεται μικρότερος και γίνεται 0,132 nm σε σύγκριση με 0,147 nm στην κανονική περίπτωση. Δηλαδή, η διαδικασία μετεγκατάστασης ηλεκτρονίων οδηγεί σε εξίσωση των μηκών των δεσμών και μείωση της εσωτερικής ενέργειας του μορίου. Ωστόσο, η σύζευξη ρ,p – συμβαίνει σε άκυκλες ενώσεις, όχι μόνο όταν εναλλάσσονται = δεσμοί με απλούς δεσμούς C-C, αλλά και όταν εναλλάσσονται με ένα ετεροάτομο:

Ένα άτομο Χ με ελεύθερο ρ-τροχιακό μπορεί να βρίσκεται κοντά στον διπλό δεσμό. Τις περισσότερες φορές, αυτά είναι τα ετεροάτομα O, N, S και τα p-τροχιακά τους που αλληλεπιδρούν με τους δεσμούς p, σχηματίζοντας p, p-σύζευξη.

Για παράδειγμα:

CH 2 = CH – O – CH = CH 2

Η σύζευξη μπορεί να συμβεί όχι μόνο σε ουδέτερα μόρια, αλλά και σε ρίζες και ιόντα:

Με βάση τα παραπάνω, στα ανοιχτά συστήματα, η σύζευξη πραγματοποιείται υπό τις ακόλουθες συνθήκες:

Όλα τα άτομα που συμμετέχουν στο συζευγμένο σύστημα βρίσκονται στην υβριδοποιημένη κατάσταση SP 2.

Pz - τα τροχιακά όλων των ατόμων είναι κάθετα στο επίπεδο του σκελετού s, δηλαδή παράλληλα μεταξύ τους.

Όταν σχηματίζεται ένα συζευγμένο πολυκεντρικό σύστημα, τα μήκη των δεσμών εξισώνονται. Δεν υπάρχουν «καθαροί» απλοί και διπλοί δεσμοί εδώ.

Η μετατόπιση των ηλεκτρονίων p σε ένα συζευγμένο σύστημα συνοδεύεται από την απελευθέρωση ενέργειας. Το σύστημα κινείται σε χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας, γίνεται πιο σταθερό, πιο σταθερό. Έτσι, ο σχηματισμός ενός συζευγμένου συστήματος στην περίπτωση του βουταδιενίου - 1,3 οδηγεί στην απελευθέρωση ενέργειας σε ποσότητα 15 kJ/mol. Λόγω της σύζευξης αυξάνεται η σταθερότητα των ριζών ιόντων αλλυλικού τύπου και η επικράτηση τους στη φύση.

Όσο μεγαλύτερη είναι η αλυσίδα σύζευξης, τόσο μεγαλύτερη είναι η απελευθέρωση της ενέργειας του σχηματισμού της.

Αυτό το φαινόμενο είναι αρκετά διαδεδομένο σε βιολογικά σημαντικές ενώσεις. Για παράδειγμα:

Θα αντιμετωπίζουμε συνεχώς ζητήματα θερμοδυναμικής σταθερότητας μορίων, ιόντων και ριζών κατά τη διάρκεια της βιοοργανικής χημείας, η οποία περιλαμβάνει έναν αριθμό ιόντων και μορίων ευρέως διαδεδομένα στη φύση. Για παράδειγμα:

Συστήματα σύζευξης κλειστού βρόχου

Αρωματικότητα. Σε κυκλικά μόρια, υπό ορισμένες συνθήκες, μπορεί να προκύψει ένα συζευγμένο σύστημα. Ένα παράδειγμα συζευγμένου συστήματος p, p - είναι το βενζόλιο, όπου το νέφος ηλεκτρονίων p - καλύπτει άτομα άνθρακα, ένα τέτοιο σύστημα ονομάζεται - αρωματικός.

Το ενεργειακό κέρδος λόγω της σύζευξης στο βενζόλιο είναι 150,6 kJ/mol. Επομένως, το βενζόλιο είναι θερμικά σταθερό μέχρι θερμοκρασία 900 o C.

Η παρουσία ενός κλειστού δακτυλίου ηλεκτρονίων αποδείχθηκε χρησιμοποιώντας NMR. Εάν ένα μόριο βενζολίου τοποθετηθεί σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, εμφανίζεται ένα επαγωγικό ρεύμα δακτυλίου.

Έτσι, το κριτήριο για την αρωματικότητα που διατυπώθηκε από τον Hückel είναι:

το μόριο έχει κυκλική δομή.

όλα τα άτομα βρίσκονται σε SP 2 – υβριδοποιημένη κατάσταση.

υπάρχει ένα μετατοπισμένο σύστημα p - ηλεκτρονίων που περιέχει 4n + 2 ηλεκτρόνια, όπου n είναι ο αριθμός των κύκλων.

Για παράδειγμα:

Ιδιαίτερη θέση στη βιοοργανική χημεία κατέχει η ερώτηση αρωματικότητα ετεροκυκλικών ενώσεων.

Σε κυκλικά μόρια που περιέχουν ετεροάτομα (άζωτο, θείο, οξυγόνο), σχηματίζεται ένα απλό νέφος ηλεκτρονίων p με τη συμμετοχή p-τροχιακών ατόμων άνθρακα και ενός ετεροατόμου.

Πενταμελές ετεροκυκλικές ενώσεις

Το αρωματικό σύστημα σχηματίζεται από την αλληλεπίδραση 4 p-τροχιακών C και ενός τροχιακού ενός ετεροατόμου, το οποίο περιέχει 2 ηλεκτρόνια. Έξι p ηλεκτρόνια σχηματίζουν τον αρωματικό σκελετό. Ένα τέτοιο συζευγμένο σύστημα είναι ηλεκτρονικά περιττό. Στο πυρρόλιο, το άτομο Ν βρίσκεται στην υβριδοποιημένη κατάσταση SP 2.

Η πυρρόλη είναι μέρος πολλών βιολογικά σημαντικών ουσιών. Τέσσερις δακτύλιοι πυρρολίου σχηματίζουν πορφίνη, ένα αρωματικό σύστημα με 26 p - ηλεκτρόνια και υψηλή ενέργεια σύζευξης (840 kJ/mol)

Η δομή της πορφίνης είναι μέρος της αιμοσφαιρίνης και της χλωροφύλλης

Εξαμελείς ετεροκυκλικές ενώσεις

Το αρωματικό σύστημα στα μόρια αυτών των ενώσεων σχηματίζεται από την αλληλεπίδραση πέντε p-τροχιακών ατόμων άνθρακα και ενός p-τροχιακού ατόμου αζώτου. Δύο ηλεκτρόνια σε δύο τροχιακά SP 2 εμπλέκονται στο σχηματισμό δεσμών s - με τα άτομα άνθρακα του δακτυλίου. Το τροχιακό P με ένα ηλεκτρόνιο περιλαμβάνεται στον αρωματικό σκελετό. SP 2 - ένα τροχιακό με ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων βρίσκεται στο επίπεδο του σκελετού s.

Η πυκνότητα ηλεκτρονίων στην πυριμιδίνη μετατοπίζεται προς το Ν, δηλαδή, το σύστημα εξαντλείται από p - ηλεκτρόνια, έχει έλλειψη ηλεκτρονίων.

Πολλές ετεροκυκλικές ενώσεις μπορεί να περιέχουν ένα ή περισσότερα ετεροάτομα

Οι πυρήνες της πυρρόλης, της πυριμιδίνης και της πουρίνης αποτελούν μέρος πολλών βιολογικά ενεργών μορίων.

Αμοιβαία επίδραση ατόμων σε μόρια οργανικών ενώσεων και μέθοδοι μετάδοσής της

Όπως έχει ήδη σημειωθεί, οι δεσμοί σε μόρια οργανικών ενώσεων πραγματοποιούνται λόγω των δεσμών s και p· η πυκνότητα ηλεκτρονίων κατανέμεται ομοιόμορφα μεταξύ των συνδεδεμένων ατόμων μόνο όταν αυτά τα άτομα είναι ίδια ή κοντά σε ηλεκτραρνητικότητα. Τέτοιες συνδέσεις ονομάζονται μη πολικό.

CH 3 -CH 2 →CI πολικός δεσμός

Πιο συχνά στην οργανική χημεία έχουμε να κάνουμε με πολικούς δεσμούς.

Εάν η πυκνότητα των ηλεκτρονίων μετατοπιστεί προς ένα πιο ηλεκτραρνητικό άτομο, τότε ένας τέτοιος δεσμός ονομάζεται πολικός. Με βάση τις τιμές της ενέργειας των δεσμών, ο Αμερικανός χημικός L. Pauling πρότεινε ένα ποσοτικό χαρακτηριστικό της ηλεκτραρνητικότητας των ατόμων. Παρακάτω είναι η κλίμακα Pauling.

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

Τα άτομα άνθρακα σε διαφορετικές καταστάσεις υβριδισμού διαφέρουν ως προς την ηλεκτραρνητικότητα. Επομένως, το s - ο δεσμός μεταξύ υβριδισμένων ατόμων SP 3 και SP 2 - είναι πολικός

Επαγωγικό αποτέλεσμα

Η μεταφορά της πυκνότητας ηλεκτρονίων μέσω του μηχανισμού της ηλεκτροστατικής επαγωγής κατά μήκος μιας αλυσίδας δεσμών s ονομάζεται με επαγωγή, το αποτέλεσμα ονομάζεται επαγωγικόςκαι συμβολίζεται με J. Η επίδραση του J, κατά κανόνα, εξασθενεί μέσω τριών δεσμών, αλλά τα στενά τοποθετημένα άτομα υφίστανται μια μάλλον ισχυρή επίδραση του κοντινού διπόλου.

Οι υποκαταστάτες που μετατοπίζουν την πυκνότητα των ηλεκτρονίων κατά μήκος της αλυσίδας του δεσμού s προς την κατεύθυνσή τους παρουσιάζουν ένα φαινόμενο -J – και αντίστροφα +J.

Ένας απομονωμένος δεσμός p, καθώς και ένα μεμονωμένο νέφος ηλεκτρονίων p ενός ανοιχτού ή κλειστού συζευγμένου συστήματος, μπορούν εύκολα να πολωθούν υπό την επίδραση των υποκαταστατών EA και ED. Σε αυτές τις περιπτώσεις, το επαγωγικό αποτέλεσμα μεταφέρεται στη σύνδεση p, επομένως συμβολίζεται με Jp.

Μεσομερικό αποτέλεσμα (φαινόμενο σύζευξης)

Η ανακατανομή της πυκνότητας ηλεκτρονίων σε ένα συζευγμένο σύστημα υπό την επίδραση ενός υποκαταστάτη που είναι μέλος αυτού του συζευγμένου συστήματος ονομάζεται μεσομερικό αποτέλεσμα(Μ-επίδραση).

Προκειμένου ένας υποκαταστάτης να είναι μέρος ενός συζευγμένου συστήματος, πρέπει να έχει είτε διπλό δεσμό (σύζευξη p,p) είτε ετεροάτομο με ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων (σύζευξη r,p). M – το αποτέλεσμα μεταδίδεται μέσω του συζευγμένου συστήματος χωρίς εξασθένηση.

Οι υποκαταστάτες που μειώνουν την πυκνότητα των ηλεκτρονίων σε ένα συζευγμένο σύστημα (μετατοπισμένη πυκνότητα ηλεκτρονίων προς την κατεύθυνσή του) παρουσιάζουν ένα φαινόμενο -M και οι υποκαταστάτες που αυξάνουν την πυκνότητα ηλεκτρονίων σε ένα συζευγμένο σύστημα παρουσιάζουν ένα φαινόμενο +M.

Ηλεκτρονικές επιδράσεις υποκαταστατών

Η αντιδραστικότητα των οργανικών ουσιών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη φύση των επιδράσεων J και M. Η γνώση των θεωρητικών δυνατοτήτων των ηλεκτρονικών επιδράσεων μας επιτρέπει να προβλέψουμε την πορεία ορισμένων χημικών διεργασιών.

Οξεοβασικές ιδιότητες οργανικών ενώσεων Ταξινόμηση οργανικών αντιδράσεων.

Περίγραμμα διάλεξης

Η έννοια του υποστρώματος, πυρηνόφιλου, ηλεκτροφίλου.

Ταξινόμηση οργανικών αντιδράσεων.

αναστρέψιμη και μη αναστρέψιμη

ριζικό, ηλεκτροφιλικό, πυρηνόφιλο, σύγχρονο.

μονο- και διμοριακή

αντιδράσεις υποκατάστασης

αντιδράσεις προσθήκης

αντιδράσεις εξάλειψης

οξείδωση και αναγωγή

αλληλεπιδράσεις οξέος-βάσης

Οι αντιδράσεις είναι τοποεκλεκτικές, χημειοεκλεκτικές, στερεοεκλεκτικές.

Ηλεκτρόφιλες αντιδράσεις προσθήκης. Η κυριαρχία του Μορκόβνικοφ, η ένταξη του Μορκόβνικοφ.

Αντιδράσεις ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης: προσανατολιστές 1ου και 2ου είδους.

Οξεοβασικές ιδιότητες οργανικών ενώσεων.

Bronsted οξύτητα και βασικότητα

Lewis οξύτητα και βασικότητα

Θεωρία σκληρών και μαλακών οξέων και βάσεων.

Ταξινόμηση οργανικών αντιδράσεων

Η συστηματοποίηση των οργανικών αντιδράσεων καθιστά δυνατή τη μείωση της ποικιλομορφίας αυτών των αντιδράσεων σε έναν σχετικά μικρό αριθμό τύπων. Οι οργανικές αντιδράσεις μπορούν να ταξινομηθούν:

προς: αναστρέψιμη και μη αναστρέψιμη

από τη φύση των αλλαγών στους δεσμούς στο υπόστρωμα και στο αντιδραστήριο.

Υπόστρωμα– ένα μόριο που παρέχει ένα άτομο άνθρακα για να σχηματίσει έναν νέο δεσμό

Αντιδραστήριο- μια ένωση που δρα στο υπόστρωμα.

Οι αντιδράσεις που βασίζονται στη φύση των αλλαγών στους δεσμούς στο υπόστρωμα και το αντιδραστήριο μπορούν να χωριστούν σε:

ριζοσπάστης R

ηλεκτροφιλικό Ε

πυρηνόφιλο N(Y)

σύγχρονη ή συντονισμένη

Μηχανισμός αντιδράσεων SR

Την έναρξη

Ανάπτυξη της αλυσίδας

Ανοικτό κύκλωμα

ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΜΕ ΤΕΛΙΚΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ

Η αντιστοιχία με το τελικό αποτέλεσμα της αντίδρασης είναι:

Α) αντιδράσεις υποκατάστασης

Β) αντιδράσεις προσθήκης

Β) αντιδράσεις αποβολής

Δ) ανασυγκροτήσεις

Δ) οξείδωση και αναγωγή

Ε) αλληλεπιδράσεις οξέος-βάσης

Συμβαίνουν επίσης αντιδράσεις:

Περιφερειακά επιλεκτικά– κατά προτίμηση ρέει μέσα από ένα από τα πολλά κέντρα αντίδρασης.

Χημειοεκλεκτικό– προτιμησιακή αντίδραση για μία από τις σχετικές λειτουργικές ομάδες.

Στερεοεκλεκτικό– προτιμώμενος σχηματισμός ενός από πολλά στερεοϊσομερή.

Δραστικότητα αλκενίων, αλκανίων, αλκαδιενίων, αρενών και ετεροκυκλικών ενώσεων

Η βάση των οργανικών ενώσεων είναι οι υδρογονάνθρακες. Θα εξετάσουμε μόνο εκείνες τις αντιδράσεις που πραγματοποιούνται υπό βιολογικές συνθήκες και, κατά συνέπεια, όχι με τους ίδιους τους υδρογονάνθρακες, αλλά με τη συμμετοχή ριζών υδρογονανθράκων.

Οι ακόρεστοι υδρογονάνθρακες περιλαμβάνουν αλκένια, αλκαδιένια, αλκίνια, κυκλοαλκένια και αρωματικούς υδρογονάνθρακες. Η ενοποιητική αρχή για αυτούς είναι το π – το νέφος ηλεκτρονίων. Υπό δυναμικές συνθήκες, οι οργανικές ενώσεις τείνουν επίσης να προσβάλλονται από E+

Ωστόσο, οι αντιδράσεις αλληλεπίδρασης για αλκίνια και αρένες με αντιδραστήρια οδηγούν σε διαφορετικά αποτελέσματα, αφού σε αυτές τις ενώσεις η φύση του νέφους π - ηλεκτρονίων είναι διαφορετική: εντοπισμένη και μη εντοπισμένη.

Θα ξεκινήσουμε την εξέταση των μηχανισμών αντίδρασης με τις αντιδράσεις A E. Όπως γνωρίζουμε, τα αλκένια αλληλεπιδρούν με

Μηχανισμός αντίδρασης ενυδάτωσης

Σύμφωνα με τον κανόνα του Markovnikov - η προσθήκη σε ακόρεστους υδρογονάνθρακες μιας ασύμμετρης δομής ενώσεων με τον γενικό τύπο HX - ένα άτομο υδρογόνου προστίθεται στο πιο υδρογονωμένο άτομο άνθρακα, εάν ο υποκαταστάτης είναι ED. Στην προσθήκη αντι-Markovnikov, ένα άτομο υδρογόνου προστίθεται στο λιγότερο υδρογονωμένο εάν ο υποκαταστάτης είναι ΕΑ.

Οι αντιδράσεις ηλεκτροφιλικής υποκατάστασης σε αρωματικά συστήματα έχουν τα δικά τους χαρακτηριστικά. Το πρώτο χαρακτηριστικό είναι ότι η αλληλεπίδραση με ένα θερμοδυναμικά σταθερό αρωματικό σύστημα απαιτεί ισχυρά ηλεκτρόφιλα, τα οποία παράγονται συνήθως χρησιμοποιώντας καταλύτες.

Μηχανισμός αντίδρασης S E

ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΕΠΙΡΡΟΗΣ
ΑΝΑΠΛΗΡΩΤΗΣ

Εάν υπάρχει οποιοσδήποτε υποκαταστάτης στον αρωματικό δακτύλιο, τότε αναγκαστικά επηρεάζει την κατανομή της πυκνότητας ηλεκτρονίων του δακτυλίου. ED - υποκαταστάτες (προσανατολιστές της 1ης σειράς) CH 3, OH, OR, NH 2, NR 2 - διευκολύνουν την υποκατάσταση σε σύγκριση με το μη υποκατεστημένο βενζόλιο και κατευθύνουν την εισερχόμενη ομάδα στην ορθο- και παρα-θέση. Εάν οι υποκαταστάτες ΕΔ είναι ισχυροί, τότε δεν απαιτείται καταλύτης· αυτές οι αντιδράσεις προχωρούν σε 3 στάδια.

Οι υποκαταστάτες ΕΑ (προσανατολιστές του δεύτερου είδους) εμποδίζουν τις αντιδράσεις ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης σε σύγκριση με το μη υποκατεστημένο βενζόλιο. Η αντίδραση SE λαμβάνει χώρα κάτω από πιο αυστηρές συνθήκες· η εισερχόμενη ομάδα εισέρχεται σε μια μετα-θέση. Οι υποκαταστάτες τύπου II περιλαμβάνουν:

COOH, SO 3 H, CHO, αλογόνα κ.λπ.

Οι αντιδράσεις SE είναι επίσης χαρακτηριστικές για τους ετεροκυκλικούς υδρογονάνθρακες. Το πυρρόλιο, το φουράνιο, το θειοφαίνιο και τα παράγωγά τους ανήκουν σε συστήματα περίσσειας π και εισέρχονται πολύ εύκολα σε αντιδράσεις SE. Αλογονώνονται εύκολα, αλκυλιώνονται, ακυλιώνονται, σουλφονώνονται και νιτρώνονται. Κατά την επιλογή των αντιδραστηρίων, είναι απαραίτητο να λαμβάνεται υπόψη η αστάθειά τους σε ένα έντονα όξινο περιβάλλον, δηλαδή η οξύφοβος.

Η πυριδίνη και άλλα ετεροκυκλικά συστήματα με άτομο αζώτου πυριδίνης είναι συστήματα π-ανεπαρκούς, είναι πολύ πιο δύσκολο να εισέλθουν σε αντιδράσεις SE και το εισερχόμενο ηλεκτρόφιλο καταλαμβάνει τη θέση β σε σχέση με το άτομο αζώτου.

Όξινες και βασικές ιδιότητες οργανικών ενώσεων

Οι πιο σημαντικές πτυχές της αντιδραστικότητας των οργανικών ενώσεων είναι οι οξεοβασικές ιδιότητες των οργανικών ενώσεων.

Οξύτητα και βασικότηταεπίσης σημαντικές έννοιες που καθορίζουν πολλές λειτουργικές φυσικοχημικές και βιολογικές ιδιότητες των οργανικών ενώσεων. Η κατάλυση οξέων και βάσεων είναι μια από τις πιο κοινές ενζυματικές αντιδράσεις. Τα αδύναμα οξέα και βάσεις είναι κοινά συστατικά των βιολογικών συστημάτων που παίζουν σημαντικό ρόλο στο μεταβολισμό και στη ρύθμισή του.

Υπάρχουν πολλές έννοιες οξέων και βάσεων στην οργανική χημεία. Η θεωρία Brønsted των οξέων και βάσεων, γενικά αποδεκτή στην ανόργανη και οργανική χημεία. Σύμφωνα με τον Brønsted, τα οξέα είναι ουσίες που μπορούν να δώσουν ένα πρωτόνιο και οι βάσεις είναι ουσίες που μπορούν να δεχτούν ένα πρωτόνιο.

Bronsted οξύτητα

Κατ' αρχήν, οι περισσότερες οργανικές ενώσεις μπορούν να θεωρηθούν ως οξέα, αφού στις οργανικές ενώσεις το H συνδέεται με C, N O S

Τα οργανικά οξέα διακρίνονται αναλόγως σε οξέα C – H, N – H, O – H, S-H – οξέα.

Η οξύτητα εκτιμάται με τη μορφή Ka ή - log Ka = pKa, όσο χαμηλότερη είναι η pKa, τόσο ισχυρότερο είναι το οξύ.

Δεν έχει προσδιοριστεί ποσοτική αξιολόγηση της οξύτητας των οργανικών ενώσεων για όλες τις οργανικές ουσίες. Ως εκ τούτου, είναι σημαντικό να αναπτυχθεί η ικανότητα διεξαγωγής μιας ποιοτικής αξιολόγησης των όξινων ιδιοτήτων διαφόρων θέσεων οξέος. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιείται μια γενική μεθοδολογική προσέγγιση.

Η ισχύς του οξέος καθορίζεται από τη σταθερότητα του ανιόντος (συζευγμένη βάση). Όσο πιο σταθερό είναι το ανιόν, τόσο ισχυρότερο είναι το οξύ.

Η σταθερότητα του ανιόντος καθορίζεται από έναν συνδυασμό πολλών παραγόντων:

ηλεκτραρνητικότητα και πολικότητα του στοιχείου στο κέντρο οξέος.

ο βαθμός μετεγκατάστασης του αρνητικού φορτίου στο ανιόν.

τη φύση της ρίζας που σχετίζεται με το κέντρο οξέος.

επιδράσεις διαλυτοποίησης (επιρροή διαλύτη)

Ας εξετάσουμε τον ρόλο όλων αυτών των παραγόντων διαδοχικά:

Επίδραση ηλεκτραρνητικότητας στοιχείων

Όσο πιο ηλεκτραρνητικό είναι το στοιχείο, τόσο πιο αποτοπικό είναι το φορτίο και όσο πιο σταθερό είναι το ανιόν, τόσο ισχυρότερο είναι το οξύ.

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

Επομένως, η οξύτητα αλλάζει στη σειρά CH< NН < ОН

Για τα οξέα SH, κυριαρχεί ένας άλλος παράγοντας - η πόλωση.

Το άτομο θείου είναι μεγαλύτερο σε μέγεθος και έχει κενά d τροχιακά. Ως εκ τούτου, το αρνητικό φορτίο μπορεί να μετατοπιστεί σε μεγάλο όγκο, με αποτέλεσμα τη μεγαλύτερη σταθερότητα του ανιόντος.

Οι θειόλες, ως ισχυρότερα οξέα, αντιδρούν με αλκάλια, καθώς και με οξείδια και άλατα βαρέων μετάλλων, ενώ οι αλκοόλες (ασθενή οξέα) μπορούν να αντιδράσουν μόνο με ενεργά μέταλλα

Η σχετικά υψηλή οξύτητα των τολών χρησιμοποιείται στην ιατρική και στη χημεία των φαρμάκων. Για παράδειγμα:

Χρησιμοποιείται για δηλητηρίαση με As, Hg, Cr, Bi, η επίδραση των οποίων οφείλεται στη δέσμευση των μετάλλων και στην απομάκρυνσή τους από το σώμα. Για παράδειγμα:

Κατά την αξιολόγηση της οξύτητας ενώσεων με το ίδιο άτομο στο κέντρο του οξέος, ο καθοριστικός παράγοντας είναι η μετεγκατάσταση του αρνητικού φορτίου στο ανιόν. Η σταθερότητα του ανιόντος αυξάνεται σημαντικά με την εμφάνιση της πιθανότητας μετεγκατάστασης του αρνητικού φορτίου κατά μήκος του συστήματος των συζευγμένων δεσμών. Μια σημαντική αύξηση της οξύτητας στις φαινόλες, σε σύγκριση με τις αλκοόλες, εξηγείται από την πιθανότητα μετεγκατάστασης σε ιόντα σε σύγκριση με το μόριο.

Η υψηλή οξύτητα των καρβοξυλικών οξέων οφείλεται στη σταθερότητα συντονισμού του καρβοξυλικού ανιόντος

Η μετατόπιση του φορτίου διευκολύνεται από την παρουσία υποκαταστατών που αποσπούν ηλεκτρόνια (ΕΑ), σταθεροποιούν τα ανιόντα, αυξάνοντας έτσι την οξύτητα. Για παράδειγμα, η εισαγωγή ενός υποκαταστάτη σε ένα μόριο ΕΑ

Επίδραση υποκαταστάτη και διαλύτη

α - τα υδροξυοξέα είναι ισχυρότερα οξέα από τα αντίστοιχα καρβοξυλικά οξέα.

ED - οι υποκαταστάτες, αντίθετα, μειώνουν την οξύτητα. Οι διαλύτες έχουν μεγαλύτερη επιρροή στη σταθεροποίηση του ανιόντος· κατά κανόνα, μικρά ιόντα με χαμηλό βαθμό μετατόπισης φορτίου επιδιαλυτώνονται καλύτερα.

Η επίδραση της επίλυσης μπορεί να εντοπιστεί, για παράδειγμα, στη σειρά:

Εάν ένα άτομο σε κέντρο οξέος φέρει θετικό φορτίο, αυτό οδηγεί σε αυξημένη οξύτητα.

Ερώτηση προς το κοινό: ποιο οξύ - οξικό ή παλμιτικό C 15 H 31 COOH - πρέπει να έχει χαμηλότερη τιμή pKa;

Εάν το άτομο στο κέντρο του οξέος φέρει θετικό φορτίο, αυτό οδηγεί σε αυξημένη οξύτητα.

Μπορεί να σημειωθεί η ισχυρή CH - οξύτητα του συμπλόκου σ - που σχηματίζεται στην αντίδραση ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης.

Βασικότητα Bronsted

Για να σχηματιστεί ένας δεσμός με ένα πρωτόνιο, είναι απαραίτητο ένα μη κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων στο ετεροάτομο,

ή να είναι ανιόντα. Υπάρχουν p-βάσεις και

π βάσεις, όπου είναι το κέντρο της βασικότητας

ηλεκτρόνια ενός εντοπισμένου π δεσμού ή π ηλεκτρόνια ενός συζευγμένου συστήματος (συστατικά π)

Η αντοχή της βάσης εξαρτάται από τους ίδιους παράγοντες με την οξύτητα, αλλά η επιρροή τους είναι αντίθετη. Όσο μεγαλύτερη είναι η ηλεκτραρνητικότητα ενός ατόμου, τόσο πιο σφιχτά συγκρατεί ένα μοναχικό ζεύγος ηλεκτρονίων και τόσο λιγότερο διαθέσιμο είναι για δεσμούς με ένα πρωτόνιο. Στη συνέχεια, γενικά, η ισχύς των n-βάσεων με τον ίδιο υποκαταστάτη αλλάζει στη σειρά:

Οι πιο βασικές οργανικές ενώσεις είναι οι αμίνες και οι αλκοόλες:

Τα άλατα οργανικών ενώσεων με ανόργανα οξέα είναι πολύ διαλυτά. Πολλά φάρμακα χρησιμοποιούνται με τη μορφή αλάτων.

Οξεοβασικό κέντρο σε ένα μόριο (αμφοτερικό)

Δεσμοί υδρογόνου ως αλληλεπιδράσεις οξέος-βάσης

Για όλα τα α - αμινοξέα κυριαρχούν οι κατιονικές μορφές σε έντονα όξινα και ανιονικά σε έντονα αλκαλικά περιβάλλοντα.

Η παρουσία ασθενών όξινων και βασικών κέντρων οδηγεί σε ασθενείς αλληλεπιδράσεις - δεσμούς υδρογόνου. Για παράδειγμα: η ιμιδαζόλη, με χαμηλό μοριακό βάρος, έχει υψηλό σημείο βρασμού λόγω της παρουσίας δεσμών υδρογόνου.

Ο J. Lewis πρότεινε μια γενικότερη θεωρία οξέων και βάσεων, βασισμένη στη δομή των ηλεκτρονικών κελυφών.

Ένα οξύ Lewis μπορεί να είναι ένα άτομο, μόριο ή κατιόν που έχει ένα κενό τροχιακό ικανό να δεχθεί ένα ζεύγος ηλεκτρονίων για να σχηματίσει έναν δεσμό.

Εκπρόσωποι των οξέων Lewis είναι τα αλογονίδια των στοιχείων των ομάδων II και III του περιοδικού συστήματος D.I. Μεντελέεφ.

Οι βάσεις Lewis είναι ένα άτομο, μόριο ή ανιόν ικανό να δώσει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων.

Οι βάσεις Lewis περιλαμβάνουν αμίνες, αλκοόλες, αιθέρες, θειόλες, θειοαιθέρες και ενώσεις που περιέχουν π δεσμούς.

Για παράδειγμα, η παρακάτω αλληλεπίδραση μπορεί να αναπαρασταθεί ως αλληλεπίδραση οξέος-βάσης Lewis

Μια σημαντική συνέπεια της θεωρίας του Lewis είναι ότι οποιαδήποτε οργανική ουσία μπορεί να αναπαρασταθεί ως σύμπλοκο οξέος-βάσης.

Στις οργανικές ενώσεις, οι ενδομοριακοί δεσμοί υδρογόνου εμφανίζονται πολύ λιγότερο συχνά από τους διαμοριακούς, αλλά εμφανίζονται επίσης σε βιοοργανικές ενώσεις και μπορούν να θεωρηθούν ως αλληλεπιδράσεις οξέος-βάσης.

Οι έννοιες «σκληρό» και «μαλακό» δεν είναι ταυτόσημες με τα ισχυρά και τα αδύναμα οξέα και βάσεις. Αυτά είναι δύο ανεξάρτητα χαρακτηριστικά. Η ουσία του LCMO είναι ότι τα σκληρά οξέα αντιδρούν με σκληρές βάσεις και τα μαλακά οξέα με μαλακές βάσεις.

Σύμφωνα με την αρχή του Pearson των σκληρών και μαλακών οξέων και βάσεων (HABP), τα οξέα Lewis χωρίζονται σε σκληρά και μαλακά. Τα σκληρά οξέα είναι άτομα δέκτη με μικρό μέγεθος, μεγάλο θετικό φορτίο, υψηλή ηλεκτραρνητικότητα και χαμηλή πόλωση.

Τα μαλακά οξέα είναι μεγάλα άτομα δέκτη με μικρό θετικό φορτίο, χαμηλή ηλεκτραρνητικότητα και υψηλή πολικότητα.

Η ουσία του LCMO είναι ότι τα σκληρά οξέα αντιδρούν με σκληρές βάσεις και τα μαλακά οξέα με μαλακές βάσεις. Για παράδειγμα:

Οξείδωση και αναγωγή οργανικών ενώσεων

Οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής είναι υψίστης σημασίας για τις διαδικασίες της ζωής. Με τη βοήθειά τους, ο οργανισμός ικανοποιεί τις ενεργειακές του ανάγκες, αφού η οξείδωση των οργανικών ουσιών απελευθερώνει ενέργεια.

Από την άλλη πλευρά, αυτές οι αντιδράσεις χρησιμεύουν για τη μετατροπή της τροφής σε κυτταρικά συστατικά. Οι αντιδράσεις οξείδωσης προάγουν την αποτοξίνωση και την απομάκρυνση των φαρμάκων από το σώμα.

Η οξείδωση είναι η διαδικασία αφαίρεσης του υδρογόνου για να σχηματιστεί ένας πολλαπλός δεσμός ή νέοι πιο πολικοί δεσμοί.

Η αναγωγή είναι η αντίστροφη διαδικασία οξείδωσης.

Η οξείδωση των οργανικών υποστρωμάτων προχωρά πιο εύκολα, τόσο πιο έντονη είναι η τάση του να εγκαταλείπει ηλεκτρόνια.

Η οξείδωση και η αναγωγή πρέπει να λαμβάνονται υπόψη σε σχέση με συγκεκριμένες κατηγορίες ενώσεων.

Οξείδωση δεσμών C-H (αλκάνια και αλκύλια)

Όταν τα αλκάνια καίγονται εντελώς, σχηματίζονται CO 2 και H 2 O και απελευθερώνεται θερμότητα. Άλλοι τρόποι οξείδωσης και αναγωγής τους μπορούν να αντιπροσωπευτούν από τα ακόλουθα σχήματα:

Η οξείδωση των κορεσμένων υδρογονανθράκων λαμβάνει χώρα υπό σκληρές συνθήκες (το μείγμα χρωμίου είναι ζεστό)· τα μαλακότερα οξειδωτικά δεν τους επηρεάζουν. Τα ενδιάμεσα προϊόντα οξείδωσης είναι οι αλκοόλες, οι αλδεΰδες, οι κετόνες και τα οξέα.

Τα υδροϋπεροξείδια R – O – OH είναι τα πιο σημαντικά ενδιάμεσα προϊόντα της οξείδωσης των δεσμών C – H κάτω από ήπιες συνθήκες, ιδιαίτερα in vivo

Μια σημαντική αντίδραση οξείδωσης των δεσμών C-H υπό συνθήκες σώματος είναι η ενζυματική υδροξυλίωση.

Ένα παράδειγμα θα ήταν η παραγωγή αλκοολών μέσω της οξείδωσης των τροφίμων. Λόγω του μοριακού οξυγόνου και των ενεργών μορφών του. πραγματοποιείται in vivo.

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου μπορεί να χρησιμεύσει ως υδροξυλιωτικός παράγοντας στο σώμα.

Η περίσσεια υπεροξειδίου πρέπει να αποσυντεθεί από την καταλάση σε νερό και οξυγόνο.

Η οξείδωση και η αναγωγή των αλκενίων μπορεί να αναπαρασταθεί από τους ακόλουθους μετασχηματισμούς:

Αναγωγή αλκενίου

Οξείδωση και αναγωγή αρωματικών υδρογονανθράκων

Το βενζόλιο είναι εξαιρετικά δύσκολο να οξειδωθεί ακόμη και κάτω από σκληρές συνθήκες σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα:

Η ικανότητα οξείδωσης αυξάνεται σημαντικά από το βενζόλιο στο ναφθαλίνιο και περαιτέρω στο ανθρακένιο.

Οι υποκαταστάτες ED διευκολύνουν την οξείδωση των αρωματικών ενώσεων. EA – εμποδίζουν την οξείδωση. Ανάκτηση βενζολίου.

C 6 H 6 + 3 H 2

Ενζυματική υδροξυλίωση αρωματικών ενώσεων

Οξείδωση αλκοολών

Σε σύγκριση με τους υδρογονάνθρακες, η οξείδωση των αλκοολών συμβαίνει κάτω από ηπιότερες συνθήκες

Η πιο σημαντική αντίδραση των διολών σε συνθήκες σώματος είναι ο μετασχηματισμός στο σύστημα κινόνης-υδροκινόνης

Η μεταφορά ηλεκτρονίων από το υπόστρωμα στο οξυγόνο συμβαίνει στα μεταχόνδρια.

Οξείδωση και αναγωγή αλδεΰδων και κετονών

Μία από τις πιο εύκολα οξειδωμένες κατηγορίες οργανικών ενώσεων

2H 2 C = O + H 2 O CH 3 OH + HCOOH ρέει ιδιαίτερα εύκολα στο φως

Οξείδωση αζωτούχων ενώσεων

Οι αμίνες οξειδώνονται αρκετά εύκολα· τα τελικά προϊόντα της οξείδωσης είναι νιτροενώσεις

Η εξαντλητική μείωση των ουσιών που περιέχουν άζωτο οδηγεί στο σχηματισμό αμινών.

Οξείδωση αμινών in vivo

Οξείδωση και αναγωγή θειολών

Συγκριτικά χαρακτηριστικά των ιδιοτήτων Ο-Β οργανικών ενώσεων.

Οι θειόλες και οι 2-ατομικές φαινόλες οξειδώνονται πιο εύκολα. Οι αλδεΰδες οξειδώνονται αρκετά εύκολα. Οι αλκοόλες είναι πιο δύσκολο να οξειδωθούν και οι πρωτογενείς είναι πιο εύκολοι από τις δευτερογενείς και τριτοταγείς. Οι κετόνες είναι ανθεκτικές στην οξείδωση ή οξειδώνονται με τη διάσπαση του μορίου.

Τα αλκίνια οξειδώνονται εύκολα ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου.

Οι πιο δύσκολες στην οξείδωση είναι ενώσεις που περιέχουν άτομα άνθρακα σε κατάσταση υβριδοποίησης Sp3, δηλαδή κορεσμένα θραύσματα μορίων.

ED – οι υποκαταστάτες διευκολύνουν την οξείδωση

EA – εμποδίζουν την οξείδωση.

Ειδικές ιδιότητες πολυ- και ετερολειτουργικών ενώσεων.

Περίγραμμα διάλεξης

Η πολυ- και ετερολειτουργικότητα ως παράγοντας αύξησης της αντιδραστικότητας των οργανικών ενώσεων.

Ειδικές ιδιότητες πολυ- και ετερολειτουργικών ενώσεων:

σχηματισμός αμφοτερικότητας ενδομοριακών αλάτων.

ενδομοριακή κυκλοποίηση γ, δ, ε – ετερολειτουργικών ενώσεων.

διαμοριακή κυκλοποίηση (λακτίδια και δεκετοπυπυροσίνες)

χηλίωση.

αντιδράσεις εξάλειψης των βήτα-ετερολειτουργικών

συνδέσεις.

ταυτομερισμός κετο-ενόλης. Φωσφοενολοπυροσταφυλική, ως

μακροεργική ένωση.

αποκαρβοξυλίωση.

στερεοισομερεία

Η πολυ- και ετερολειτουργικότητα ως ο λόγος για την εμφάνιση ειδικών ιδιοτήτων σε υδροξυ, αμινοξέα και οξοξέα.

Η παρουσία πολλών πανομοιότυπων ή διαφορετικών λειτουργικών ομάδων σε ένα μόριο είναι χαρακτηριστικό γνώρισμα βιολογικά σημαντικών οργανικών ενώσεων. Ένα μόριο μπορεί να περιέχει δύο ή περισσότερες υδροξυλομάδες, αμινομάδες ή καρβοξυλομάδες. Για παράδειγμα:

Μια σημαντική ομάδα ουσιών που εμπλέκονται στη ζωτική δραστηριότητα είναι οι ετερολειτουργικές ενώσεις που έχουν ένα συνδυασμό διαφορετικών λειτουργικών ομάδων ανά ζεύγη. Για παράδειγμα:

Στις αλειφατικές ενώσεις, όλες οι παραπάνω λειτουργικές ομάδες εμφανίζουν χαρακτήρα ΕΑ. Λόγω της επιρροής τους μεταξύ τους, η αντιδραστικότητα τους ενισχύεται αμοιβαία. Για παράδειγμα, στα οξοξέα, η ηλεκτροφιλικότητα καθενός από τα δύο άτομα άνθρακα καρβονυλίου ενισχύεται από το -J της άλλης λειτουργικής ομάδας, οδηγώντας σε ευκολότερη επίθεση από πυρηνόφιλα αντιδραστήρια.

Δεδομένου ότι το φαινόμενο I εξασθενεί μετά από 3-4 δεσμούς, μια σημαντική περίσταση είναι η εγγύτητα της θέσης των λειτουργικών ομάδων στην υδρογονανθρακική αλυσίδα. Οι ετερολειτουργικές ομάδες μπορούν να βρίσκονται στο ίδιο άτομο άνθρακα (α - διάταξη) ή σε διαφορετικά άτομα άνθρακα, τόσο γειτονικά (διάταξη β) όσο και πιο απομακρυσμένα μεταξύ τους (γ, δέλτα, έψιλον).

Κάθε ετερολειτουργική ομάδα διατηρεί τη δική της αντιδραστικότητα· πιο συγκεκριμένα, οι ετερολειτουργικές ενώσεις εισέρχονται σε έναν «διπλό» αριθμό χημικών αντιδράσεων. Όταν η αμοιβαία διάταξη των ετερολειτουργικών ομάδων είναι αρκετά κοντά, η αντιδραστικότητα καθεμιάς από αυτές ενισχύεται αμοιβαία.

Με την ταυτόχρονη παρουσία όξινων και βασικών ομάδων στο μόριο, η ένωση γίνεται αμφοτερική.

Για παράδειγμα: αμινοξέα.

Αλληλεπίδραση ετερολειτουργικών ομάδων

Το μόριο των γεωλειτουργικών ενώσεων μπορεί να περιέχει ομάδες ικανές να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Για παράδειγμα, σε αμφοτερικές ενώσεις, όπως τα α-αμινοξέα, είναι δυνατός ο σχηματισμός εσωτερικών αλάτων.

Επομένως, όλα τα α - αμινοξέα εμφανίζονται με τη μορφή βιοπολικών ιόντων και είναι εξαιρετικά διαλυτά στο νερό.

Εκτός από τις αλληλεπιδράσεις οξέος-βάσης, καθίστανται δυνατοί και άλλοι τύποι χημικών αντιδράσεων. Για παράδειγμα, η αντίδραση S N στο SP 2 είναι ένα υβρίδιο ενός ατόμου άνθρακα στην ομάδα καρβονυλίου λόγω της αλληλεπίδρασης με την ομάδα αλκοόλης, του σχηματισμού εστέρων, μιας καρβοξυλικής ομάδας με μια αμινομάδα (σχηματισμός αμιδίων).

Ανάλογα με τη σχετική διάταξη των λειτουργικών ομάδων, αυτές οι αντιδράσεις μπορούν να συμβούν τόσο μέσα σε ένα μόριο (ενδομοριακό) όσο και μεταξύ μορίων (διαμοριακές).

Δεδομένου ότι η αντίδραση έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό κυκλικών αμιδίων και εστέρων. τότε ο καθοριστικός παράγοντας γίνεται η θερμοδυναμική σταθερότητα των κύκλων. Από αυτή την άποψη, το τελικό προϊόν περιέχει συνήθως εξαμελείς ή πενταμελείς δακτυλίους.

Προκειμένου η ενδομοριακή αλληλεπίδραση να σχηματίσει έναν πενταμελή ή εξαμελή δακτύλιο εστέρα (αμιδίου), η ετερολειτουργική ένωση πρέπει να έχει μια διάταξη γάμμα ή σίγμα στο μόριο. Μετά στην τάξη