Element av bioorganisk kemi. Ämne för bioorganisk kemi

Grodno" href="/text/category/grodno/" rel="bookmark">Grodno State Medical University", kandidat för kemivetenskap, docent;

Docent vid institutionen för allmän och bioorganisk kemi vid utbildningsinrättningen "Grodno State Medical University", kandidat för biologiska vetenskaper, docent

Recensenter:

Institutionen för allmän och bioorganisk kemi vid utbildningsinrättningen "Gomel State Medical University";

– huvud Institutionen för bioorganisk kemi, utbildningsinrättningen "Belarusian State Medical University", kandidat för medicinska vetenskaper, docent.

Institutionen för allmän och bioorganisk kemi Utbildningsinstitution "Grodno State Medical University"

(protokoll daterat 01.01.01)

Centrala vetenskapliga och metodologiska rådet för utbildningsinrättningen "Grodno State Medical University"

(protokoll daterat 01.01.01)

Avsnitt om specialitet 1 Medicinsk och psykologisk verksamhet vid utbildnings- och metodföreningen för universitet i Republiken Vitryssland för medicinsk utbildning

(protokoll daterat 01.01.01)

Utgivningsansvarig:

Förste vicerektor för utbildningsinrättningen "Grodno State Medical University", professor, doktor i medicinska vetenskaper

Förklarande anteckning

Relevansen av att studera den akademiska disciplinen

"Bioorganisk kemi"

Bioorganisk kemi är en grundläggande naturvetenskaplig disciplin. Bioorganisk kemi bildades som en självständig vetenskap under andra hälften av 1900-talet i skärningspunkten mellan organisk kemi och biokemi. Relevansen av studiet av bioorganisk kemi beror på de praktiska problem som medicin och jordbruk står inför (att få vitaminer, hormoner, antibiotika, växtstimulerande medel, djur- och insektsbeteenderegulatorer och andra läkemedel), vars lösning är omöjlig utan användning av den teoretiska och praktiska potentialen hos bioorganisk kemi.

Bioorganisk kemi berikas ständigt med nya metoder för isolering och rening av naturliga föreningar, metoder för syntes av naturliga föreningar och deras analoger, kunskap om sambandet mellan föreningars struktur och biologiska aktivitet m.m.

De senaste tillvägagångssätten för medicinsk utbildning, relaterade till att övervinna den reproduktiva stilen i undervisningen, säkerställa studenters kognitiva och forskningsaktivitet, öppnar nya möjligheter för att förverkliga potentialen hos både individen och teamet.

Syftet och målen för disciplinen

Mål: bildandet av nivån av kemisk kompetens i systemet för medicinsk utbildning, vilket säkerställer den efterföljande studien av biomedicinska och kliniska discipliner.

Uppgifter:

Bemästra av studenter de teoretiska grunderna för kemiska omvandlingar av organiska molekyler i förhållande till deras struktur och biologiska aktivitet;

Formation: kunskap om den molekylära grunden för livsprocesser;

Utveckling av färdigheter för att navigera i klassificering, struktur och egenskaper hos organiska föreningar som fungerar som läkemedel;

Bildandet av det kemiska tänkandets logik;

Utveckling av färdigheter att använda metoderna för kvalitativ analys
organiska föreningar;

Kemiska kunskaper och färdigheter, som ligger till grund för kemisk kompetens, kommer att bidra till bildandet av yrkeskompetensen hos den utexaminerade.

Krav för att behärska den akademiska disciplinen

Krav för nivån på att behärska innehållet i disciplinen "Bioorganisk kemi" bestäms av utbildningsstandarden för högre utbildning i det första steget i cykeln för allmänna professionella och speciella discipliner, som utvecklas med hänsyn till kompetenskraven- baserad ansats, som anger minimiinnehållet för disciplinen i form av generaliserade kemiska kunskaper och färdigheter som utgör bioorganisk kompetens universitetsutbildad:

a) generaliserad kunskap:

- förstå essensen av ämnet som vetenskap och dess relation till andra discipliner;

Betydelse för att förstå metaboliska processer;

Konceptet om enheten i strukturen och reaktiviteten hos organiska molekyler;

Grundläggande kemilagar nödvändiga för att förklara de processer som sker i levande organismer;

Kemiska egenskaper och biologisk betydelse för huvudklasserna av organiska föreningar.

b) generaliserade färdigheter:

Förutsäga reaktionsmekanismen baserat på kunskap om strukturen hos organiska molekyler och metoder för att bryta kemiska bindningar;

Förklara reaktionernas betydelse för hur levande system fungerar;

Använd de förvärvade kunskaperna i studiet av biokemi, farmakologi och andra discipliner.

Den akademiska disciplinens struktur och innehåll

I detta program består strukturen av innehållet i disciplinen "bioorganisk kemi" av en introduktion till disciplinen och två avsnitt som täcker allmänna frågor om organiska molekylers reaktivitet, samt egenskaperna hos hetero- och polyfunktionella föreningar involverade i livsprocesser. Varje avsnitt är indelat i ämnen ordnade i en sekvens som säkerställer optimal studie och assimilering av programmaterialet. För varje ämne presenteras generaliserade kunskaper och färdigheter som utgör kärnan i elevernas bioorganiska kompetens. I enlighet med innehållet i varje ämne definieras kraven på kompetens (i form av ett system av generaliserade kunskaper och färdigheter), för bildning och diagnos av vilka tester kan utvecklas.

Lär ut metoder

De viktigaste undervisningsmetoderna som adekvat uppfyller målen för att studera denna disciplin är:

Förklaring och samråd;

Laborationer;

Element av problembaserat lärande (studenters utbildnings- och forskningsarbete);

Introduktion till bioorganisk kemi

Bioorganisk kemi som en vetenskap som studerar organiska ämnens struktur och deras omvandlingar i relation till biologiska funktioner. Studieobjekt av bioorganisk kemi. Den bioorganiska kemins roll i bildandet av en vetenskaplig grund för uppfattningen av biologisk och medicinsk kunskap på modern molekylär nivå.

Teorin om organiska föreningars struktur och dess utveckling i nuvarande skede. Isomerism av organiska föreningar som grund för mångfalden av organiska föreningar. Typer av isomerism av organiska föreningar.

Fysikalisk-kemiska metoder för isolering och studie av organiska föreningar som är viktiga för biomedicinsk analys.

Grundläggande regler för IUPACs systematiska nomenklatur för organiska föreningar: substitutions- och radikalfunktionell nomenklatur.

Den rumsliga strukturen hos organiska molekyler, dess förhållande till typen av hybridisering av kolatomen (sp3-, sp2- och sp-hybridisering). stereokemiska formler. konfiguration och konformation. Konformationer av öppna kedjor (skärmade, hindrade, fasade). Energiegenskaper hos konformationer. Newmans projektionsformler. Rumslig konvergens av vissa delar av kedjan som ett resultat av konformationell jämvikt och som en av orsakerna till den dominerande bildningen av fem- och sexledade ringar. Konformationer av cykliska föreningar (cyklohexan, tetrahydropyran). Energiegenskaper hos stols- och badkonformationer. Axiella och ekvatoriala förbindelser. Relation mellan rumslig struktur och biologisk aktivitet.

Kompetenskrav:

Känna till studieobjekten och huvuduppgifterna för bioorganisk kemi,

· Kunna klassificera organiska föreningar efter kolskelettets struktur och funktionella gruppers karaktär, använda reglerna för systematisk kemisk nomenklatur.

· Känna till huvudtyperna av isomerism av organiska föreningar, kunna bestämma möjliga typer av isomerer genom föreningens strukturformel.

· Att känna till olika typer av hybridisering av kolatomorbitaler, den rumsliga orienteringen av atomens bindningar, deras typ och antal beroende på typen av hybridisering.

· Känna till energiegenskaperna hos konformationerna av cykliska (stol, badkonformationer) och acykliska (inhiberade, skeva, förmörkade konformationer) molekyler, kunna representera dem med hjälp av Newmans projektionsformler.

· Känna till vilka typer av spänningar (torsion, vinkel, van der Waals) som uppstår i olika molekyler, deras inverkan på stabiliteten hos konformationen och molekylen som helhet.

Avsnitt 1. Reaktivitet hos organiska molekyler som ett resultat av ömsesidig påverkan av atomer, mekanismer för organiska reaktioner

Ämne 1. Konjugerade system, aromaticitet, elektroniska effekter av substituenter

Konjugerade system och aromaticitet. Konjugation (p, p - och p, p-konjugation). Konjugerade öppna kedjesystem: 1,3-diener (butadien, isopren), polyener (karotenoider, vitamin A). Konjugera system med en sluten krets. Aromaticitet: aromaticitetskriterier, Hückels aromaticitetsregel. Aromaticitet hos bensoidföreningar (bensen, naftalen, fenantren). Konjugationsenergi. Struktur och orsaker till termodynamisk stabilitet hos karbo- och heterocykliska aromatiska föreningar. Aromaticitet av heterocykliska (pyrrol, imidazol, pyridin, pyrimidin, purin) föreningar. Pyrrol- och pyridinkväveatomer, p-överdrivna och p-bristiga aromatiska system.

Ömsesidig påverkan av atomer och metoder för dess överföring i organiska molekyler. Elektrondelokalisering som en av faktorerna för att öka stabiliteten hos molekyler och joner, dess utbredda förekomst i biologiskt viktiga molekyler (porfin, hem, hemoglobin, etc.). Polarisering av obligationer. Elektroniska effekter av substituenter (induktiva och mesomera) som orsaken till den ojämna fördelningen av elektrondensitet och uppkomsten av reaktionscentra i molekylen. Induktiva och mesomeriska effekter (positiva och negativa), deras grafiska beteckning i strukturformlerna för organiska föreningar. Elektrondonator- och elektronacceptorsubstituenter.

Kompetenskrav:

· Känna till typerna av konjugation och kunna bestämma typen av konjugation genom sambandets strukturformel.

· Att känna till kriterierna för aromaticitet, att kunna bestämma tillhörigheten till aromatiska föreningar av karbo- och heterocykliska molekyler genom strukturformeln.

· Att kunna utvärdera atomernas elektroniska bidrag till skapandet av ett enda konjugerat system, känna till den elektroniska strukturen hos pyridin- och pyrrolkväveatomer.

· Känna till de elektroniska effekterna av substituenter, deras orsaker och kunna grafiskt avbilda deras verkan.

· Kunna klassificera substituenter som elektrondonerande eller elektronbortdragande substituenter utifrån deras induktiva och mesomeriska effekter.

· Kunna förutsäga effekten av substituenter på molekylers reaktivitet.

Ämne 2. Kolvätens reaktivitet. Reaktioner av radikal substitution, elektrofil addition och substitution

Allmänna reaktivitetsmönster för organiska föreningar som en kemisk grund för deras biologiska funktion. Kemisk reaktion som process. Begrepp: substrat, reagens, reaktionscentrum, övergångstillstånd, reaktionsprodukt, aktiveringsenergi, reaktionshastighet, mekanism.

Klassificering av organiska reaktioner enligt resultatet (addition, substitution, eliminering, redox) och enligt mekanismen - radikal, jonisk (elektrofil, nukleofil), konsekvent. Reagenstyper: radikal, sur, basisk, elektrofil, nukleofil. Homolytisk och heterolytisk klyvning av kovalenta bindningar i organiska föreningar och resulterande partiklar: fria radikaler, karbokatjoner och karbanjoner. Den elektroniska och rumsliga strukturen hos dessa partiklar och de faktorer som bestämmer deras relativa stabilitet.

Kolvätens reaktivitet. Radikala substitutionsreaktioner: homolytiska reaktioner som involverar CH-bindningar av den sp3-hybridiserade kolatomen. Mekanismen för radikal substitution på exemplet på reaktionen av halogenering av alkaner och cykloalkaner. Begreppet kedjeprocesser. Begreppet regioselektivitet.

Sätt att bilda fria radikaler: fotolys, termolys, redoxreaktioner.

Elektrofila additionsreaktioner ( AE) i serien av omättade kolväten: heterolytiska reaktioner som involverar p-bindningar mellan sp2-hybridiserade kolatomer. Mekanism för hydrerings- och hydrohalogeneringsreaktioner. sur katalys. Markovnikovs styre. Inverkan av statiska och dynamiska faktorer på regioselektiviteten hos elektrofila additionsreaktioner. Egenskaper av elektrofila additionsreaktioner till dienkolväten och små cykler (cyklopropan, cyklobutan).

Elektrofila substitutionsreaktioner ( SE): heterolytiska reaktioner som involverar p-elektronmolnet i det aromatiska systemet. Mekanismen för reaktioner av halogenering, nitrering, alkylering av aromatiska föreningar: p - och s- komplex. Katalysatorns roll (Lewis-syra) i bildandet av en elektrofil partikel.

Inverkan av substituenter i den aromatiska kärnan på föreningars reaktivitet i elektrofila substitutionsreaktioner. Orienterande inverkan av substituenter (orientanter av I- och II-typ).

Kompetenskrav:

· Känna till begreppen substrat, reagens, reaktionscentrum, reaktionsprodukt, aktiveringsenergi, reaktionshastighet, reaktionsmekanism.

· Kunna klassificeringen av reaktioner enligt olika kriterier (efter slutresultatet, genom metoden att bryta bindningar, efter mekanism) och typer av reagens (radikala, elektrofila, nukleofila).

· Känna till den elektroniska och rumsliga strukturen hos reagenser och de faktorer som bestämmer deras relativa stabilitet, kunna jämföra den relativa stabiliteten hos liknande reagens.

· Att känna till sätten att bilda fria radikaler och mekanismen för reaktioner av radikalsubstitution (SR) på exempel på reaktioner av halogenering av alkaner och cykloalakaner.

· Kunna bestämma den statistiska sannolikheten för bildning av möjliga produkter vid radikala substitutionsreaktioner och möjligheten till en regioselektiv process.

· Känna till mekanismen för elektrofila additionsreaktioner (AE) i reaktionerna av halogenering, hydrohalogenering och hydratisering av alkener, kunna kvalitativt bedöma substrats reaktivitet baserat på de elektroniska effekterna av substituenter.

· Känna till Markovnikovs regel och kunna bestämma regioselektiviteten för reaktionerna av hydratisering och hydrohalogenering baserat på inverkan av statiska och dynamiska faktorer.

· Känna till egenskaperna hos elektrofila additionsreaktioner till konjugerade dienkolväten och små cykler (cyklopropan, cyklobutan).

· Känna till mekanismen för elektrofila substitutionsreaktioner (SE) i reaktionerna av halogenering, nitrering, alkylering, acylering av aromatiska föreningar.

· Att utifrån de elektroniska effekterna av substituenter kunna bestämma deras inverkan på den aromatiska kärnans reaktivitet och deras orienterande verkan.

Ämne 3. Syra-basegenskaper hos organiska föreningar

Surhet och basicitet hos organiska föreningar: teorier om Bronsted och Lewis. Stabiliteten hos en sur anjon är en kvalitativ indikator på sura egenskaper. Allmänna mönster i förändringen av sura eller basiska egenskaper i förhållande till atomernas natur i det sura eller basiska centret, de elektroniska effekterna av substituenter vid dessa centra. Syraegenskaper hos organiska föreningar med väteinnehållande funktionella grupper (alkoholer, fenoler, tioler, karboxylsyror, aminer, CH-surhet hos molekyler och kabrikeringar). p-baser och n- baser. Huvudegenskaperna hos neutrala molekyler som innehåller heteroatomer med ensamma elektronpar (alkoholer, tioler, sulfider, aminer) och anjoner (hydroxid, alkoxidjoner, anjoner av organiska syror). Syra-basegenskaper hos kväveinnehållande heterocykler (pyrrol, imidazol, pyridin). Vätebindning som en specifik manifestation av syra-basegenskaper.

Jämförande egenskaper för syraegenskaperna hos föreningar som innehåller en hydroxylgrupp (envärda och flervärda alkoholer, fenoler, karboxylsyror). Jämförande egenskaper för de viktigaste egenskaperna hos alifatiska och aromatiska aminer. Inverkan av den elektroniska naturen hos en substituent på syra-basegenskaperna hos organiska molekyler.

Kompetenskrav:

· Känna till definitionerna av syror och baser enligt Bronsteds protolytiska teori och Lewis elektronteorin.

· Känna till Brönsted-klassificeringen av syror och baser, beroende på arten av atomerna i de sura eller basiska centra.

· Känna till de faktorer som påverkar syrors styrka och stabiliteten hos deras konjugatbaser, kunna göra en jämförande bedömning av syrors styrka utifrån stabiliteten hos deras motsvarande anjoner.

· Att känna till de faktorer som påverkar styrkan hos Bronstedbaserna, att kunna göra en jämförande bedömning av basernas styrka, med hänsyn till dessa faktorer.

· Känna till orsakerna till vätebindning, kunna tolka bildandet av en vätebindning som en specifik manifestation av ett ämnes syra-basegenskaper.

· Känna till orsakerna till keto-enol-tautomerism i organiska molekyler, kunna förklara dem utifrån syra-basegenskaper hos föreningar i relation till deras biologiska aktivitet.

· Känna till och kunna utföra kvalitativa reaktioner som gör det möjligt att urskilja flervärda alkoholer, fenoler, tioler.

Ämne 4. Reaktioner av nukleofil substitution vid den tetragonala kolatomen och kompetitiva elimineringsreaktioner

Reaktioner av nukleofil substitution vid den sp3-hybridiserade kolatomen: heterolytiska reaktioner på grund av polariseringen av kol-heteroatombindningen (halogenderivat, alkoholer). Lätt och svårt att lämna grupper: sambandet mellan hur lätt det är att lämna en grupp och dess struktur. Inverkan av lösningsmedlet, elektroniska och rumsliga faktorer på föreningars reaktivitet i reaktionerna av mono- och bimolekylär nukleofil substitution (SN1 och SN2). Stereokemi av nukleofila substitutionsreaktioner.

Hydrolysreaktioner av halogenderivat. Alkyleringsreaktioner av alkoholer, fenoler, tioler, sulfider, ammoniak, aminer. Syrakatalysens roll i den nukleofila substitutionen av hydroxylgruppen. Halogenderivat, alkoholer, estrar av svavelsyra och fosforsyror som alkyleringsmedel. Den biologiska rollen av alkyleringsreaktioner.

Mono- och bimolekylära elimineringsreaktioner (E1 och E2): (dehydrering, dehydrohalogenering). Ökad CH-syra som en orsak till elimineringsreaktioner som åtföljer nukleofil substitution vid den sp3-hybridiserade kolatomen.

Kompetenskrav:

· Känna till de faktorer som bestämmer reagensernas nukleofilicitet, strukturen hos de viktigaste nukleofila partiklarna.

· Känna till de allmänna mönstren för nukleofila substitutionsreaktioner vid en mättad kolatom, inverkan av statiska och dynamiska faktorer på ett ämnes reaktivitet i en nukleofil substitutionsreaktion.

· Känna till mekanismerna för mono- och bimolekylär nukleofil substitution, kunna utvärdera inverkan av steriska faktorer, inverkan av lösningsmedel, inverkan av statiska och dynamiska faktorer på reaktionen av någon av mekanismerna.

· Känna till mekanismerna för mono- och bimolekylär eliminering, orsakerna till konkurrensen mellan reaktionerna av nukleofil substitution och eliminering.

· Känna till Zaitsevs regel och kunna bestämma huvudprodukten i reaktionerna av dehydrering och dehydrohalogenering av osymmetriska alkoholer och haloalkaner.

Ämne 5. Reaktioner av nukleofil addition och substitution vid den trigonala kolatomen

Nukleofila additionsreaktioner: heterolytiska reaktioner som involverar kol-syre p-bindningar (aldehyder, ketoner). Mekanismen för reaktioner av interaktion mellan karbonylföreningar och nukleofila reagenser (vatten, alkoholer, tioler, aminer). Inverkan av elektroniska och rumsliga faktorer, syrakatalysens roll, reversibiliteten av nukleofila additionsreaktioner. Hemiacetaler och acetaler, deras framställning och hydrolys. Acetaliseringsreaktionernas biologiska roll. Aldoladditionsreaktioner. huvudkatalys. Enolatjonens struktur.

Reaktioner av nukleofil substitution i serien av karboxylsyror. Elektronisk och rumslig struktur av karboxylgruppen. Reaktioner av nukleofil substitution vid den sp2-hybridiserade kolatomen (karboxylsyror och deras funktionella derivat). Acyleringsmedel (syrahalogenider, anhydrider, karboxylsyror, estrar, amider), jämförande egenskaper för deras reaktivitet. Acyleringsreaktioner - bildandet av anhydrider, estrar, tioetrar, amider - och deras omvända hydrolysreaktioner. Acetylkoenzym A är ett naturligt makroergt acyleringsmedel. Acyleringsreaktionernas biologiska roll. Begreppet nukleofil substitution vid fosforatomer, fosforyleringsreaktioner.

Oxidations- och reduktionsreaktioner av organiska föreningar. Specificitet för redoxreaktioner av organiska föreningar. Konceptet med en-elektronöverföring, hydridjonöverföring och verkan av NAD + ↔ NADH-systemet. Oxidationsreaktioner av alkoholer, fenoler, sulfider, karbonylföreningar, aminer, tioler. Återvinningsreaktioner av karbonylföreningar, disulfider. Redoxreaktionernas roll i livsprocesser.

Kompetenskrav:

· Känna till karbonylgruppens elektroniska och rumsliga struktur, elektroniska och steriska faktorers inverkan på oxogruppens reaktivitet i aldehyder och ketoner.

· Känna till mekanismen för reaktioner av nukleofil tillsats av vatten, alkoholer, aminer, tioler till aldehyder och ketoner, rollen av en katalysator.

· Känn till mekanismen för aldolkondensationsreaktioner, de faktorer som bestämmer föreningens deltagande i denna reaktion.

· Känna till mekanismen för reduktionsreaktioner av oxoföreningar med metallhydrider.

· Känna till de reaktionscentra som finns i karboxylsyrors molekyler. Att kunna göra en jämförande bedömning av styrkan hos karboxylsyror beroende på radikalens struktur.

· Känna till karboxylgruppens elektroniska och rumsliga struktur, kunna göra en jämförande bedömning av förmågan hos kolatomen i oxogruppen i karboxylsyror och deras funktionella derivat (syrahalogenider, anhydrider, estrar, amider, salter) att genomgår nukleofila attacker.

· Känna till mekanismen för nukleofila substitutionsreaktioner med hjälp av exempel på acylering, förestring, hydrolys av estrar, anhydrider, syrahalogenider, amider.

Ämne 6. Lipider, klassificering, struktur, egenskaper

Lipider är förtvålbara och oförtvålbara. neutrala lipider. Naturliga fetter som en blandning av triacylglyceroler. De huvudsakliga naturliga högre fettsyrorna som utgör lipider är: palmitinsyra, stearinsyra, oljesyra, linolsyra, linolensyra. Arakidonsyra. Funktioner av omättade fettsyror, w-nomenklatur.

Peroxidoxidation av omättade fettsyrafragment i cellmembran. Rollen av lipidperoxidation av membran i verkan av låga doser av strålning på kroppen. Antioxidantförsvarssystem.

Fosfolipider. Fosfatsyror. Fosfatidylkolaminer och fosfatidylseriner (cefaliner), fosfatidylkoliner (lecitiner) är strukturella komponenter i cellmembran. lipiddubbelskikt. Sfingolipider, ceramider, sfingomyeliner. Hjärnglykolipider (cerebrosider, gangliosider).

Kompetenskrav:

Känna till klassificeringen av lipider, deras struktur.

· Känna till strukturen hos de strukturella komponenterna i förtvålbara lipider - alkoholer och högre fettsyror.

· Att känna till mekanismen för reaktioner vid bildning och hydrolys av enkla och komplexa lipider.

· Känna till och kunna utföra kvalitativa reaktioner på omättade fettsyror och oljor.

· Känna till klassificeringen av oförtvålbara lipider, ha en uppfattning om principerna för klassificering av terpener och steroider, deras biologiska roll.

· Känna till lipidernas biologiska roll, deras huvudsakliga funktioner, ha en uppfattning om huvudstadierna av lipidperoxidation och konsekvenserna av denna process för cellen.

Avsnitt 2. Stereoisomerism av organiska molekyler. Poly- och heterofunktionella föreningar involverade i vitala processer

Ämne 7. Stereoisomerism av organiska molekyler

Stereoisomerism i en serie föreningar med en dubbelbindning (p-diastereomerism). Cis - och trans-isomerism av omättade föreningar. E, Z är beteckningen för p-diastereomerer. Jämförelsestabilitet för p-diastereomerer.

kirala molekyler. Asymmetrisk kolatom som centrum för kiralitet. Stereoisomerism av molekyler med ett centrum för kiralitet (enantiomerism). optisk aktivitet. Fishers projektionsformler. Glyceraldehyd som konfigurationsstandard, absolut och relativ konfiguration. D, L-system för stereokemisk nomenklatur. R, S-system för stereokemisk nomenklatur. Racemiska blandningar och metoder för deras separation.

Stereoisomerism av molekyler med två eller flera kiralitetscentra. Enantiomerer, diastereomerer, mesoformer.

Kompetenskrav:

· Känna till orsakerna till stereoisomerism i serien av alkener och dienkolväten.

· Att kunna bestämma möjligheten för förekomsten av p-diastereomerer genom den förkortade strukturformeln för en omättad förening, att skilja mellan cis-trans-isomerer, för att utvärdera deras jämförande stabilitet.

· Känna till symmetrielementen hos molekyler, de nödvändiga förutsättningarna för uppkomsten av kiralitet i en organisk molekyl.

· Känna till och kunna avbilda enantiomerer med hjälp av Fishers projektionsformler, beräkna antalet förväntade stereoisomerer baserat på antalet kirala centra i en molekyl, principerna för att bestämma den absoluta och relativa konfigurationen, D - , L-system för stereokemisk nomenklatur.

· Känna till sätten att separera racemat, de grundläggande principerna för R, S-systemet för stereokemisk nomenklatur.

Ämne 8. Fysiologiskt aktiva poly- och heterofunktionella föreningar av alifatiska, aromatiska och heterocykliska serier

Poly- och heterofunktionalitet som en av de karakteristiska egenskaperna hos organiska föreningar som är involverade i vitala processer och är grundarna till de viktigaste grupperna av läkemedel. Funktioner i ömsesidig påverkan av funktionella grupper beroende på deras relativa plats.

Flervärda alkoholer: etylenglykol, glycerin. Estrar av flervärda alkoholer med oorganiska syror (nitroglycerin, glycerolfosfater). Tvåvärda fenoler: hydrokinon. Oxidation av diatomära fenoler. Hydrokinon-kinon system. Fenoler som antioxidanter (rensare av fria radikaler). Tokoferoler.

Tvåbasiska karboxylsyror: oxalsyra, malonsyra, bärnstenssyra, glutarsyra, fumarsyra. Omvandlingen av bärnstenssyra till fumarsyra som ett exempel på en biologiskt viktig dehydreringsreaktion. Dekarboxyleringsreaktioner, deras biologiska roll.

Aminoalkoholer: aminoetanol (kolamin), kolin, acetylkolin. Acetylkolins roll i den kemiska överföringen av nervimpulser i synapser. Aminofenoler: dopamin, noradrenalin, adrenalin. Begreppet den biologiska rollen för dessa föreningar och deras derivat. Neurotoxiska effekter av 6-hydroxidopamin och amfetamin.

Hydroxi och aminosyror. Cykliseringsreaktioner: påverkan av olika faktorer på processen för cykelbildning (implementering av motsvarande konformationer, storleken på den resulterande cykeln, entropifaktorn). Laktoner. laktamer. Hydrolys av laktoner och laktamer. Elimineringsreaktion av b-hydroxi och aminosyror.

Aldegido - och ketosyror: pyrodruvsyra, acetoättiksyra, oxaloättiksyra, a-ketoglutarsyra. Syraegenskaper och reaktivitet. Reaktioner av dekarboxylering av b-ketosyror och oxidativ dekarboxylering av a-ketosyror. Acetoättiksyraester, keto-enol tautomerism. Representanter för "ketonkroppar" - b-hydroxismörsyra, b-ketosmörsyror, aceton, deras biologiska och diagnostiska betydelse.

Heterofunktionella derivat av bensenserien som läkemedel. Salicylsyra och dess derivat (acetylsalicylsyra).

Para-aminobensoesyra och dess derivat (anestesin, novokain). Den biologiska rollen för p-aminobensoesyra. Sulfanilsyra och dess amid (streptocid).

Heterocykler med flera heteroatomer. Pyrazol, imidazol, pyrimidin, purin. Pyrazolon-5 är grunden för icke-narkotiska analgetika. Barbitursyra och dess derivat. Hydroxypuriner (hypoxantin, xantin, urinsyra), deras biologiska roll. Heterocykler med en heteroatom. Pyrrol, indol, pyridin. Biologiskt viktiga pyridinderivat är nikotinamid, pyridoxal, isonikotinsyraderivat. Nikotinamid är en strukturell komponent i NAD+-koenzymet, som bestämmer dess deltagande i OVR.

Kompetenskrav:

· Att kunna klassificera heterofunktionella föreningar efter sammansättning och efter deras inbördes arrangemang.

· Känna till de specifika reaktionerna av amino- och hydroxisyror med a, b, g - arrangemang av funktionella grupper.

· Känna till de reaktioner som leder till bildandet av biologiskt aktiva föreningar: kolin, acetylkolin, adrenalin.

· Känna till keto-enol-tautomerismens roll i manifestationen av den biologiska aktiviteten av ketosyror (pyrodruvsyra, oxaloättiksyra, acetoättiksyra) och heterocykliska föreningar (pyrazol, barbitursyra, purin).

· Känna till metoderna för redoxtransformationer av organiska föreningar, redoxreaktionernas biologiska roll i manifestationen av den biologiska aktiviteten hos diatomiska fenoler, nikotinamid, bildningen av ketonkroppar.

Ämne9 . Kolhydrater, klassificering, struktur, egenskaper, biologisk roll

Kolhydrater, deras klassificering i förhållande till hydrolys. Klassificering av monosackarider. Aldoser, ketoser: trioser, tetroser, pentoser, hexoser. Stereoisomerism av monosackarider. D - och L-serier av stereokemisk nomenklatur. Öppna och cykliska former. Fisher-formler och Haworth-formler. Furanoser och pyranoser, a- och b-anomerer. Cyklo-oxo-tautomerism. Konformationer av pyranosformer av monosackarider. Strukturen för de viktigaste representanterna för pentoser (ribos, xylos); hexos (glukos, mannos, galaktos, fruktos); deoxisocker (2-deoxiribos); aminosocker (glukosamin, mannosamin, galaktosamin).

Kemiska egenskaper hos monosackarider. Reaktioner av nukleofil substitution som involverar ett anomert centrum. O- och N-glykosider. hydrolys av glykosider. Fosfater av monosackarider. Oxidation och reduktion av monosackarider. Reducerande egenskaper hos aldoser. Glykonsyra, glykarsyra, glykuronsyra.

Oligosackarider. Disackarider: maltos, cellobios, laktos, sackaros. Struktur, cyklo-oxo-tautomerism. Hydrolys.

Polysackarider. Allmänna egenskaper och klassificering av polysackarider. Homo- och heteropolysackarider. Homopolysackarider: stärkelse, glykogen, dextraner, cellulosa. Primär struktur, hydrolys. Konceptet med den sekundära strukturen (stärkelse, cellulosa).

Kompetenskrav:

Känna till klassificeringen av monosackarider (enligt antalet kolatomer, sammansättningen av funktionella grupper), strukturen av öppna och cykliska former (furanos, pyranos) av de viktigaste monosackariderna, deras förhållande mellan D - och L - serier av stereokemiska nomenklatur, kunna bestämma antalet möjliga diastereomerer, hänvisa stereoisomerer till diastereomerer, epimerer, anomerer.

· Att känna till mekanismen förer, orsakerna till mutarotation av monosackaridlösningar.

· Känna till monosackariders kemiska egenskaper: redoxreaktioner, reaktioner vid bildning och hydrolys av O- och N-glykosider, förestringsreaktioner, fosforylering.

· Att kunna utföra kvalitativa reaktioner på diolfragmentet och närvaron av monosackariders reducerande egenskaper.

· Känna till klassificeringen av disackarider och deras struktur, konfigurationen av en anomer kolatom som bildar en glykosidbindning, tautomera omvandlingar av disackarider, deras kemiska egenskaper, biologisk roll.

· Känna till klassificeringen av polysackarider (i förhållande till hydrolys, enligt monosackaridsammansättning), strukturen av de viktigaste representanterna för homopolysackarider, konfigurationen av den anomera kolatom som bildar en glykosidbindning, deras fysikaliska och kemiska egenskaper och biologiska roll . Ha förståelse för heteropolysackariders biologiska roll.

Ämne 10.a- Aminosyror, peptider, proteiner. Struktur, egenskaper, biologisk roll

Struktur, nomenklatur, klassificering av a-aminosyror som utgör proteiner och peptider. Stereoisomerism av a-aminosyror.

Biosyntetiska vägar för bildning av a-aminosyror från oxosyror: reduktiv aminering och transamineringsreaktioner. Essentiella aminosyror.

Kemiska egenskaper hos a-aminosyror som heterofunktionella föreningar. A-aminosyrors syra-basegenskaper. Isoelektrisk punkt, metoder för separation av a-aminosyror. Bildning av intrakomplexa salter. Förestring, acylering, alkyleringsreaktioner. Interaktion med salpetersyrlighet och formaldehyd, betydelsen av dessa reaktioner för analys av aminosyror.

g-aminosmörsyra är en hämmande signalsubstans i CNS. Antidepressiv effekt av L-tryptofan, serotonin som en sömnneurotransmittor. Mediatoregenskaper hos glycin, histamin, asparaginsyra och glutaminsyror.

Biologiskt viktiga reaktioner av a-aminosyror. Deaminerings- och hydroxyleringsreaktioner. Dekarboxylering av a-aminosyror - vägen till bildandet av biogena aminer och bioregulatorer (kolamin, histamin, tryptamin, serotonin.) Peptider. Elektronisk struktur av peptidbindningen. Sur och alkalisk hydrolys av peptider. Fastställande av aminosyrasammansättningen med hjälp av moderna fysikaliska och kemiska metoder (Sanger- och Edman-metoder). Begreppet neuropeptider.

Den primära strukturen av proteiner. Partiell och fullständig hydrolys. Begreppet sekundära, tertiära och kvartära strukturer.

Kompetenskrav:

· Känna till strukturen, stereokemisk klassificering av a-aminosyror, tillhörande de D- och L-stereokemiska serierna av naturliga aminosyror, essentiella aminosyror.

· Känna till sätten för syntes av a-aminosyror in vivo och in vitro, känna till syra-basegenskaper och metoder för att överföra a-aminosyror till ett isoelektriskt tillstånd.

· Känna till a-aminosyrors kemiska egenskaper (reaktioner på amino- och karboxylgrupper), kunna utföra kvalitativa reaktioner (xantoprotein, med Сu (OH) 2, ninhydrin).

Känna till peptidbindningens elektroniska struktur, proteiners och peptiders primära, sekundära, tertiära och kvartära struktur, kunna bestämma aminosyrasammansättning och aminosyrasekvens (Sangermetoden, Edmanmetoden), kunna utföra biuret reaktion för peptider och proteiner.

· Känna till principen för metoden för syntes av peptider med hjälp av skydd och aktivering av funktionella grupper.

Ämne 11. Nukleotider och nukleinsyror

Nukleinbaser som utgör nukleinsyror. Pyrimidin (uracil, tymin, cytosin) och purin (adenin, guanin) baser, deras aromaticitet, tautomera transformationer.

Nukleosider, reaktioner av deras bildning. Typen av kopplingen mellan nukleinbasen och kolhydratresten; konfigurationen av glykosidcentrum. Hydrolys av nukleosider.

Nukleotider. Strukturen av mononukleotider som bildar nukleinsyror. Nomenklatur. Hydrolys av nukleotider.

Nukleinsyrors primära struktur. Fosfodiesterbindning. Ribonuklein- och deoxiribonukleinsyror. Nukleotidsammansättning av RNA och DNA. Hydrolys av nukleinsyror.

Begreppet DNA:s sekundära struktur. Vätebindningarnas roll i bildandet av den sekundära strukturen. Komplementaritet av nukleinbaser.

Läkemedel baserade på modifierade nukleinbaser (5-fluorouracil, 6-merkaptopurin). Principen om kemisk likhet. Förändringar i strukturen av nukleinsyror under påverkan av kemikalier och strålning. Mutagen verkan av salpetersyrlighet.

Nukleosidpolyfosfater (ADP, ATP), egenskaper hos deras struktur, vilket gör att de kan utföra funktionerna hos makroerga föreningar och intracellulära bioregulatorer. Strukturen av cAMP - en intracellulär "mellanhand" av hormoner.

Kompetenskrav:

· Känna till strukturen av pyrimidin och purinkvävehaltiga baser, deras tautomera transformationer.

· Att känna till mekanismen för reaktioner för bildning av N-glykosider (nukleosider) och deras hydrolys, nomenklaturen för nukleosider.

· Känna till de grundläggande likheterna och skillnaderna mellan naturliga och syntetiska nukleosider-antibiotika i jämförelse med nukleosider som ingår i DNA och RNA.

· Känna till reaktionerna vid bildning av nukleotider, strukturen hos mononukleotider som utgör nukleinsyror, deras nomenklatur.

· Känna till strukturen hos nukleosidcyklo- och polyfosfater, deras biologiska roll.

· Känna till nukleotidsammansättningen av DNA och RNA, fosfodiesterbindningens roll för att skapa den primära strukturen av nukleinsyror.

· Känna till vätebindningarnas roll i bildandet av DNAs sekundära struktur, komplementariteten hos kvävehaltiga baser, rollen av komplementära interaktioner vid implementeringen av DNA:s biologiska funktion.

Känna till faktorerna som orsakar mutationer och principen för deras verkan.

Informationsdel

Bibliografi

Huvudsakliga:

1. Romanovsky, bioorganisk kemi: en lärobok i 2 delar /. - Minsk: BSMU, 20-talet.

2. Romanovsky, till workshopen om bioorganisk kemi: lärobok / redigerad. - Minsk: BSMU, 1999. - 132 sid.

3. Tyukavkina, N. A., Bioorganisk kemi: lärobok /,. - Moskva: Medicin, 1991. - 528 s.

Ytterligare:

4. Ovchinnikov, kemi: monografi / .

- Moskva: Utbildning, 1987. - 815 s.

5. Potapov,: lärobok /. - Moskva:

Chemistry, 1988. - 464 sid.

6. Riles, A. Grunderna i organisk kemi: lärobok / A. Rice, K. Smith,

R. Ward. - Moskva: Mir, 1989. - 352 sid.

7. Taylor, G. Grunderna i organisk kemi: lärobok / G. Taylor. -

Moskva: Mirs.

8. Terney, A. Modern organisk kemi: lärobok i 2 volymer /

A. Terney. - Moskva: Mir, 1981. - 1310 sid.

9. Tyukavkina, för laboratoriestudier om bioorganiska

kemi: lärobok / [och andra]; redigerad av N.A.

Tyukavkina. - Moskva: Medicin, 1985. - 256 s.

10. Tyukavkina, N. A., Bioorganisk kemi: En lärobok för studenter

medicinska institut / , . - Moskva.

Hallå! Många studenter vid medicinska universitet studerar nu bioorganisk kemi, även känd som BOC.

På vissa universitet slutar detta ämne med ett test, på andra - med ett prov. Ibland händer det att provet på ett universitet är jämförbart i komplexitet med provet på ett annat.

På mitt universitet var bioorganisk kemi bara ett prov under sommarpasset alldeles i slutet av första året. Jag måste säga att BOH är ett av de ämnen som till en början skrämmer och kan inspirera tanken - "det är omöjligt att klara." Detta gäller naturligtvis särskilt för personer med en svag bas av organisk kemi (och konstigt nog finns det ganska många sådana människor på medicinska universitet).

Utbildningarna för att studera bioorganisk kemi vid olika universitet kan variera mycket, och undervisningsmetoderna ännu mer.

Kraven på eleverna är dock ungefär desamma överallt. För att uttrycka det väldigt enkelt, för att klara bioorganisk kemi vid 5, måste du känna till namn, egenskaper, strukturella egenskaper och typiska reaktioner för ett antal organiska ämnen.

Vår lärare, en respekterad professor, presenterade materialet som om varje elev var bäst i skolan i organisk kemi (och bioorganisk kemi är i grunden en komplicerad kurs i skolans organisk kemi). Han hade nog rätt i sitt förhållningssätt, alla borde sträcka sig upp och försöka vara bäst. Detta ledde dock till att en del elever, som inte delvis förstod materialet i de första 2-3 klasserna, slutade förstå allt överhuvudtaget mot mitten av terminen.

Jag bestämde mig för att skriva det här materialet till stor del eftersom jag var just en sådan student. I skolan var jag väldigt förtjust i oorganisk kemi, men jag har alltid inte tränat med organisk kemi. Redan när jag förberedde mig för Unified State Examinationen valde jag strategin att stärka all min kunskap om oorganiska ämnen, samtidigt som jag bara fixade basen av organiskt material. För övrigt blev det nästan sidled för mig vad gäller inledande punkter, men det är en annan historia.

Det var inte förgäves som jag sa om undervisningsmetodiken, för vår var också väldigt ovanlig. Vi fick genast, nästan i första klass, de manualer enligt vilka vi skulle göra prov och sedan tentamen.

Bioorganisk kemi - tester och tentamen

Hela kursen var uppdelad i 4 huvudämnen som vart och ett avslutades med en provlektion. Vi hade redan frågor för vart och ett av de fyra testerna från de första paren. De blev förstås rädda, men de fungerade samtidigt som en sorts karta att röra sig på.

Det första testet var ganska elementärt. Den ägnades främst åt nomenklaturen, triviala (hushålls) och internationella namn, och, naturligtvis, klassificeringen av ämnen. Också, i en eller annan form, påverkades tecknen på aromaticitet.

Det andra testet efter det första verkade mycket svårare. Där var det nödvändigt att beskriva egenskaperna och reaktionerna hos ämnen som ketoner, aldehyder, alkoholer, karboxylsyror. Till exempel är en av de mest typiska reaktionerna av aldehyder silverspegelreaktionen. Ganska vacker syn. Om du lägger till Tollens reagens, det vill säga OH, till valfri aldehyd, så ser du på provrörets vägg en fällning som liknar en spegel, så här ser det ut:

Tredjeställningen mot bakgrunden av tvåan verkade inte så formidabel. Alla är redan vana vid att skriva reaktioner och memorera egenskaper efter klassificeringar. I den tredje ställningen handlade det om föreningar med två funktionella grupper - aminofenoler, aminoalkoholer, oxosyror och andra. Varje biljett innehöll också minst en kolhydratbiljett.

Det fjärde testet i bioorganisk kemi ägnades nästan helt åt proteiner, aminosyror och peptidbindningar. En speciell höjdpunkt var frågor som krävde insamling av RNA och DNA.

Förresten, så här ser en aminosyra ut - du kan se aminogruppen (den är gulfärgad på den här bilden) och karboxylsyragruppen (det är lila). Det var med ämnen av den här klassen som jag fick ta itu med i fjärde ställningen.

Varje prov överlämnades vid svarta tavlan - eleven ska utan uppmaning skriva ner och förklara alla nödvändiga egenskaper i form av reaktioner. Om du till exempel klarar det andra testet har du alkoholens egenskaper på din biljett. Läraren säger till dig - ta propanol. Du skriver formeln för propanol och 4-5 typiska reaktioner för att illustrera dess egenskaper. Kan vara exotiskt, som svavelhaltiga föreningar. Ett fel även i indexet för en reaktionsprodukt skickade ofta vidare inlärning av detta material till nästa försök (som var en vecka senare). Skrämmande? Hård? Säkert!

Detta tillvägagångssätt har dock en mycket trevlig bieffekt. Det var jobbigt under vanliga seminarier. Många klarade prov 5-6 gånger. Men å andra sidan var tentan väldigt lätt, eftersom varje biljett innehöll 4 frågor. Nämligen ett av varje redan inlärt och löst test.

Därför kommer jag inte ens att beskriva krångligheterna med att förbereda sig för tentamen i bioorganisk kemi. I vårt fall handlade alla förberedelser om hur vi förberedde oss inför själva proven. Jag klarade vart och ett av de fyra testerna med tillförsikt - innan provet, titta bara på dina egna utkast, skriv ner de mest grundläggande reaktionerna och allt kommer att återställas direkt. Faktum är att organisk kemi är en mycket logisk vetenskap. Du måste memorera inte stora strängar av reaktioner, utan själva mekanismerna.

Ja, jag noterar att detta inte fungerar med alla objekt. Fruktansvärd anatomi kan inte klaras av bara genom att läsa dina anteckningar dagen innan. Ett antal andra föremål har också sina egna egenskaper. Även om bioorganisk kemi lärs ut annorlunda på ditt medicinska universitet, kan du behöva anpassa din utbildning och implementera den lite annorlunda än vad jag gjorde. Hur som helst, lycka till, förstå och älska vetenskap!

Kemi- vetenskapen om ämnens struktur, egenskaper, deras omvandlingar och åtföljande fenomen.

Uppgifter:

1. Studie av materiens struktur, utveckling av teorin om molekylers och materials struktur och egenskaper. Det är viktigt att etablera ett samband mellan ämnens struktur och olika egenskaper och att utifrån detta konstruera teorier om ett ämnes reaktivitet, kinetiken och mekanismen för kemiska reaktioner och katalytiska fenomen.

2. Genomförande av riktad syntes av nya ämnen med önskade egenskaper. Det är också här viktigt att hitta nya reaktioner och katalysatorer för effektivare syntes av redan kända och kommersiellt viktiga föreningar.

3. Det traditionella kemiproblemet har fått särskild betydelse. Det är förknippat både med en ökning av antalet kemiska föremål och studerade egenskaper, och med behovet av att fastställa och minska konsekvenserna av mänsklig påverkan på naturen.

Kemi är en allmän teoretisk disciplin. Den är utformad för att ge eleverna en modern vetenskaplig förståelse av materia som en av typerna av rörlig materia, om sätt, mekanismer och metoder för att omvandla ett ämne till ett annat. Kunskap om de grundläggande kemiska lagarna, kunskap om tekniken för kemiska beräkningar, förståelse för de möjligheter som kemi ger med hjälp av andra specialister som arbetar inom dess individuella och smala områden, påskyndar avsevärt mottagandet av det önskade resultatet inom olika teknikområden och vetenskaplig verksamhet.

Den kemiska industrin är en av de viktigaste industrierna i vårt land. De kemiska föreningar som produceras av den, olika sammansättningar och material används överallt: inom maskinteknik, metallurgi, jordbruk, konstruktion, elektriska och elektroniska industrier, kommunikation, transport, rymdteknik, medicin, vardagsliv etc. De viktigaste utvecklingsriktningarna för den moderna kemiska industrin är: nya föreningar och material och förbättra effektiviteten i befintliga industrier.

På medicinhögskolan läser studenterna allmän, bioorganisk, biologisk kemi, samt klinisk biokemi. Kunskaper hos studenter om komplexet av kemiska vetenskaper i deras kontinuitet och sammankoppling ger en stor möjlighet, mer utrymme för studier och praktisk användning av olika fenomen, egenskaper och mönster, bidrar till utvecklingen av personligheten.

Specifika egenskaper för studiet av kemiska discipliner vid ett medicinskt universitet är:

ömsesidigt beroende mellan målen för kemisk och medicinsk utbildning;

universalitet och grundläggande karaktär hos dessa kurser;

drag av att bygga deras innehåll, beroende på arten och de allmänna målen för att utbilda en läkare och hans specialisering;

· enheten i studiet av kemiska föremål på mikro- och makronivå med avslöjandet av olika former av deras kemiska organisation som ett enda system och de olika funktioner det uppvisar (kemiska, biologiska, biokemiska, fysiologiska, etc.) beroende på deras natur, miljö och förhållanden;

beroende av kopplingen av kemisk kunskap och färdigheter med verklighet och praktik, inklusive medicinsk, i systemet "samhälle - natur - produktion - människa", på grund av kemins obegränsade möjligheter vid skapandet av syntetiska material och deras betydelse i medicin, utveckling av nanokemi, såväl som för att lösa mänsklighetens miljöproblem och många andra globala problem.

1. Sambandet mellan metabola och energiprocesser i kroppen

Livsprocesser på jorden beror till stor del på ackumuleringen av solenergi i biogena ämnen - proteiner, fetter, kolhydrater och efterföljande omvandlingar av dessa ämnen i levande organismer med frigörande av energi. Särskilt tydlig förståelse för sambandet mellan kemiska omvandlingar och energiprocesser i kroppen insågs efter verk av A. Lavoisier (1743-1794) och P. Laplace (1749-1827). De visade genom direkta kalorimetriska mätningar att energin som frigörs i livets process bestäms av oxidation av livsmedel av atmosfäriskt syre som andas in av djur.

Metabolism och energi - en uppsättning processer för omvandling av ämnen och energi som förekommer i levande organismer, och utbyte av ämnen och energi mellan kroppen och miljön. Metabolism av materia och energi är grunden för den vitala aktiviteten hos organismer och är en av de viktigaste specifika egenskaperna hos levande materia som skiljer levande från icke-levande. I metabolism, eller metabolism, som tillhandahålls av den mest komplexa regleringen på olika nivåer, är många enzymsystem involverade. I ämnesomsättningsprocessen omvandlas de ämnen som kommer in i kroppen till sina egna vävnader och till slutprodukter som utsöndras från kroppen. Under dessa omvandlingar frigörs och absorberas energi.

Med utvecklingen under XIX-XX-talen. termodynamik - vetenskapen om de ömsesidiga omvandlingarna av värme och energi - blev det möjligt att kvantitativt beräkna omvandlingen av energi i biokemiska reaktioner och förutsäga deras riktning.

Utbytet av energi kan utföras genom att överföra värme eller utföra arbete. Men levande organismer är inte i jämvikt med miljön och kan därför kallas öppna system utan jämvikt. Icke desto mindre, när det observeras under en viss tid, sker inga synliga förändringar i organismens kemiska sammansättning. Men det betyder inte att kemikalierna som utgör kroppen inte genomgår några omvandlingar. Tvärtom, de förnyas ständigt och ganska intensivt, vilket kan bedömas av graden av inkorporering i kroppens komplexa ämnen av stabila isotoper och radionuklider som introduceras i cellen som en del av enklare prekursorämnen.

Mellan utbyte av ämnen och utbyte av energi finns en grundläggande skillnad. Jorden förlorar eller vinner inte någon nämnvärd mängd materia. Ämnet i biosfären byts ut i ett slutet kretslopp, och så. används upprepade gånger. Utbytet av energi utförs på olika sätt. Det cirkulerar inte i ett slutet kretslopp, utan försvinner delvis ut i det yttre rymden. Därför, för att upprätthålla liv på jorden, är ett konstant inflöde av solenergi nödvändigt. Under 1 år i processen med fotosyntes på jordklotet, cirka 10 21 avföring solenergi. Även om det bara är 0,02 % av solens totala energi, är det oändligt mycket mer än den energi som används av alla maskiner skapade av mänskliga händer. Mängden av ämnet som deltar i cirkulationen är lika stor.

2. Kemisk termodynamik som teoretisk grund för bioenergetik. Ämne och metoder för kemisk termodynamik

Kemisk termodynamik studerar övergångarna av kemisk energi till andra former - termisk, elektrisk, etc., fastställer de kvantitativa lagarna för dessa övergångar, såväl som riktningen och gränserna för den spontana förekomsten av kemiska reaktioner under givna förhållanden.

Den termodynamiska metoden bygger på ett antal strikta begrepp: "system", "systemets tillstånd", "systemets inre energi", "funktion av systemets tillstånd".

objekt studier i termodynamik är ett system

Samma system kan vara i olika tillstånd. Varje tillstånd i systemet kännetecknas av en viss uppsättning värden av termodynamiska parametrar. Termodynamiska parametrar inkluderar temperatur, tryck, densitet, koncentration, etc. En förändring av minst en termodynamisk parameter leder till en förändring av systemets tillstånd som helhet. Systemets termodynamiska tillstånd kallas jämvikt om det kännetecknas av beständigheten hos termodynamiska parametrar på alla punkter i systemet och inte förändras spontant (utan att det krävs arbete).

Kemisk termodynamik studerar ett system i två jämviktstillstånd (slutligt och initialt) och bestämmer utifrån denna möjligheten (eller omöjligheten) av ett spontant flöde av processen under givna förhållanden i den angivna riktningen.

Termodynamik studierömsesidiga omvandlingar av olika energislag förknippade med överföring av energi mellan kroppar i form av värme och arbete. Termodynamiken bygger på två grundläggande lagar, som kallas termodynamikens första och andra lag. Studieämne i termodynamik är energi och lagarna för ömsesidiga omvandlingar av energiformer i kemiska reaktioner, upplösningsprocesser, förångning, kristallisation.

Kemisk termodynamik är en gren av fysikalisk kemi som studerar processerna för interaktion mellan ämnen med termodynamikens metoder.
Huvudområdena för kemisk termodynamik är:
Klassisk kemisk termodynamik, studerar termodynamisk jämvikt i allmänhet.
Termokemi, som studerar de termiska effekterna som följer med kemiska reaktioner.
Lösningsteorin som modellerar ett ämnes termodynamiska egenskaper utifrån begreppet molekylär struktur och data om intermolekylär interaktion.
Kemisk termodynamik är nära besläktad med sådana grenar av kemi som analytisk kemi; elektrokemi; kolloidkemi; adsorption och kromatografi.
Utvecklingen av kemisk termodynamik fortgick samtidigt på två sätt: termokemisk och termodynamisk.
Uppkomsten av termokemi som en oberoende vetenskap bör betraktas som upptäckten av Herman Ivanovich Hess, professor vid St. Petersburgs universitet, av förhållandet mellan de termiska effekterna av kemiska reaktioner - Hess lagar.

3. Termodynamiska system: isolerade, slutna, öppna, homogena, heterogena. Konceptet med en fas.

Systemet- detta är en uppsättning interagerande ämnen, mentalt eller faktiskt isolerade från miljön (provrör, autoklav).

Kemisk termodynamik beaktar övergångar från ett tillstånd till ett annat, medan vissa alternativ:

· isobarisk– vid konstant tryck;

· isokorisk- vid konstant volym;

· isotermisk– vid konstant temperatur;

· isobarisk - isotermisk– vid konstant tryck och temperatur osv.

De termodynamiska egenskaperna hos ett system kan uttryckas med hjälp av flera systemtillståndsfunktioner kallad karaktäristiska funktioner: inre energi U , entalpi H , entropi S , Gibbs energi G , Helmholtz energi F . Karakteristiska funktioner har en egenskap: de beror inte på metoden (vägen) för att uppnå ett givet tillstånd i systemet. Deras värde bestäms av systemets parametrar (tryck, temperatur, etc.) och beror på mängden eller massan av ämnet; därför är det vanligt att hänvisa dem till en mol av ämnet.

Enligt metoden att överföra energi, materia och information mellan det aktuella systemet och miljön klassificeras termodynamiska system:

1. Slutet (isolerat) system- detta är ett system där det inte finns något utbyte med externa kroppar av vare sig energi eller materia (inklusive strålning) eller information.

2. slutet system- ett system där utbyte endast sker med energi.

3. Adiabatiskt isolerat system -är ett system där det sker ett utbyte av energi endast i form av värme.

4. öppna systemär ett system som utbyter energi, materia och information.

Systemklassificering:
1) om möjligt värme- och massöverföring: isolerad, stängd, öppen. Ett isolerat system utbyter inte materia eller energi med miljön. Ett slutet system byter energi med miljön, men utbyter inte materia. Ett öppet system utbyter materia och energi med miljön. Konceptet med ett isolerat system används i fysikalisk kemi som ett teoretiskt.
2) enligt den interna strukturen och egenskaperna: homogen och heterogen. Ett system kallas homogent om det inte finns några ytor inuti som delar upp systemet i delar som skiljer sig åt i egenskaper eller kemisk sammansättning. Exempel på homogena system är vattenlösningar av syror, baser, salter; blandningar av gaser; enskilda rena ämnen. Heterogena system innehåller naturliga ytor inom sig. Exempel på heterogena system är system som består av ämnen med olika aggregationstillstånd: metall och syra, gas och fast, två vätskor olösliga i varandra.
Fas- detta är en homogen del av ett heterogent system, med samma sammansättning, fysikaliska och kemiska egenskaper, separerad från andra delar av systemet av en yta, när den passerar genom vilken systemets egenskaper ändras abrupt. Faserna är fasta, flytande och gasformiga. Ett homogent system består alltid av en fas, ett heterogent system består av flera. Beroende på antalet faser klassificeras systemen i enfas, tvåfas, trefas etc.

5. Termodynamikens första lag. Inre energi. Isobariska och isokoriska termiska effekter .

Termodynamikens första lag- en av termodynamikens tre grundläggande lagar, är lagen om bevarande av energi för termodynamiska system.

Termodynamikens första lag formulerades i mitten av 1800-talet som ett resultat av den tyske vetenskapsmannen J.R. Mayers arbete, den engelske fysikern J.P. Joule och den tyske fysikern G. Helmholtz.

Enligt termodynamikens första lag kan ett termodynamiskt system fungerar endast på grund av dess inre energi eller externa energikällor .

Termodynamikens första lag formuleras ofta som omöjligheten av existensen av en evighetsmaskin av det första slaget, som skulle utföra arbete utan att dra energi från någon källa. En process som sker vid konstant temperatur kallas isotermisk, vid konstant tryck - isobarisk, vid konstant volym - isokorisk. Om systemet under processen är isolerat från den yttre miljön på ett sådant sätt att värmeväxling med omgivningen utesluts, kallas processen adiabatisk.

Systemets inre energi. Under övergången av ett system från ett tillstånd till ett annat förändras några av dess egenskaper, i synnerhet den inre energin U.

Den inre energin i ett system är dess totala energi, vilket är summan av kinetiska och potentiella energier hos molekyler, atomer, atomkärnor och elektroner. Intern energi inkluderar energin från translationella, roterande och oscillerande rörelser, såväl som den potentiella energin på grund av de attraktionskrafter och frånstötande krafter som verkar mellan molekyler, atomer och intraatomära partiklar. Den inkluderar inte den potentiella energin för systemets position i rymden och den kinetiska energin för systemets rörelse som helhet.

Intern energi är en termodynamisk funktion av systemets tillstånd. Detta betyder att närhelst systemet är i ett givet tillstånd, får dess inre energi ett visst värde som är inneboende i detta tillstånd.

∆U \u003d U 2 - U 1

där U 1 och U 2 - systemets inre energi V slut- och initialtillstånd c, respektive.

Termodynamikens första lag. Om systemet byter ut termisk energi Q och mekanisk energi (arbete) A med den yttre miljön, och samtidigt övergår från tillstånd 1 till tillstånd 2, bildar mängden energi som frigörs eller absorberas av värmesystemet Q eller arbete A är lika med systemets totala energi vid övergång från ett tillstånd till ett annat och registreras.

Plan 1. Ämnet och betydelsen av bioorganisk kemi 2. Klassificering och nomenklatur av organiska föreningar 3. Sätt att representera organiska molekyler 4. Kemisk bindning i bioorganiska molekyler 5. Elektroniska effekter. Ömsesidig påverkan av atomer i en molekyl 6. Klassificering av kemiska reaktioner och reagens 7. Begreppet mekanismer för kemiska reaktioner 2

Ämne för bioorganisk kemi 3 Bioorganisk kemi är en oberoende gren av kemisk vetenskap som studerar struktur, egenskaper och biologiska funktioner hos kemiska föreningar av organiskt ursprung som deltar i metabolismen av levande organismer.

Studieobjekten av bioorganisk kemi är biomolekyler och biopolymerer med låg molekylvikt (proteiner, nukleinsyror och polysackarider), bioregulatorer (enzymer, hormoner, vitaminer och andra), naturliga och syntetiska fysiologiskt aktiva föreningar, inklusive läkemedel och substanser med toxiska effekter. Biomolekyler - bioorganiska föreningar som är en del av levande organismer och specialiserade för bildande av cellulära strukturer och deltagande i biokemiska reaktioner, utgör grunden för metabolism (metabolism) och de fysiologiska funktionerna hos levande celler och flercelliga organismer i allmänhet. 4 Klassificering av bioorganiska föreningar

Metabolism - en uppsättning kemiska reaktioner som inträffar i kroppen (in vivo). Metabolism kallas också metabolism. Metabolism kan ske i två riktningar - anabolism och katabolism. Anabolism är syntesen i kroppen av komplexa ämnen från relativt enkla. Det fortsätter med energiförbrukningen (endoterm process). Katabolism - tvärtom, nedbrytningen av komplexa organiska föreningar till enklare. Det går över med frigörandet av energi (exoterm process). Metaboliska processer sker med deltagande av enzymer. Enzymer spelar rollen som biokatalysatorer i kroppen. Utan enzymer skulle biokemiska processer antingen inte fortgå alls, eller så fortskrida mycket långsamt och organismen skulle inte kunna upprätthålla liv. 5

Bioelement. Sammansättningen av bioorganiska föreningar inkluderar, förutom kolatomer (C), som utgör grunden för alla organiska molekyler, även väte (H), syre (O), kväve (N), fosfor (P) och svavel (S) . Dessa bioelement (organogener) är koncentrerade i levande organismer i en mängd som är över 200 gånger högre än deras innehåll i föremål av livlös natur. Dessa element utgör över 99% av grundämnessammansättningen av biomolekyler. 6

Bioorganisk kemi uppstod ur den organiska kemins tarmar och bygger på dess idéer och metoder. I utvecklingshistorien för organisk kemi tilldelas följande stadier: empiriska, analytiska, strukturella och moderna. Perioden från människans första bekantskap med organiska ämnen till slutet av 1700-talet anses vara empirisk. Huvudresultatet av denna period är att människor insåg vikten av elementaranalys och upprättandet av atomära och molekylära massor. Teorin om vitalism - livskraft (Bertzelius). Fram till 60-talet av 1800-talet fortsatte den analytiska perioden. Det präglades av att det från slutet av 1800-talets första kvartal gjordes ett antal lovande upptäckter som gav den vitalistiska teorin ett förkrossande slag. Den första i denna serie var en elev till Berzelius, den tyske kemisten Wöhler. Han gjorde ett antal upptäckter 1824 - syntesen av oxalsyra från cyanogen: (CN) 2 HOOS - COOH sid. - syntes av urea från ammoniumcyanat: NH 4 CNO NH 2 - C - NH 2 O 8

År 1853 utvecklade Ch. Gerard en "teori om typer" och använde den för att klassificera organiska föreningar. Enligt Gerard kan mer komplexa organiska föreningar framställas av följande fyra grundläggande typer av ämnen: HHHH typ av VÄTE HHHH O typ av VATTEN H Cl typ av VÄTEKLORID HHHHH N typ av AMMONIAK C 1857, på förslag av F. A. Kekule, kolväten började hänföras till typen av metan HHHHHHH C 9

Huvudbestämmelserna i teorin om strukturen hos organiska föreningar (1861) 1) atomer i molekyler är förbundna med varandra genom kemiska bindningar i enlighet med deras valens; 2) atomer i organiska ämnens molekyler är sammankopplade i en viss sekvens, vilket bestämmer den kemiska strukturen (strukturen) av molekylen; 3) egenskaperna hos organiska föreningar beror inte bara på antalet och naturen av deras ingående atomer, utan också på molekylernas kemiska struktur; 4) i organiska molekyler finns en interaktion mellan atomer, både bundna till varandra och obundna; 5) den kemiska strukturen hos ett ämne kan bestämmas som ett resultat av att studera dess kemiska omvandlingar och omvänt kan dess egenskaper karakteriseras av ett ämnes struktur. 10

De viktigaste bestämmelserna i teorin om strukturen hos organiska föreningar (1861) Strukturformel är en bild av sekvensen av bindningar av atomer i en molekyl. Molekylformeln är CH 4 O eller CH 3 OH Strukturformel Förenklade strukturformler kallas ibland för rationella sådana Molekylformel - formeln för en organisk förening, som anger antalet atomer av varje grundämne i en molekyl. Till exempel: C 5 H 12 - pentan, C 6 H 6 - bensin, etc. elva

Utvecklingsstadier för bioorganisk kemi Som ett separat kunskapsområde som kombinerar de konceptuella principerna och metodiken för organisk kemi å ena sidan och molekylär biokemi och molekylär farmakologi å andra sidan, bildades bioorganisk kemi under 1900-talets år. grund av utvecklingen inom kemin av naturliga ämnen och biopolymerer. Modern bioorganisk kemi fick grundläggande betydelse tack vare verk av V. Stein, S. Moore, F. Sanger (analys av aminosyrasammansättningen och bestämning av den primära strukturen hos peptider och proteiner), L. Pauling och H. Astbury (förtydligande) av strukturen av -helixen och -strukturen och deras betydelse vid implementeringen av de biologiska funktionerna hos proteinmolekyler), E. Chargaff (dechiffrera egenskaperna hos nukleotidsammansättningen av nukleinsyror), J. Watson, Fr. Crick, M. Wilkins, R. Franklin (bestämning av mönstren för den rumsliga strukturen hos DNA-molekylen), G. Korani (kemisk syntes av genen), etc. 14

Klassificering av organiska föreningar enligt strukturen av kolskelettet och den funktionella gruppens natur Ett stort antal organiska föreningar fick kemister att klassificera dem. Klassificeringen av organiska föreningar baseras på två klassificeringsegenskaper: 1. Kolskelettets struktur 2. Funktionella gruppers natur Klassificering enligt kolskelettets struktur: 1. Acykliska (alkaner, alkener, alkyner, alkadiener) ); 2. Cyklisk 2.1. Karbocykliska (alicykliska och aromatiska) 2.2. Heterocykliska 15 Acykliska föreningar kallas också alifatiska. Dessa inkluderar ämnen med en öppen kolkedja. Acykliska föreningar delas in i mättad (eller mättad) C n H 2n + 2 (alkaner, paraffiner) och omättade (omättade). De senare inkluderar alkener CnH2n, alkyner CnH2n-2, alkadiener CnH2n-2.

16 Cykliska föreningar innehåller ringar (cykler) som en del av sina molekyler. Om sammansättningen av cyklerna endast innehåller kolatomer, kallas sådana föreningar karbocykliska. I sin tur delas karbocykliska föreningar in i alicykliska och aromatiska. Alicykliska kolväten (cykloalkaner) inkluderar cyklopropan och dess homologer - cyklobutan, cyklopentan, cyklohexan och så vidare. Om, förutom kolvätet, andra grundämnen ingår i det cykliska systemet, klassificeras sådana föreningar som heterocykliska.

Klassificering efter den funktionella gruppens karaktär En funktionell grupp är en atom eller en grupp av atomer bundna på ett visst sätt, vars närvaro i en molekyl av ett organiskt ämne bestämmer de karakteristiska egenskaperna och dess tillhörighet till en eller annan klass av föreningar . Beroende på antalet och homogeniteten hos funktionella grupper delas organiska föreningar in i mono-, poly- och heterofunktionella. Ämnen med en funktionell grupp kallas monofunktionella, med flera identiska funktionella grupper polyfunktionella. Föreningar som innehåller flera olika funktionella grupper är heterofunktionella. Det är viktigt att föreningar av samma klass grupperas i homologa serier. En homolog serie är en serie organiska föreningar med samma funktionella grupper och samma typ av struktur, varje representant för den homologa serien skiljer sig från den föregående genom en konstant enhet (CH 2), som kallas den homologiska skillnaden. Medlemmar av en homolog serie kallas homologer. 17

Nomenklatursystem i organisk kemi - trivialt, rationellt och internationellt (IUPAC) Kemisk nomenklatur är helheten av namn på enskilda kemikalier, deras grupper och klasser, samt reglerna för att sammanställa deras namn. Den triviala (historiska) nomenklaturen är förknippad med processen att erhålla ämnen (pyrogallol - en pyrolysprodukt av gallsyra), ursprungskällan från vilken den erhölls (myrsyra), etc. Triviala namn på föreningar används ofta i kemin av naturliga och heterocykliska föreningar (citral, geraniol, tiofen, pyrrol, kinolin, etc.), som erhölls (myrsyra), etc. Triviala namn på föreningar används ofta i kemin av naturliga och heterocykliska föreningar (citral, geraniol, tiofen, pyrrol, kinolin, etc.). Rationell nomenklatur bygger på principen att dela upp organiska föreningar i homologa serier. Alla ämnen i en viss homolog serie betraktas som derivat av den enklaste representanten för denna serie - den första eller ibland den andra. Speciellt alkaner har metan, alkener har eten etc. Rationell nomenklatur bygger på principen att dela upp organiska föreningar i homologa serier. Alla ämnen i en viss homolog serie betraktas som derivat av den enklaste representanten för denna serie - den första eller ibland den andra. Speciellt alkaner har metan, alkener har eten osv. 18

Internationell nomenklatur (IUPAC). Reglerna för modern nomenklatur utvecklades 1957 vid den 19:e kongressen för International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Radikal-funktionell nomenklatur. Dessa namn är baserade på namnet på den funktionella klassen (alkohol, eter, keton, etc.), som föregås av namnen på kolväteradikaler, till exempel: allylklorid, dietyleter, dimetylketon, propylalkohol, etc. Substitutiv nomenklatur. nomenklaturregler. Föräldrastruktur - ett strukturellt fragment av en molekyl (molekylär ryggrad) som ligger bakom namnet på föreningen, den huvudsakliga kolkedjan av atomer för alicykliska föreningar, för karbocykliska föreningar - en cykel. 19

Kemisk bindning i organiska molekyler Kemisk bindning är ett fenomen av interaktion mellan yttre elektronskal (valenselektroner hos atomer) och atomkärnor, vilket bestämmer förekomsten av en molekyl eller kristall som helhet. Som regel tenderar en atom, som tar emot, donerar en elektron eller bildar ett gemensamt elektronpar, att få en konfiguration av det yttre elektronskalet som liknar inerta gaser. Följande typer av kemiska bindningar är karakteristiska för organiska föreningar: - jonbindning - kovalent bindning - donator - acceptorbindning - vätebindning Det finns också några andra typer av kemiska bindningar (metalliska, en-elektron, två-elektron tre-center), men de förekommer praktiskt taget inte i organiska föreningar. 20

Typer av bindningar i organiska föreningar Det mest karakteristiska för organiska föreningar är en kovalent bindning. En kovalent bindning är växelverkan mellan atomer, som realiseras genom bildandet av ett gemensamt elektronpar. Denna typ av bindning bildas mellan atomer som har jämförbara elektronegativitetsvärden. Elektronegativitet - en egenskap hos en atom, som visar förmågan att dra elektroner mot sig själv från andra atomer. En kovalent bindning kan vara polär eller opolär. En opolär kovalent bindning uppstår mellan atomer med samma elektronegativitetsvärde

Typer av bindningar i organiska föreningar En polär kovalent bindning bildas mellan atomer som har olika elektronegativitetsvärden. I detta fall får de bundna atomerna partiella laddningar δ+δ+ δ-δ- En speciell subtyp av kovalent bindning är donator-acceptorbindningen. Liksom i tidigare exempel beror denna typ av interaktion på närvaron av ett gemensamt elektronpar, men det senare tillhandahålls av en av atomerna som bildar bindningen (donator) och accepteras av en annan atom (acceptor) 24

Typer av bindningar i organiska föreningar En jonbindning bildas mellan atomer som skiljer sig mycket åt i deras elektronegativitetsvärden. I det här fallet går elektronen i det mindre elektronegativa elementet (ofta en metall) helt till det mer elektronegativa elementet. Denna övergång av en elektron orsakar uppkomsten av en positiv laddning i en mindre elektronegativ atom och en negativ i en mer elektronegativ. Således bildas två joner med motsatt laddning, mellan vilka det finns en elektrovalent interaktion. 25

Typer av bindningar i organiska föreningar En vätebindning är en elektrostatisk interaktion mellan en väteatom, som är bunden av en mycket polär bindning, och elektronpar av syre, fluor, kväve, svavel och klor. Denna typ av interaktion är en ganska svag interaktion. Vätebindningen kan vara intermolekylär och intramolekylär. Intermolekylär vätebindning (interaktion mellan två etanolmolekyler) Intramolekylär vätebindning i salicylaldehyd 26

Kemisk bindning i organiska molekyler Den moderna teorin om kemisk bindning bygger på den kvantmekaniska modellen av en molekyl som ett system bestående av elektroner och atomkärnor. Hörnstensbegreppet i kvantmekanisk teori är atomomloppsbanan. En atomomloppsbana är den del av rymden där sannolikheten att hitta elektroner är maximal. Bindning kan alltså ses som en interaktion ("överlappning") av orbitaler som var och en bär en elektron med motsatta spinn. 27

Hybridisering av atomorbitaler Enligt kvantmekanisk teori bestäms antalet kovalenta bindningar som bildas av en atom av antalet enelektronatomorbitaler (antalet oparade elektroner). Kolatomen i grundtillståndet har bara två oparade elektroner, men den möjliga övergången av en elektron från 2s till 2pz gör det möjligt att bilda fyra kovalenta bindningar. Tillståndet för en kolatom där den har fyra oparade elektroner kallas "exciterad". Även om orbitaler av kol är olika, är det känt att fyra ekvivalenta bindningar kan bildas på grund av hybridisering av atomorbitaler. Hybridisering är ett fenomen där samma antal orbitaler av samma form och antal orbitaler bildas av flera olika i form och liknande energiorbitaler. 28

Hybridtillstånd för kolatomen i organiska molekyler FÖRSTA HYBRIDTILLSTÅND C-atomen är i sp 3 hybridiseringstillstånd, bildar fyra σ-bindningar, bildar fyra hybridorbitaler, som är belägna i form av en tetraeder (valensvinkel) σ-bindning 31

Hybridtillstånd för kolatomen i organiska molekyler ANDRA HYBRIDTILLSTÅND C-atomen befinner sig i sp 2-hybridiseringstillståndet, bildar tre σ-bindningar, bildar tre hybridorbitaler, som är ordnade i form av en platt triangel (valensvinkel 120) σ-bindningar π-bindningar 32

Hybridtillstånd för kolatomen i organiska molekyler TREDJE HYBRIDTILLSTÅND C-atomen är i sp-hybridiseringstillståndet, bildar två σ-bindningar, bildar två hybridorbitaler som är ordnade i en linje (valensvinkel 180) σ-bindningar π- obligationer 33

Egenskaper för kemiska bindningar PAULING-skala: F-4.0; O - 3,5; Cl - 3,0; N - 3,0; Br - 2,8; S - 2,5; C-2,5; H-2,1. skillnad 1,7

Egenskaper för kemiska bindningar Bindningspolariserbarhet är en förskjutning av elektrondensitet under påverkan av yttre faktorer. Polariserbarheten för en bindning är graden av elektronmobilitet. När atomradien ökar, ökar polariserbarheten hos elektroner. Därför ökar polariserbarheten för kol-halogenbindningen enligt följande: C-F

elektroniska effekter. Ömsesidig påverkan av atomer i en molekyl 39 Enligt moderna teoretiska begrepp är reaktiviteten hos organiska molekyler förutbestämd av förskjutningen och rörligheten hos elektronmoln som bildar en kovalent bindning. Inom organisk kemi särskiljs två typer av elektronförskjutningar: a) elektroniska förskjutningar som sker i ett system av -bindningar, b) elektroniska förskjutningar som överförs av ett system av -bindningar. I det första fallet sker den så kallade induktiva effekten, i det andra - mesomerisk. Den induktiva effekten är en omfördelning av elektrondensitet (polarisation) som är ett resultat av skillnaden i elektronegativitet mellan atomerna i en molekyl i ett system av -bindningar. På grund av den obetydliga polariserbarheten hos -bindningar dör den induktiva effekten snabbt ut och efter 3-4 bindningar uppträder den nästan inte.

elektroniska effekter. Ömsesidig påverkan av atomer i en molekyl 40 Begreppet induktiv effekt introducerades av K. Ingold, han introducerade även beteckningarna: -I-effekt vid minskning av elektrontätheten hos substituenten +I-effekt i fallet med en ökning av elektrondensiteten hos substituenten. En positiv induktiv effekt uppvisas av alkylradikaler (CH 3, C 2 H 5 - etc.). Alla andra kolbundna substituenter uppvisar en negativ induktiv effekt.

elektroniska effekter. Ömsesidig påverkan av atomer i en molekyl 41 Den mesomera effekten är omfördelningen av elektrondensitet längs ett konjugerat system. Konjugerade system inkluderar molekyler av organiska föreningar där dubbel- och enkelbindningar alternerar eller när en atom med ett odelat elektronpar i p-orbitalen placeras bredvid dubbelbindningen. I det första fallet sker - konjugering, och i det andra - p, - konjugering. Konjugerade system kommer med öppen och sluten krets konjugering. Exempel på sådana föreningar är 1,3-butadien och bensin. I molekylerna av dessa föreningar befinner sig kolatomer i ett tillstånd av sp 2-hybridisering och, på grund av icke-hybrid p-orbitaler, bildar -bindningar som överlappar varandra och bildar ett enda elektronmoln, det vill säga konjugering äger rum.

elektroniska effekter. Ömsesidig påverkan av atomer i en molekyl 42 Det finns två typer av mesomerisk effekt - positiv mesomer effekt (+M) och negativ mesomer effekt (-M). En positiv mesomer effekt uppvisas av substituenter som donerar p-elektroner till det konjugerade systemet. Dessa inkluderar: -O, -S -NH2, -OH, -OR, Hal (halogener) och andra substituenter som har en negativ laddning eller ett odelat elektronpar. Den negativa mesomeriska effekten är typisk för substituenter som drar bort -elektrondensiteten från det konjugerade systemet. Dessa inkluderar substituenter som har flera bindningar mellan atomer med olika elektronegativitet: - N02; -S03H; >C=O; - COOH och andra. Den mesomeriska effekten representeras grafiskt av en böjd pil som visar elektronförskjutningens riktning, till skillnad från den induktiva effekten släcks inte den mesomeriska effekten. Den överförs helt genom systemet, oavsett längden på gränssnittskedjan. C=O; - COOH och andra. Den mesomeriska effekten representeras grafiskt av en böjd pil som visar elektronförskjutningens riktning, till skillnad från den induktiva effekten släcks inte den mesomeriska effekten. Den överförs helt genom systemet, oavsett längden på gränssnittskedjan.">

Typer av kemiska reaktioner 43 En kemisk reaktion kan betraktas som en interaktion mellan en reaktant och ett substrat. Beroende på metoden för att bryta och bilda en kemisk bindning i molekyler delas organiska reaktioner in i: a) homolytiska b) heterolytiska c) molekylära Homolytiska eller fria radikalreaktioner orsakas av homolytisk bindningsbrytning, när varje atom har en elektron kvar, dvs. är, radikaler bildas. Homolytisk ruptur inträffar vid höga temperaturer, verkan av ett lätt kvantum eller katalys.

Heterolytiska eller joniska reaktioner fortskrider på ett sådant sätt att ett par bindande elektroner blir kvar nära en av atomerna och joner bildas. En partikel med ett elektronpar kallas nukleofil och har en negativ laddning (-). En partikel utan elektronpar kallas elektrofil och har en positiv laddning (+). 44 Typer av kemiska reaktioner

Mekanismen för en kemisk reaktion 45 En reaktionsmekanism är en uppsättning elementära (enkla) stadier som utgör en given reaktion. Reaktionsmekanismen inkluderar oftast följande steg: aktivering av reagenset med bildning av en elektrofil, nukleofil eller fri radikal. För att aktivera reagenset behövs som regel en katalysator. I det andra steget interagerar det aktiverade reagenset med substratet. I detta fall bildas mellanliggande partiklar (mellanprodukter). De senare inkluderar -komplex, -komplex (karbokatjoner), karbanjoner, nya fria radikaler. I slutsteget sker tillsatsen eller klyvningen till (från) mellanprodukten som bildas i det andra steget av någon partikel med bildningen av den slutliga reaktionsprodukten. Om reagenset genererar en nukleofil vid aktivering är dessa nukleofila reaktioner. De är markerade med bokstaven N - (i indexet). I det fall då reagenset genererar en elektrofil är reaktionerna elektrofila (E). Detsamma kan sägas om fria radikalreaktioner (R).

Nukleofiler är reagens som har en negativ laddning eller en atom berikad med elektrondensitet: 1) anjoner: OH-, CN-, RO-, RS-, Hal- och andra anjoner; 2) neutrala molekyler med odelade elektronpar: NH3, NH2R, H2O, ROH och andra; 3) molekyler med överskott av elektrondensitet (har - bindningar). Elektrofiler - reagenser med en positiv laddning eller en atom utarmad i elektrondensitet: 1) katjoner: H + (proton), HSO 3 + (vätesulfoniumjon), NO 2 + (nitroniumjon), NO (nitrosoniumjon) och andra katjoner; 2) neutrala molekyler med en ledig orbital: AlCl3, FeBr3, SnCl4, BF4 (Lewis-syror), SO3; 3) molekyler med en utarmad elektrontäthet på atomen. 46

49

50

51

52

, antibiotika, feromoner, signalsubstanser, biologiskt aktiva substanser av vegetabiliskt ursprung, samt syntetiska regulatorer av biologiska processer (läkemedel, bekämpningsmedel, etc.). Som en oberoende vetenskap bildades den under andra hälften av 1900-talet i skärningspunkten mellan biokemi och organisk kemi och är förknippad med praktiska problem inom medicin, jordbruk, kemi, livsmedel och mikrobiologi.

Metoder

Den huvudsakliga arsenalen är metoderna för organisk kemi; en mängd olika fysikaliska, fysikalisk-kemiska, matematiska och biologiska metoder är involverade i att lösa strukturella och funktionella problem.

Studieobjekt

• Biopolymerer av blandad typ
• naturliga signalämnen
• Biologiskt aktiva ämnen av vegetabiliskt ursprung
• Syntetiska regulatorer (läkemedel, bekämpningsmedel, etc.).

Källor

• Ovchinnikov Yu. A.. - M .: Utbildning, 1987. - 815 sid.
• Bender M., Bergeron R., Komiyama M.
• Dugas G., Penny K. Bioorganisk kemi. - M.: Mir, 1983.
• Tyukavkina N. A., Baukov Yu. I.

se även

Skriv en recension om artikeln "Bioorganisk kemi"

Ett utdrag som kännetecknar bioorganisk kemi

- Ma chere, il y a un temps pour tout, [Älskling, det finns tid för allt,] - sa grevinnan och låtsades vara strikt. "Du skämmer bort henne hela tiden, Elie," tillade hon till sin man.
- Bonjour, ma chere, je vous felicite, [Hej, min kära, jag gratulerar dig,] - sa gästen. - Quelle delicuse enfant! [Vilket underbart barn!] tillade hon och vände sig till sin mamma.
En mörkögd, stormunad, ful men livlig flicka, med sina barnsliga öppna axlar, som krympande rörde sig i hennes korsage från en snabb löpning, med sina svarta lockar tillbakaslagna, tunna bara armar och små ben i spetsbyxor och öppna skor, var i den där söta åldern när flickan inte längre är ett barn, och barnet ännu inte är en flicka. Hon vände sig bort från sin far, sprang fram till sin mor och, utan att bry sig om hennes stränga anmärkning, gömde hon sitt rodnade ansikte i spetsen på sin mors mantill och skrattade. Hon skrattade åt något, pratade plötsligt om dockan hon hade tagit fram under kjolen.
"Ser du?... Docka... Mimi... Ser du.
Och Natasha kunde inte längre prata (allt verkade löjligt för henne). Hon föll på sin mamma och brast ut i skratt så högt och rungande att alla, till och med den primitiva gästen, skrattade mot hennes vilja.
- Tja, gå, gå med ditt freak! - sa mamman och knuffade bort sin dotter i hån ilsket. "Det här är min mindre," vände hon sig mot gästen.
Natasha, som för ett ögonblick slet bort ansiktet från sin mammas spetshalsduk, tittade på henne underifrån genom skratttårar och gömde igen sitt ansikte.
Gästen, tvingad att beundra familjescenen, ansåg det nödvändigt att ta del i den.
”Säg mig, min kära”, sa hon och vände sig mot Natasha, ”hur har du det här Mimi? Dotter, eller hur?
Natasha gillade inte tonen av nedlåtande till det barnsliga samtalet med vilket gästen vände sig till henne. Hon svarade inte och tittade allvarligt på gästen.
Under tiden, hela denna unga generation: Boris - en officer, son till prinsessan Anna Mikhailovna, Nikolai - en student, den äldste sonen till greven, Sonya - den femtonåriga brorsdottern till greven, och lilla Petrusha - den yngsta son, alla bosatte sig i vardagsrummet och, uppenbarligen, försökte hålla sig inom gränserna för anständighet animation och glädje som fortfarande andades i varje inslag. Det var uppenbart att där, i de bakre rummen, varifrån de alla hade kommit springande så hastigt, hade de muntligare samtal än här om stadsskvaller, vädret och comtesse Apraksine. [om grevinnan Apraksina.] Då och då tittade de på varandra och kunde knappt hålla sig från att skratta.