Element av bioorganisk kemi. Historien om utvecklingen av bioorganisk kemi

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!

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 livlösa föremål. 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 en donator-acceptorbindning. 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 reagenser 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 - reagens som har 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 sin 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.

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-bindning (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. Aldol additionsreaktioner. 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.

Bioorganisk kemi är en vetenskap som studerar strukturen och egenskaperna hos ämnen som är involverade i livsprocesser, i direkt anslutning till kunskapen om deras biologiska funktioner.

Bioorganisk kemi är en vetenskap som studerar strukturen och reaktiviteten hos biologiskt signifikanta föreningar. Ämnet för bioorganisk kemi är biopolymerer och bioregulatorer och deras strukturella element.

Biopolymerer inkluderar proteiner, polysackarider (kolhydrater) och nukleinsyror. Denna grupp inkluderar även lipider som inte är HMCs men som vanligtvis är associerade med andra biopolymerer i kroppen.

Bioregulatorer är föreningar som kemiskt reglerar ämnesomsättningen. Dessa inkluderar vitaminer, hormoner, många syntetiska föreningar, inklusive medicinska substanser.

Bioorganisk kemi bygger på den organiska kemins idéer och metoder.

Utan kunskap om de allmänna lagarna för organisk kemi är det svårt att studera bioorganisk kemi. Bioorganisk kemi är nära besläktad med biologi, biologisk kemi och medicinsk fysik.

Uppsättningen av reaktioner som äger rum i en organism kallas ämnesomsättning.

Ämnen som bildas i ämnesomsättningsprocessen kallas - metaboliter.

Metabolism har två riktningar:

Katabolism är nedbrytningen av komplexa molekyler till enklare.

Anabolism är processen att syntetisera komplexa molekyler från enklare ämnen med energiförbrukning.

Termen biosyntes används i relation till den kemiska reaktionen IN VIVO (i kroppen), IN VITRO (utanför kroppen)

Det finns antimetaboliter - konkurrenter till metaboliter i biokemiska reaktioner.

Konjugering som en faktor för att öka stabiliteten hos molekyler. Ömsesidig påverkan av atomer i molekylerna av organiska föreningar och metoder för dess överföring

Föreläsningsplan:

Konjugering och dess typer:

p, p - konjugation,

r,p - konjugation.

Konjugationsenergi.

Konjugerade öppna kretssystem.

Vitamin A, karotener.

Konjugering i radikaler och joner.

Konjugera system med en sluten krets. Aromaticitet, aromaticitetskriterier, heterocykliska aromatiska föreningar.

Kovalent bindning: opolär och polär.

Induktiva och mesomeriska effekter. EA och ED är substitut.

Den huvudsakliga typen av kemiska bindningar i organisk kemi är kovalenta bindningar. I organiska molekyler är atomer förbundna med s- och p-bindningar.

Atomerna i organiska föreningars molekyler är förbundna med kovalenta bindningar, som kallas s- och p-bindningar.

En enkel s - bindning i SP 3 - hybridiserat tillstånd kännetecknas av l - längd (С-С 0,154 nm) E-energi (83 kcal / mol), polaritet och polariserbarhet. Till exempel:

En dubbelbindning är karakteristisk för omättade föreningar där det, förutom den centrala s-bindningen, även finns en överlappning vinkelrätt mot s-bindningen, som kallas π-bindningen).

Dubbelbindningar är lokaliserade, det vill säga elektrondensiteten täcker endast 2 kärnor av de bundna atomerna.

Oftast kommer vi att ta itu med konjugerad system. Om dubbelbindningar alternerar med enkelbindningar (och i det allmänna fallet har en atom ansluten till en dubbelbindning en p-orbital, då kan p-orbitaler hos angränsande atomer överlappa varandra och bilda ett gemensamt p-elektronsystem). Sådana system kallas konjugerat eller delokaliserat . Till exempel: butadien-1,3

p, p - konjugerade system

Alla atomer i butadien är i SP 2 hybridiserat tillstånd och ligger i samma plan (Pz är inte en hybridorbital). Рz - orbitaler är parallella med varandra. Detta skapar förutsättningar för deras inbördes överlappning. Överlappningen av Pz-orbitalen sker mellan C-1 och C-2 och C-3 och C-4, såväl som mellan C-2 och C-3, det vill säga det finns delokaliseras kovalent bindning. Detta återspeglas i förändringen i bindningslängder i molekylen. Bindningslängden mellan C-1 och C-2 ökas, och mellan C-2 och C-3 förkortas jämfört med en enkelbindning.

1-C-C, 154 nm 1 C=C 0,134 nm

l С-N 1,147 nm l С \u003d O 0,121 nm

r, p - konjugation

Ett exempel på ett p, π-konjugerat system är en peptidbindning.

r, p - konjugerade system

C=0-dubbelbindningen förlängs till 0,124 nm mot den vanliga längden på 0,121, och C-N-bindningen blir kortare och blir 0,132 nm jämfört med 0,147 nm i det vanliga fallet. Det vill säga, processen för elektrondelokalisering leder till anpassningen av bindningslängder och en minskning av molekylens inre energi. Emellertid förekommer ρ,p - konjugering i acykliska föreningar, inte bara när alternerande = bindningar med enkla C-C-bindningar, utan också vid alternerande med en heteroatom:

Nära dubbelbindningen kan det finnas en X-atom som har en fri p-orbital. Oftast är dessa O, N, S heteroatomer och deras p-orbitaler, interagerar med p-bindningar och bildar p, p-konjugering.

Till exempel:

CH 2 \u003d CH - O - CH \u003d CH 2

Konjugering kan utföras inte bara i neutrala molekyler utan också i radikaler och joner:

Baserat på ovanstående, i öppna system, sker konjugering under följande förhållanden:

Alla atomer som deltar i det konjugerade systemet är i SP 2 - hybridiserat tillstånd.

Pz - alla atomers orbitaler är vinkelräta mot s-skelettplanet, det vill säga de är parallella med varandra.

När ett konjugerat multicentersystem bildas, är bindningslängderna inriktade. Det finns inga "rena" enkel- och dubbelbindningar.

Delokaliseringen av p-elektroner i ett konjugerat system åtföljs av frigöring av energi. Systemet går till en lägre energinivå, blir stabilare, mer stabil. Således leder bildandet av ett konjugerat system i fallet med butadien - 1,3 till en energifrisättning i mängden 15 kJ/mol. Det är på grund av konjugering som stabiliteten hos jonradikaler av allyltyp och deras överflöd i naturen ökar.

Ju längre konjugationskedjan är, desto större frigörs energin från dess bildning.

Detta fenomen är ganska utbrett i biologiskt viktiga föreningar. Till exempel:

Vi kommer ständigt att mötas av frågor om den termodynamiska stabiliteten hos molekyler, joner, radikaler under bioorganisk kemi, vilket inkluderar ett antal joner och molekyler som är vitt spridda i naturen. Till exempel:

Konjugerade slutna kretssystem

Aromaticitet. I cykliska molekyler kan under vissa förhållanden ett konjugerat system uppstå. Ett exempel på ett p, p - konjugerat system är bensen, där p - elektronmoln täcker kolatomer, ett sådant system kallas - aromatisk.

Energivinsten på grund av konjugering i bensen är 150,6 kJ/mol. Därför är bensen termiskt stabil upp till en temperatur på 900 o C.

Förekomsten av en sluten elektronisk ring har bevisats med hjälp av NMR. Om en bensenmolekyl placeras i ett externt magnetfält uppstår en induktiv ringström.

Således är aromaticitetskriteriet formulerat av Hückel:

molekylen har en cyklisk struktur;

alla atomer är i SP 2 - hybridiserat tillstånd;

det finns ett delokaliserat p-elektronsystem som innehåller 4n + 2 elektroner, där n är antalet cykler.

Till exempel:

En speciell plats inom bioorganisk kemi upptar frågan aromaticitet hos heterocykliska föreningar.

I cykliska molekyler som innehåller heteroatomer (kväve, svavel, syre) bildas ett enda p-elektronmoln med deltagande av p-orbitaler av kol- och heteroatomatomer.

Femledade heterocykliska föreningar

Ett aromatiskt system bildas genom växelverkan mellan 4 p-orbitaler C och en orbital av en heteroatom, som har 2 elektroner. Sex p - elektroner bildar ett aromatiskt skelett. Ett sådant konjugatsystem är elektroniskt redundant. I pyrrol är N-atomen i SP2-hybridiserat tillstånd.

Pyrrol är en del av många biologiskt viktiga ämnen. Fyra pyrrolringar bildar ett porfin - ett aromatiskt system med 26 p - elektroner och en hög konjugationsenergi (840 kJ / mol)

Porfinstrukturen är en del av hemoglobin och klorofyll

Sexledade heterocykliska föreningar

Det aromatiska systemet i molekylerna av dessa föreningar bildas genom växelverkan mellan fem p-orbitaler av kolatomer och en p-orbital av kväveatomen. Två elektroner på två SP 2 - orbitaler är involverade i bildandet av s - bindningar med ringens kolatomer. P-orbital med en elektron ingår i det aromatiska skelettet. SP 2 - en orbital med ett ensamt elektronpar ligger i s-skelettplanet.

Elektrondensiteten i pyrimidin skiftas till N, det vill säga systemet är utarmat på p-elektroner, det är elektronbrist.

Många heterocykliska föreningar kan innehålla en eller flera heteroatomer.

Kärnorna av pyrrol, pyrimidin, purin är en del av många biologiskt aktiva molekyler.

Ömsesidig påverkan av atomer i molekylerna av organiska föreningar och metoder för dess överföring

Som redan noterats utförs bindningar i organiska föreningars molekyler på grund av s- och p-bindningar, elektrondensiteten är jämnt fördelad mellan de bundna atomerna endast när dessa atomer är lika eller nära i elektronegativitet. Sådana kopplingar kallas opolär.

CH3-CH2 → CI polär bindning

Inom organisk kemi sysslar vi oftare med polära bindningar.

Om elektrontätheten förskjuts mot en mer elektronegativ atom, kallas en sådan bindning polär. Baserat på värdena för bindningsenergin föreslog den amerikanske kemisten L. Pauling en kvantitativ egenskap för atomers elektronegativitet. Nedan är Paulingskalan.

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

Kolatomer i olika hybridiseringstillstånd skiljer sig åt i elektronegativitet. Därför är s - bindningen mellan SP 3 och SP 2 hybridiserade atomer - polär

Induktiv effekt

Överföringen av elektrondensitet genom mekanismen för elektrostatisk induktion längs en kedja av s-bindningar kallas genom induktion, kallas effekten induktiv och betecknas med J. J:s verkan sönderfaller i regel efter tre bindningar, dock upplever tätt belägna atomer ett ganska starkt inflytande av en närliggande dipol.

Substituenter som förskjuter elektrontätheten längs kedjan av s - bindningar i sin riktning, visar -J - effekt och vice versa +J effekt.

En isolerad p-bindning, såväl som ett enda p-elektronmoln i ett öppet eller slutet konjugerat system, kan lätt polariseras under påverkan av EA- och ED-substituenter. I dessa fall överförs den induktiva effekten till p-bindningen, vilket betyder Jp.

Mesomerisk effekt (konjugationseffekt)

Omfördelningen av elektrondensitet i ett konjugerat system under inverkan av en substituent som är en medlem av detta konjugerade system kallas mesomerisk effekt(M-effekt).

För att en substituent ska komma in i ett konjugerat system själv måste den ha antingen en dubbelbindning (p, p - konjugation) eller en heteroatom med ett ensamt elektronpar (r, p - konjugation). M - effekten överförs genom det konjugerade systemet utan dämpning.

Substituenter som sänker elektrontätheten i det konjugerade systemet (förskjuten elektrondensitet i deras riktning) uppvisar -M-effekten, och substituenter som ökar elektrondensiteten i det konjugerade systemet uppvisar +M-effekten.

Elektroniska effekter av substituenter

Reaktiviteten hos organiska ämnen beror till stor del på arten av J- och M-effekterna. Kunskap om de teoretiska möjligheterna för verkan av elektroniska effekter gör det möjligt att förutsäga förloppet av vissa kemiska processer.

Syra-basegenskaper hos organiska föreningar Klassificering av organiska reaktioner.

Föreläsningsplan

Begreppet substrat, nukleofil, elektrofil.

Klassificering av organiska reaktioner.

reversibel och irreversibel

radikal, elektrofil, nukleofil, synkron.

mono- och bimolekylär

substitutionsreaktioner

additionsreaktioner

elimineringsreaktioner

oxidation och reduktion

syra-bas interaktioner

Reaktionerna är regioselektiva, kemoselektiva, stereoselektiva.

Reaktioner av elektrofil addition. Morkovnikovs styre, anti-Morkovnikovs tillägg.

Reaktioner av elektrofil substitution: orientanter av 1:a och 2:a slaget.

Syra-basegenskaper hos organiska föreningar.

syra och basicitet enligt Bronsted

Lewis syra och basicitet

Teorin om hårda och mjuka syror och baser.

Klassificering av organiska reaktioner

Systematiseringen av organiska reaktioner gör det möjligt att reducera mångfalden av dessa reaktioner till ett relativt litet antal typer. Organiska reaktioner kan klassificeras:

mot: reversibel och irreversibel

av arten av förändringen i bindningar i substratet och reagenset.

substrat- en molekyl som ger en kolatom för att bilda en ny bindning

Reagens- Substratverkande förening.

Beroende på arten av förändringen i bindningar i substratet och reagenset kan reaktioner delas in i:

radikala R

elektrofil E

nukleofil N(Y)

synkron eller koordinerad

Mekanism för SR-reaktioner

Initiering

kedjetillväxt

kedjebrott

KLASSIFICERING EFTER SLUTRESULTAT

Överensstämmelse med slutresultatet av reaktionen är:

A) substitutionsreaktioner

B) additionsreaktioner

B) elimineringsreaktioner

D) omarrangemang

D) oxidation och reduktion

E) syra-bas-interaktioner

Reaktionerna är också:

Regioselektiv- helst genom ett av flera reaktionscentra.

Kemoselektiv- det föredragna reaktionsförloppet enligt en av de besläktade funktionella grupperna.

stereoselektiv- den föredragna bildningen av en av flera stereoisomerer.

Reaktivitet av alkener, alkaner, alkadiener, arener och heterocykliska föreningar

Grunden för organiska föreningar är kolväten. Vi kommer endast att överväga de reaktioner som utförs under biologiska förhållanden och följaktligen inte med själva kolvätena, utan med deltagande av kolväteradikaler.

Omättade kolväten inkluderar alkener, alkadiener, alkyner, cykloalkener och aromatiska kolväten. Den förenande början för dem π är ett elektronmoln. Under dynamiska förhållanden tenderar organiska föreningar också att angripas av E+

Interaktionsreaktioner för alkyner och arener med reagens leder emellertid till olika resultat, eftersom naturen hos π - elektronmolnet i dessa föreningar är olika: lokaliserad och delokaliserad.

Övervägande av reaktionsmekanismer kommer att börja med reaktioner A E. Som vi vet interagerar alkener med

Hydration reaktionsmekanism

Enligt Markovnikovs regel - tillsats av föreningar med den allmänna formeln HX till omättade kolväten med en asymmetrisk struktur - är en väteatom bunden till den mest hydrerade kolatomen om substituenten är ED. Vid anti-Markovnikov-addition tillsätts en väteatom till den minst hydrerade om substituenten är EA.

Elektrofila substitutionsreaktioner i aromatiska system har sina egna egenskaper. Den första egenskapen är att interaktion med ett termodynamiskt stabilt aromatiskt system kräver starka elektrofiler, som vanligtvis genereras med hjälp av katalysatorer.

S E reaktionsmekanism

ORIENTERANDE PÅVERKAN
VICE

Om det finns någon substituent i den aromatiska kärnan, så påverkar det nödvändigtvis fördelningen av elektrondensiteten i ringen. ED - substituenter (orientanter i första raden) CH 3, OH, OR, NH 2, NR 2 - underlättar substitution jämfört med osubstituerad bensen och riktar den inkommande gruppen till orto- och para-positionen. Om ED-substituenterna är starka krävs ingen katalysator, dessa reaktioner fortgår i 3 steg.

EA - substituenter (orienterande medel av det andra slaget) hindrar elektrofila substitutionsreaktioner i jämförelse med osubstituerad bensen. SE-reaktionen fortsätter under svårare förhållanden, den inkommande gruppen går in i metapositionen. Typ II-substituenter inkluderar:

COOH, SO 3 H, CHO, halogener, etc.

SE-reaktioner är också karakteristiska för heterocykliska kolväten. Pyrrol, furan, tiofen och deras derivat tillhör π-överdrivna system och går ganska lätt in i SE-reaktioner. De är lätt halogenerade, alkylerade, acylerade, sulfonerade, nitrerade. När du väljer reagens är det nödvändigt att ta hänsyn till deras instabilitet i en starkt sur miljö, d.v.s. acidofobicitet.

Pyridin och andra heterocykliska system med en pyridin-kväveatom är π-inte tillräckliga system, de är mycket svårare att gå in i SЕ-reaktioner, medan den inkommande elektrofilen upptar β-positionen med avseende på kväveatomen.

Syra och grundläggande egenskaper hos organiska föreningar

De viktigaste aspekterna av organiska föreningars reaktivitet är organiska föreningars syra-basegenskaper.

Syrlighet och basicitet också viktiga begrepp som bestämmer många av de funktionella fysikalisk-kemiska och biologiska egenskaperna hos organiska föreningar. Syra- och baskatalys är en av de vanligaste enzymatiska reaktionerna. Svaga syror och baser är vanliga komponenter i biologiska system som spelar en viktig roll i ämnesomsättningen och dess reglering.

Det finns flera begrepp om syror och baser inom organisk kemi. Brönsteds teori om syror och baser allmänt accepterad inom oorganisk och organisk kemi. Enligt Bronsted är syror ämnen som kan donera en proton, och baser är ämnen som kan ta emot en proton.

Surhet enligt Brönsted

I princip kan de flesta organiska föreningar betraktas som syror, eftersom H i organiska föreningar är bunden till C, N O S

Organiska syror är indelade i C - H, N - H, O - H, S-H - syror.

Surheten uppskattas som Ka eller - lg Ka = pKa, ju mindre pKa desto starkare är syran.

Den kvantitativa bedömningen av surhetsgraden i organiska föreningar har inte fastställts för alla organiska ämnen. Därför är det viktigt att utveckla förmågan att göra en kvalitativ bedömning av olika sura platsers sura egenskaper. För detta används ett generellt metodiskt tillvägagångssätt.

Styrkan hos en syra bestäms av stabiliteten hos anjonen (konjugatbas). Ju stabilare anjonen är, desto starkare syran.

Anjonstabilitet bestäms av en kombination av ett antal faktorer:

elektronegativitet och polariserbarhet av elementet i syracentret.

graden av delokalisering av den negativa laddningen i anjonen.

arten av radikalen som är associerad med syracentret.

solvatiseringseffekter (lösningsmedelseffekt)

Låt oss överväga rollen av alla dessa faktorer i sin tur:

Påverkan av elements elektronegativitet

Ju mer elektronegativt grundämnet är, desto mer delokaliserad laddningen och ju stabilare anjonen är, desto starkare är syran.

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

Därför ändras surhetsgraden i serien CH< NН < ОН

För SH-syror dominerar en annan faktor - polariserbarhet.

Svavelatomen är större och har lediga d-orbitaler. därför kan den negativa laddningen delokaliseras i en stor volym, vilket resulterar i större stabilitet hos anjonen.

Tioler, som starkare syror, reagerar med alkalier, samt med oxider och salter av tungmetaller, medan alkoholer (svaga syror) bara kan reagera med aktiva metaller.

Den relativt höga surheten hos tols används inom medicin, i läkemedels kemi. Till exempel:

Används för förgiftning As, Hg, Cr, Bi, vars verkan beror på bindningen av metaller och deras avlägsnande från kroppen. Till exempel:

Vid bedömning av surheten hos föreningar med samma atom i syracentrumet är den avgörande faktorn delokaliseringen av den negativa laddningen i anjonen. Anjonens stabilitet ökar avsevärt med tillkomsten av möjligheten till delokalisering av den negativa laddningen längs systemet med konjugerade bindningar. En signifikant ökning av surheten i fenoler, jämfört med alkoholer, förklaras av möjligheten till delokalisering i joner jämfört med molekylen.

Den höga surheten hos karboxylsyror beror på resonansstabiliteten hos karboxylatanjonen

Laddningsdelokalisering underlättas av närvaron av elektronbortdragande substituenter (EA), de stabiliserar anjoner och ökar därmed surheten. Till exempel införandet av en substituent i EA-molekylen

Påverkan av substituent och lösningsmedel

a - hydroxisyror är starkare syror än motsvarande karboxylsyror.

ED - substituenter, tvärtom, sänker surheten. Lösningsmedel har en större effekt på anjonstabilisering, som regel är små joner med låg grad av laddningsdelokalisering bättre solvatiserade.

Lösningens inverkan kan spåras till exempel i serien:

Om en atom i syracentret har en positiv laddning leder detta till en ökning av sura egenskaper.

Fråga till publiken: vilken syra - ättiksyra eller palmitinsyra C 15 H 31 COOH - bör ha ett lägre pKa-värde?

Om en atom i ett surt centrum har en positiv laddning leder detta till en ökning av sura egenskaper.

Man kan notera den starka CH - surheten σ - av komplexet som bildas i reaktionen av elektrofil substitution.

Basicitet enligt Brönsted

För att bilda en bindning med en proton krävs ett odelat elektronpar vid heteroatomen,

eller vara anjoner. Det finns p-baser och

π-baser, där basicitetens centrum är

elektroner av en lokaliserad π-bindning eller π-elektroner i ett konjugerat system (π-komponenter)

Styrkan hos basen beror på samma faktorer som surhet, men deras inverkan är motsatt. Ju större elektronegativitet en atom har, desto starkare håller den det ensamma elektronparet, och desto mindre tillgängligt är det för bindning med en proton. Sedan i allmänhet ändras styrkan hos n-baser med samma substituent i serien:

Bland organiska föreningar uppvisar aminer och alkoholer den högsta basiciteten:

Salter av organiska föreningar med mineralsyror är mycket lösliga. Många läkemedel används i form av salter.

Syra-bas-centrum i en molekyl (amfotär)

Vätebindningar som en syra-bas-interaktion

För alla α - aminosyror är övervikten av katjoniska former i starkt sura och anjoniska former i starkt alkaliska medier.

Närvaron av svaga sura och basiska centra leder till svaga interaktioner - vätebindningar. Till exempel: imidazol med låg molekylvikt har en hög kokpunkt på grund av närvaron av vätebindningar.

J. Lewis föreslog en mer allmän teori om syror och baser, baserad på strukturen hos elektronskal.

Lewis-syror kan vara en atom, molekyl eller katjon som har en ledig orbital som kan acceptera ett par elektroner för att bilda en bindning.

Representanter för Lewis-syror är halogeniderna av element i grupperna II och III i det periodiska systemet av D.I. Mendelejev.

Lewis-baser är en atom, molekyl eller anjon som kan donera ett par elektroner.

Lewis-baser inkluderar aminer, alkoholer, etrar, tioler, tioetrar och föreningar som innehåller π-bindningar.

Till exempel kan följande interaktion representeras som interaktionen mellan Lewis-syror och baser

En viktig konsekvens av Lewis-teorin är att vilken organisk substans som helst kan representeras som ett syra-baskomplex.

I organiska föreningar förekommer intramolekylära vätebindningar mycket mer sällan än intermolekylära, men de förekommer även i bioorganiska föreningar och kan betraktas som syra-basinteraktioner.

Konceptet "hårt" och "mjukt" är inte identiskt med starka och svaga syror och baser. Dessa är två oberoende funktioner. Kärnan i LCMO är att hårda syror reagerar med hårda baser och mjuka syror reagerar med mjuka baser.

Enligt Pearsons princip om hårda och mjuka syror och baser (HMCA) delas Lewis-syror in i hårda och mjuka. Hårda syror är acceptoratomer med liten storlek, stor positiv laddning, hög elektronegativitet och låg polariserbarhet.

Mjuka syror - acceptoratomer av stor storlek med en liten positiv laddning, med låg elektronegativitet och hög polariserbarhet.

Kärnan i LCMO är att hårda syror reagerar med hårda baser och mjuka syror reagerar med mjuka baser. Till exempel:

Oxidation och reduktion av organiska föreningar

Redoxreaktioner är av största vikt för vitala processer. Med deras hjälp tillfredsställer kroppen sitt energibehov, eftersom när organiska ämnen oxideras frigörs energi.

Å andra sidan tjänar dessa reaktioner till att omvandla mat till komponenter i cellen. Oxidationsreaktioner främjar avgiftning och utsöndring av läkemedel från kroppen.

Oxidation - processen att ta bort väte med bildandet av en multipelbindning eller nya mer polära bindningar

Återhämtning är den omvända oxidationsprocessen.

Oxidation av organiska substrat fortskrider ju lättare, desto starkare dess tendens att donera elektroner.

Oxidation och reduktion måste beaktas i relation till vissa klasser av föreningar.

Oxidation av C - H-bindningar (alkaner och alkyler)

Vid fullständig förbränning av alkaner bildas CO 2 och H 2 O, samtidigt som värme frigörs. Andra sätt för deras oxidation och reduktion kan representeras av följande scheman:

Oxidation av mättade kolväten sker under svåra förhållanden (kromblandningen är varm), mildare oxidationsmedel verkar inte på dem. Mellanliggande oxidationsprodukter är alkoholer, aldehyder, ketoner, syror.

Hydroperoxider R - O - OH är de viktigaste mellanprodukterna av oxidationen av C - H-bindningar under milda förhållanden, särskilt in vivo

Enzymatisk hydroxylering är en viktig oxidationsreaktion av CH-bindningar i kroppen.

Ett exempel skulle vara produktion av alkoholer från oxidation av livsmedel. På grund av molekylärt syre och dess aktiva former. utförs in vivo.

Väteperoxid kan fungera som ett hydroxylmedel i kroppen.

Överskottet av peroxid måste sönderdelas av katalas till vatten och syre.

Oxidationen och reduktionen av alkener kan representeras av följande omvandlingar:

Återvinning av alkener

Oxidation och reduktion av aromatiska kolväten

Bensen är extremt svårt att oxidera även under svåra förhållanden enligt schemat:

Förmågan att oxidera ökar märkbart från bensen till naftalen och vidare till antracen.

ED-substituenter underlättar oxidationen av aromatiska föreningar. EA - hindra oxidation. Återvinning av bensen.

C6H6 + 3H2

Enzymatisk hydroxylering av aromatiska föreningar

Alkoholoxidation

Jämfört med kolväten oxideras alkoholer under mildare förhållanden.

Den viktigaste reaktionen av dioler i kroppen är omvandlingen i kinon-hydrokinonsystemet

Överföringen av elektroner från substratet till syre sker i metakondrierna.

Oxidation och reduktion av aldehyder och ketoner

En av de mest lättoxiderade klasserna av organiska föreningar

2H 2 C \u003d O + H 2 O CH 3 OH + HCOOH flyter särskilt lätt i ljuset

Oxidation av kvävehaltiga föreningar

Aminer oxideras ganska lätt, slutprodukterna av oxidation är nitroföreningar.

En uttömmande minskning av kvävehaltiga ämnen leder till bildning av aminer.

Aminoxidation in vivo

Oxidation och reduktion av tioler

Jämförande egenskaper för O-B egenskaper hos organiska föreningar.

Tioler och 2-atomära fenoler oxideras lättast. Aldehyder oxideras lätt. Alkoholer är svårare att oxidera, och primära är lättare än sekundära, tertiära. Ketoner är resistenta mot oxidation, eller oxideras med klyvning av molekylen.

Alkyner oxiderar lätt även vid rumstemperatur.

Föreningar som innehåller kolatomer i Sp3-hybridiserat tillstånd, det vill säga mättade fragment av molekyler, är svårast att oxidera.

ED - substituenter underlättar oxidation

EA - hindra oxidation.

Specifika egenskaper hos poly- och heterofunktionella föreningar.

Föreläsningsplan

Poly- och heterofunktionalitet som en faktor som ökar reaktiviteten hos organiska föreningar.

Specifika egenskaper hos poly- och heterofunktionella föreningar:

amfotär bildning av intramolekylära salter.

intramolekylär cyklisering av γ, δ, ε heterofunktionella föreningar.

intermolekylär cyklisering (laktider och deketopipyrosiner)

kelering.

eliminationsreaktioner av beta-heterofunktionella

anslutningar.

keto-enol tautomerism. Fosfoenolpyruvat, som

makroergisk förening.

dekarboxylering.

stereoisomerism

Poly- och heterofunktionalitet, som en orsak till uppkomsten av specifika egenskaper i hydroxi-, amino- och oxosyror.

Närvaron av flera identiska eller olika funktionella grupper i en molekyl är en karakteristisk egenskap hos biologiskt viktiga organiska föreningar. Det kan finnas två eller flera hydroxylgrupper, aminogrupper, karboxylgrupper i en molekyl. Till exempel:

En viktig grupp av ämnen som är involverade i livet är heterofunktionella föreningar som har en parvis kombination av olika funktionella grupper. Till exempel:

I alifatiska föreningar uppvisar alla ovanstående funktionella grupper en EA-karaktär. På grund av påverkan på varandra förbättras deras reaktivitet ömsesidigt. Till exempel, i oxosyror, förstärks elektrofilicitet av vart och ett av de två karbonylkolena under påverkan av -J från den andra funktionella gruppen, vilket leder till en lättare uppfattning om attack av nukleofila reagenser.

Eftersom I-effekten dör ut efter 3–4 bindningar är en viktig omständighet närheten till placeringen av funktionella grupper i kolvätekedjan. Heterofunktionella grupper kan vara belägna vid samma kolatom (α - plats), eller vid olika kolatomer, båda närliggande (β-läge) och mer avlägsna från varandra (γ, delta, epsilon).

Varje heterofunktionell grupp behåller sin egen reaktivitet, närmare bestämt går heterofunktionella föreningar så att säga in i ett "dubbelt" antal kemiska reaktioner. Med ett tillräckligt nära ömsesidigt arrangemang av heterofunktionella grupper uppstår ömsesidig förbättring av reaktiviteten hos var och en av dem.

Med samtidig närvaro av sura och basiska grupper i molekylen blir föreningen amfoter.

Till exempel: aminosyror.

Interaktion mellan heterofunktionella grupper

Molekylen av gerofunktionella föreningar kan innehålla grupper som kan interagera med varandra. Till exempel, i amfotera föreningar, som i a-aminosyror, är bildningen av inre salter möjlig.

Därför finns alla α - aminosyror i form av biopolära joner och är mycket lösliga i vatten.

Förutom syra-bas-interaktioner blir andra typer av kemiska reaktioner möjliga. Till exempel är reaktionerna S N vid SP 2 en hybrid av en kolatom i en karbonylgrupp på grund av interaktion med en alkoholgrupp, bildning av estrar, en karboxylgrupp med en aminogrupp (bildning av amider).

Beroende på det inbördes arrangemanget av funktionella grupper kan dessa reaktioner ske både inom en molekyl (intramolekylär) och mellan molekyler (intermolekylär).

Eftersom reaktionen producerar cykliska amider, estrar. då blir cyklernas termodynamiska stabilitet den avgörande faktorn. I detta avseende innehåller slutprodukten som regel sexledade eller femledade cykler.

För att bilda en fem- eller sexledad ester (amid) cykel under intramolekylär interaktion, måste en heterofunktionell förening ha ett gamma- eller sigma-arrangemang i molekylen. Sen i klassen