Кафедра общей и биоорганической химии

ГБОУ ВПО

КУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КАФЕДРА ОБЩЕЙ И БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЯМ ПО БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЛЕЧЕБНОГО ФАКУЛЬТЕТА

Курск 2012

Занятие № 1

Основные свойства гомофункциональных органических соединений

Мотивация цели. Для изучения свойств гетерофункциональных соединений, являющихся биологически важными соединениями, необходимо знать свойства соединений основных классов.

Цель самоподготовки. Необходимо повторить строение, номенклатуру, химические свойства спиртов, фенолов, оксосоединений, аминов, карбоновых кислот.

План изучения темы

1. Строение и свойства углеводородов.

- гомологический ряд алканов, название радикалов;

- реакции радикального замещения (на примере галогенирования);

- номенклатура алкенов, реакции электрофильного присоединения (гидрогалогенирование, гидратация, галогенирование), реакции окисления;

- арены, критерии ароматичности, реакции электрофильного замещения (галогенирование, нитрование).

2. Спирты и фенолы – строение, номенклатура, свойства.

- кислотные свойства одноатомных спиртов и фенолов в сравнении;

- реакция многоатомных спиртов с гидроксидом меди (II);

- конкурентные реакции межмолекулярной и внутримолекулярной дегидратации спиртов;

- реакции ацилирования спиртов и фенолов;

- реакции окисления спиртов и фенолов;

- взаимодействие фенолов с бромной водой и с хлоридом железа (III).

3. Альдегиды и кетоны – строение, номенклатура, свойства.

- Реакции нуклеофильного присоединения в альдегидах и кетонах (присоединение спиртов, восстановление);

- реакции присоединения-отщепления (взаимодействие с аммиаком, аминами, гидроксиламином);

- реакции окисления альдегидов.

4. Строение, номенклатура и свойства аминов.

- основные свойства алифатических и ароматических аминов в сравнении;

- нуклеофильные свойства аминов (реакции алкилирования и ацилирования).

5. Карбоновые кислоты – строение, номенклатура, свойства.

- кислотные свойства, образование солей;

- реакции нуклеофильного замещения (образование сложных эфиров, ангидридов, амидов).

Рекомендуемая литература

1. Учебно-методическое пособие для самоподготовки к занятиям по биоорганической химии/ В.Я. Яцюк, И.В. Зубкова, Ю.И. Гуторов. Курск, 2010. - табл.1, графы №№ 3, 4, 8, 10 -14.

Вопросы для самоконтроля:

Заполните схемы превращений, назовите продукты реакций.

Занятие № 2

Гетерофункциональные соединения алифатического ряда – структура, свойства, биологическая роль

Мотивация цели. Гетерофункциональные алифатические соединения (аминоспирты, аминокислоты, окси- и оксо-кислоты и их производные) широко распространены среди природных и синтетических веществ, имеющих биологическое значение. Они являются метаболитами, лекарственными препаратами, составной частью пищевых продуктов

Цель самоподготовки. Необходимо усвоить понятие «гетерофункциональность», химические свойства аминоспиртов, аминокислот, окси- и оксокислот, получить представление об оптической изомерии как виде стереоизомерии.

План изучения темы

1. Биогенные амины (аминоспирты и аминофенолы).

1.1. Строение и свойства аминоспиртов коламина и холина (кислотно-основные свойства, реакции алкилирования и ацилирования). Их биологическая роль.

1.2. Аминофенолы (катехоламины) – норадреналин и адреналин. Их строение, кислотно-основные свойства и биологическое значение.

2. Оксикислоты (гидроксикислоты).

2.1. Строение, структурная изомерия и биологическое значение одноосновных оксикислот.

2.2. Химические свойства оксикислот, обусловленные карбоксильной группой (кислотные свойства, образование функциональных производных).

2.3. Химические свойства оксикислот, обусловленные наличием спиртовой группы (реакции окисления, ацилирования).

2.4. Специфические свойства α-, β-, γ-оксикислот.

2.5. Строение и медико-биологическое значение многоосновных оксикислот (яблочной, винной, лимонной). Названия их солей. Качественные реакции винной кислоты.

3. Аминокислоты.

3.1. Строение, структурная изомерия и биологическая роль аминокислот.

3.2. Химические свойства аминокислот, обусловленные карбоксильной группой.

3.3. Химические свойства аминокислот, обусловленные аминогруппой (основные свойства, реакция ацилирования).

3.4. Специфические свойства α-, β-, γ-аминокислот.

4. Оксокислоты.

4.1. Строение глиоксалевой, пировиноградной, ацетоуксусной, щавелевоуксусной, α-кетоглутаровой кислот. Их биологическая роль.

4.2. Химические свойства, обусловленные карбоксильной группой.

4.3. Химические свойства, обусловленные оксо-группой (восстановление, реакции нуклеофильного присоединения и присоединения-отщепления).

4.4. Специфическое свойство β-оксокислот (декарбоксилирование).

4.5. «Кетоновые тела». Взаимные превращения β-оксимасляной, ацетоуксусной кислот и ацетона. Реакция обнаружения «кетоновых тел» в моче.

5. Оптическая изомерия (внеаудиторная самостоятельная работа).

5.1. Понятие об оптической активности, хиральности молекул, асимметрическом атоме углерода. Связь между числом асимметрических атомов углерода и количеством стереоизомеров. Проекционные формулы Фишера - правила их построения.

5.2. Энантиомеры, их свойства. Определение относительной и абсолютной конфигурации. Рацемическая смесь (рацемат).

5.3. Диастереомеры, их свойства. Мезоформа.

Рекомендуемая литература

А - с.233-236, 255-271, 64-72, 74-76.

А* - с. 231-233, 252-267, 68-75, 77-81, 86-87.

А** - с. 234-251, 65-73, 75-78, 82-84.

«Учебно-методическое пособие для самоподготовки к занятиям по биоорганической химии» с.-107-110, 113-120.

 

Вопросы для самоконтроля: «Учебно-методическое пособие для самоподготовки к занятиям по биоорганической химии», с.109, вопросы 1-10. Письменно ответить на вопросы 1,6. Д ля подготовки к тесту используйте вопросы для тестового контроля №№ 1-23, 25, 28-38 (с. 113-120).

Самостоятельная работа по теме «Оптическая изомерия». Письменно ответить на вопросы 12,13 (с.110).

 

Занятие № 3

План изучения темы

1. п-Аминофенол и его производные.

1.1. Кислотно-основные свойства п-аминофенола. Образование солей.

1.2. Реакции ацилирования и алкилирования п-аминофенола.

1.3. Лекарственные препараты - фенацетин, парацетамол.

2. п-Аминобензойная кислота и её производные.

2.1. Кислотно-основные свойства п-аминобензойной кислоты. Образование солей.

2.2. Свойства п-аминобензойной кислоты по карбоксильной группе - образование сложных эфиров, хлорангидрида.

2.3. Свойства п-аминобензойной кислоты по аминогруппе - реакции ацилирования и алкилирования.

2.4. Получение анестезина и новокаина.

3. Сульфаниловая кислота и её производные.

3.1. Кислотно-основные свойства сульфаниловой кислоты.

3.2. Строение амида сульфаниловой кислоты. Общая структура сульфаниламидов.

3.3. Биологическая роль сульфаниламидов. Объяснение механизма их антимикробного действия.

4. Салициловая кислота и её производные.

4.1. Получение лекарственных препаратов – салицилата натрия, метилсалицилата, фенилсалицилата, ацетилсалициловой кислоты. Их медицинское применение.

4.2. Определение доброкачественности ацетилсалициловой кислоты.

4.3. п-Аминосалициловая кислота – противотуберкулёзное средство.

Рекомендуемая литература

А - с.271-297.

А*- с. 271-290

А**- с. 255-274.

«Учебно-методическое пособие для самоподготовки к занятиям по биоорганической химии» с.-122-123.

Вопросы для самоконтроля 1 – 5 (с.123). Письменно ответить на вопросы:

1. Приведите схему реакции получения парацетамола из п-амино-фенола. Укажите его применение в медицине.

2. Приведите схему реакции получения новокаина гидрохлорида из п-аминобензойной кислоты. Укажите его применение в медицине.

3. Приведите схему реакции получения фенилсалицилата из салициловой кислоты. Укажите его применение в медицине.

Для подготовки к тесту используйте вопросы для тестового контроля №№ 1-22 (с. 130-134).

 

 

Занятие № 4

План изучения темы

1. Определение понятия «гетероциклические соединения». Классификация гетероциклов.

2. Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом.

2.1. Строение пиррола, фурана и тиофена. Их ароматичность. Понятие «π-избыточные системы».

2.2. Кислотно-основные свойства пиррола.

2.3. Реакции гидрирования пиррола. Основные свойства продуктов гидрирования.

2.4. Тетрапиррольные производные (порфин, гем). Их биологическая роль.

2.5. Индол (бензпиррол). Кислотно-основные свойства. Окислительное (до серотонина) и неокислительное (до триптамина) окисление триптофана.

2.6. Свойства фурфурола как альдегида. Получение фурацилина (семикарбазона 5-нитрофурфурола) из фурфурола. Биологическое действие препаратов – производных 5-нитрофурана.

3. Пятичленных гетероциклы с двумя гетероатомами (азолы).

3.1. Строение пиразола, имидазола, тиазола. Их ароматичность.

3.2. Кислотно-основные свойства пиразола и имидазола.

3.3. Биологически важные производные пиразолона-3(5).

3.4. Производные имидазола – гистидин, гистамин.

3.5. Тиазолидин – структурный фрагмент пенициллинов.

4. Шестичленные гетероциклические соединения.

4.1. Строение пиридина и хинолина. Их ароматические свойства. Понятие «π-недостаточные системы».

4.2. Основные свойства пиридина и хинолина. Образование солей.

4.3. Нуклеофильные свойства пиридина, реакция алкилирования (образование алкилпиридиниевых ионов). Окислительные свойства алкилпиридиниевых ионов как химическая основа действия НАД⁺ в организме.

4.4. Никотиновая кислота и её производные – никотинамид, кордиамин. Их медико-биологическое значение.

4.5. Изоникотиновая кислота и её производные – тубазид, фтивазид. Их фармакологический эффект.

4.6. Препараты – производные 8-оксихинолина (нитроксолин, энтеросептол). Принцип их антибактериального действия.

4.7. Биологически важные производные пиримидина – пиримидиновые нуклеиновые основания, барбитураты. Кислотные свойства барбитуратов.. Образование солей. Медико-биологическое значение барбитуратов.

5. Пурин и его производные.

5.1. Структура пурина, нумерация атомов в цикле. Ароматичность.

5.2. Кислотно-основные свойства. Прототропная таутомерия

5.3. Ксантин. Метилированные производные ксантина (теобромин, теофилин, кофеин), их фармакологический эффект.

5.4. Мочевая кислота. Кислотные свойства, образование кислых и средних солей, их растворимость.

Рекомендуемая литература

А - с.271-297.

А*- с. 271-290

А**- с. 255-274.

«Учебно-методическое пособие для самоподготовки к занятиям по биоорганической химии» с.-122-123,137-138.

Вопросы для самоконтроля №№ 7 (с.124), 3, 5, 7 (с.138).

Для подготовки к тесту используйте вопросы для тестового контроля №№ 23-26, 31, 33, 36-42 (с. 134-136), 1, 12-19, 21-23, 27-32, 34-40, 44-45 (с. 141-148).

Занятие № 5

Итоговое занятие по блоку

«Биологически активные низкомолекулярные органические вещества (строение, свойства, участие в функционировании

Живых систем)»

 

 

Мотивация цели. Большинство биологически активных соединений, участвующих в процессах метаболизма, в том числе лекарственных препаратов, относится к гетерофункциональным соединениям. Для лучшего понимания зависимости строения, свойств и биологической роли гетерофункциональных соединений и их производных следует повторить и обобщить учебный материал.

Цель самоподготовки. Необходимо повторить свойства гетерофункциональных производных алифатического и ароматического рядов, а также гетероциклических соединений.

Вопросы для самоконтроля

1. Запишите формулы молочной и α-гидроксимасляной кислот. Назовите их по IUPAC. Отметьте хиральные центры молекул, запишите формулы стереоизомеров, определите их относительную конфигурацию. Дайте определение понятиям «энантиомеры», «рацемическая смесь».

2. Приведите схемы реакций молочной кислоты по карбоксильной группе (образование солей и сложных эфиров) и по гидроксильной группе (реакции ациирования и окисления).

3. Дайте определение понятию «гетерофункциональные соединения» и общую характеристику свойств гетерофункциональных соединений.

4. Приведите строение пировиноградной, ацетоуксусной и щавелевоуксусной кислот. Назовите их по номенклатуре IUPAC.

5. Приведите по одному примеру реакций ацетоуксусной кислоты по каждой функциональной группе и специфическую реакцию (декарбоксилирование).

6. Приведите схемы реакций пировиноградной и ацетоуксусной кислот по карбоксильной группе (образование солей и сложных эфиров).

7. Приведите схемы реакций пировиноградной и щавелевоуксусной кислот по оксогруппе (восстановление, реакции с синильной кислотой и гидроксиламином). Назовите полученные продукты.

8. Приведите схему взаимных превращений «кетоновых тел»: β-гидроксимасляной и ацетоуксусной кислот, ацетона.

9. Охарактеризуйте кислотно-основные свойства п-аминофенола и п-аминобензойной кислоты (по одному примеру реакций по кислотному и основному центрам).

10. Приведите схему реакции ацилирования п-аминофенола уксусным ангидридом. Дайте медицинское название полученного лекарственного препарата.

11. Приведите схемы реакций получения лекарственных препаратов – производных п-аминобензойной кислоты анестезина и новокаина, укажите их применение в медицине.

12. Приведите схемы реакций получения натрия салицилата и ацетилсалициловой кислоты из салициловой кислоты. Укажите применение этих препаратов в медицине.

13. Приведите схемы реакций получения фенилсалицилата из салициловой кислоты (через хлорангидрид). Как применяется фенилсалицилат в медицине.

14. Приведите примеры реакций, иллюстрирующих кислотно-основные свойства сульфаниловой кислоты. Запишите формулу биполярного иона сульфаниловой кислоты. Приведите строение стрептоцида (сульфаниламида) и общую структурную формулу сульфаниламидных препаратов. Объясните принцип их фармакологического эффекта.

15. Приведите схемы реакций окислительного (до серотонина) и неокислительного (до триптамина) декарбоксилирования аминокислоты триптофан.

16. Приведите схему реакции получения 5-нитрофурфурола из фурфурола. Каким биологическим действием обладают медицинские препараты нитрофуранового ряда?

17. Приведите структуру пиразола, объясните, почему он является ароматическим соединением. Приведите примеры двух реакций, иллюстрирующих кислотные и основные свойства пиразола.

18. Запишите формулу пиразолона-3(5), укажите тривиальные названия лекарственных препаратов – производных пиразолона и их фармакологический эффект.

19. Приведите примеры двух реакций, иллюстрирующих кислотные и основные свойства имидазола.

20. Приведите схему реакции декарбоксилирования α-аминокислоты гистидина.

21. Объясните, почему пиридин проявляет основные свойства. Приведите схему реакции, иллюстрирующей основные свойства пиридина.

22. Приведите схему реакций получения никотиновой кислоты и её амида из соответствующего пиколина. Укажите их биологическую роль.

23. Приведите схему реакций получения изоникотиновой кислоты и её гидразида из соответствующего пиколина. Каким фармакологическим эффектом обладает гидразид изоникотиновой кислоты?

24. Приведите схемы реакций сульфирования и нитрования хинолина. Назовите механизм этих реакций.

25. Каким фармакологическим эффектом обладают препараты – производные 8-оксихинолина? Объясните механизм их действия (приведите структуру комплекса 8-гидроксихинолина с ионами Co²⁺).

26. Приведите общую структурную формулу барбитуратов, объясните причину их кислотных свойств (приведите схему лактам-лактимной таутомерии). Приведите схему реакции образования соли барбитурата с одним молем щёлочи. Укажите применение барбитуратов в медицине.

27. Приведите строение пурина, Назовите гетероциклы, из которых состоит эта конденсированная гетероциклическая система. Объясните, почему пурин является ароматическим соединением.

28. Приведите структуру ксантина (2,6-дигидроксипурина) и его метилированного производного – кофеина (1,3,7-триметилксантина).

29. Приведите строение мочевой кислоты (2,6,8-тригидроксипурина), её кислой и средней натриевых солей. Укажите их растворимость в воде.

 

Рекомендуемая литература

«Учебно-методическое пособие для самоподготовки к занятиям по биоорганической химии» с.-128-151.

Для подготовки к тесту используйте вопросы для тестового контроля по темам 2-4.

 

 

Занятие № 6

План изучения темы

1. Классификация углеводов. Классификация моносахаридов по количеству атомов углерода в цепи и по характеру оксогруппы. Примеры

2. Стереоизомерия моносахаридов. Энантиомеры, определение относительной конфигурации. Диастереомеры.

2. Цикло-оксо-таутомерия моносахаридов на примере глюкозы, галактозы, фруктозы, рибозы и дезоксирибозы. α- и β-аномеры.

3. Свойства моносахаридов, обусловленные открытой таутомерной формой (оксо-формой).

3.1. Реакции окисления моносахаридов в разных условиях. Использование реакций окисления для идентификации моносахаридов.

3.2. Реакции восстановления моносахаридов. Получение ксилита и сорбита. Их значение.

3.3. Качественная реакция на фруктозу (реакция Селиванова).

4. Реакции циклических форм моносахаридов.

4.1. Реакции по полуацетальному гидроксилу. Образование O- и N-гликозидов, их номенклатура. Условия гидролиза гликозидов.

4.2. Реакции по спиртовым гидроксилам.

- реакции моносахаридов как многоатомных спиртов (взаимодействие с Cu(OH)₂);

- образование фосфатов моносахаридов.

5. Отдельные представители моносахаридов и их производных, их значение.

5.1. Пентозы – ксилоза, рибоза, дезоксирибоза, гексозы – глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза.

5.2. Аминосахара – глюкозамин, галактозамин.

5.3. Аскорбиновая кислота

6. Строение дисахаридов Мальтоза, целлобиоза, лактоза, сахароза. Их моносахаридный состав, тип гликозидной связи.

7. Химические свойства дисахаридов.

7.1. Реакции образования гликозидов.

7.2. Отношение дисахаридов к гидролизу. Условия гидролиза.

7.3. Медико-биологическое значение дисахаридов.

8. Строение и свойства гомополисахаридов.

8.1. Строение фракций крахмала (амилозы и амилопектина), гликогена, целлюлозы. Их биологическое значение.

8.2. Гидролиз полисахаридов, его условия.

8.3. Первичная и вторичная структура амилозы и целлюлозы. Зависимость их физических и химических свойств от вторичной структуры.

9. Понятие о гетерополисахаридах.

Рекомендуемая литература

А - с..

А*- с.

А**- с.

«Учебно-методическое пособие для самоподготовки к занятиям по биоорганической химии» с.-151-157, 165-167.

Вопросы для самоконтроля №№ 1, 2, 4, 5 (с.152-153), 6 (с.166). Письменно ответить на вопросы 6 (с.153), 5 (с.166)

Для подготовки к тесту используйте вопросы для тестового контроля №№ 1-6, 9, 11, 13-18, 20, 24, 27, 31-43 (с. 157-164), 2-7, 11, 12, 15-17, 21, 35, 41, 49 (с. 168-176).

 

Занятие № 7

Природные α-аминокислоты, пептиды, белки.

Занятие № 8

Занятие № 9

ГБОУ ВПО

КУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КАФЕДРА ОБЩЕЙ И БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЯМ ПО БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЛЕЧЕБНОГО ФАКУЛЬТЕТА

Курск 2012

Занятие № 1