Органическая химия. Биотехнология, 1 курс (очная форма) Занятия №12-16 Занятие №12- Полифункциональные соединения (многоатомные спирты, дии трикарбоновые кислоты) Занятие №13- Гетерофункциональные соединения (аминоспирты, аминокислоты) Занятие №14- Гетерофункциональные соединения (гидрокси-,оксо,альдегидо- и кетонокислоты) Занятие №15- Гетерофункциональные производные бензольного ряда как лекарственные средства Занятие №16- Гетероциклические соединении. Биологически активные соединения на основе гетероциклов Общая цель: Сформировать знание специфических химических свойств и пространственного строения алифатических полифункциональных, гетерофункциональных и гетероциклических оединений как основу для понимания их метаболических превращений в организме. Занятия будут проводиться в виде ЛПЗ. В лабораторных тетрадях необходимо сделать запись к каждому занятию по плану: - Дата - № занятия - Тема занятия - Основные вопросы - Короткий конспект по изучаемому материалу -Конспект лабораторной работы. Занятие №12 (ЛПЗ) Тема: Полифункциональные соединения (многоатомные спирты, ди-и трикарбоновые кислоты) Учебные вопросы занятия: Учебные вопросы занятия: 1. Полифункиональные соединения- особенности химического поведения: проявление кислотно - основных свойств, циклизация и хелатообразование, особенности взаимного влияния функциональных групп в зависимости от их относительного положения. 2. Многоатомные спирты: этиленгликоль, глицерин, инозит. Образование хелатных комплексов как качественная реакция на α- диольный фрагмент. Сложные эфиры многоатомных спиртов с неорганическими кислотами (нитроглицерин, фосфаты глицерина, инозита). 3. Двухатомные фенолы: гидрохинон, резорцин, пирокатехин. Окисление двухатомных фенолов. Система гидрохинон-хинон. Фенолы как антиоксиданты (ловушки свободных радикалов). 4. Двухосновные карбоновые кислоты: щавелевая, малоновая, янтарная, глутаровая, фумаровая. Превращение янтарной кислоты в фумаровую, как пример биологической реакции дегидрирования. 5. Полиамины: этилендиамин, путресцин, кадаверин. Лабораторная работа к занятию №12 Образование хелатного комплекса глицерина с гидроксидом меди (качественная реакция на диольный фрагмент). Поместите в пробирку 3 капли раствора CuSO4, 3 капли раствора NaOH и взболтайте. Появляется студенистый осадок гидроксида меди (II). Добавьте 1 каплю глицерина. Осадок растворяется и появляется темно-синее окрашивание от образовавшегося глицерата меди. Этот раствор используется в качестве реактива Гайнеса для открытия сахара в моче у больных сахарным диабетом. Составьте уравнение реакции. Занятие №13 Тема: - Гетерофункциональные соединения (аминоспирты, аминокислоты) Учебные вопросы занятия. 1. Гетерофункциональность - как один из характерных признаков органических соединений, участвующих в процессах жизнедеятельности и являющихся родоначальниками важнейших групп лекарственных средств. Особенности взаимного влияния функциональных групп в зависимости от их относительного расположения. Особенности проявления кислотно – основных свойств. 2. Стереоизомерия, асимметрический атом углерода. Стереоизомерия молекул с одним и двумя центрами хиральности: энантиомеры и диастереомеры. Мезоформы. Рацематы. Право- и левовращающие D-и Lоптические изомеры. 2.1 Аминокислоты: стереоизомерия, 2.2 Реакционные центры аминокислот 5. Аминоспирты: аминоэтанол (коламин), холин, ацетилхолин. Понятие о биологической роли этих соединений. Лабораторная работа к занятию №13 Амфотерные свойства α-аланина. В первую пробирку поместите 5 капель 1% раствора α-аланина и добавьте по каплям 0,1% раствор хлороводородной кислоты, подкрашенной индикатором Конго в синий цвет (на общем столе), до появления розово-красной окраски. Во вторую пробирку поместите 5 капель 1% раствора α-аланина и по каплям добавьте 0,1% раствор гидроксида натрия, подкрашенный фенолфталеином, до исчезновения окраски. Занятие №14 Тема: - Гетерофункциональные соединения (гидрокси-,оксо-,альдегидокислоты) Учебные вопросы занятия: 1. Гидроксикислоты: одноосновные: гликолевая, молочная, α- β- γ- гидрокси - масляные кислоты. Реакции циклизации. Лактоны и лактамы. Реакции элиминирования α- и β-гидроксикислот. Окисление гидроксикислот в организме при участии кофермента НАД+ Двухосновные (яблочная, винные) гидроксикислоты. Трехосновная (лимонная ) гидроксикислота. 1.1 Стереоизомерия гидроксикислот. 2. Альдегидо- и кето(оксо)-кислоты: глиоксиловая, пировиноградная и ее производное - фосфоенолпировиноградная кислота(фосфоенолпируват), ацетоуксусная, щавелевоуксусная и α-оксоглутаровая. Кето-енольная таутомерия. Реакции декарбоксилирования и восстановления α- и β-кетонокислот. Ацетоновые или «кетоновые» тела в организме. Лабораторные работы к занятию №14 Доказательство наличия двух карбоксильных групп в винной кислоте. В пробирку поместите 1 каплю 15% раствора винной кислоты, 2 капли 5% раствора гидроксида калия и встряхните. Постепенно начинает выделяться белый кристаллический осадок малорастворимой в воде кислой калиевой соли винной кислоты (гидротартрат калия). Если осадок не выпадает, охладите пробирку под струей воды и потрите внутреннюю стенку пробирки стеклянной палочкой. Добавьте в пробирку еще 4-5 капель раствора гидроксида калия. Кристаллический осадок постепенно растворяется, так как образуется хорошо растворимая в воде средняя калиевая соль винной кислоты (тартрат калия). Раствор тартрата калия сохраните до следующего опыта. Составьте уравнения реакций. Доказательство наличия гидроксильных групп в винной кислоте. В две пробирки поместите по 2 капли 2% раствора сульфата меди (II) и 10% раствора гидроксида натрия. Выпадает голубой осадок гидроксида меди (II). В 1-ю пробирку добавьте раствор тартрата калия, полученный в предыдущем опыте. Осадок гидроксида меди (II) растворяется с образованием синего раствора. Жидкости в обеих пробирках нагрейте до кипения. В 1-й пробирке цвет жидкости не изменяется, во 2-й – голубой осадок гидроксида меди (II) превращается в оксид меди (II) черного цвета. Образовавшийся синий раствор носит название реактива Фелинга и применяется для обнаружения глюкозы в моче. Составьте уравнения реакций. Занятие №15 Тема: - Гетерофункциональные производные бензольного ряда как лекарственные средства Учебные вопросы занятия: 1.Бензол, бензойная кислота и ее производные 1.1 п-Аминофенол и его производные 1.2 п-Аминобензойная кислота и ее производные 1.3 Сульфаниловая кислота и ее производные 2.Салициловая кислота и ее производные : салицилат натрия, фенилсалицилат, метилсалицилат, ацетилсалициловая кислота. Лабораторные работы к занятию №15 Доказательство наличия фенольного гидроксила в салициловой кислоте. Поместите в пробирку несколько кристаллов салициловой кислоты. Прибавьте для растворения 3-4 капли воды и затем 1 каплю хлорного железа (III). Немедленно появляется характерное темно-фиолетовое окрашивание, указывающее на наличие свободного фенольного гидроксила в молекуле. Напишите формулу салициловой кислоты. Доказательство отсутствия фенольного гидроксила в аспирине. Поместите в пробирку крупинку аспирина и 5-6 капель воды. Встряхните пробирку, чтобы ускорить растворение аспирина. От добавления в пробирку 1 капли хлорного железа (III) фиолетовая окраска не появляется. Это указывает на то, что в аспирине свободный фенольный гидроксил отсутствует. Напишите формулу аспирина (ацетилсалициловой кислоты). Доказательство наличия фенольного гидроксила в салоле. Поместите в пробирку крупинку салола и прибавьте для растворения 2 капли этилового спирта. К полученному раствору салола прибавьте 1 каплю хлорного железа (III). Немедленно появляется красновато-фиолетовое окрашивание, характерное для свободной фенольной группы. Добавьте в пробирку 2-3 капли воды. Жидкость мутнеет вследствие выпадения салола, плохо растворимого в воде. Одновременно исчезает и фиолетовое окрашивание. Напишите формулу салола (фенилсалицилата). Занятие №16 Тема: - Гетерофункциональные производные бензольного ряда как лекарственные средства Учебные вопросы занятия: 1. Ароматичность бензоидных и небензоидных соединений (правило Хюккеля). 2.Биологически активные гетероциклические соединения - метаболиты и родоначальники важнейших групп лекарственных веществ: Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом-пиррол, тетрапирролпредшественник гема гемоглобина; тиофен, фуран, индол (бензпиррол). Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами- имидазол, его амфотерные свойства, прототропная таутомерия, образование межмолекулярных водородных связей. Пиразол, тиазол, оксазол. Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом- пиридин и его производные: никотиновая кислота (витамин «РР»), кордиамин, витамин «В6». Шестичленные гетероциклы с двумя гетероатомами - пиримидин и его производные: урацил, цитозин, тимин как компоненты нуклеиновых кислот. Лактим-лактамная таутомерия. 3.Бициклические гетероциклы-пурин и его производные: аденин и гуанин – структурные компоненты нуклеиновых кислот. Лактим- лактамная и прототропная таутомерия. 4.Барбитуровая кислота и ее производные. Гидроксипурины: гипоксантин, ксантин и мочевая кислота – конечный продукт распада пуриновых оснований в организме. 5.Представление об алкалоидах и антибиотиках. Лабораторная работа к занятию №16 Общие реакции на алкалоиды В пробирку поместите 1 каплю 1% раствора гидрохлорида хинина, добавьте 5 капель воды. Пипеткой нанесите на предметное стекло 3 капли полученного раствора гидрохлорида хинина, расположив их на некотором расстоянии друг от друга. Рядом с каждой каплей поместите по 1 капле раствора йода в йодиде калия, 0,5% раствора танина и насыщенного раствора пикриновой кислоты (соответственно). В местах соприкосновения капель образуются осадки, отметьте их цвет. По ходу занятий студенты работают у доски, выполняют тестовые задания, работают с карточками СаРС (самостоятельная работа студентов ), используя методические пособия, лекции, справочный материал. На кафедре используется балльно–рейтинговая система Рекомендованная литература: 1. Н.А. Тюкавкина, Ю.И. Бауков-Биоорганическая химия. М.,2008г. 2. Органическая химия, под ред. Н.А. ТюкавкинойМ.,т.1, 3. И.А. Братцева, В.И Гончаров-Биоорганическая химия:учебное пособие.Ставрополь,2008г.