Тема 6 : реакции нуклеофильного замещения и элиминирования у насыщенного атома углерода

Значение темы: Одним из этапов метаболизма органических соединений в организме часто являются реакции, протекающие по механизму нуклеофильного замещения при насыщенном атоме углерода. Образование ацил- и аминоациладенилатов, реакции замещения тиогрупп, которые являются одним из важнейших этапов в биосинтезе α-аминокислот, белков, фосфо-липидов и других биологически активных веществ. Конкурентные реакции элиминирования играют важную роль в процессе метаболизма углеводов и жирных кислот.

Цель занятия:

-выработать умение прогнозировать реакционную способность биоорганических соединений в реакциях нуклеофильного замещения и элиминирования, происходящих в орга­низме, в зависимости от строения субстрата.

-рассмотреть реакции метилирования, проте­кающие при биосинтезе фосфолипидов, метионина и других биологически важных веществ.

Методические рекомендации по самостоятельной

аудиторной работе студентов

Необходимый исходный уровень знаний

- типы реагентов (нуклеофил)

-строение карбкатиона и карбаниона, факторы влияющие на их стабильность

- кислотность- осноность

Изучите теоретический блок

1. Общая характеристика и медико-биологическое значение насыщенных соединений:

- галогенопроизводных;

- спиртов и их производных;

- тиолов и их производных;

-аминов.

2. Общие закономерности протекания реакций нуклеофильного замещения и элиминирования у насыщенного атома углерода:

- реакционная способность реагента (нуклеофильность);

- химическая природа уходящей группы;

- специфические особенности структуры субстрата.

Выполните письменно

1. Обозначьте нуклеофильный центр и нуклеофильные частицы в следующих соединениях:

NH₃ HCl NaOH NaSН CH₃ONa HOH NaOC₆H₄ R-SH R- NH₂

2. Какой нуклеофил является более сильным:

а)C₂H₅OH или C₂H₅NH₂ б)

или

3. Напишите продукты реакций S_N

S_N

а)

S_N

б)

4. Оцените легкость разрыва связи С – Cl

б)

а)

5. Напишите уравнение реакции S_N. Укажите субстрат, его реакционный центр, реагент и его нуклеофильный центр:

a ) CH₂ = CH - CH₂ Cl + NaOH

б ) СН₃ – J +

в

H⁺

)

г )

д )

е )

6. Напишите реакцию элиминирования:

а) 2-иод-З-метилгексана;

б) 2-гидрокси-З-метилбутана;

в) 2-хлор-З-метил-бутана.

7. Разберите механизм и ход протекания реакций S_N у насыщенного атома углерода (sp³) в биологически важных соединениях:

а) Норадреналин является медиатором в системе передачи нервного импульса.

А

Э.Ц.

дреналин – гормон мозгового вещества надпочечников, который, в частности, стимулирует мобилизацию депонированных углеводов и жиров

Н.Ц.

δ+

Норадреналин

нуклеофил

S-аденозилметионин

субстрат

S_N

- H⁺

Адреналин

продукт S_N

Уходящая группа (нуклеофуг)

б) Бетаин – продукт окисления холина, является донором метильной группы в биосинтезе незаменимой для человека α АК метионина из гомоцистеина

δ+

- Н⁺

S_N

Диметилглицерин

(уходящая группа)

Метионин

продукт S_N

Бетаин

субстрат

Гомоцистеин нуклеофил

в) В реакциях трансметилирования гомоцистеин может превращаться в метионин под действием N-метилтетрагидрофолиевой кислоты, является универсальным донором одноуглеродных фрагментов

δ+

S_N

N-метилтетрагидрофолиевая кислота субстрат

Гомоцистеин нуклеофил

Тетрагидрофолиевая кислота

уходящая группа

Метионин

продукт

Лабораторная работа:

Опыт №1 Получение хлорэтана из этанола.

В данной реакции используется кислотный катализ для перевода гидроксильной группы в хо­рошо уходящую ониевую группу. В организме гидроксильная группа замещается только по­сле превращения ее в эфиры фосфорной, дифосфорной и трифосфорной кислот.

Ход работы: в пробирку поместите 6-7 капель этилового спирта и добавьте 1 лопаточку хло­рида натрия. Хорошо перемешайте содержимое и прибавьте (в вытяжном шкафу) 2 - 3 капли концентрированной серной кислоты. Нагревайте на слабом пламени горелки и периодически подносите отверстие пробирки к пламени. Полученный хлорэтан загорается с образованием зеленого дыма.

В выводе отметьте:

1Напишите уравнение реакции получения этилхлорида, с указанием механизма реакции.

2. Какую роль играет в данной реакции серная кислота?

Опыт №2 Дегидратация этанола.

Реакции дегидратации играют важную роль в процессах метаболизма биологически важных соединений: углеводов, жирных кислот.

Ход работы: Приготовьте 3 пробирки.

№ про­бирки	КОМПОНЕНТЫ	КОЛИЧЕСТВО
I	H2SO4 (конц.) С2Н5ОН Al2O3	7-8 капель 4-5 капель 5-6 кристаллов
II	Вг2 вода	5 -6 капель
III	2% - раствор КМn04 Н2О	1 капля 5-6 капель

Закройте 1-ю пробирку пробкой с газоотводной трубкой, которую опустите во 2-ю пробирку. Нагревайте 1-ю пробирку на слабом пламени горелки, когда бромная вода обесцветится, бы­стро опустите газоотводную трубку в 3-ю пробирку. После того, как раствор перманганата калия обесцветится, подожгите выделяющийся газ у конца газоотводной трубки. Газ горит светящимся пламенем.