Алкалоиды
Алкалоиды – гетероциклические азотсодержащие вещества щелочного характера, обладающие сильным физиологическим действием.
Отдельные семейства растений очень богаты алкалоидоносными видами. Это семейство кутровых (Apocynaceae), маковых (Papaveraceae), бобовых (Leguminosae), лютиковых (Ranunculaceae), мареновых (Rubiaceae) и пасленовых (Solanaceae), в других семействах вовсе не обнаружено видов растений, содержащих алкалоиды.
В природе алкалоиды встречаются в виде солей органических кислот. Особенно часто с алкалоидами связаны такие кислоты, как яблочная, лимонная, щавелевая, янтарная и дубильная. Менее распространены уксусная, пропионовая, молочная и роданистоводородная кислоты.
В настоящее время известно свыше 5000 алкалоидов. Многие алкалоиды содержатся в пищевых продуктах и используются в качестве тонизирующих и наркотических средств. К таким продуктам относятся чай, кофе, какао, мак, табак, махорка и др. Количество алкалоидов в растениях обычно невелико, всего лишь сотые или десятые доли процента. Однако некоторые растения (хинное дерево, табак, барбарис) способны накапливать много алкалоидов – до 10% и более. В табл. 7 приведены сведения о некоторых алкалоидах.
Таблица 7. Строение, природные источники и характер биологического действия алкалоидов
Вопросы
38. Напишите структурные формулы гетероциклических колец – фрагментов молекул: а) морфина; б) лизергиновой кислоты; в) кофеина.
39. Какая структурная особенность определяет принадлежность веществ к классу алкалоидов?
40. Припишите названия классов веществ следующим соединениям:
41. Алкалоид опия папаверин содержит 70,8% углерода, 6,2% водорода, 18,9% кислорода и 4,1% азота. Определите молекулярную формулу папаверина.
42. Алкалоид горденин содержится в проростках ячменя. Горденин в растениях образуется из аминокислоты тирозина по следующей схеме:
Сколько граммов горденина получится из 0,1 моль тирозина, если выход на каждой стадии 80%?
43. Считая содержание атропина в корнях растений белладонны равным 0,5% от сухой массы, определите, сколько граммов корней необходимо собрать, чтобы получить 5 г атропина. (При сушке масса корней уменьшается в 4 раза.)
1. Молекулярная формула показывает, какие атомы и сколько каждого вида в молекуле. Например, из молекулярной формулы глюкозы С6Н512О6 следует, что молекула состоит из атомов трех видов – С, Н, и О, причем их число такое: 6 С, 12 Н и 6 О. В структурной формуле каждый атом С показан отдельно и ясны все заместители при нем.
2.
3. Молекулярные формулы моносахаридов:
триоза тетроза пентоза гексоза гептоза
4. Валентность элементов: С – IV, Н – I, О – II.
5. В линейной и циклической формах: а) рибозы содержится по 4 группы –ОН, б) глюкозы – по 5 групп –ОН.
6. Пентозы – рибоза и рибулоза, гексозы – глюкоза, манноза и фруктоза.
7. Крахмал – полимер a-глюкозы, целлюлоза – полимер b-глюкозы.
8. Гликозидной связью называют связь С—О, углерод при которой находится в a-положении к кислороду пиранового или фуранового цикла, т.е соединен с двумя атомами кислорода:
9. Реакция конденсации протекает с расщеплением связей С(О)—ОН кислоты и Н—ОС спирта. В результате образуется сложный эфир с новой связью С(О)—ОС и вода Н—ОН.
10. Триолеин – масло (жидкий непредельный жир).
11. Молярная масса жира тристеарина С57Н110О6 равна 890 г/моль. Массу 0,1 моль жира найдем по формуле m = n x M = 0,1 x 890 = 89 г. Масса сахарозы будет вдвое больше, т.е. 178 г.
12. Окисление или «сгорание» жира в организме записывается уравнением:
Составим пропорцию по уравнению реакции:
2 x 890 г жира дает 110 x 18 г воды, 50 г жира — х г воды, откуда х = 50 x 110 x 18 : 1780 = 55,6 г. Поскольку плотность воды r = 1 г/мл, то объем численно равен массе: V (воды) = m/r = 55,6 мл.
13. Общая формула насыщенной карбоновой (жирной) кислоты СnH2nO2. Введение в молекулу одной двойной связи С=С уменьшает число атомов водорода на два. В эруковой кислоте С22Н42О2 (СnH2n-2O2, при n = 22) одна двойная связь.
14. В линолевой кислоте С18Н32О2 имеются две двойные связи С=С. При каждой из них возможна цис- и транс- ориентация заместителей. Всего получается четыре пространственных изомера: (цис,цис-изомер; цис,транс-изомер; транс,транс-изомер и транс,цис-изомер).
15. В 10 г 0,3 %-ного раствора КОН содержится щелочи m (КОН) = С% x m (раствора) : 100 % = 0,3 x 10 : 100 = = 0,03 г (или 30 мг). Кислотное число жира (расход КОН в мг на 1 г жира) равно 30 : 6 = 5.
16. В 1 г жира содержится 980 мг триолеина и 20 мг несвязанной олеиновой кислоты. Уравнения реакций этих веществ с водным раствором щелочи КОН имеют вид:
Найдем массу щелочи, расходуемой в этих реакциях:
х = 980 x 56 x 3 / 884 = 186 мг; у = 20 x 56 / 282 = 4 мг; m (КОН) = х + у = 190 мг.
Ответ: число омыления жира равно 190.
17. Йодное число жира равно массе галогена йода, способного присоединиться к 100 г жира по двойным С=С связям.
Уравнение реакции иодирования стеаринодиолеина:
Искомая масса йода: m (I2) = 2 x 254 x 100 : 886 = 57 г.
Ответ: йодное число жира равно 57.
18. Аминокислота – глицин Н2NCH2COOH.
19. Пептидная связь – между карбонильным углеродом и азотом:
20. Реакция конденсации трех молекул глицина:
21. Массовая доля азота w (N) рассчитывается по формуле:
(N) = n x Ar (N) / Mr(AK), где n – число атомов азота в молекуле, Аr (N) – относительная атомная масса азота, Мr (АК) – относительная молекулярная масса аминокислоты. Массовая доля азота тем выше, чем больше атомов азота в аминокислоте и чем меньше ее молекулярная масса.
В нашем случае это лизин С6Н14N2О2, Mr = 146; w (N) лизина = 2 x 14 / 146 = 0,19 (или 19 %).
22. Дезаминирование – отщепление аминного азота в виде N2, например, под действием азотистой кислоты НNO2. Возможны два случая дезаминирования дипептида: а) с сохранением амидной связи, б) с первоначальным гидролизом до аминокислот и последующим их дезаминированием. Заметим, что в молекуле N2 один атом азота приходит от аминокислоты, другой – от кислоты НNO2.
В реакции а) из 0,2 моль дипептида выделится 0,2 моль или 4,48 л азота N2. В реакции б) из 0,2 моль дипептида получится 0,4 моль или 8,96 л N2.
23.
24. Мономерные звенья нуклеиновых кислот – нуклеотиды.
25. Связь между нуклеотидами в нуклеиновых кислотах – фосфоэфирная связь: Р –О-С.
26. Ответ не приводится.
27. Для нуклеотидов и нуклеозидов:
а) элементы сходства – каждый содержит остатки сахара и азотистого основания, соединенные гликозидной связью; б) различие – нуклеотид представляеи собой фосфорилированный по 5-положению рибозы (или дезоксирибозы) нуклеозид.
28. РНК отличается от ДНК по следующим признакам:
1) большая часть РНК находится в рибосомах цитоплазмы клетки, а ДНК содержится в ядре; 2) и ДНК, и РНК – полимеры с сахарофосфатным остовом, но в ДНК сахар – дезоксирибоза, а в РНК сахар – рибоза; 3) из четырех различных типов азотистых оснований три одинаковые в РНК и ДНК. Это – аденин (А), гуанин (Г) и цитозин (Ц). Четвертое основание особенное: для ДНК – тимин (Т), а для РНК – урацил (У); 4) ДНК состоит из двух цепей, а РНК – одноцепочечная молекула.
29. АТФ – аденозинтрифосфорная кислота.
30. Ответ см. в № 28.
31. Анаболические реакции – а) и в), катаболическая – б).
32. Пары комплементарных оснований: А-Т, Г-Ц.
33. Не содержат азота витамины: а) жирорастворимые – ретинол (витамин А1), эргокальциферол (D2), токоферол (Е); б) водорастворимые – аскорбиновая кислота (С), цитрин (Р).
34. В соединении с таким высоким содержанием кислорода (54,5 %) на каждый атом углерода должен приходиться один атом кислорода. Рассчитаем массовую долю кислорода w (О) в аскорбиновой кислоте (витамин С, –С6Н8О6, Мr = 176) и в инозите (С6Н12О6, Мr = 180).
w (О) (витамин С) = 6 x 16 / 176 = 0,545 (или 54,5 %); w (О) (инозит) = 6 x 16 / 180 = 0,533 (или 53,3 %).
Ответ: w (О) = 54,5 % в витамине С.
35. Массовая доля азота в цианкобаламине С63Н88СоN14O14P (Mr = 1354),
w (N) = 14 x 14 / 1354 = 0,145 (или 14,5 %).
36. Никотиновая кислота содержит одну карбоксильную группу. Реакция органической кислоты с пищевой содой NaHCO3 записывается уравнением:
В соответствии с коэффициентами в уравнении реакции количество вещества v(СО2) = v(RCOOH) = 0,2 моль. Объем, занимаемый таким количеством газа, V (CO2) = v x VM = 0,2 x 22,4 = 4,48 л.
Ответ: 4,48 л СО2.
37. По известной массе продукта надо определить массу и количество (в моль) исходных веществ. Составим уравнение реакции:
Количества вещества всех участников реакции одинаковые:
v(пиридоксина) = v(NaOH) = n (натрийпиридоксина) = m / M = 9,6 / 191 = 0,05 моль. Масса расходуемой в реакции щелочи m (NaOH) = v x M = 0,05 x 40 = 2 г. Масса 10 %-ного раствора m (10 % NaOH) = [m (NaOH) / C%] x 100 % = (2 / 10) Ч 100 = 20 г.
Ответ: 20 г 10 % NaOH и 0,05 моль пиридоксина.
38. Решить самостоятельно.
39. Алкалоиды – гетероциклические азотсодержащие вещества щелочного характера (т.е. с тремя s-связями при азоте).
40. Анабазин – гетероцикл, аланин – аминокислота, аскорбиновая кислота – витамин, трипальмитин – жир.
41. Для молекулярной формулы вида САНБNВОГ отношение индексов равно отношению количеств вещества элементов химической формулы:
А : Б : В : Г = v(С) : v(Н) : v(N) : v(О) = C % (C) / M (C)] : [C % (H) / M (H)] : [C % (N) / M (N)] : [C % (O) / M (O)] = (70,8 / 12) : (6,2 / 1) : (4,1 / 14) : (18,9 / 16) = 5,9 : 6,2 : 0,293 : 1,18 = 20,14 : 21,16 : 1 : 4,0 » 20 : 21 : 1 : 4.
Ответ: молекулярная формула папаверина С20Н21NO4.
42. В двухстадийном синтезе выход продукта в молях: v = 0,1x 0,8 x 0,8 = 0,64 моль.
Молярная масса горденина М (С10Н15NO) = 165 г/моль. Массу горденина найдем по формуле:
m = v x M = 0,64 x165 = 105,6 г.
43. Воспользуемся формулой С % – [m(атропина) / m (сухих корней)] x 100 %, в которой требуется найти массу корней. Для сырых корней m = 4 x m (атропина) x 100 % / С % = 4 x 5 x 100 / 0,5 = 4000 г (или 4 кг)
