Общая и биоорганическая химия. Органическая химия. Учебное пособие

Имидазол и его производные

Имидазол – пятичленный цикл с двумя атомами азота в положениях 1 и 3. Один из атомов азота проявляет основные, а другой – кислотные свойства, поэтому имидазол амфотерен:

Одним из важнейших природных производных имилдазола является аминокислота гистидин (3-[4(5)-имидазолил]-2-аминопропановая кислота), которая содержится в белке крови. При повышенной температуре или ферментативном разложении гистидин декарбоксилируется и превращается в гистамин (2-[4,5-имидазолил]-1-аминоэтан):

Гистамин обладает физиологическим действием. Он резко понижает кровяное давление и расширяет капилляры. При накапливании гистамина в организме возникают побочные явления – аллергия.

Пиридин и его производные

Пиридин является важнейшим шестичленным гетероциклом с одним атомом азота. В связи с тем, что пара электронов азота не участвует в сопряжении с π-электронами

111

кольца, пиридин является основанием, более сильным, чем анилин, но более слабым, чем алифатические амины:

Производное пиридина – никотиновая кислота (β-карбоксипиридин) и ее амид, являются витамином РР. Он входит в состав некоторых растений.

Пиридиновое кольцо входит также в состав витамина В6, который представляет собой смесь трех веществ: пиридоксаля (2-метил-3-гидрокси-4-формил-5-гидроксиметил- пиридин), пиридоксола (2-метил-3-гидрокси-4,5-дигидрокси- метилпиридин) и пиридоксамина (2-метил-3-гидрокси- 4-аминометил-5-гидроксиметилпиридин):

пиридоксаль пиридоксол пиридоксамин

Азотсодержащие гетероциклические соединения, выделяемые из растений и обладающие физиологическим действием, называются алкалоидами. Например, из 12 алкалоидов табака основным является никотин (3-(N-метил- 2-пирролидил)пиридин):

N

N CH3

112

Никотин – сильный яд, поражающий мозг и нервную систему и повышающий кровяное давление. При его окислении, в том числе и в организме человека, получается никотиновая кислота.

При гидрировании пиридина образуется пиперидин:

Конденсированная система пиридина и бензола – хинолин (бензопиридин). Пиридиновое кольцо в нем более ароматично, чем бензольная, поэтому общая π-связь в большей степени принадлежит пиридиновому кольцу. В результате положения 5 и 8 хинолина увеличивают активность в реакциях электрофильного замещения:

NO2

Хинолиновый фрагмент входит в состав некоторых лекарственных средств и хинолиновых алкалоидов, важнейшим из которых является хинин ((6-метокси-4-хинолил)- (5’-винил-2’-хинуклидил)-метанол):

CH CH2

CH2

HO CH CHN2

H3CO

N

Хинин содержится в коре хинного дерева, применяется для лечения малярии.

113

Пиримидин и пуриновые основания

Примером азотсодержащего гетероциклического соединения с двумя атомами азота является пиримидин. Пиримидиновые циклы входят в состав нуклеиновых кислот, связанных с синтезом белка в клетках. При гидролизе нуклеиновых кислот, находящихся в ядре клетки, образуются три важных производных пиримидина (пиримидиновые основания): урацил (2,6-дигидроксипиримидин), тимин (5-метил-2,6-дигидрокси-пиримидин) и цитозин (6-амино- 2-гидроксипиримидин):

Важным свойством пиримидиновых оснований является кето-енольная (лактим-лактамная) таутомерия, основной в растворах и кристаллическом состоянии является кетонная форма:

лактим (енол) лактам (кетон)

Наряду с пиримидиновыми основаниями в состав нуклеиновых кислот входит пурин – конденсированная система пиримидина и имидазола. Непосредственно в построении нуклеиновых кислот принимают участие пуриновые основания аденин (6-аминопурин) и гуанин (2-амино- 6-гидроксипурин).

114

Пуриновые и пиримидиновые основания играют огромную роль в обмене веществ в организме. В соединении с моносахаридом (рибозой или дезоксирибозой) и фосфорной кислотой они образуют нуклеотиды, из которых построены

нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК):

Фрагмент полимерной цепочки дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК)

Производные пурина входят также в состав алкалои-

дов (кофеин, теофиллин и теобромин), токсинов (напри-

мер, сакситоксин) и других родственных соединений (мочевая кислота):

115

ЛИТЕРАТУРА

1.Слесарев В.И. Химия: Основы химии живого. –

СПб.: Химиздат, 2005. – 783 с.

2.Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия. – М.: Медицина, 1991. – 527 с.

3.Иванов А.В., Алехина Н.Н., Стемпинь Н.Д. Курс биоорганической химии. – Тула: Изд-во ТГПУ им. Л.Н. Тол-

стого, 1999. – 238 с.

4.http://ru.wikipedia.org/

5.http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3099.html

ПРОГРАММА И ОПИСАНИЕ КУРСА

Кафедра общей химии Факультет физико-математических и естественных наук

Обязательный курс Объем учебной нагрузки: 36 час. – лекции,

36 час. – лабораторные работы

Цель курса

В преподавании курса «Биоорганическая химия» используются традиционные формы обучения – лекции и лабораторные занятия, которые дополняются самостоятельным изучением студентами отдельных разделов программы.

Курс «Биоорганическая химия» является основой для последующего изучения дисциплин, связанных с различными процессами жизнедеятельности организма (биохимия, физиология, фармакология и др.). Объединяющим началом этих научных направлений служат вещества, лежащие в основе процессов жизнедеятельности. Биоорганическая химия является областью науки, изучающей строение и механизм функционирования биологически активных молекул с позиций органической химии.

Целью курса «Биоорганическая химия», как учебной дисциплины, является формирование знаний взаимосвязи строения и химических свойств биологически важных классов органических соединений, биополимеров и их структурных компонентов, т.е. платформы для восприятия биологических и медицинских знаний на молекулярном уровне.

Конечная цель изучения курса «Биоорганическая хи-

мия» состоит в формировании системных знаний о закономерностях в химическом поведении основных классов органических соединений во взаимосвязи с их строением для использования этих знаний в качестве основы при изучении на

117

молекулярном уровне процессов, протекающих в живом организме.

В результате изучения курса биоорганической химии

студент должен знать:

1.Принципы классификации, номенклатуры и изомерии органических соединений.

2.Фундаментальные основы теоретической органической химии, являющиеся базисом для изучения строения и реакционной способности органических соединений.

3.Пространственное и электронное строение органических молекул и химические превращения веществ, являющихся участниками процессов жизнедеятельности, в непосредственной связи с их биологической функцией.

4.Строение и химические свойства основных классов биологически важных органических соединений.

Студент должен уметь:

1.Классифицировать органические соединения по строению углеродного скелета и по природе функциональных групп.

2.Составлять формулы по названиям и называть по структурной формуле типичные представители биологически важных веществ и лекарственных средств.

3.Выделять функциональные группы, кислотный и основный центры, сопряженные и ароматические фрагменты

вмолекулах для определения химического поведения органических соединений.

4.Прогнозировать направление и результат химических превращений органических соединений.

5.Самостоятельно работать с учебной, научной и справочной литературой; вести поиск и делать обобщающие выводы.

6.Иметь навыки обращения с химической посудой.

118

7. Иметь навыки безопасной работы в химической лаборатории и умение обращаться с едкими, ядовитыми, легколетучими органическими соединениями, работать с горелками, спиртовками и электрическими нагревательными приборами.

Программа курса

Введение в биоорганическую химию. Теория строения органических соединений. Структура органических соединений. Изомерия. Взаимное влияние атомов в молекулах органических соединений. Классификация реакций в органической химии.

Углеводороды. Предельные углеводороды. Механизм реакции радикального замещения. Непредельные углеводороды: алкены, алкадиены, алкины. Изопреноиды. Механизм реакции электрофильного присоединения. Ароматические углеводороды. Механизм реакции электрофильного замещения.

Биологически активные органические соединения. Спирты, фенолы. Тиолы. Простые эфиры. Альдегиды и кетоны. Карбоновые кислоты и их производные. Оксикислоты. Понятие оптической изомерии.Сложные эфиры. Углеводы. Оптическая изомерия. Кольчато-цепная таутомерия. Строение и свойства углеводов.Амины и азотсодержащие гетероциклы. Аминокислоты и белки. Липиды. Стероиды. Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты. Методы получения, строение и свойства полимеров. Природные органические соединения.

119

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН лекций и практических занятий

120