Руководство к лабораторно-практическим занятиям по биоорганической химии

Оказание первой помощи

1)Перевязочные средства (вата, бинт, лейкопластырь), растворы и необходимые медикаменты всегда находятся в аптечке в лаборантской.

2)При порезах стеклом необходимо вынуть осколки из раны, смазать края раны спиртовым раствором йода и наложить повязку. При небольшом ранении после обработки раствором йода ранку можно закрыть небольшим кусочком бактерицидного лейкопластыря.

3)При термических ожогах кожу нужно смазать спиртом или 5- процентным раствором таннина в 40-процентном спирте (этиловом). Лучше наложитьнебольшойкомпрессизватыилимарли, смоченнойэтимраствором.

4)При попадании на кожу кислот и щелочей необходимо немедленно промыть пораженное место водой, а затем обработать 1-процентным раствором гидрокарбоната натрия (при попадании кислот) или 2- процентным раствором борной кислоты (для нейтрализации щелочи).

5)При ожогах кожи бромом следует быстро смыть его спиртом и смазать пораженное место мазью от ожогов.

6)При ожогах горячими органическими жидкостями необходимо промыть обожженное место спиртом.

7)При ожогах жидким фенолом следует растирать побелевший участок кожи глицерином до тех пор, пока не восстановится нормальный цвет кожи. Затем промыть пораженный участок водой и наложить компресс из ваты, смоченной глицерином. Если не принять указанных мер, то могут образоваться долго не заживающие раны.

Занятие 1 Тема: Классификация, номенклатура и пространственное строение

органических соединений

Цель занятия: изучить классификационные признаки, основные положения стереохимии органических соединений и правила заместительной номенклатуры ИЮПАК.

Вопросы для подготовки к занятию:

1)Классификационные признаки органических соединений: строение углеродного скелета и природа функциональной группы.

2)Основныеправила систематической номенклатуры ИЮПАКдляорганическихсоединений; заместительнаяирадикально-функциональнаяноменклатура.

3)Теория строения органических соединений А. М. Бутлерова. Изомерия как специфическое явление органической химии.

4)Пространственное строение органических молекул. Конфигурация и конформация – важнейшие понятия стереохимии.

5)Конформации открытых цепей. Проекционные формулы Ньюмена. Энергетическая характеристика конформационных состояний.

9

6)Конформации циклических соединений. Аксиальные и экваториальные связи.

7)Типы разрыва ковалентной связи в органических соединениях и образующиеся при этом частицы: свободные радикалы, электрофилы (карбкатионы) и нуклеофилы (карбанионы).

8)Реакции свободнорадикального замещения алканов. Региоселективность. Особенности реакционной способности малых циклов (циклопропан, циклобутан).

9)Важнейшие представители: вазелин, парафин, циклопропан, хлороформ, йодоформ.

Решить обучающие задачи:

Руководство по биоорганической химии под ред. Н. А. Тюкавкиной:

№3 [с. 27], № 4 [с. 30], № 1 [с. 56].

Выполнить упражнения:

Руководство по биоорганической химии под ред. Н. А. Тюкавкиной:

№3.1, 3.3 [с. 30], № 1.1, 1.3 [с. 60].

Лабораторная работа

Задание 1. Изучить свойства алканов.

Вазелиновое масло является продуктом нефтепереработки (перегонки) и представляет собой смесь предельных углеводородов. Масло, применяемое в медицине, тщательно очищается от примесей.

На предметное стекло нанесите на некотором расстоянии друг от друга по 1 капле раствора перманганата калия (КМпО4), бромной воды (Вr2) и концентрированной серной кислоты. Смешайте каждую из капель с каплей вазелинового масла.

Запишите наблюдения.

Вопросы и задания:

1)Содержатся ли во взятом образце вазелинового масла непредельные углеводороды?

2)Сделайте вывод о реакционной способности алканов.

10

Тест для проверки знаний по теме

1. Соединение СН3-СНОН-СООН относится к классу: а) аминокислот б) карбоновых кислот в) гидроксикислот г) спиртов

2. По систематической номенклатуре ИЮПАК органическое соединение

HOOC - CH2 - CH2 - C - COOH

3.КосновнымположениямтеорииА. М. Бутлерованеотноситсяследующее: а) атомы в молекулах органических веществ соединяются друг с другом в определенной последовательности согласно их валентности; б)вмолекулахорганическихвеществатомывзаимновлияютдругнадруга;

в) свойства органических веществ зависят не только от состава, но и от их строения; г) сумма масс органических веществ, вступивших в реакцию, равна сумме

масс продуктов реакции.

4.Изомеры отличаются друг от друга:

а) более энергетически выгодной конформации; б)заторможенной конформации; в) заслоненной конформации;

г) конформации, в которой отсутствует торсионное напряжение.

7. Наиболее энергетически выгодный конформер циклогексана: а) «ванна» б) «кресло» в) «ванна» и «кресло» г) «полукресло» (твист-форма)

11

8. Атом углерода в молекулах алканов находится в состоянии: а) sp-гибридизации б) sp2-гибридизации

в) sp3-гибридизации г) sp2d-гибридизации

9. Свободные радикалы образуются:

а) при гетеролитическом разрыве σ-связи; б)при гомолитическом разрыве σ-связи; в) при разрыве полярной σ-связи; г) при разрыве π-связи.

10.Реакцией радикального замещения (SR) алканов является:

Занятие 2 Тема: Сопряжение. Электронные эффекты

Цель занятия: изучить электронное строение молекул с сопряженными связями и способы передачи взаимного влияния атомов в молекулах органических соединений.

Вопросы для подготовки к занятию:

1)Сопряжение как фактор повышения стабильности молекул и ионов. Энергия сопряжения.

2)π,π, и π,p-сопряжение.

3)Сопряженные системы с открытой цепью (бутадиен-1,3, изопрен, β-каротин, ретиналь, ретинол и др.)

4)Сопряженные системы с замкнутой цепью. Ароматичность, критерии ароматичности.

5)Поляризациясвязииэлектронныеэффекты(индуктивныйимезомерный).

6)Электронодонорные(ЭД) иэлектроноакцепторные(ЭА) заместители.

7)Важнейшие представители: бензол, фенол, толуол, анилин, нафталин, антрацен, фенантрен.

Решить обучающие задачи:

Руководство по биоорганической химии под ред. Н. А. Тюкавкиной:

№2 [с. 36], №3 [с. 38].

Выполнить упражнения:

Руководство по биоорганической химии под ред. Н. А. Тюкавкиной:

№2.2, 2.5 [с. 38]; № 3.4, 3.5 [с. 40].

12

Тест для проверки знаний по теме

1.Сопряженной системе не соответствует высказывание:

а) все атомы углерода лежат в одной плоскости;

б)все атомы углерода находятся в sp2-гибридизации;

в) молекула обладает повышенной термодинамической устойчивостью; г) в молекуле не происходит делокализации электронной плотности.

2.Молекула ретиналя (одна из форм витамина А) является:

а) π,π-сопряженной системой; б)р,π-сопряженной системой;

в) системой с замкнутой цепью сопряжения; г) ароматической системой.

3. К циклическим сопряженным системам не относится:

5.Для молекулы фенола неверным является утверждение: а) все атомы углерода находятся в sp2-гибридизации;

б)осуществляется π,π-сопряжение; в) осуществляется р,π-сопряжение;

г) гидроксильная группа является электронодонором.

6.Положительный индуктивный эффект проявляет:

7. Электронная плотность бензольного кольца наименьшая у:

8. Отрицательный мезомерный эффект проявляет: а) карбоксильная группа б) метильная группа в) гидроксильная группа г) аминогруппа

13

9. Гидроксигруппа в молекуле этанола проявляет электронный эффект:

Занятие 3 Тема: Реакции электрофильного присоединения

и электрофильного замещения

Цель занятия: изучить реакционную способность двойных углеродуглеродных связей в открытых системах и ароматических соединениях как основу для понимания аналогичных реакций в организме.

Вопросы для подготовки к занятию:

1)Реакции электрофильного присоединения с участием π-связи (механизм реакции гидрогалогенирования и гидратации). Правило В. В. Марковникова.

2)Особенностиэлектрофильногоприсоединенияксопряженнымсистемам.

3)Реакции электрофильного замещения с участием ароматической системы (механизм реакций галогенирования и алкилирования).

4)Влияние и ориентирующее действие заместителей в реакциях электрофильного замещения.

Решить обучающие задачи:

Руководство по биоорганической химии под ред. Н. А. Тюкавкиной:

№1 [с. 61]; № 2 [с. 64]; № 1 [с. 69].

Выполнить упражнения:

Руководство по биоорганической химии под ред. Н. А. Тюкавкиной:

№1.1, 1.2 [с. 64]; № 2.2 [с. 66]; № 1.1 [с. 70].

Лабораторная работа

При ожогах фенолом следует растереть побелевший участок кожи глицерином до восстановления нормального цвета, затем промыть пораженный участокводойиналожитькомпрессизватыилимарли, смоченнойглицерином.

Задание 1. Получить этилен и изучить его свойства.

В пробирку поместите 0,5 мл этанола, добавьте 8–10 капель концентрированной серной кислоты и внесите с помощью стеклянной палочки немного оксида алюминия А12О3 в качестве катализатора. Приготовьте ещё две пробирки, в одну прилейте розовый раствор перманганата калия, в другую – бромную воду, по 1 мл.

14

Закройте пробирку со смесью этанола и серной кислоты пробкой с газоотводной трубкой и нагрейте смесь (осторожно, кислота!) на пламени спиртовки. Не прекращая нагревания, погрузите газоотводную трубку сначала в раствор перманганата калия, а затем в бромную воду.

Не прекращая нагревать смесь, подожгите газообразный этилен у конца газоотводной трубки.

Запишите наблюдения.

Дайте остыть пробирке, прежде чем выливать её содержимое.

Вопросы и задания:

1)Напишитеуравненияреакцийполученияигоренияэтилена, реакцийэтиленасбромнойводойиперманганатомкалия, назовитеобразующиесявещества.

2)Почему реакции с КМnО4 и бромной водой используются как качественные на кратные связи?

3)Объясните, почему этилен горит светящимся пламенем?

Задание 2. Изучить окисление боковых цепей гомологов бензола.

В пробирку с 0,5 мл воды поместите 2 капли 2-процентного раствора перманганата калия (КМnО4) и 2 капли 10-процентного раствора H2SО4. Добавьте 2 капли толуола и, постоянно встряхивая, осторожно нагрейте до обесцвечивания розового раствора.

Вопросы и задания:

1)Напишите схему взаимодействия толуола с КМnО4 в кислой среде.

2)Будет ли при этих условиях окисляться бензол?

3)Пользуясь реакцией окисления боковых цепей, установите строе-

ние двух ароматических углеводородов, имеющих состав С8Н10, если известно, что в результате окисления первый из них дает бензойную кислоту,

авторой – ортофталевую (дикарбоновую) кислоту.

Задание3. Изучитьреакциюзамещениябромоматомовводородавфеноле.

В пробирку внесите несколько капель прозрачной фенольной воды и добавьте по каплям бромной воды до образования белого объёмного осадка – трибромфенола.

Вопросы и задания:

1)Напишите уравнение реакции образования трибромфенола.

2)Объясните легкость бромирования фенола.

15

Тест для проверки знаний по теме

1. Для органических соединений, содержащих кратные связи, характерен тип реакции:

а) АЕ б) AN в) SN г) SE

2. Локализованную π-связь имеет соединение:

3.Вреакцияхэлектрофильногоприсоединениявмолекулереагентапроисходит: а) гомолитический разрыв химической связи; б)гетеролитический разрыв химической связи; в) радикальный разрыв химической связи; г) разрыв π-связи.

4.Обесцвечивает бромную воду:

10.Электроноакцепторные заместители бензольного кольца ориентируют

16

Занятие 4 Тема: Кислотные и основные свойства органических соединений

Цель занятия: изучить кислотность и основность органических соединений как важнейшие свойства, определяющие протекание многих химических реакций в живых организмах.

Вопросы для подготовки к занятию:

1)Теории кислот и оснований Бренстеда и Льюиса.

2)Факторы, влияющие на кислотность и основность:

–природа атома в кислотном и основном центрах;

–электронные эффекты заместителей при этих центрах;

–сольватационные эффекты.

3)Кислотные свойства органических соединений с водородсодержащими функциональными группами (спирты, тиолы, карбоновые кислоты).

4)Основные свойства нейтральных молекул, содержащих гетероатом с неподелённой парой электронов (спирты, простые эфиры, карбонильные соединения, амины).

5)Водородная связь как специфическое проявление кислотноосновных свойств. Значение водородных связей в формировании надмолекулярных структур в живых организмах.

Решить обучающие задачи:

Руководство по биоорганической химии под ред. Н. А. Тюкавкиной:

№1 [с. 42]; № 2 [с. 45].

Выполнить упражнения:

Руководство по биоорганической химии под ред. Н. А. Тюкавкиной:

№1.2, 1.3, 1.7 [с. 44]; № 2.6 [с. 48]; № 3.6 [с. 51].

Лабораторная работа

Задание 1. Доказать кислотный характер фенола.

Поместите в пробирку 0,5 мл эмульсии фенола и добавьте по каплям 10процентныйрастворгидроксиданатриядообразованияпрозрачногораствора.

Для выделения чистого фенола из этого раствора его нейтрализуют несколькими каплями 10-процентной серной кислоты. Запишите наблюдения.

Вопросы и задания:

1)Напишите уравнение реакции взаимодействия фенола с гидроксидом натрия и назовите продукт.

2)Почему фенол, в отличие от спиртов, способен взаимодействовать со щелочами?

17

3)Почему при добавлении серной кислоты к продукту наблюдается помутнение раствора? Напишите уравнение происходящей реакции.

4)Объясните, почему продукт первой реакции не разлагается водой?

Задание 2. Изучить антисептические свойства фенола.

На предметное стекло нанесите 1 каплю раствора белка (яичного) и добавьте 2–3 капли 3-процентного раствора фенола. Запишите наблюдения.

Вопросы и задания:

1) На чем основано дезинфицирующее действие фенола (карболовой кислоты)?

Задание 3. Изучить цветные реакции на фенольную группу.

В пробирку поместите 0,5мл прозрачной фенольной воды и добавьте 2–3 капли 1-процентного раствора хлорида железа (III) – появляется синефиолетовое окрашивание. Это характерная реакция на фенолы, т. к. все фенолы дают с FeCl3 различные окрашенные комплексы.

Более чувствительной реакцией на фенол является индофеноловая проба. Для проведения этой реакции в пробирку внесите 0,5 мл прозрачной фенольной воды, добавьте 3–5 капель разбавленного раствора аммиака (NH4OH) и 3–5 капель насыщенного раствора бромной воды. Через несколько секунд на белом фоне можно заметить синее окрашивание, постепенно усиливающееся за счет образования красящего вещества – индофенола. Появление синей окраски обусловлено возникновением в молекуле индофенола характерной хиноидной группировки:

Задание 4. Получить глицерат меди.

Впробирку внесите 1–2 мл 2-процентного раствора сульфата меди (II)

ипо каплям 10-процентный раствор гидроксида натрия до образования голубого студенистого осадка гидроксида меди (II). Добавьте к нему по каплям

18