3Анятие 4

Тема: РАДИКАЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ У НАСЫЩЕННОГО АТОМА УГЛЕРОДА

Цель: изучить теоретические основы реакций радикального замещения у насыщенного атома углерода органичес­ких соединений. Создать теоретическую базу для вос­приятия медицинских проблем, в частности, интерпре­тации многих заболеваний (сердечно-сосудистых, бронхолёгочных, онкологических и др.) с точки зре­ния „болезней оксидативного стресса”, усиления внимания к процессу пероксидного окисления липидов, обнаружению конечных продуктов окисления в лабора­торной диагностике. Углубить знания путём решения задач и выполнения лабораторной работы.

Исходный уровень знаний: реакции алканов с галогенами на свету, механизм хлорирования метана в объёме школь­ной программы. Правила техники безопасности при работе с диэтиловым эфиром.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

1. Классификация органических реакций по результату (заме­щение, присоединение, элиминирование, перегруппировки, окислительно-восстановительные).

2. Классификация органических соединений по механизму.

3. Понятия : субстрат, реагент, реакционный центр.

4. Типы разрыва ковалентной связи в органических соединениях и образующиеся при этом частицы.

5. Электронное и пространственное строение свободных ради­калов, карбокатионов и карбанионов. Факторы, обусловли­вающие их относительную устойчивость.

6. Реакции свободнорадикального замещения с участием С-Н связей sp³ -гибридизованного атома углерода. Основы ме­ханизма на примере галогенирования.

7. Региоселективность свободнорадикального замещения в аллильных и бензильных системах.

8. Химизм образования радикалов в клетке.

9. Взаимодействие органических соединений с кислородом как химическая основа пероксидного окисления липидсодержащих систем.

10. Ингибирование пероксидного окисления с помощью антиоксидантов.

11. Типовые задачи и их решение (изучите по руководству общий подход решения задач и логику рассуждений; Р., с. 95-103).

12. Решите 10 задач из набора “для самостоятельного решения” (Р., с. 97-101). Ваш выбор должен включать задачи, яв­ляющиеся аналогами всех типовых задач.

13. Подготовьте ЛР 3 (Опыт: “Обнаружение пероксидов в диэтиловом эфире”. Р., с. 103-104).

14. Проконтролируйте усвоение учебного материала, ответив на задания тестов (Р., с. 97-103).

15. Продумайте ответы на вопросы для самоконтроля. На неко­торые вопросы ответьте письменно.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Объясните, почему окислительно-восстановительные ре­акции органических соединений в классификационной схеме по результату иногда относят к реакциям элиминирования-присоединения.

2. Приведите примеры электрофильных и нуклеофильных частиц (нейтральных молекул и ионов).

3. Приведите электронное и пространственное строение трет-бутильного карбокатиона и радикала.

4. Объясните повышенную устойчивость карбокатионов и ра­дикалов бензильного и аллильного типа.

5. Приведите примеры гетеролитического разрыва ковалентной связи с образованием карбокатионов, карбанионов.

6. Объясните, в чём выражается цепной характер процесса радикального замещения с участием С-Н связей sp³-гибридизованного атома углерода.

7. Приведите схемы реакций, объясняющие пути возникнове­ния радикалов в клетке.

8. Какие С-Н связи липидсодержащих систем и почему наи­более подвержены пероксидному окислению.

9. Объясните образование малонового диальдегида при пероксидном окислении фрагментов жирных кислот.

10. Объясните ингибирование пероксидного окисления с по­мощью антиоксидантов ( фенолы, α-токоферол).

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ:

1. Прогнозировать направление и результат химических прев­ращений органических соединений по радикальному ме­ханизму.

2. Уметь обнаруживать и удалять пероксидные примеси в диэтиловом эфире.

ЛИТЕРАТУРА

1. Учебник: с. 107-112; 125-131; 440-441.

2. Руководство: с. 95-104.

3. Лекция 3.

ЗАНЯТИЕ 5

На 3-х часовом занятии изучаются две темы.

Тема: ЭЛЕКТРОФИЛЬНОЕ ПРИСОЕДИНЕНИЕ К НЕНАСЫЩЕННЫМ СОЕДИНЕНИЯМ

Цель: изучить теоретические основы реакций электрофильного присоединения (A_Е), углубить и расширить знания путём решения задач и выполнения лабораторной ра­боты.

Исходный уровень знаний: химические свойства алкенов, ди­енов, стирола, непредельных карбоновых кислот, правило Марковникова в объёме школьной программы.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

1. Реакции электрофильного присоединения (A_Е): гетеролитические реакции с участием π-связи.

2. Механизм галогенирования алкенов (на примере бромирования).

3. Механизм гидрогалогенирования алкенов.

4. Механизм и биологическая роль гидратации алкенов.

5. Правило Марковникова. Влияние статического и динами­ческого факторов на региоселективность реакций A_Е.

6. Особенности электрофильного присоединения к сопря­жённым системам (1,3- диенам, α,β -ненасыщенним аль­дегидам, α,β -ненасыщенним карбоновым кислотам).

7. Механизм и биологическая роль присоединения карбокатионов к алкенам.

8. Типовые задачи и их решение (изучить общий подход решения задач и логику рассуждений; Р., с. 104-114).

9. Решите 10 задач из списка ”для самостоятельного решения” (Р., с. I06-114). Ваш выбор должен включать задачи, являющиеся аналогами всех типовых задач.

10. Подготовьте лабораторную работу 4 (Р., с. 116-117). Опыты:

- Бромирование ненасыщенных соединений.

- Окисление олеиновой кислоты раствором перманганата калия.

11. Проконтролируйте усвоение учебного материала, ответив на задания тестов (Р., с.107-116).

12. Продумайте ответы на вопросы для самоконтроля. Потре­нируйтесь в составлении схем механизмов реакций.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Приведите общую схему реакций A_Е. Какие соединения выступают в качестве субстратов, атакующих реагентов?

2. Объясните механизм бромирования алкенов. Как экспери­ментально можно его подтвердить?

3. Объясните роль кислотного катализа в реакциях гидрогалогенирования и гидратации.

4. В чём принципиальное различие реакций гидратации фумаровой кислоты, протекающих в организме и осуществля­емой в обычных лабораторных условиях? Носит ли ваш от­вет общий характер?

5. Обоснуйте эмпирически выведенное правило Марковникова, основываясь на современных теоретических представлени­ях о распределении электронной плотности в молекулах и устойчивости промежуточных частиц в реакциях.

6. В чём особенности электрофильного присоединения к 1,3-диенам, α, β -ненасыщенным карбонилсодержащим сое­динениям?

7. Напишите схему реакции алкилирования 2-метилбутена-2 карбокатионом, образующимся при действии на это соеди­нение протоном кислоты.

8. С помощью каких качественных проб можно различить пентан, пентин-1, пентин-2. Напишите схемы соответству­ющих реакций.

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ:

1. Прогнозировать направление и результаты химических пре­вращений органических соединений по механизму электрофильного присоединения.

2. Проводить качественные реакции для обнаружения крат­ной связи.

ЛИТЕРАТУРА

1. Учебник: с. 131-142; 438-442.

2. Руководство: с. 104-120.

3. Лекция 3.

Тема: ЭЛЕКТРОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ В АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЯХ

Цель: изучить теоретические основы реакций электрофильного замещения (S_Е) в ароматических соединениях, углубить и расширить знания путём решения задач и выполнения лабораторной работы.

Исходный уровень знаний: электронное строение бензола. Хи­мические свойства бензола, толуола, фенола, анилина в объ­ёме школьной программы. Ароматичность органических соеди­нений.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

1. Реакции электрофильного замещения в ароматических сое­динениях. Основы теории.

2. Механизм реакций галогенирования ароматических соединений (на примере хлорирования бензола).

3. Механизм реакции алкилирования соединений (на примере бензола).

4. Влияние заместителей в ароматическом ядре и гетероатомов в гетероциклических соединениях на реакционную спо­собность в реакциях S_Е.

5. Ориентирующее влияние заместителей и гетероатомов в ароматических соединениях в реакциях S_Е.

6. Типовые задачи и их решение (изучить по руководству общий подход решения задач и логику рассуждений; Р., с. 120-129).

7. Решите 10 задач из списка “для самостоятельного решения” (Р., с. 122-130). Ваш выбор должен включать задачи, яв­ляющиеся аналогами всех типовых задач.

8. Подготовьте лабораторную работу 5 (Р., с. 136-137). Опыты:

- Бромирование анилина.

- Окисление боковых цепей гомологов бензола.

9. Проконтролируйте усвоение учебного материала, ответив на задания тестов (Р., с. 122-136).

10. Продумайте ответы на вопросы для самоконтроля. Потре­нируйтесь в составлении схем механизмов, уравнений ре­акций.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Перечислите известные Вам типы реакций электрофильного замещения в ароматических соединениях. Напишите электрофильные частицы, укажите катализаторы реакций.

2. Объясните роль катализаторов Льюиса в реакциях галогенирования и алкилирования ароматических соединений.

3. Объясните образование изопропильного карбокатиона, ис­ходя из 2-хлорпропана, пропанола-2, пропена.

4. Как влияют электронодонорные заместители в ароматических соединениях на их реакционную способность в реакциях S_E? Приведите примеры.

5. Как влияют электроноакцепторные заместители и галогены в ароматических соединениях на их реакционную способность в реакциях S_Е? Приведите примеры.

6. Приведите примеры π-электроноизбыточных и π-электронодефицитных гетероциклических соединений. Сопоставьте их реакционную способность и бензола в реакциях S_Е.

7. Перечислите заместители, направляющие входящую группу в м-положение.

8. Перечислите заместители, направляющие входящую группу в о- и п-положения.

9. Какое положение является более реакционноспособным в ре­акциях S_Е для фурана, пиррола, тиофена, пиридина, хинолина?

10. Приведите примеры согласованной и несогласованной ориен­тации заместителей в реакциях S_E.

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ:

1. Прогнозировать направление и результат химических прев­ращений ароматических соединений по механизму электрофильного замещения.

2. Составлять формулы по названиям и называть по структур­ной формуле ключевые ароматические соединения, а так­же продукты их превращения в реакциях S_E.

3. Записывать уравнения химических реакций.

ЛИТЕРАТУРА

1. Учебник: с. 142-158.

2. Руководство: с. 120-132.

3. Лекция 3.

ЗАНЯТИЕ 6

Тема: НУКЛЕОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ У НАСЫШЕННОГО АТОМА УГЛЕРОДА. РЕАКЦИИ ЭЛИМИНИРОВАНИЯ

Цель: изучить теоретические основы нуклеофильного за­мещения у насыщенного атома углерода (S_N) и со­провождающего его элиминирования (Е). Углубить и расширить знания путем решения задач и выполнения лабораторной работы.

Исходный уровень знаний: электронное строение метана, этилена. Получение спиртов и алкенов из алкилгалогенидов (в объёме школьной программы).

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

1. Реакции нуклеофильного замещения у sp³-гибридизованного атома углерода (S_N). Основы теории.

1.1.Факторы, влияющие на реакционную способность соеди­нений в реакциях S_N.

1.2. Стереохимия реакций S_N.

1.3. Схемы основных типов реакций S_N.

1.4. Биологическая роль реакций алкилирования.

2. Реакции элиминирования (Е). Основы теории.

3. Дегидрогалогенирование, дегидратация. Правило Зайцева.

4. Типовые задачи и их решение (изучите по руководству общий подход решения задач и логику рассуждений; Р., с. 137-148).

5. Решите 10 задач из списка “для самостоятельного ре­шения” (Р., с. 139-149). Ваш выбор должен включать за­дачи, являющиеся аналогами всех типовых задач.

6. Подготовьте лабораторную работу 6 (Р., с. 157,158). Опыты:

-Получение этилхлорида.

-Дегидратация этанола.

-Окисление этанола.

7. Проконтролируйте усвоение учебного материала, отве­тив на вопросы тестов (Р., с. 140-151).

8. Продумайте ответы на вопросы для самоконтроля, потре­нируйтесь в составлении схем механизмов, реакций.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Приведите схему и объясните сущность механизма S_N1.

2. Приведите схему и объясните сущность механизма S_N2.

3. Охарактеризуйте влияние электронных и пространственных факторов, а также стабильность уходящих групп на ре­акционную способность соединений в реакциях S_N.

4. Приведите ряд уменьшения способности быть уходящей группой. Какие легко уходящие группы наиболее часто встречаются в живых системах?

5. Объясните на примерах положения теории: реакция S_N протекает с обращением конфигурации, двойным обра­щением конфигурации, образованием рацемата.

6. Реакции гидролиза галогенопроизводных алканов.

7. Реакции алкилирования спиртов, фенолов, тиолов, суль­фидов, аммиака, аминов.

8. Роль кислотного катализа в нуклеофильном замещении гидроксильной группы.

9. Дезаминирование соединений с первичной аминогруппой.

10. Приведите схему реакции метилирования норадреналина с помощью S -аденозилметионина. Укажите субстрат, нуклеофил, электрофильный центр, нуклеофильный центр.

11. Приведите схему реакции биосинтеза аминокислоты метионина с переносом метильной группы от бетаина (про­дукта окисления холина) на гомоцистеин (2-амино-4-меркаптобутановая кислота). Объясните реакцию в рам­ках теории S_N.

12. Объясните положение: повышенная СН-кислотность как причина реакций элиминирования.

I3. Сформулируйте правило Зайцева.

14. Объясните на примере роль кислотного катализа в нук­леофильном замещении гидроксильной группы.

15. Приведите механизм дезаминирования соединений с пер­вичной аминогруппой.

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ:

1. Прогнозировать направление и результат химических прев­ращений органических соединений в реакциях нуклеофильного замещения у sp³-гибридизованного атома углерода (S_N) и в реакциях элиминирования (Е).

ЛИТЕРАТУРА

1. Учебник: с. 158-188.

2. Руководство: с. 137-158.

3. Лекция 4.

ЗАНЯТИЕ 7

Тема: НУКЛЕОФИЛЬНОЕ ПРИСОЕДИНЕНИЕ В АЛЬДЕГИДАХ И КЕТОНАХ

Цель: изучить теоретические основы реакций нуклеофильного присоединения в альдегидах и кетонах (А_N). Углу­бить и расширить теоретические знания путём реше­ния задач, выполнения лабораторной работы. Сфор­мировать теоретическую базу для глубокого понима­ния биохимических вопросов: пиридоксалевый катализ, альдольное присоединение-расщепление.

Исходный уровень знаний: электронное строение и химические свойства альдегидов в объёме школьной программы.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

1. Реакции нуклеофильного присоединения с участием кар­бонильной группы (А_N). Основы теории.

2. Факторы, влияющие на реакционную способность соеди­нений в реакциях A_N.

3. Примеры реакций A_N для альдегидов и кетонов.

4. Образование и гидролиз иминов как химическая основа пиридоксалевого катализа.

5. Реакции альдольного присоединения-расщепления.

6. Биологическое значение реакций А_N с участием кар­бонильной группы.

7. Типовые задачи и их решение (изучите по “Руководству” общий подход решения задач и логику рассуждений. Р., с. 158-171).

8. Решите 10 задач из списка “для самостоятельного реше­ния” (Р., с. 161-170). Ваш выбор должен включать зада­чи, являющиеся аналогами всех типовых задач.

9. Подготовьте лабораторную работу 7 (Р., с. 174-176). Опыты:

-Открытие ацетона путём перевода его в йодоформ.

-Окисление формальдегида гидроксидом диаминсеребра.

-Окисление формальдегида и ацетона гидроксидом меди (II).

-Окислительно-восстановительная реакция формальдегида.

10. Проконтролируйте усвоение учебного материала, ответив на задания тестов (Р., с. 161-173).

11. Продумайте ответы на вопросы для самоконтроля. Потрени­руйтесь в составлении схем механизмов, уравнений реакций.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Приведите обобщённую схему реакций нуклеофильного при­соединения с участием карбонильной группы (А_N) . Что общего и в чём отличие механизмов А_N и S_N2 ?

2. Является ли стереоселективной реакция А_N в обычных (лабораторных) условиях, в организме?

3. Охарактеризуйте влияние электронных и пространственных факторов на реакционную способность карбонильных сое­динений в реакциях А_N.

4. Расположите в порядке уменьшения реакционной способнос­ти в реакциях А_N: пропанон, этаналь, формальдегид, метилацетат, 2,2,2-трихлорэтановая кислота.

5. Объясните кислотный катализ в реакциях A_N.

6. Приведите примеры реакций карбонильных соединений с водой, спиртами, тиолами, аминами и их производными.

7. Приведите схему кислотного гидролиза ацеталей.

8. Приведите примеры иминов (оснований Шиффа). Из каких исходных соединений они образуются?

9. Приведите структурную формулу альдимина - промежуточного соединения, участвующего в реакциях трансаминирования и декарбоксилирования аминокислот в организме.

10. Объясните на конкретном примере положение теории: об­разование и гидролиз иминов как химическая основа пиридоксалевого катализа.

11. Изложите основные стадии механизма альдольного присо­единения и расщепления.

12. Кето-енольная таутомерия. Строение енолят-иона.

13. Напишите схему биологически важной реакции образова­ния лимонной кислоты, исходя из щавелевоуксусной кисло­ты и ацетилкофермента А. Объясните направленность ре­акции в рамках механизма А_N.

14. Напишите схему альдольного присоединения дигидроксиацетона к глицериновому альдегиду.

15. Объясните альдольное расщепление фруктозы.

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ:

1. Прогнозировать направление и результат химических превращений карбонильных соединений в реакциях А_N.

2. Открывать ацетон по реакции перевода его в йодоформ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Учебник: с. 188-203; 211-216.

2. Руководство: с. I58-I76.

3. Лекция 4.

ЗАНЯТИЕ 8

На 3 ч занятии изучается одна тема, выполняется лабора­торная работа и проводится промежуточный зачет.

Тема: НУКЛЕОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ В КАРБОНОВЫХ КИСЛОТАХ И ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ

Цель: изучить теоретические основы реакций нуклеофильного замещения S_N в карбоновых кислотах и их функцио­нальных производных: галогенангидридах, ангидридах, сложных эфирах, тиоэфирах. Расширить и углубить зна­ния путём решения задач, выполнения лабораторной ра­боты. Сдать зачёт: “Строение биологически важных органических соединений и являющихся родоначальниками групп лекарственных средств”.

Исходный уровень знаний: электронное строение карбоксильной группы.

Карбоновые кислоты. Получение и свойства сложных эфиров. Структурные формулы органических соединений, изу­чаемых в школе. Индуктивный и мезомерный эффекты.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

1. Реакции нуклеофильного замещения у sp²-гибридизованного атома углерода (карбоновые кислоты и их функциональ­ные производные). Основы теории.

2. Реакции ацилирования - образование ангидридов, сложных эфиров, сложных тиоэфиров, амидов - и обратные им реак­ции гидролиза.

3. Роль кислотного катализа.

4. Ацилирующие реагенты (ангидриды, карбоновые кислоты, сложные эфиры, сложные тиоэфиры; сравнительная актив­ность этих реагентов).

5. Ацилфосфаты и ацилкофермент А - природные макроэргические ацилирующие реагенты.

6. Биологическая роль реакций ацилирования.

7. Реакции по типу альдольного присоединения с участием кофермента А как путь образования углерод-углеродной связи.

8. Типовые задачи и их решение (изучите по “Руководству” общий подход решения задач и логику рассуждений; Р., с. 177-186).

9. Решите 10 задач из списка “для самостоятельного решения” (Р., с. 178-186). Ваш выбор должен включать задачи, яв­ляющиеся аналогами всех типовых задач.

10. Подготовить лабораторную работу 8 (Р., с. 188-190). Опыты:

- Образование нерастворимых кальциевых солей высших жир­ных кислот.

- Открытие щавелевой кислоты в виде кальциевой соли.

- Декарбоксилирование щавелевой кислоты.

11. Проконтролируйте усвоение учебного материала, ответив на вопросы тестов (Р., с. 179-188).

12. Продумайте ответы на вопросы для самоконтроля. Потрени­руйтесь в написании схем механизмов, реакций.

ВОПРОСЫ ДЛИ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Приведите общую схему реакций нуклеофильного замещения у sр² -гибридизованного атома углерода для карбониль­ных соединений.

2. Приведите общие формулы известных вам функциональных производных карбоновых кислот.

3. Расположите в порядке уменьшения способности к гидроли­зу и ацилирующему действию: сложные эфиры, тиоэфиры, ацилгалогениды, амиды, ангидриды. Объясните приведён­ную закономерность.

4. Приведите механизм образования сложных эфиров по реак­ции этерификации. Роль кислотного катализа.

5. Приведите общую схему механизма гидролиза сложных эфиров, тиоэфиров, галогенангидридов, ангидридов и амидов карбоновых кислот.

6. Напишите структурные формулы ацилфосфатов, играющих важную роль в биохимических процессах.

7. Приведите схему реакции замещённого ацилфосфата с тиолом.

7. Напишите схему реакции ацетат-иона с АТФ.

8. Приведите структурную формулу ацетилкофермента А. Ука­жите макроэргическую связь.

9. Напишите схему реакции холина с ацетилкоферментом А.

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ:

1. Прогнозировать направление и результат химических прев­ращений в реакциях нуклеофильного замещения у ѕр²-гибридизованного атома углерода карбонильных соедине­ний.

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

3. Открывать щавелевую кислоту в виде кальциевой соли.

ЗАЧЁТНОЕ ЗАНЯТИЕ: СТРОЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ ВАЖНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ И ЯВЛЯЮЩИХСЯ РОДОНАЧАЛЬНИКАМИ ГРУПП ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ

Учитывая, что курс биоорганической химии изучается в течение короткого времени (1 семестр) и требуется усвоение большого объёма фактического материала, в частности формул, целесообразно уже вначале систематического изучения предме­та заучивать “опорные” структурные формулы би­ологически важных органических соединений и являющихся родоначальниками групп лекарственных средств (см. приложение 2). Обращаться к формулам необходимо постоянно при изучении всех ключевых вопросов дисциплины (номенклатура, стереоизомерия, реак­ционная способность, связь строения и биологической актив­ности, химическое превращение - основа биологического функци­онирования веществ, др.).

Знание студентами “опорных” структурных формул призвано способствовать последующему творческо­му восприятию и осмыслению вопросов биологической химии (биохимии), фармакологии.

Для продуктивного изучения студентами вопросов стро­ения основных классов биологически важных органических соеди­нений и теории на кафедре биохимии и фармакологии (биоор­ганической химии) подготовлено учебно-справочное пособие (М.М.Литвак. Строение биологически важных органических соединений и являющихся родоначальниками групп лекарственных средств. 2004 г.).

„Сложные формулы” написаны таким образом, чтобы в них легко узнавались более простые ключевые структуры, приведённые везде единообразно. Это облегчает восприятие их и заучивание.

На зачетном занятии студент должен знать и уметь:

1. Привести структурные формулы (не менее 7) для соединений из контрольного списка (билета), включающего 10 названий. Для “сложных молекул” (выделены курсивом) объяснить химическое строение (указать более простую ключевую структуру, функциональные группы, отобразить другие важные аспекты).

2. Объяснять теоретические положения (кислотные и основные центры, названия функциональных групп, направления действия электронных эффектов замести­телей, наличие хиральных центров, др.) на примерах биологически важных соединений.

Студенты, не подготовившиеся к зачётному занятию в течение первых двух месяцев семестра, должны сдать зачёт до начала сес­сии после завершения систематического изучения всего кур­са биоорганической химии.

Практика преподавания биоорганической химии на медицинс­ком факультете показывает, что вовремя сданный зачёт - залог успешного изучения последующих тем, формирования глубоких и устойчивых знаний.

ЛИТЕРАТУРА

1. Учебник: с. 204-211.

2. Руководство: с.177-190.

3. Лекция 5.

4. М.М.Литвак. Строение биологически важных органических соединений и являющихся родоначальниками групп лекарственных средств. Учебно-справочное пособие для студентов меди­цинских вузов. (Кафедра биохимии и фармакологии БелГУ, 2004 г.).

ЗАНЯТИЕ 9

На 3-х часовом занятии изучается одна тема и проводится КР 2.

Тема: РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИИ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Цель: изучить теоретические основы реакций окисления и восстановления органических соединений, проводимых в лабораторных условиях, а также протекающих в жи­вых системах. Углубить и расширить знания путём решения задач и тестов. Выполнить итоговую КР 2.

Исходный уровень знаний: окислители и восстановители, окислительно-восстановительные реакции в неорганической и органической химии в объёме школьной программы.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1. Особенности процессов окисления и восстановления орга­нических соединений.

2. Реакции окисления спиртов, тиолов, сульфидов, карбониль­ных соединений, аминов.

3. Реакции восстановления карбонильных соединений, дисульфидов, иминов.

4. Понятие о переносе гидрид-иона и химизме действия сис­темы НАД⁺- НАД Н.

5. Понятие об одноэлектронном переносе и химизме действия системы

ФАД-ФАД Н₂.

6. Окисление π-связи.

7. Окисление ароматических фрагментов (эпоксидирование, гидроксилирование).

8. Типовые задачи и их решение. Изучите по “Руководству” об­щий подход решения задач и логику рассуждений:

- гидроксилирование, с. 132-133;

- окисление спиртов, фенолов, тиолов, с. 151-154;

- восстановление альдегидов, кетонов, с. 171;

- окислительное дезаминирование α-аминокислот, с. 241-242;

- превращение яблочной кислоты в щавелевоуксусную с участием кофермента НАД⁺, с. 283-284.

9. Решите 10 задач из списка “для самостоятельного реше­ния” (Р., с. 133, 154, 155, 172, 284). Ваш выбор дол­жен включать задачи, являющиеся аналогами всех типо­вых задач.

10. Проконтролируйте усвоение учебного материала, отве­тив на задания тестов (Р., с, 134-137, 155, 156, 192, 173).

11. Продумайте ответы на вопросы для самоконтроля, на некоторые из них ответьте письменно.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Какие процессы называют в органической химии окис­лением, восстановлением?

2. Напишите формулы окислителей, используемых в синте­зе ароматических кислот из производных бензола и аро­матических гетероциклов.

3. Приведите схему реакции окисления этанола до этаналя и далее до уксусной кислоты.

4. Окислите циклогексанол с помощью хромовой кислоты.

5. Приведите структурные формулы НАД⁺, ФАД Н₂).

6. Напишите формулы сульфиновой и сульфоновой кислот.

7. Напишите схему реакции окисления дигидролипоевой (6,8-димеркаптооктановой кислоты).

8. Условия образования эпоксидов. Объясните, как проис­ходит ферментативное гидроксилирование ароматичес­кого кольца.

9. Система гидрохинон-хинон как химическая основа дей­ствия убихинонов в окислительно-восстановительных процессах.

10. Превращение янтарной кислоты в фумаровую как пример биологической реакции дегидрирования.

11. Окисление и восстановление моносахаридов. Восстано­вительные свойства альдоз.

12. Пероксидное окисление фрагментов жирных кислот в кле­точных мембранах (повторение).

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ:

1. Прогнозировать направление и результат окислитель­но-восстановительных реакций, осуществляемых в ла­боратории и протекающих в организме.

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

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 2:

ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ОРГАНИ­ЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ КАК ХИМИЧЕСКАЯ ОСНОВА ИХ БИОЛОГИЧЕС­КОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ (по темам лабораторных занятий 4 - 9).

Требования:

1. Знание теоретических основ реакций свободнорадикального замещения, электрофильного присоединения с участием π-связи, электрофильного замещения с участием аромати­ческой системы, нуклеофильного замещения у sp³ -гибридизованного атома углерода, нуклеофильного присоединения с участием π-связи, нуклеофильного замещения у sp² -гибридизованного атома углерода, окисления-восстановле­ния.

2. Умение решать задачи из списка “для самостоятельного ре­шения” и аналогичные к ним.

ЛИТЕРАТУРА

1. Учебник: с. 225-233.

2. Руководство: с. 132-136, 151-156, 171,172, 241, 283,284.

ЗАНЯТИЕ 10

Тема: ПОЛИ- И ГЕТЕРОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, УЧАСТВУ­ЮЩИЕ В ПРОЦЕССАХ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Цель: изучить строение и свойства поли- и гетерофункциональных соединений, участвующих в процессах жизне­деятельности и являющихся родоначальниками важней­ших групп лекарственных средств. Углубить и расши­рить знания путём решения задач, тестов, выполнения лабораторной работы.

Исходный уровень знаний: структурные формулы поли- и гетеро-функциональных соединений.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

1. Многоатомные спирты.

1.1.Строение этиленгликоля, глицерина, инозита.

1.2. Образование хелатных комплексов с участием α-диольных фрагментов.

1.З.Хелатирование как способ сохранения стабильного валентного состояния биогенных металлов и выведения ионов тя­жёлых металлов из организма.

2. Двухатомные фенолы.

2.1. Строение гидрохинона, резорцина, пирокатехина.

2.2. Окисление двухатомных фенолов. Система гидрохинон-хинон как химическая основа действия убихинонов в окислитель­но-восстановительных процессах.

2.3. Фенолы как антиоксиданты (ловушки свободных радикалов).

3. Двухосновные карбоновые кислоты.

3.1.Строение щавелевой, малоновой, янтарной, глутаровой, фумаровой кислот.

3.2.Превращение янтарной кислоты в фумаровую как пример би­ологической реакции дегидрирования.

4. Угольная кислота и её производные (уретаны, уреиды кис­лот, мочевина). Гуанидин. Карбамоилфосфат.

5. Аминоспирты.

5.1. Строение аминоэтанола, коламина, холина, ацетилхолина. Биологическая роль этих соединений и их производных.

6. Аминофенолы.

6.1. Строение дофамина, норадреналина, адреналина. Биологи­ческая роль этих соединений и их производных.

7. Гидрокси- и аминокислоты.

7.1.Строение биологически важных представителей.

7.2. Реакции циклизации, элиминирования.

7.3.Гидролиз лактонов, лактамов.

7.4.Образование лимонной кислоты в результате альдольного присоединения.

7.5. Представление о строении β-лактамных антибиотиков.

8. Альдегидо- и кетонокислоты.

8.1.Строение биологически важных представителей.

8.2. Реакции декарбоксилирования β-кетонокислот.

8.3. Реакции окислительного декарбоксилирования α-кетонокислот.

8.4.Кето-енольная таутомерия (повторение).

9. Гетерофункциональные производные бензольного ряда как лекарственные средства.

9.1. Салициловая кислота и ее производные.

9.2. п-Аминобензойная кислота и её производные.

9.3. Сульфаниловая кислота и её амид (стрептоцид). Сульфаниламидные препараты.

10. Подготовьте ЛР 9 (Р., с. 205-207). Опыты:

- Доказательство наличия двух карбоксильных групп в винной кислоте.

- Комплексообразующие свойства винной кислоты.

- Разложение лимонной кислоты.

- Цветные реакции салициловой кислоты и её эфиров.

- Взаимодействие новокаина с основаниями.

11. Типовые задачи и их решение (изучите по “Руководству” общий подход решения задач и логику рассуждений, с. 191-202).

12. Решите 10 задач из списка “для самостоятельного решения” (Р., с. 193-202).

13. Проконтролируйте усвоение учебного материала, отве­тив на вопросы тестов (Р., с, 193-204).

14. Продумайте ответы на вопросы для самоконтроля. По­тренируйтесь в написании уравнений реакций.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Объясните положение теории: поли- и гетерофункциональность как один из характерных признаков органичес­ких соединений, участвующих в процессах жизнедея­тельности и являющихся родоначальниками важнейших групп лекарственных средств.

2. Объясните на примерах особенности проявления кислот­но-основных свойств (амфолиты) поли- и гетерофункциональных соединений.

3. Объясните на примерах особенности во взаимном влия­нии функциональных групп в зависимости от их отно­сительного расположения.

2. Приведите структурные формулы молочной, β- и γ-гидроксимасляных, яблочной, винных, лимонной гидроксикислот.

3. Приведите структурные формулы глиоксиловой, пировиноградной, ацетоуксусной, щавелевоуксусной, α-оксоглутаровой кислот.

6. Приведите структурную формулу фосфоенолпирувата.

7. Приведите структурные формулы ацетилсалициловой кислоты, фенилсалицилата, анестезина, новокаина, п-аминобензойной кислоты, сульфаниловой кислоты, стрептоцида.

8. Какие Вам известны сульфаниламидные препараты? Приведи­те общую формулу их строения.

9. Какие органические соединения называются полифункциональными, гетерофункциональными?

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, сопряжённые и ароматические фрагменты в моле­кулах для определения химического поведения органичес­ких соединений.

4. Прогнозировать направление и результат химических прев­ращений поли- и гетерофункциональных соединений.

2. Проводить цветные реакции салициловой кислоты и её эфиров.

ЛИТЕРАТУРА

1. Учебник: с. 234 - 260.

2. Руководство: с. 191 - 207.

3. Лекция 6.

4. М.М.Литвак. Строение биологически важных органических соединений и являющихся родоначальниками групп лекарственных средств. Учебно-справочное пособие для студентов меди­цинских вузов. (Кафедра биохимии и фармакологии БелГУ, 2004 г.).

5. М.М.Литвак. Гетерофункциональные производные бензольного ряда как лекарственные средства. Биологически важные гетероциклические системы. Учебное пособие для студентов медицинского факультета. БелГУ, 2004 г.

ЗАНЯТИЕ 11

Тема: БИОЛОГИЧЕСКИ ВАЖНЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Цель: изучить строение и свойства гетероциклических со­единений, участвующих в процессах жизнедеятельнос­ти и являющихся родоначальниками важнейших групп лекарственных средств. Углубить и расширить зна­ния путём решения задач, тестов, выполнения лабо­раторной работы.

Исходный уровень знаний: структурные формулы гетероцикли­ческих соединений (изучаемых в школе и выученных к зачёту). Ароматичность. Кислотность и основность органических соединений.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

1. Гетероциклы с одним гетероатомом. Пиррол, индол, пиридин, хинолин. Понятие о строении тетрапиррольных соединений (порфин, гем).

1. Биологически важные производные пиридина - никотинамид, пиридоксаль, производные изоникотиновой кислоты.

2. Производные 8-гидроксихинолина – антибактериальные средства комплексообразующего действия.

2. Гетероциклы с несколькими гетероатомами. Пиразол, имидазол, тиазол, пиразин, пиримидин, пурин. Тау­томерия на примере имидазола.

2.1. Пиразолон-3 - структурная основа ненаркотических анальгетиков (анальгин).

2.2. Барбитуровая кислота и её производные.

2.3. Гидроксипурины (гипоксантин, ксантин, мочевая кислота). Лактим-лактамная таутомерия.

2.4. Биотин. Понятие о строении и биологической роли.

2.5. Тиамин. Понятие о строении и биологической роли.

2.6. Алкалоиды. Метилированные ксантины (теобромин, теофиллин, кофеин). Представление о строении никотина, морфина, хинина, атропина.

3. Подготовьте ЛР 10 (Р., с. 222-224). Опыты:

- Цветные реакции антипирина и амидопирина.

- Получение солей мочевой кислоты.

- Доказательство пуриновой структуры в мочевой кислоте.

4. Типовые задачи и их решение. Изучите по “Руководству” общий подход решения задач и логику рассуждений, с. 208-221.

5. Проконтролируйте усвоение учебного материала, ответив на вопросы тестов (Р., с. 209-222).

6. Подумайте над вопросами для самоконтроля. Потренируйтесь в написании формул, схем уравнений реакций.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Какие соединения называются гетероциклическими?

2. Приведите структурные формулы известных Вам гетероциклов. Являются ли они ароматическими?

3. Объясните понятия: пиррольный и пиридиновый атомы азота.

4. Приведите строение порфина, объясните его ароматичность.

5. Укажите распределение электронной плотности в молекуле пиридоксаля.

6. Объясните с точки зрения механизмов реакций схему син­теза амидопирина из ацетоуксусного эфира и фенилгидразина (У., с. 273).

7. Напишите для энтеросептола (8-гидрокси-7-иод-5-хлорхинолин) образование хелатного комплекса с ионами меди (II).

8. Напишите реакцию взаимодействия мочевины с диэтиловым эфиром малоновой кислоты.

9. В какой таутомерией форме находятся барбитураты в хло­роформном экстракте и в какой форме в растворе гидроксида натрия? (Р., с, 214-215).

10. Напишите схему получения динатриевой соли мочевой кис­лоты. Какие кислотные центры участвуют в реакции солеобразования?

11. Приведите строение алкалоидов, содержащихся в чае.

12. Объясните биологическую роль биотина в переносе кар­боксильной группы.

13. Какие химические изменения происходят в случае стери­лизации водного раствора ампицилина?

14. Напишите реакцию цитозина с азотистой кислотой.

15. Напишите схему реакции образования урата аммония, обнаруживаемого в мочевых камнях.

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ:

1. Выделять кислотный и основный центры, ароматические фрагменты в молекулах гетероциклических соединений для определения их химического поведения.

2. Доказывать подлинность лекарственных средств ан­типирина и амидопирина (проводить пробы с хлоридом железа (III) и азотистой кислотой).

3. Проводить мурексидную пробу (анализ мочевых камней, открытие пуриновых алкалоидов: кофеина, теобромина).

ЛИТЕРАТУРА

1. Учебник: с. 260-294.

2. Руководство: с. 208-224.

3. Лекция 7.

4. М.М.Литвак. Строение биологически важных органических соединений и являющихся родоначальниками групп лекарственных средств. Учебно-справочное пособие для студентов меди­цинских вузов. (Кафедра биохимии и фармакологии БелГУ, 2004 г.).

5. М.М.Литвак. Гетерофункциональные производные бензольного ряда как лекарственные средства. Биологически важные гетероциклические системы. Учебное пособие для студентов медицинского факультета. БелГУ, 2004 г.

ЗАНЯТИЕ 12

Тема: α-АМИНОКИСЛОТЫ, ПЕПТИДЫ, БЕЛКИ

Цель: изучить теоретические аспекты строения и химичес­кие свойства аминокислот, входящих в состав бел­ков и пептидов. Изучить первичную структуру бел­ков, сформировать представление о сложных белках. Углубить и расширить знания путём решения задач, тестов, выполнения лабораторной работы.

Исходный уровень знаний: аминокислоты, белки (в объёме школьной программы). Шаростержневые модели молекул.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

1. Аминокислоты, входящие в состав белков.

1.1. Строение. Номенклатура.

1.2. Стереоизомерия.

1.3. Кислотно-основные свойства, биполярная структура.

1.4. Классификация с учётом различных признаков: по химичес­кой природе радикала и содержащихся в нём заместителей, по кислотно-основным свойствам.

1.5. Биосинтетические пути образования α-аминокислот из кетонокислот: реакции восстановительного аминирования и реакции трансаминирования. Пиридоксалевый катализ.

1.6. Химические свойства α-аминокислот как гетерофункциональных соединений. Образование внутрикомплексных солей. Ре­акции этерификации, ацилирования, алкилирования, образо­вания иминов.

1.7. Биологически важные реакции α-аминокислот. Реакции дезаминирования (неокислительного и окислительного). Ре­акции гидроксилирования.

1.8. Декарбоксилирование α-аминокислот - путь к образова­нию биогенных аминов и биорегуляторов (коламин, гистамин, триптамин, серотонин, кадаверин, β-аланин, γ-аминомасляная кислота).

2. Пептиды.

2.1. Строение пептидной группы (используйте модели молекул).

2.2. Гидролиз пептидов.

2.3. Установление аминокислотного состава с помощью сов­ременных физико-химических методов.

2.4. Установление первичной структуры пептидов. Определение аминокислотной последовательности.

3. Белки.

3.1. Первичная структура. Частичный и полный гидролиз.

3.2. Понятие о сложных белках. Гликопротеины, липопротеины, нуклеопротеины, фосфопротеины.

4. Подготовьте ЛР 11 (Р., с. 247-250). Опыты:

-Амфотерные свойства α-аминокислот.

-Образование внутрикомплексных солей α-аминокислот.

-Образование оснований Шиффа.

-Дезаминирование α-аминокислот.

-Общая реакция обнаружения α-аминокислот (нингидриновая реакция).

-Обнаружение ароматических α-аминокислот (ксантопротеиновая реакция).

-Обнаружение меркаптогруппы в цистеине.

-Обнаружение пептидной группы (биуретовая реакция).

5. Типовые задачи и их решение. Изучите общий подход решения задач и логику рассуждений (Р., с. 225-245).

6. Решите 10 задач из списка “для самостоятельного решения”. (Р., с. 226-245). Ваш выбор должен включать задачи, являющиеся аналогами всех типовых задач.

7. Проконтролируйте усвоение знаний, ответив на задания тестов (Р., с. 227-246).

8. Подумайте над вопросами для самоконтроля. Потренируй­тесь в написании структурных формул, схем уравнений реакций.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Перечислите α -аминокислоты с алифатическим радикалом.

2. Напишите структурные формулы α-аминокислот, содер­жащих две карбоксильные группы.

3. Напишите структурные формулы основных α -аминокислот.

4. Назовите α- аминокислоты, содержащие меркапто- и метилтио-группу.

5. Перечислите α-аминокислоты с ароматическими и ге­тероциклическими радикалами.

6. Приведите примеры α-аминокислот с полярными и непо­лярными радикалами.

7. Приведите все стереоизомеры для 4-гидроксипролина.

8. Приведите все стереоизомеры для 2-амино-3-гидрокси-бутановой кислоты. Какой стереоизомер соответствует природной аминокислоте L-треонин?

9. Объясните на примерах понятия для α-аминокислот: катион, дикатион, анион, дианион, биполярный ион.

7. Получите аланин из этаналя.

11. Перечислите химические свойства α-аминокислот. При­ведите примеры реакций.

12. Назовите биологически важные реакции α-аминокислот.

13. Приведите примеры реакций неокислительного и окисли­тельного дезаминирования α-аминокислот.

14. Назовите известные вам реакции гидроксилирования α-аминокислот.

15. Из каких α -аминокислот в результате декарбоксилирования образуются: коламин, гистамин, триптамин, серотонин, кадаверин, β-аланин, γ-аминомасляная кис­лота?

16. Объясните пиридоксалевый катализ в реакциях трансаминирования и декарбоксилирования α-аминокислот.

17. Как устанавливают аминокислотный состав, первичную структуру пептидов?

18. Охарактеризуйте химическое строение известных вам сложных белков.

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ:

1. Классифицировать α-аминокислоты по химической приро­де радикала и содержащихся в нём заместителей, по кис­лотно-основным свойствам.

2. Составлять формулы α-аминокислот, пептидов по названи­ям и называть их по структурной формуле.

3. Выделять функциональные группы, кислотный и основный центры, сопряжённые и ароматические фрагменты в молеку­лах α-аминокислот и пептидов для определения их хими­ческого поведения.

4. Прогнозировать направление и результат химических пре­вращений α-аминокислот и пептидов.

5. Проводить качественные реакции на α-аминокислоты.

ЛИТЕРАТУРА

1. Учебник: с. 296-334, 349.

2. Руководство: с. 225-250.

3. Лекции 8,9.

4. М.М.Литвак. Строение биологически важных органических соединений и являющихся родоначальниками групп лекарственных средств. Учебно-справочное пособие для студентов меди­цинских вузов. (Кафедра биохимии и фармакологии БелГУ, 2004 г.).

ЗАНЯТИЕ 13

Тема: МОНОСАХАРИДЫ. ОЛИГОСАХАРИДЫ. ПОЛИСАХАРИДЫ

Цель: изучить основы теории химического строения и свойства углеводов. Подготовить теоретическую базу для вос­приятия биохимических процессов с участием углеводов. Углубить и расширить знания путём решения задач, тес­тов, выполнения лабораторных работ.

Исходный уровень знаний: строение и свойства представителей углеводов (глюкоза, фруктоза, рибоза, сахароза, крахмал, целлюлоза), изучаемых в школе. Модели органических молекул. Важнейшие понятия стереохимии - конформация и конфигурация.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

1. Моносахариды.

1.1. Классификация моносахаридов.

1.2. Стереоизомерия моносахаридов, D- и L- стереохимические ряды.

1.3. Открытые и циклические формы. Формулы Фишера и Хеуорса. Фуранозы и пиранозы; α- и β-аномеры. Цикло- оксо-таутомерия.

1.4. Конформация пиранозных форм моносахаридов (используйте модели молекул).

1.5. Строение наиболее важных представителей пентоз (рибоза, ксилоза); гексоз (глюкоза, манноза, галактоза, фрукто­за); дезоксисахаров (2-дезоксирибоза); аминосахаров (глюкозамин, маннозамин, галактозамин).

1.6. Нуклеофильное замещение у аномерного центра в цикличес­ких формах моносахаридов. 0- и N-гликозиды.

1.7. Гидролиз гликозидов.

1.8. Фосфаты моносахаридов.

1.9. Ацилирование аминосахаров.

1.10.Окисление моносахаридов. Восстановительные свойства альдоз. Гликоновые, гликаровые, гликуроновые кислоты.

1.11. Аскорбиновая кислота.

1.12. Восстановление моносахаридов (ксилит, сорбит, маннит).

1.13. Взаимопревращение альдоз и кетоз.

1.14. Реакции альдольного типа в ряду моносахаридов (повторе­ние):

-альдольное присоединение дигидроксиацетона к глицерино­вому альдегиду;

-альдольное расщепление фруктозы;

-образование нейраминовой кислоты.

2. Олигосахариды.

2.1. Дисахариды: мальтоза, целлобиоза, лактоза, сахароза. Строение, цикло-оксо-таутомерия.

2.2. Восстановительные свойства дисахаридов.

2.3. Гидролиз дисахаридов.

2.4. Конформационное строение мальтозы и целлобиозы.

3. Полисахариды.

3.1. Гомополисахариды: крахмал (амилоза и амилопектин), гли­коген, декстран, целлюлоза. Пектины (полигалактуроновая кислота). Первичная структура, гидролиз. Понятие о вто­ричной структуре (амилоза, целлюлоза).

3.2.Гетерополисахариды: гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты. Первичная структура. Представление о стро­ении гепарина.

3.3.Понятие о смешанных биополимерах (пептидогликаны, протеогликаны, гликопротеины, гликолипиы).

4. Подготовьте ЛР 12 (Р., с, 266-289). Опыты:

- Доказательство наличия гидроксильных групп в глюкозе.

- Восстановление гидроксида меди (II) глюкозой в щелоч­ной среде.

- Восстановительные свойства глюкозы (реакция с реакти­вом Фелинга).

- Восстановление диаминсеребра глюкозой.

- Реакция Селиванова на фруктозу.

5. Подготовьте ЛР 13 (Р., с. 274-276). Опыты:

- Отсутствие восстановительной способности у сахарозы.

- Качественная реакция на крахмал.

- Гидролиз крахмала в кислой среде.

6. Типовые задачи и их решение. Изучите по руководству общий подход решения задач и логику рассуждений, с. 250-265, 269-273.

7. Решите 10 задач из списка “для самостоятельного реше­ния” (Р., с. 251-265, 270-274). Ваш выбор должен включать задачи, являющиеся аналога­ми всех типовых задач.

8. Проконтролируйте усвоение учебного материала, ответив на задания тестов (Р., с. 252-266, 271,272).

9. Подумайте над вопросами для самоконтроля, на некото­рые из них ответьте письменно.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1.Сколько существует стереоизомеров альдопентоз, альдогексоз? Объясните.

2. Как определяется принадлежность моносахаридов к D - или L - стереохимическому ряду? Что является конфигурацион­ным стандартом?

3. Что вы можете сказать о мутаротации водных растворов α-D -глюкопиранозы и метил-α - D -глюкопиранозида?

4. К избытку аммиачного раствора оксида серебра прибавили смесь 10 г α- и 8 г β-аномеров глюкозы. По литера­турным данным известно, что после завершения мутарота­ции в воде открытая форма глюкозы составляет 0,02%. Сколько серебра выделится по реакции "серебряного зер­кала"? Задачу решите устно.

5. Сформулируйте правила перехода от проекционных формул Фишера к формулам Хеуорса.

6. Напишите реакцию взаимодействия глюкозы с метанолом в присутствии HCI. Зависит ли результат реакции от аномерного состава глюкозы?

7. Как из глюкозы получить метил-2,3,4,6-тетра-0-метил-D-глюкопиранозу?

8. Приведите формулы биологически важных фосфатов моноса­харидов: 6-фосфат-D-глюкопиранозы, 1-фосфат-D-глюкопиранозы, 1,6-дифосфат-D -фруктофуранозы.

9. На конкретном примере, объясните важную биологическую функцию гликуроновых кислот - выведение в виде раствори­мых гликуронидов посторонних и токсичных веществ из ор­ганизма с мочой.

10. Напишите схему реакции гидролиза хондрозина, состоящего из остатков D-глюкуроновой кислоты и D-галактозамина, связанных между собой β (1→3) -гликозидной связью. В ка­кой среде происходит эта реакция?

11. Охарактеризуйте первичную структуру хондроитинсульфатов.

12. Приведите схему альдольной конденсации пировиноградной (2-оксопропановой) кислоты и N-ацетил-D -маннозамина с образованием N-ацетил-D-нейраминовой (сиаловой) кис­лоты.

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ:

1. Классифицировать моносахариды.

2. Составлять формулы по названиям и называть по структурной формуле типичные представители биологически важных угле­водов.

3. Прогнозировать направление и результат химических превра­щений углеводов: моносахаридов, олигосахаридов, полисахаридов.

4. Проведить качественные реакции на углеводы:

-проба Троммера для обнаружения глюкозы;

-проба Селиванова на фруктозу.

ЛИТЕРАТУРА

1. Учебник: с. 349-400.

2. Руководство: с. 250-276.

3. Лекция 10.

4. М.М.Литвак. Строение биологически важных органических соединений и являющихся родоначальниками групп лекарственных средств. Учебно-справочное пособие для студентов меди­цинских вузов. (Кафедра биохимии и фармакологии БелГУ, 2004 г.).

5. М.М.Литвак. Углеводы. Учебное пособие для студентов медицинского факультета. БелГУ, 2004 г.

ЗАНЯТИЕ 14

Тема: НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ. НУКЛЕОТИДНЫЕ КОФЕРМЕНТЫ

Цель: изучить теоретические основы строения и химические свой­ства нуклеиновых кислот и их структурных компонентов, лекарственных средств на основе модифицированных нук­леиновых оснований, нуклеотидных коферментов. Расширить и углубить знания путём решения задач, тестов. Создать теоретическую базу по химии для восприятия биохимических процессов жизнедеятельности.

Исходный уровень знаний: нуклеиновые кислоты и их структур­ные компоненты, изучаемые в школе. Строение основных классов биологически важных органических соединений (повторение).

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

1. Нуклеиновые кислоты.

1. Пиримидиновые и пуриновые основания. Ароматические свойства. Лактим-лактамная таутомерия.

2. Реакции дезаминирования.

1.3. Комплементарность нуклеиновых оснований. Водородные свя­зи в комплементарных парах нуклеиновых оснований.

1.4. Нуклеозиды. Гидролиз нуклеозидов.

1.5. Нуклеотиды. Строение мононуклеотидов, образующих нукле­иновые кислоты. Гидролиз нуклеотидов.

1.6. Первичная структура нуклеиновых кислот. Фосфодиэфирная связь. Рибонуклеиновые и дезоксирибонуклеиновые кислоты. Нуклеотидный состав РНК и ДНК. Гидролиз нуклеиновых кис­лот.

1.7. Понятие о вторичной структуре ДНК. Роль водородных свя­зей в формировании вторичной структуры.

2. Лекарственные средства на основе модифицированных нук­леиновых оснований (фторурацил, меркаптопурин). Нуклео­зиды - антибиотики. Принцип химического подобия.

3. Изменение структуры нуклеиновых кислот под действием хи­мических веществ. Мутагенное действие азотистой кислоты.

4. Нуклеозидмоно- и полифосфаты.

4.1. АМФ, АДФ, АТФ.

4.2. Никотинамиднуклеотидные коферменты. Строение НАД⁺ и его фосфата НАДФ⁺. Система НАД⁺ - НАД Н (повторение).

5. Типовые задачи и их решение. Изучите по руководству об­щий подход решения задач и логику рассуждений, с. 276-286.

6. Решите 10 задач из списка “для самостоятельного решения” (Р., с. 277-287). Ваш выбор должен включать аналоги всех типовых задач.

7. Проконтролируйте усвоение учебного материала, ответив на задания тестов (Р., с. 276-288).

8. Подумайте над вопросами для самоконтроля, на некоторые из них ответьте письменно. Потренируйтесь в написании структурных формул соединений, схем уравнений реакций.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Назовите гетероциклические основания пиримидинового и пуринового ряда, входящие в состав нуклеиновых кислот.

2. Объясните плоское строение и ароматичность тимина и гу­анина. Справедливо ли это для других азотистых основа­ний нуклеиновых кислот?

3. Напишите формулы минорных азотистых оснований, встре­чающихся в составе нуклеиновых кислот.

4. Приведите лактамные формы урацила, аденина.

5. В виде какой таутомерной формы нуклеиновые основания входят в состав нуклеиновых кислот?

6. Назовите нуклеозиды, входящие в состав РНК, ДНК.

7. Все нуклеозиды сокращённо обозначают символами, входя­щих в них оснований. Приведите сокращённые названия гуанозина, тимидина, дезоксигуанозина.

8. Напишите структурные формулы нуклеотидов: УМФ, дАМФ, дТМФ.

9. Напишите структурную формулу аденозин-3,5-циклофосфата (цАМФ).

10. Приведите фрагмент первичной структуры ДНК, включаю­щей четыре нуклеиновых основания.

11. Объясните принцип химического подобия в создании ле­карственных средств.

12. Напишите схему реакции взаимодействия глицина с АТФ. Назовите продукты реакции.

13. Напишите схему реакции взаимодействия аденозина с азо­тистой кислотой.

14. В цикле трикарбоновых кислот одновременно с реакцией декарбоксилирования осуществляется превращение изолимонной кислоты

НООС-СН₂СН(СООН)СН(ОН)-СООН в α-оксоглутаровую. Напишите схему этой реакции с участием кофермента НАД⁺.

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ:

1. Составлять формулы по названиям и называть по струк­турной формуле азотистые основания и структурные ком­поненты нуклеиновых кислот, нуклеотидные коферменты.

2. Выделять функциональные группы, кислотный и основный центры, сопряжённые и ароматические фрагменты в молеку­лах для определения химического поведения органических соединений.

3. Прогнозировать направление и результат химических прев­ращений органических соединений.

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

ЛИТЕРАТУРА

1. Учебник: с. 400-426,

2. Руководство: с. 276-288.

3. Лекция 11.

4. М.М.Литвак. Строение биологически важных органических соединений и являющихся родоначальниками групп лекарственных средств. Учебно-справочное пособие для студентов меди­цинских вузов. (Кафедра биохимии и фармакологии БелГУ, 2004 г.).

ЗАНЯТИЕ 15

Тема: ОМЫЛЯЕМЫЕ ЛИПИДЫ

ЗАЧЁТНОЕ ЗАНЯТИЕ: СТРОЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ ВАЖНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ И ЯВЛЯЮЩИХСЯ РОДОНАЧАЛЬНИКАМИ ГРУПП ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ (повторно для студентов, не подготовившихся к зачету в течение первых двух месяцев семестра)

Цель: изучить теоретические основы строения и свойства группы веществ, объединённых понятием омыляемые липиды. Углубить и расширить знания путём решения задач, тестов, ответов на вопросы для самоконтроля. Создать фундамент для усвоения ряда дисциплин, свя­занных с изучением процессов жизнедеятельности ор­ганизма.

Исходный уровень знаний: природные высшие жирные кислоты, глицерин, жиры в объёме школьной программы. Модели орга­нических молекул.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

1. Липиды: общая характеристика, классификация.

2. Природные высшие жирные кислоты: пальмитиновая, стеари­новая, олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая (используйте модели молекул).

3. Воска.

4. Естественные жиры как смесь триацилглицеринов (ацилглицеролов).

5. Фосфолипиды. Фосфатидовые кислоты. Фосфатидилколамины и фосфатидилсерины (кефалины), фосфатидилхолины (леци­тины) - структурные компоненты клеточных мембран.

6. Сфинголипиды, церамиды, сфингомиелины. Гликолипиды (цереброзиды, ганглиозиды).

7. Пероксидное окисление фрагментов жирных кислот в клеточ­ных мембранах (повторение). Конечные продукты окисления (малоновый диальдегид, диеновые конъюгаты и др.), прин­цип анализа ТБК-реагирующих веществ.

8. Типовые задачи и их решение. Изучите по руководству общий подход решения задач и логику рассуждений, с. 288-296.

9. Решите 10 задач из списка “для самостоятельного решения” (Р., с. 290-297).

10. Проконтролируйте усвоение учебного материала, ответив на вопросы тестов (Р., с. 291-298).

11. Подумайте над вопросами для самоконтроля. Потренируй­тесь в написании формул, схем уравнений реакций.

ВОПРОСЫ ДДЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Приведите классификацию липидов.

2. Какую конфигурацию имеют природные ненасыщенные жир­ные кислоты?

3. Какие существуют правила для обозначения количества и положения двойных связей в ненасыщенных жирных кисло­тах?

4. Назовите ацильные остатки высших жирных кислот.

5. Приведите структурную формулу L-фосфатидовых кислот.

6. Приведите структурную формулу сфингозина.

7.Объясните образование малонового диальдегида в процес­се пероксидного окисления фрагментов жирных кислот в клеточных мембранах.

8. Напишите схему реакции гидролиза в кислой среде 1-пальмитоил-2-линолеоилфосфатидилхолина.

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ:

1. Классифицировать липиды.

2. Составлять формулы по названиям и называть по структур­ным формулам высшие жирные кислоты, триацилглицеролы, фосфолипиды, сфинголипиды.

3.Прогнозировать направление и результат химических пре­вращений омыляемых липидов.

ЛИТЕРАТУРА

1.Учебник: с. 427-442.

2. Руководство: с. 288-298.

3.Лекция 12.

4. М.М.Литвак. Строение биологически важных органических соединений и являющихся родоначальниками групп лекарственных средств. Учебно-справочное пособие для студентов меди­цинских вузов. (Кафедра биохимии и фармакологии БелГУ, 2004 г.).

ЗАНЯТИЕ 16

На 3-х часовом занятии изучается новая тема, выполняется ЛP и проводит­ся итоговая КР 3.

Тема: НЕОМЫЛЯЕМЫЕ ЛИПИДЫ (ТЕРПЕНЫ И СТЕРОИДЫ)

Цель: изучить химическое строение и свойства терпенов и стероидов - основных представителей группы веществ, объединённых понятием неомыляемые липиды. Углу­бить и расширить знания путём решения задач, тес­тов, выполнения лабораторной работы. Подготовить фундамент для глубокого восприятия процессов жизне­деятельности, изучаемых в курсе биохимии. Выполнить КР З.

Исходный уровень знаний: изопрен, полиизопрен (в объёме школьной программы). Строение основных классов биологичес­ки важных органических соединений, сопряженные системы, конформация и конфигурация - основные понятия стереохимии.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

1. Общая характеристика неомыляемых липидов. Изопреноиды.

2. Терпены: моноциклические (лимонен, ментол), бициклические (камфора), сопряжённые полиены (каротиноиды, вита­мин А).

3. Химические основы процесса светоощущения.

4. Стероиды. Представление об их биологической роли.

5. Углеводороды - родоначальники групп стероидов: эстран, андростан, прегнан, холан, холестан.

6. Конформационное строение 5α- и 5 β -стеранового скелета.

7. Стероидные гормоны. Эстрогены, гестагены, андрогены, кортикостероиды.

8. Жёлчные кислоты. Холевая кислота. Гликохолевая и таурохолевая кислоты.

9. Стерины. Холестерин. Эргостерин, превращение его в вита­мины группы Д.

10. Агликоны сердечных гликозидов. Дигитоксигенин, строфантидин.

11. Подготовьте ЛР 14 (Р., с.313,314). Опыты:

- Обнаружение терпенов в кожуре плодов цитрусовых.

- Обнаружение каротиноидов в моркови.

12. Типовые задачи и их решение. Изучите по руководству об­щий подход решения задач и логику рассуждений, с. 298-310.

13. Решите 10 задач из списка “для самостоятельного решения” (Р., с. 299-310). Ваш выбор должен включать все типы за­дач.

14. Проконтролируйте усвоение учебного материала, выполнив задания тестов (Р., с. 300-313).

15. Ответьте на вопросы для самоконтроля. Потренируйтесь в написании структурных формул терпенов и стероидов.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Получите из изопрена терпингидрат, применяемый как от­харкивающее средство при хроническом бронхите.

2. Объясните конфигурационное и конформационное строение (-) -ментола, главной составной части эфирного масла перечной мяты.

3. Получите ментол из м-крезола. Является ли он рацематом?

4. Объясните конформационное и конфигурационное строение камфоры.

5. Получите α-бромкамфору (стимулятор сердечной деятель­ности) из α-пинена (составная часть скипидара из сосны),

6. Укажите конфигурацию двойных связей и тип сопряжения в молекуле β -каротина.

7. Характерной особенностью большинства природных стероидов является наличие постоянных заместителей у стеранового скелета. Назовите их и укажите положение в молекуле.

8. Укажите отличия в строении углеводородов - родоначаль­ников групп стероидов.

9. Изобразите стереоизомеры: 5α- и 5β – стероиды.

10. Приведите химическую классификацию гормонов.

11.Проанализируйте строение стероидов: эстрадиола, прогестерона, андростерона, тестостерона, кортикостерона, холевой кислота, гликохолевой кислоты, таурохолевой кислоты, холестерина, эргостерина, дигитоксигенина, строфантидина (используйте справочные материалы).

12. Объясните с точки зрения механизмов реакций превраще­ние эргостерина в витамин D₂ (эргокальциферол).

13. Объясните понятия: агликон, генин.

12. Подготовьтесь к КР 3 (по темам занятий 10-16).

ЛИТЕРАТУРА

1. Учебник: см. соответствующий раздел.

2. Руководство: с. 298-314.

3. Лекция 13.

4. М.М.Литвак. Строение биологически важных органических соединений и являющихся родоначальниками групп лекарственных средств. Учебно-справочное пособие для студентов меди­цинских вузов. (Кафедра биохимии и фармакологии БелГУ, 2004 г.).

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ:

1. Классифицировать терпены и стероиды.

2. Составлять формулы по названиям и называть по струк­турной формуле типичные представители терпенов и стероидов.

3. Прогнозировать направление и результат химических пре­вращений терпенов и стероидов.

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

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 3:

БИОПОЛИМЕРЫ И ИХ СТРУКТУРНЫЕ КОМПОНЕНТЫ. ЛИПИДЫ

Требования:

1. Умение решать задачи по темам занятий 12-16 из списка “для самостоятельного решения” и аналогичные к ним.

Приложение 1

Тематический план лекций по биоорганической химии

№	Тема лекции	Количество ч
1	Введение в биоорганическую химию. Классификация, изомерия органических соединений. Пространственное строение органических соединений.	2
2	Взаимное влияние атомов и способы его передачи в молекулах органических соединений. Кислотность и основность органических соединений.	2
3	Классификация органических реакций. Реакции свободнорадикального замещения. Реакции электрофильного присоединения. Реакции электрфильного замещения.	2
4	Реакции нуклеофильного замещения у sp3- гибридизованного атома углерода. Реакции элиминирования. Реакции нуклеофильного присоединения с участием карбонильной группы.	2
5	Реакции нуклеофильного замещения у sp2-гибридизованного атома углерода (карбоновые кислоты и их функциональные производные).	2
6	Полифункциональные органические соединения, участвующие в процессах жизнедеятельности. Гетерофункциональные органические соединения, участвующие в процессах жизнедеятельности.	2
7	Гетерофункциональные производные бензольного ряда как лекарственные средства. Биологически важные гетероциклические системы.	2
8	Аминокислоты, входящие в состав белков. Биосинтетические пути образования и биологически важные реакции a-аминокислот.	2
9	Пептиды и белки. Понятие о сложных белках (гликопротеины, липопротеины, нуклеопротеины, фосфопротеины).	2
10	Углеводы: моносахариды. Углеводы: олигосахариды, полисахариды.	2
11	Структурные компоненты нуклеиновых кислот. Нуклеиновые кислоты. Нуклеотидные коферменты.	2
12	Омыляемые липиды.	2
13	Неомыляемые липиды.	2
14	Современные физико-химические методы исследования органических соединений (обзор).	2
	Всего:	28 ч