17

Раздел биоорганической химии

Лекция №

Тема «Принципы современной классификации и номенклатуры и теоретические основы строения органических соединений»

В органической химии особенно актуальны вопросы классификации и номенклатуры, т.к. объектами изучения является миллионы соединений. Как известно, что, более 90% лекарственных средств именно составляют органические соединения, которые широко используются в изготовлении различных лекарственных форм, изделий медицинской техники, протезов ряда органов.

Развитие фармации в значительной степени определяется успехами органической химии во всех ее направлениях, а именно: направленным синтезом новых лекарственных средств, разработкой эффективных методов разделения и выделения (экстракция, перекристаллизация, перегонка, хроматография), широким использованием физико-химических методов (электронная спектроскопия (УФ- и видимая область); инфракрасная (ИК) спектроскопия; спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР); протонный магнитный резонанс (ПМР); масс-спектрометрия: виды ионов (молекулярные, осколочные, перегруппировочные), как с целью анализа структуры, так и для контроля качества продукции.

Так, чувствительность масс-спектрометрия делает его замечательным инструментом в руках судебного эксперта, т.к. часто размеры образца, полученного для анализа, очень малы, а с помощью масс-спектра можно снять вплоть до 10^-12 г. Например, малые количества наркотиков или ткань, найденную на месте преступлении, можно сравнить с тканью из одежды подозреваемого.

Критериями чистоты вещества являются:

• температура плавления,

• температура кипения,

• плотность,

• показатель преломления,

• хроматографические данные;

• химический функциональный анализ.

Классификация

В основу современной классификации многочисленных органических соединений положены два важнейших признака:

1.строение углеродной цепи молекулы.

2. наличие в молекуле функциональных групп.

Классификация органических соединений в зависимости от строения углеродной цепи

¹Алифатическими называются соединения, в которых незамкнутая цепь образована только атомами углерода и водорода (алканы, алкены, алкадиены, алкины).

²Элементорганическими (металлорганическими) соединениями называются вещества, в молекуле которых углерод непосредственно связан с металлом: К, Na, Mg, Pb, Hg и др. (элементом): R—С—Me—С—R'. К элементорганическим соединениям не относят соединения, содержащие связь углерода с азотом, кислородом, серой и галогенами.

Одним из первых элементорганических соединений, которые стали применяться в медицине, были соединения ртути. Затем была открыта физиологическая активность у соединений мышьяка в ряду ароматических соединений, которые проявляют высокую эффективность при лечении таких заболеваний, как сифилис, возвратный тиф и др. (например, осарсол или 3-ацетамино-4-оксифенилмышьяковая кислота). При наличии белка в моче осарсол противопоказан.

(C₈H₁₀AsNO₅; М.М. 275,09)

В указанном молекуле мышьяк непосредственно связан с углеродом и не является ионогенным, поэтому определить его обычными аналитическими реакциями ионного типа невозможно. В связи с этим методы анализа элементорганических соединений имеют свои особенности. Для того чтобы подтвердить элемент в органической молекуле, в данном случае мышьяк, его надо перевести в ионогенное состояние. Это достигается двумя путями:

а) нагреванием препарата со смесью для спекания (Na₂CO₃+NaNO₃) переводят мышьяк в арсенат натрия Na₂HAsO₄;

б) нагреванием препарата со смесью серной и азотной кислот или смесью КMnO₄ с H₂SO₄ приводит к образованию мышьяковой кислоты H₃ASO₄. В том и другом случае мышьяк открывается одной из реакций, характерных для As⁵⁺, например, с магнезиальной смесью MgSO₄+NH₄CI+NH₄OH (образуется MgNH₄As0₄ ↓ -белый осадок).

Соединения мышьяка алифатического ряда, несмотря на то, что некоторые из них проявляли физиологическую активность, но не утвердились в медицинской практике из-за высокой токсичности.

Создание и развитие химиотерапевтических средств и, в частности, органических соединений мышьяка связаны с именем немецкого химика и биолога П. Эрлиха, который выдвинул проблему изыскания таких химических веществ, которые бы избирательно действовали на микробы и не затрагивали при этом макроорганизм.

³ Карбоциклическими называются соединения, цикл которых состоит только из атомов углерода. Эти соединения часто называются алифатическими циклическими или алициклическими (циклоалканы).

⁴Гетероциклическими называются соединения, в состав цикла которых кроме атомов углерода входят атомы других элементов, называемые гетероатомами (O,N, S и др.). Эти соединения могут иметь как ароматический (пиррол, пиридин, тиофен), так и неароматический характер (этиленоксид).

Гетероциклические соединения

⁷Ароматическими (аренами) называются соединения, отвечающие условиям ароматичности, которые определяются правилом Хюккеля и сводятся к следующему:

• - система представляет собой плоский замкнутый цикл;

• - молекула образует сопряженную π-электронную систему, охватывающую все атомы цикла;

• -число р-электронов, участвующих в образовании системы сопряжения, равно 4n + 2, где n - целое число, как правило, соответствующее количеству циклов в соединении.

Например, нафталин 10 π-электронов (п = 2)

Примечание Такие циклические сопряженные системы, как циклобутадиен (4п+2= 4 при п = 0,5) или цикло-октатетраен (4п+2 = 8 при п = 1,5), не соответствуют правилу Хюккеля и не обладают свойствами ароматических соединений.