12

Программа курса «Биоорганическая химия» для студентов факультета фундаментальной медицины мгу им. М.В.Ломоносова введение

Предмет биоорганической химии, ее связь с органической химией, биохимией, фармакологией и медициной. Основные положения теории химического строения А.М.Бутлерова. Способы построения названий (номенклатура) органических соединений: тривиальные, рациональные, систематические названия. Современная заместительная номенклатура ИЮПАК (электронная версия размещена в программе ACDLabs).

Гомология и гомологические ряды. Структурная изомерия (изомерия углеродного скелета и изомерия, вызванная положением заместителя).

Пространственная изомерия органических соединений (конформации и конфигурации, клиновидные проекции и проекции Ньюмена органических соединений). Геометрическая (цис, транс, Z, E) изомерия алкенов. Оптическая изомерия на примере органических соединений с одним и двумя асимметрическими атомами углерода (хиральность; энантиомеры; диастереомеры; рацематы; мезо-, трео- и эритро-формы; R-, S-номенклатура). Клиновидные проекции и проекционные формулы Фишера. Хиральные молекулы без асимметрических центров на примере хиральных алленов, бифенилов и спиросоединений (осевая хиральность).

Углерод, электронная конфигурация; гибридизация углерода в органических соединениях. Представление о молекулярных орбиталях. Типы химических связей в органических соединениях: ковалентная (- и -связь), ионная, донорно-акцепторная, координационная, водородная связь. Физические характеристики связей: энергия, длина, полярность, поляризуемость.

Электронные эффекты (индуктивный и мезомерный) заместителей.

Представление о механизме органических реакций. Понятие о резонансных структурах. Электрофильные, нуклеофильные и радикальные реагенты. Гетеролитический и гомолитический разрыв связей. Типы промежуточных частиц: карбокатионы, карбанионы, радикалы; их строение. Понятие о переходном состоянии и интермедиате.

Кислоты и основания (Бренстед, Льюис). Сопряженные кислоты и основания. Кислотно-основные равновесия. Константы кислотности и основности (K_a, K_b, pK_a, pK_b).

Углеводороды Алканы

Гомологический ряд. Изомерия. Номенклатура. sp³-Гибридное состояние атома углерода. Природа С-С и С-Н связей. Способы изображения пространственного строения молекул с sp³-гибридизованным углеродом: клиновидные проекции, «лесопильные козлы», проекции Ньюмена. Конформеры и конформации. Конформации этана, пропана, бутана и высших гомологов. Энергетическая диаграмма конформационного состояния молекулы алкана. Нахождение в природе. Способы получения алканов (гидрирование непредельных углеводородов, синтез через металлоорганические соединения, электролиз солей карбоновых кислот, восстановление карбонильных соединений).

Химические свойства алканов. Галогенирование, нитрование, сульфохлорирование, окисление, крекинг. Понятие о свободных радикалах. Механизм свободно-радикальных реакций замещения. Различие в реакционной способности атома водорода при первичном, вторичном и третичном атоме углерода.

Алкены

Гомологический ряд. Изомерия. Номенклатура. Пространственная изомерия алкенов (цис-, транс- и Z-, E-номенклатура). Природа двойной углерод-углеродной связи. sp²-Гибридное состояние атома углерода. Геометрия двойной связи. Способы получения алкенов (дегидрогалогенирование, дегалогенирование, дегидратация (правило Зайцева), реакции Гофмана, Виттига, стереоселективное восстановление алкинов). Ряд стабильности алкенов, выведенный на основании теплот гидрирования.

Химические свойства алкенов. Электрофильное присоединение к алкенам: гидрогалогенирование, галогенирование, гидратация. Понятие об электрофильных агентах. Механизм электрофильного присоединения к ненасыщенным системам (и -комплексы). Стереохимия реакций электрофильного присоединения к алкенам. Правило Марковникова и его современное толкование. Карбокатионы (карбениевые ионы), их стабильность; перегруппировки карбокатионов. Гидрокси- и алкоксимеркурирование алкенов.

Радикальные реакции алкенов. Присоединение бромистого водорода к алкенам против правила Марковникова в присутствии перекисей (перекисный эффект Хараша). Высокотемпературное аллильное хлорирование алкенов по Львову, аллильное бромирование по Циглеру (N-бромсукцинимид в присутствии радикальных инициаторов).

Гидроборирование алкенов. Гидриды бора, наиболее часто применяемые в органическом синтезе. Регио- и стереоселективное присоединение гидридов бора. Превращение борорганических соединений в алканы, спирты, алкилгалогениды.

Окисление алкенов. Окисление алкенов до оксиранов и до диолов. Син-гидроксилирование алкенов по Вагнеру (KMnO₄) и Криге. (OsO₄). Анти-гидроксилирование алкенов (по Прилежаеву). Озонолиз алкенов, окислительное и восстановительное расщепление озонидов.

Каталитическое гидрирование алкенов. Катализаторы гомогенного и гетерогенного гидрирования.

Полимеризация алкенов (радикальная, катионная, анионная, координационная).

Карбены - частицы с двухкоординированным атомом углерода. Методы генерирования карбенов и дигалокарбенов. Синглетные и триплетные карбены. Понятие о карбеноидах. Механизм и стереохимия присоединения карбенов и карбеноидов к алкенам.

Алкины

Гомологический ряд. Изомерия. Номенклатура. Природа тройной углерод-углеродной связи, sр-гибридное состояние атома углерода. Способы получения алкинов: дегидрогалогенирование геминальных и вицинальных дигалогеналканов и алкенилгалогенидов, алкилирование ацетилена и терминальных ацетиленов. Промышленный способ получения ацетилена пиролизом метана.

Реакции присоединения: гидрирование, гидрогалогенирование, галогенирование, гидратация (реакция Кучерова), присоединение спиртов, карбоновых кислот, цианистого водорода. Сравнение реакционной способности алкенов и алкинов в реакциях электрофильного присоединения.

Восстановление алкинов до цис- и транс-алкенов. Гидроборирование алкинов, синтез альдегидов.

СН-кислотность ацетиленов. Реакции с участием подвижного ацетиленового атома водорода: получение ацетиленидов металлов и их взаимодействие с электрофильными реагентами (с алкилгалогенидами, оксиранами и карбонильными соединениями). Ацетилен-алленовая изомеризация и перемещение тройной связи интернальных алкинов в терминальное положение.

Окислительное сдваивание терминальных алкинов в присутствии солей меди (I).

Олигомеризация ацетилена. Ди-, трии тетрамеризация ацетилена.