«Поли,- гетерофункциональные и биологически активные гетероциклические соединения»

Тема № 5 «Поли,- гетерофункциональные и биологически активные гетероциклические соединения»

Занятие № 15 «Поли, гетерофункциональные соединения».

Учебные вопросы занятия:

1. Гетерофункциональность – один из характерных признаков органических соединений, участвующих в процессах жизнедеятельности и являющихся родоначальниками важнейших групп лекарственных средств.

Парные функциональные группы, входящие в состав гетерофункциональных соединений: гидроксикислоты, альдегидокислоты, кетонокислоты, аминокислоты, аминоспирты.

1.1.Аминоспирты: коламин, холин, ацетилхолин, их строение, биороль.

1.2.Гидроксикислоты; классификация; стереоизомерия: молочная кислота и её

энантиомеры; многоосновные гидроксикислоты: яблочная, лимонная,

винные, их строение, значение.

1.3.Кетонокислоты: пировиноградная (ПВК), щавелевоуксусная (ЩУК),

ацетоуксусная, α-кетоглутаровая, их строение, биороль. Кетоновые тела;

ацетоуксусный эфир, таутомерия.

1.4.Гетерофункциональные производные бензольного ряда: пара-аминофенол

и его производные (фенетидин, парацетамол, фенацетин). Салициловая

кислота и её производные: салицилат натрия и сложные эфиры:

метилсалицилат, фенилсалицилат, ацетилсалициловая кислота (аспирин), ПАСК, ПАБК.

Учебные и воспитательные цели:

общая цель: Вам необходимо овладеть учебной программой данного занятия и научиться применять данный материал в своей будущей профессии.

Рекомендуемая литература:

, . Биоорганическая химия. Учебник для студентов медвузов. М., Медицина, 1991, 252-267с.

, . Биоорганическая химия. Учебное пособие. г. Ставрополь, 2008, 89-101с.

Руководство к лабораторным занятиям по биоорганической химии под ред. , М., Медицина, 1985

Лекционный материал

Ваши действия по подготовке к занятию и отработке программы занятия:

При подготовке к данному занятию проработайте рекомендованную литературу и ответьте на контрольные вопросы:

1. Что такое гетерофункциональность? Как классифицируются гетерофункциональные соединения в зависимости от входящих разных парных функциональных групп: гидроксикислоты, альдегидокислоты, кетонокислоты, аминокислоты, аминоспирты. Напишите попарно входящие группы.

2. Гидроксикислоты, классификация: одноосновные (молочная; α, β, γ - гидроксимасляные); двухосновные (яблочная, винные); трехосновные (лимонная)

3. Основные положения стереохимии: асимметрический атом углерода.

4. Стереоизомерия молекул с одним, двумя и более центрами хиральности: энантиомерия и диастеромерия. Мезоформы. Рацематы, способы их разделения. D - и L - система стереохимической номенклатуры. Право (+) и лево (-) вращающие энантиомеры (оптические изомеры).

5. Метаболические реакции гидроксикислот: дегидрирование, дегидратация, декарбоксилирование, проходящие при участии ферментов.

6. Кетонокислоты: пировиноградная (ПВК), ацетоуксусная, щавелевоуксусная (ЩУК), α-кетоглутаровая. Метаболические реакции: декарбоксилирование, гидрирование с участием ферментов. Кето - енольная таутомерия.

7. Кетоновые тела: ацетон, ацетоуксусная кислота, β-гидроксимасляная кислота, их взаимопревращение. Накопление их в крови (ацетонемия); появление их в моче (ацетонурия).

8. Аминоспирты: аминоэтанол (коламин), холин, ацетилхолин – компоненты биологических систем.

Опишите следующие лабораторные работы

Опыт №1. Доказательство наличия двух карбоксильных групп в винной кислоте.

В пробирку поместите 1 каплю 15 % раствора винной кислоты, 2 капли 5 % раствора гидроксида калия и встряхните. Постепенно начинает выделяться белый кристаллический осадок малорастворимой в воде кислой калиевой соли винной кислоты (гидротартрат калия). Если осадок не выпадает, охладите пробирку под струей воды и потрите внутреннюю стенку пробирки стеклянной палочкой. Добавьте в пробирку еще 4-5 капель раствора гидроксида калия. Кристаллический осадок постепенно растворяется, т. к. образуется хорошо растворимая в воде средняя калиевая соль винной кислоты (тартрат калия). Раствор тартрата калия сохраните до следующего опыта.

Опыт № 2. Доказательство наличия гидроксильных групп в винной кислоте.

В две пробирки поместите по 2 капли 2 % раствора сульфата меди (II) и 10 % раствора гидроксида натрия. Выпадает голубой осадок гидроксида меди (II). В первую пробирку добавьте раствор тартрата калия, полученный в предыдущем опыте. Осадок гидроксида меди (II) растворяется с образованием синего раствора. Жидкости в обеих пробирках нагрейте до кипения. В первой пробирке цвет жидкости не изменяется, во второй – голубой осадок гидроксида меди (II) превращается в оксид меди (I) черного цвета (Cu2O). Образовавшийся синий раствор носит название реактива Фелинга и применяется для обнаружения глюкозы в моче.

Опыт № 3. Доказательство наличия фенольного гидроксила в салициловой кислоте.

Поместите в пробирку несколько кристаллов салициловой кислоты. Прибавьте для растворения 3-4 капли воды и затем 1 каплю хлорного железа (III). Немедленно появляется характерное темно-фиолетовое окрашивание, указывающее на наличие свободного фенольного гидроксила в молекуле. Напишите формулу салициловой кислоты.

Опыт № 4. Доказательство отсутствия фенольного гидроксила в аспирине.

Поместите в пробирку крупинку аспирина и 5-6 капель воды. Встряхните пробирку, чтобы ускорить растворение аспирина. От добавления в пробирку 1 капли хлорного железа (III) фиолетовая окраска не появляется. Это указывает на то, что в аспирине свободный фенольный гидроксид отсутствует. Напишите формулу аспирина (ацетилсалициловой кислоты).

Опыт № 5. Доказательство наличия фенольного гидроксила в салоле.

Поместите в пробирку крупинку салола. Прибавьте для растворения 2 капли этилового спирта и затем 1 каплю хлорного железа (III). Немедленно появляется характерное темно-фиолетовое окрашивание, указывающее на наличие свободного фенольного гидроксила в молекуле. Добавьте в пробирку 2-3 капли воды. Жидкость мутнеет вследствие выпадения салола, плохо растворимого в воде. Одновременно исчезает и фиолетовое окрашивание. Напишите формулу салола (фенилсалицилата).

При отработке 1.1 вопроса следует обратить внимание, что гетерофункциональные соединения, в частности гидроксикислоты, поскольку содержат разные функциональные группы, включают в себя химические свойства каждой группы в отдельности, и специфические свойства, связанные с разным расположением гидроксигрупп относительно карбоксильной группы – свойства α ,β и γ- гидрокислот. Эти изомеры отличаются не только по написанию, физическим свойствам, но и ведут себя по-разному при нагревании. α- Гидроксикислоты претерпевают межмолекулярную дегидратацию с образованием лактидов (циклический сложный эфир). β- Гидроксикислоты подвергаются внутримолекулярной дегидратации с образованием ненасыщенных кислот. γ- Гидроксикислоты с более удаленными функциональными группам претерпевают внутримолекулярную дегидратацию с образованием лактонов (гетероциклических соединений).

При отработке 1.3 вопроса следует обратить внимание, что энантиомерия, стереоизомерия, оптическая изомерия – слова синонимы (равные по значению) и характерны для соединений, содержащих асимметрический атом углерода (*С) – это sp3-гибридизованный атом углерода, связанный с четырьмя различными атомами или группой атомов, который называют хиральным центром. В таких молекулах отсутствует центр симметрии, и они обладают оптической активностью, что характеризуется знаками: (+) это правовращающий, (-) левовращающий изомеры, и определяется с помощью прибора поляриметра или спектрополяриметра. Одновременно введено понятие относительной конфигурации: D (dextra) и L (levus), которые относятся между собой как предмет и несовместимое с ним зеркальное изображение. По предложению Розанова (1906 г) в качестве стандарта для определения относительной конфигурации был предложен глицериновый альдегид:

хиральный центр

Знак вращения не имеет прямой связи с конфигурацией, т. к. разный подход к их характеристике.

Абсолютную конфигурацию, т. е. истинное расположение заместителей в пространстве у хирального центра, удалось определить в 1951 г. с помощью метода рентгеноструктурного анализа.

Смесь равных количеств лево - и правовращающих стереоизомеров назвали рацематы, они не обладают оптической активностью.

Если в молекуле содержится 2 и более асимметрических атомов углерода, то число стереоизомеров (N) можно рассчитать по формуле N = 2n, где «n» - число асимметрических атомов. Некоторое отклонение имеет место у виннокаменной кислоты: вместо ожидаемых четырех имеют место 2 стереоизомера, ввиду наличия внутренней симметрии. Их называли диастеромеры, т. е. стереоизомеры, не являющиеся энантиомерами, т. е. не обладающие оптической активностью.