МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени
Институт химии
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебно-методической работе,
профессор, д. филол. н.
___________________________
"__" __________________20__ г.
Рабочая программа дисциплины
«Биологически активные азотсодержащие гетероциклы»
Направление подготовки
020100- Химия
Магистерская программа
Химия биологически активных веществ
Квалификация (степень) выпускника
Магистр
Форма обучения
очная
Саратов,
2011 год
1. Цели освоения дисциплины
Цель освоения дисциплины «Биологически активные азотсодержащие гетероциклы» заключается в формировании компетенций, связанных с пониманием теоретических основ химии азосодержащих гетероциклов природного и синтетического происхождения, углубление и расширение знаний студентов в области природных органических азотсодержаших соединений для создания теоретической и практической базы освоения последующих специальных курсов.
При изучении дисциплины студент должен приобрести знания о классификации, распространении в природе, основных свойствах азотсодержащих гетероциклических структур, познакомиться со строением молекул и применение важнейших представителей, закрепить навыки в области анализа отдельных групп природных органических соединений и содержащего их сырья с использованием традиционных и современных физико-химических методов анализа для выполнения профессиональных задач.
2.Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Биологически активные азотсодержащие гетероциклы» относится к дисциплинам вариативной части профессионального (специального) цикла (М.2) и обеспечивает содержательную взаимосвязь естественнонаучных дисциплин с профессиональными дисциплинам магистратуры «Химия биологически активных веществ». Материал дисциплины базируется на знаниях по органической химии, «Актуальные задачи современной биоорганической химии», «Биологически активные вещества в косметике» в объеме курсов ООП по направлению 020100 «Химия», профиля подготовки «Химия биологически активных веществ».
Приобретенные в рамках дисциплины умения применять методы синтеза и анализа для оценки структуры полученных соединений необходимы при выполнении выпускной квалификационной работы (магистерской диссертации) по профилю подготовки «Химия биологически активных веществ».
3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Биологически активные азотсодержащие гетероциклы» .
В результате освоения дисциплины формируются следующие компетенции:
понимание принципов работы и умение работать на современной научной аппаратуре при проведении научных исследований (ОК-6).
- овладевает основами теории фундаментальных разделов химии биологических объектов(ПК-2);
- овладевает методами безопасного обращения с химическими материалами с учетом их физических и химических свойств, способностью проводить оценку возможных рисков (ПК-9);
- приобретает опыт работы на серийной аппаратуре, применяемой в аналитических и физико-химических исследованиях (ПК-7).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
•Знать:
- фундаментальные основы химии биологически активных азотсодержащих гетероциклов,
-актуальные направления исследований, связанные с поиском новых эффективных методов синтеза азотсодержащих гетероциклов.
- проведение экспериментальных исследований по заданной методике,
•Уметь:
- обрабатывать результаты эксперимента,
-использовать традиционные и современные физико-химических методов анализа;
-- использовать полученные знания при освоении смежных дисциплин и в своей профессиональной деятельности.
- работать на современной научной аппаратуре при проведении исследований,
- анализировать специальную литературу, самостоятельно составлять план исследования,
- привлекать современные компьютерные технологии и информационные базы данных, делать необходимые выводы и формировать предложения.
•Владеть:
- практическими навыками лабораторного синтеза молекул и подтверждения строения синтезированных соединений ;
- методологией построения сложнопостроенных гетероциклических соединений.
- способностью анализировать полученные результаты, осознанным и направленным подходом к синтезу биологически активных веществ.
4. Структура и содержание дисциплины «Биологически активные азотсодержащие гетероциклы»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы 144 часов.
№ п/п | Раздел дисциплины | Семестр | Неделя семестра | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) | Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Формы промежуточной аттестации (по семестрам) | |||
лекции | Лабораторные работы | Самостоятельная работа | всего | |||||
1 | Введение Понятие об алкалоидах и их классификация. | 11 | 1 | 2 | 4 | 6 | ||
2 | Выделение алкалоидов из растений. Общие методы изучения структуры алкалоидов | 11 | 1-3 | 6 | 12 | 8 | 26 | Отчет к лабораторным работам Проверка оформления лабораторного журнала |
3 | Истинные алкалоиды. | 11 | 4-9 | 12 | 24 | 10 | 46 | Разбор конкретных ситуаций. Деловая игра Проверка оформления лабораторного журнала |
4 | Протоалкалоиды. | 11 | 10-11 | 4 | 8 | 3 | 15 | Отчет к лабораторным работам Проверка оформления лабораторного журнала |
5 | Алкалоиды неустановленного строения. | 11 | 12-13 | 4 | 8 | 3 | 15 | Разбор конкретных ситуаций. Проверка оформления лабораторного журнала |
6 | Химическая модификация алкалоидов. | 11 | 14-17 | 6 | 16 | 5 | 27 | Разбор конкретных ситуаций Проверка оформления лабораторного журнала |
9 | Зачет с оценкой | |||||||
Итого: | 34 | 68 | 42 | 144 | ||||
Содержание дисциплины
1. Введение. Определение понятия алкалоиды. Понятие об алкалоидах и их классификация.
Исторические данные об открытии алкалоидов. Распространение алкалоидов в растительном мире. Локализация алкалоидов в растениях.
2. Выделение алкалоидов из растений. Экстракция алкалоидов в виде свободных оснований. Обработка экстрактов. Выделение индивидуальных соединений. Методы основанные на различии в растворимости, разделение, основанное на различии в силе основности.
2.1.Хроматографические методы. Разделение путем получения производных.
2.2.Общие методы изучения структуры алкалоидов (реакции раскрытия кольца, методы деметилирования, методы окисления и восстановления)
3 Истинные алкалоиды.
3.1.Алкалоиды, содержащие простые пирролидиновые кольца. Гигрин, гигролин, карпаин.
3.2. Алкалоиды, содержащие два конденсированных пирролидиновых кольца. Группа производных 1-метилпирролилидина (гелиотропин и лазиокарпин, сенециопин, платифиллин и сенецифиллин, сарацин и его N-окись, розмаринин и др.). Производные гелиотридана. Производные псевдогелиотридана. Фармакологические свойства и применение в медицине.
3.3.Производные пиридина. Простые производные пиперидина. Группа пиперидина (пиперидин, алкилзамещенные пиперидина, седамин). Группа конина. Группа лобелина, лелобина, лобинина. Простые моноциклические производные пиридина и тетрагидропиридина. Метоксипиридин. Группа ареколина. Рицинин. Генциапин. Лейценол. Гиргепсопин. Биологическое действие.
3.4. Бициклические производные, заключающие неконденсированные пиперидиновое и пирролидиновое кольца. Группа никотина. Фармакологические свойства.
3.5.Биклические производные, заключающие два неконденсированных пиперидиновых кольца. Группа анабазина.(Анабазин, апатабин, аммодендрин, изоаммодендрин)
3.6.Бициклические производные, заключающие конденсированные пирролидиновое и пиперидиновое кольца. Группа производных тропана. Фармакологические свойства и применение в медицине.
3.7.Бициклические производные, заключающие два конденсированных пирролидиновых кольца. Группа лупинапа. Псевдопельтьерип.
3.8.Производные хинолина.Группа куспарина. Диктимицин. Группа фагарина. Группа хинина (хинин, цинхонин, конхинин, гидрохинин, гомохинин) Синтезы в ряду хининных алкалоидов.
3.9.Производные акридина. (меликопин, эвоксантин, акроницин).
3.10.Производные изохинолина. Производные тетрагидроизохинолина. Производные бензилтетрагидроизохинолина (папаверин, наркотин, гидрастин, кодамин, бикукулин и др.) Фармакологические свойства и применение. Производные диизохинолина. Берберин. Канадин. Нандинан. Пальмацин.
3.11.Алкалоиды группы апорфина (бульбокапнин, коритуберин и др.)
Производные фенантридина. Ликорин, дикорамин, лироренин. Галантин и галантамин. Кокулидин и кокулин.
3.12.Производные нафтофенантридина. Хелиодонин, оксихелидонин, гомохелидонин.
3.13.Производные типа морфина. Морфин и коденин. Тебаин. Псевдоморфин. Нелпин.
Опийные алкалоиды.
3.14.Алкалоиды с 10-членным кольцом типа криптопина. Криптопин. Криптокавин. Протопин.
3.15.Эфирообразные бимолекулярные основания. Даурицин. Магнолип и малгноламин. Оксиакантип. Группа С-курарина и токсиферина. Основания сложного строения типа эметина.
3.16.Производные индола. Донаксип и донаксарин. Гипафорип. Иохимбин и его изомеры. Группа эритроидина и эритралина. Стрихнин и бруцин. Алкалоиды спорыньи.
3.17.Производные имидазола. Пилокарпин и эрготионеин.
3.18.Производные хиназолина. Пеганин. Группа хиназолона (фебрифугин и его изомеры) Производные пурина.
4.Протоалкалоиды.
4.1.Ациклические алкалоиды. Эфедрин. Галегин. Сферофизин. Колхицин. Тетраметилдиаминобутан. Применение в медицине. Производные циклопентенфенантрена.
4.2.Группа стероидных алкалоидов. Соласонин. Томатин. Группа иервина. Группа конессина.
5. Алкалоиды неустановленного строения.
Семейство тисовых. Семейство лилейных. Семейство амариллисовые. Семейство перечные. Семейство барбарисовые. Семейство магнолиевые. Семейство маковые. Семейство бобовые. Семейство самшитовые. Семейство бересклетовые. Семейство кувшиновые. Семейство миртовые. Семейство кизиловые. Семейство маслиновые. Семейство подорожниковые. Семейство валерьяновые. Семейство сложноцветковые. Биологическое действие.
6. Химическая модификация алкалоидов.
6.1.Химические свойства и химические модификации алкалоидов. Реакции, обусловленные наличием основного атома азота. Взаимодействие с кислотами Льюиса. Реакции комплексообразования. Реакции алкилирования. Окисление. Отношение к азотистой кислоте.
6.2.Аминокислоты и биосинтез алкалоидов. Характерные реакции биосинтеза алкалоидов.
6.3.Образование оснований Шиффа. Конденсация Манниха. Окислительное сочетание фенолов. Порфирины.
Перечень лабораторных работ
1. Метод ВЖХ. Разделение смеси веществ.
2. Разделение смеси веществ методом колоночной хроматографии.
3.Метод ИК-спектроскопии для качественного определения азотсодержащих соединений.
4. Количественное определение содержания азота в органических соединениях.
5. 1Н-индол-3-карбальдегид
6. Получение оснований Шиффа.
7. Синтез производных пиррол-2-онов.
8.Стереонаправленный синтез изомерных пергидроакридинов.
9. Синтез азагетероциклов на основе 2,4-диацетил-5-гидрокси-5-метилциклогексанонов.
10.Синтез азагетероциклов на основе 2,4-диэтоксикарбонил-5-гидрокси-5-метилциклогексанонов.
11.Изатин-3-гидразон
12. Изоникотиновая кислота.
13. 2-Феноксипиридин
14. 1-Этилкарбометоксипиридиний йодид
5. Образовательные технологии
Наряду с традиционными образовательными технологиями широко используются технологии, основанные на методах научно-технического творчества и современных информационных средствах, включающие в том числе обучение на основе учебных дискуссий по теме «Химическая модификация алкалоидов», «Общие методы изучения структуры алкалоидов», интеллектуальных тренажеров, разбор конкретных ситуаций, а также систем обучение профессиональным навыкам и умениям. Решение задач по синтезу гетероциклических соединений – субстанций лекарственных препаратов
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Самостоятельная работа студентов предполагает освоение теоретического материала [1]. Составление опорных конспектов по теме, различных видов таблиц (концептуальных, сравнительных, «толстых и тонких вопросов»), поиск информации в сети Интернет. Разработка проектов (индивидуальных, групповых). Изучение дополнительной литературы по химии биологически активных соединений. Подготовку к лабораторным работам, оформление лабораторных работ, подготовку и защиту индивидуальных проектов, подготовку к текущему и итоговому контролю. Форма итогового контроля – зачет.
Примеры заданий для разработки индивидуальных проектов
Задача 1
ИНДОПАН
Задача 2
Предложите метод синтеза препарата Мексамин с использованием малонового эфира, акрилонитрила, анизидини и других необходимых реагентов.
Задача 3
Исходя из анилина, метилпиперидина-4-она, толуола и других необходимых реагентов синтезируйте препарат Диазолин.
Задача 4
Синтезируйте препарат Индометацин на основе анизидина, метилового эфира 4-кетовалериановой кислоты, хлорбензойной кислоты и других необходимых реагентов. В процессе синтеза рекомендуется использовать трет-бутиловый спирт и циклогексилкарбодиимид.
Задача 5
Предложите метод синтеза препарата Пиразидол с использованием п-толуидина, 2-гидроксиметиленциклогексанона, диалкилацеталя бромуксусного альдегида и других необходимых органических и неорганических реагентов.
Задача 6
Предложите метод синтеза препарата Тетраиндол с использованием п-циклогексиланилина, 2-гидроксиметиленциклогексанона, диалкилацеталя бромуксусного альдегида и других необходимых органических и неорганических реагентов.
Задача 7
Рекомендуется на первой стадии синтеза препарата Инказан по реакции Грандберга из п-анизидана получить мексами (5-метокситриптамин), а на его основе с использованием диметил-2-хлорэтил амина, фосгена и других необходимых органических и неорганических реагентов осуществить полный синтез препарата.
Задача 8
КАРБИДИН
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Биологически активные азотсодержащие гетероциклы»
а) основная литература:
1.Дж. Джоуль, К. Миллс " Химия гетероциклических соединений", М., Изд-во " Мир", 2004 г.
б) дополнительная литература:
1. Азотистые гетероциклы и алкалоиды. Под ред. , - Москва, Изд-во «ИРИДИУМ-ПРЕСС».-200с.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины «Биологически активные азотсодержащие гетероциклы»
1. Учебная аудитория для чтения лекций
2. Оверхед-проектор и иллюстрационный материал.
3. Учебная лаборатория для выполнения лабораторных работ, оснащенная необходимым оборудованием.
4. Химические реактивы.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО № 000от 01.01.2001 г. с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению и профилю подготовки «органическая и биоорганическая химия».
Автор д. х.н.. профессор
Программа одобрена на заседании кафедры органической и биоорганической химии
от 18.03.2011 года, протокол № 7.
Зав. кафедрой органической и биоорганической химии,
профессор, д. х.н.
Директор Института химии,
профессор, д. х.н.
