Методические указания по изучению органической химии и задания для контрольной работы (стр. 6 из 15)

b-формой.

При изучении углеводов и их производных обратите внимание, что именно за счет этого гликозидного гидроксила идет образование сложных углеводов, глюкопротеидов, нуклеиновых кислот и других природных соединений.

Более наглядно строение молекулы углевода можно представить, используя так называемые перспективные формулы. Плоскость кольца изображают перпендикулярно плоскости листа бумаги, атом кислорода расположен в правом заднем углу. Заместители, которые были слева или справа в проекционных формулах, пишут соответственно сверху или снизу по отношению к плоскости кольца, изменяя положение заместителей у атома углерода, за счет которого осуществляется циклизация. Шестичленные циклы называют пиранозами, а пятичленные – фуранозами по аналогии с названиями веществ:

и

пиран фуран

СH₂OH CH₂OH

O O

H H H–C–OH H

H

OH H OH H OH H OH

OH

H OH H OH

a,D-глюкопираноза a,D-глюкофураноза

Из сложных сахаров необходимо знать: а) дисахариды – мальтозу (состоит из двух молекул a-D-глюкозы), целлобиозу (состоит из двух молекул b-D-глюкозы), лактозу (состоит из a-D-глюкозы и b-D-галак-тозы), сахарозу (состоит из a-D-глюкозы и b-D-фруктозы); б) полисахариды – крахмал, гликоген, клетчатку и пентозаны.

При изучении химических свойств сахаров следует исходить из химических свойств функциональных групп, входящих в молекулу. Так, если молекула углевода содержит свободный гликозидный гидроксил, то в водном растворе она будет находиться в равновесии с открытой формой и давать реакции карбонильной группы, например окисление. Следует учесть, что именно наличие или отсутствие свободного гликозидного гидроксила определяет отношение дисахаридов к восстанавливающим (целлобиоза) и невосстанавливающим (сахароза).

В процессе изучения сахаров обратите внимание на образование сложных эфиров, ибо они играют важную биохимическую роль (фосфорные эфиры в синтезе и распаде углеводов) и имеют большое народнохозяйственное значение (нитроклетчатка, ацетатное волокно и т. п.). Ознакомьтесь с вопросами химической переработки древесины.

Литература: [1, с. 360–385].

14. АМИНЫ И АМИНОСПИРТЫ

Амины – органические соединения, которые можно рассматривать как продукты замены атомов водорода аммиака на водородные радикалы. В зависимости от числа замещенных на радикалы атомов водорода аммиака различают амины первичные, вторичные и третичные. Необходимо обратить внимание на классификацию аминов в зависимости от характера углеводородного радикала и числа аминогрупп (диамины).

Изучая методы получения аминов, обратите внимание на реакции восстановления нитросоединений, оксимов, гидразонов, амидов, реакцию Гофмана.

При изучении химических свойств аминов обратите внимание на роль свободной электронной пары в проявлении основных свойств аминов и комплексообразовании. Сравните основные свойства аммиака и аминов жирного и ароматического ряда. При этом уясните, что более сильная щелочная реакция водных растворов аминов объясняется положительным индукционным влиянием алкильных радикалов, за счет чего повышается электронная плотность у атома азота. Обратите при этом внимание и на роль пространственных факторов.

Необходимо знать, какие продукты образуются при взаимодействии различных аминов с азотистой кислотой (качественная реакция). У ароматических аминов основные свойства по сравнению с аминами жирного ряда ослаблены благодаря влиянию бензольного кольца и повышена активность к реакциям электрофильного замещения. Реакция с азотистой кислотой в первичных ароматических аминах приводит к образованию солей диазония, применяемых в химии красителей.

Аминоспиртами называют соединения, в молекуле которых одновременно содержатся амино- и гидроксильные группы. Наиболее важными из них являются этаноламин, холин, так как входят в состав биологически активных веществ – фосфатидов. Необходимо знать строение и методы получения этих аминоспиртов.

Значение диамина (гексаметилендиамин NН₂–(СН₂)₆–NН₂) определяется использованием его для получения полиамидного волокна найлона.

Литература: [1, с. 251–263, 307].

15. АМИНОКИСЛОТЫ И БЕЛКИ

Органические соединения, содержащие в молекуле карбоксильную и аминогруппы, называют аминокислотами.

При изучении аминокислот следует уяснить их номенклатуру, классификацию, изомерию, способы получения. Заучить формулы важнейших аминокислот. Особое внимание обратить на химические свойства аминокислот. Молекулы аминокислот имеют амфотерные свойства, так как в их составе имеются карбоксильные и аминогруппы. Нужно уметь писать схемы диссоциации аминокислот как амфотерных соединений. Следует знать характерные для аминокислот химические свойства: а) образование солей с кислотами и основаниями, внутренних солей; б) образование пептидов из аминокислот, реакции аминокислот с нингидрином,азотистой кислотой и формалином; в) биохимическое декарбоксилирование, дезаминирование, переаминирование аминокислот; г) отношение аминокислот к нагреванию.

Белки представляют собой биополимеры, сложные молекулы которых построены из остатков a-аминокислот. В природе существует примерно 10¹⁰–10¹² различных белков, обеспечивающих существование огромного числа видов живых организмов различной сложности, начиная от вирусов и кончая человеком.

Необходимо разобраться в строении пептидов и белков. Аминокислоты соединяются друг с другом пептидной связью. Соединение, образованное двумя аминокислотами, называют дипептидом. Увеличивая число аминокислот, получают трипептид и т. д. Если число аминокислот свыше 10 и до 50, то соединение относят к полипептидам. Белки же имеют обычно более высокую молекулярную массу – свыше 10000.

В строении белковых молекул различают четыре структуры: первичную, вторичную, третичную и четвертичную.

Студенту необходимо разобраться в различных уровнях организации белковых молекул, а также изучить физические и химические свойства белков, их классификацию и биологическую роль.

Литература: [1, с. 385–409].

16. ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Гетероциклическими называют соединения, содержащие в своих молекулах циклы, в образовании которых кроме атомов углерода принимают участие и атомы других элементов (N, О, S и другие).

Гетероциклические соединения широко распространены в природе и имеют большое биологическое значение, особенно содержащие в гетероциклах атомы азота. Они входят в состав нуклеиновых кислот, ферментов, витаминов, хлорофилла, гемоглобина и других соединений.

Необходимо изучить и знать строение, свойства пиррола, индола, имидазола, пиримидина и его важнейшие производные (цитозин, урацил, тимин), пурина и его важнейшие производные (аденин, гуанин и другие).

Студенту необходимо иметь понятие о строении и свойствах тех химических соединений, в состав которых входят перечисленные выше гетероциклы. К ним относятся хлорофилл, гемин, некоторые аминокислоты, гетероауксины, алкалоиды, антибиотики, психогены.

При изучении гетероциклов необходимо обратить внимание на характер связей в цикле, подчеркивая ароматичность строения и свойств молекул гетероциклических соединений, так как их химические свойства в первую очередь определяются наличием ароматического цикла и гетероатома.

Химические свойства гетероциклов можно классифицировать следующим образом: 1) кислотно-основные превращения с участием гетероатома; 2) реакции замещения; 3) реакции присоединения; 4) реакции расширения цикла; 5) реакции замены гетероатома.

Литература: [1, с. 411–438].

17. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Нуклеиновыми кислотами называются высокомолекулярные соединения (биополимеры), построенные из отдельных нуклеотидов (мононуклеотидов).

Нуклеиновые кислоты обычно связаны с белками за счет образования солеобразных и водородных связей и образуют сложные белки — нуклепротеиды. Связи легко разрываются путем простой солевой коагуляции белка, и нуклеиновые кислоты выделяются в свободном состоянии. При гидролизе нуклеиновых кислот получаются мононуклеотиды. Последние расщепляются на b-D-рибофуранозу или 2-де-зокси-b-D-рибофуранозу, пиримидиновые (цитозин, урацил, тимин) и пуриновые (аденин, гуанин) основания, ортофосфорную кислоту.

Для того чтобы разобраться в строении нуклеиновых кислот, необходимо иметь ясное представление, что такое нуклеозиды и нуклеотиды.

При соединении молекулы пиримидинового или пуринового основания с молекулой b-D-рибофуранозы или 2-дезокси-b-D-рибофура-нозы образуются нуклеозиды.

Нуклеотиды – это фосфорные эфиры нуклеозидов.

В зависимости от природы углевода нуклеотидов все нуклеиновые кислоты делятся на два типа: ДНК и РНК.

Нуклеиновые кислоты, содержащие в молекулах остатки 2-дезокси-b-D-рибофуранозы, называются дезоксирибонуклеиновыми кислотами (ДНК), а содержащие остатки b-D-рибофуранозы – рибонуклеиновыми кислотами (РНК).

Необходимо разобраться в важнейших понятиях, характеризующих

строение ДНК и РНК, которые известны как первичная и вторичная структура нуклеиновых кислот.

Студент должен знать строение нуклеиновых кислот и их биологическую роль.

Литература: [1, с. 438–446].

18. БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ

СОЕДИНЕНИЯ И СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО

Огромная роль в сельском хозяйстве принадлежит химическим средствам защиты растений от вредителей, болезней и сорняков (пестицидам).

Студенту необходимо знать классификацию пестицидов, какие из них наиболее широко используются в настоящее время в сельском хозяйстве в связи с применением интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур.