موضوع شیمی زیست آلی. طبقه بندی، ساختار، واکنش پذیری ترکیبات آلی جیمز دیوی واتسون جرارد، گرهارت چارلز فردریک. شیمی بیورگانیک (BOC)، اهمیت آن در پزشکی شیمی زیست آلی چیست؟

موضوع شیمی زیست آلی.
ساختار و ایزومری آلی
اتصالات
پیوند و برهمکنش شیمیایی
اتم ها در ترکیبات آلی
انواع واکنش های شیمیایی
چندکاره و ناهمکار
اتصالات
کتاب درسی پایه - Tyukavkina N.A., Baukov Yu.I.
شیمی بیورگانیک
متن سخنرانی و کتابچه راهنمای شیمی زیست آلی در
پرسش و پاسخ" را در وب سایت TSU http://tgumed.ru ببینید
برگه "راهنمای دانش آموز"، بخش "سخنرانی ها در
رشته های برنامه درسی." و البته VK

شیمی بیورگانیک ساختار و خواص مواد درگیر در فرآیندهای زندگی را در ارتباط با دانش بیولوژیکی آنها مطالعه می کند.

شیمی بیورگانیک ساختار و خواص مواد را مطالعه می کند
شرکت در فرآیندهای زندگی، در ارتباط با
آگاهی از عملکردهای بیولوژیکی آنها
موضوعات اصلی مطالعه بیولوژیکی هستند
پلیمرها (بیوپلیمرها) و تنظیم کننده های زیستی.
پلیمرهای زیستی
–
وزن مولکولی بالا
طبیعی
ترکیباتی که اساس ساختاری همه موجودات زنده هستند
موجودات زنده و ایفای نقش خاصی در فرآیندها
فعالیت زندگی بیوپلیمرها شامل پپتیدها و
پروتئین ها، پلی ساکاریدها (کربوهیدرات ها)، اسیدهای نوکلئیک. که در
این گروه شامل لیپیدها نیز می شود که خود چنین نیستند
ترکیبات با وزن مولکولی بالا هستند، اما در
بدن معمولاً با پلیمرهای زیستی دیگر همراه است.
تنظیم کننده های زیستی ترکیباتی هستند که از نظر شیمیایی
متابولیسم را تنظیم می کند. اینها شامل ویتامین ها،
هورمون ها، بسیاری از بیولوژیکی فعال مصنوعی
ترکیبات، از جمله داروها.

مجموعه ای از واکنش های شیمیایی که در بدن رخ می دهد متابولیسم یا متابولیسم نامیده می شود. مواد تولید شده در سلول ها

مجموعه ای از واکنش های شیمیایی که در بدن رخ می دهد
متابولیسم یا متابولیسم نامیده می شود. مواد
در سلول ها، بافت ها و اندام های گیاهان و حیوانات تشکیل می شود
در طول متابولیسم متابولیت نامیده می شود.
متابولیسم شامل دو جهت است - کاتابولیسم و
آنابولیسم
کاتابولیسم به واکنش های تجزیه موادی که وارد می شوند اشاره دارد
با غذا وارد بدن می شود. به عنوان یک قاعده، آنها با اکسیداسیون ترکیبات آلی همراه هستند و با انتشار ادامه می یابند
انرژی.
آنابولیسم سنتز مولکول های پیچیده از
ساده تر، که منجر به تشکیل و تجدید عناصر ساختاری یک موجود زنده می شود.
فرآیندهای متابولیک با مشارکت آنزیم ها اتفاق می افتد،
آن ها پروتئین های خاصی که در سلول ها یافت می شوند
ارگانیسم و نقش کاتالیزورهای بیوشیمیایی را ایفا می کنند
فرآیندها (زیست کاتالیزورها).

متابولیسم

کاتابولیسم
آنابولیسم
تجزیه بیوپلیمرها
با برجسته سازی
انرژی
سنتز پلیمرهای زیستی
با جذب
انرژی
گلیسیرین و
اسید چرب

اصول اولیه تئوری ساختار ترکیبات آلی A.M. باتلروف

1. اتم ها در یک مولکول در یک معین قرار دارند
توالی با توجه به ظرفیت آنها.
ظرفیت اتم کربن در آلی
اتصالات برابر با چهار است.
2. خواص مواد نه تنها به چه چیزی بستگی دارد
اتم ها و در چه مقادیری در ترکیب گنجانده شده اند
مولکول‌ها، بلکه به ترتیبی که در آن قرار دارند
به یکدیگر متصل می شوند.
3. اتم ها یا گروه هایی از اتم ها که تشکیل می دهند
مولکول ها متقابلاً بر یکدیگر تأثیر می گذارند و باعث می شوند
به فعالیت و واکنش شیمیایی بستگی دارد
توانایی مولکول ها
4. مطالعه خواص مواد به ما امکان تعیین آنها را می دهد
ساختار شیمیایی.

H o m o l o g h i c y r a y d

همولوگ
ردیف
تعدادی از ترکیبات مشابه ساختاری که دارند
خواص شیمیایی مشابه، که در آن فرد
اعضای یک سری فقط از نظر کمیت با یکدیگر تفاوت دارند
گروه -CH2- یک سری همسانی نامیده می شود و گروه
CH2 - تفاوت همسانی.
اعضای هر سری همولوگ دارای تعداد زیادی هستند
بیشتر واکنش ها به همین ترتیب انجام می شود (به استثنای
فقط اولین اعضای مجموعه را تشکیل می دهند). بنابراین، دانستن
واکنش های شیمیایی تنها یکی از اعضای سری، امکان پذیر است
با درجه بالایی از احتمال ادعا می کند که یکسان است
نوع تبدیل نیز با اعضای باقی مانده رخ می دهد
سری همولوگ
برای هر سری همولوگ می توان استخراج کرد
فرمول کلی منعکس کننده رابطه بین اتم ها
کربن و هیدروژن در اعضای این سری؛ این فرمول است
فرمول کلی سری همسانی نامیده می شود.

طبقه بندی ترکیبات آلی بر اساس ساختار اسکلت کربنی

طبقه بندی ترکیبات آلی بر اساس وجود گروه های عاملی

گروه عملکردی
کلاس
مثال
اتم های هالوژن (F، Cl، Br، I) مشتقات هالوژن CH3CH2Cl (کلرواتان)
هیدروکسیل (–OH)
الکل ها (فنول ها)
CH3CH2OH (اتانول)
تیول یا مرکاپتو- (- تیول ها (مرکاپتان ها) CH3CH2SH (اتانتیول)
SN)
اثیری (–O–)
اترها
CH3CH2–O–CH2CH3
(دی اتیل
اتر)
استر
کربوکسیل – C UN
استرها
CH3CH2COOCH3 (متیل استات)
اسیدهای کربوکسیلیک CH3COOH (اسید استیک)
آمید –С ОНН2
آمیدها
کربونیل (–C=O)
سولفو- (-SO3H)
آمینو (-NH2)
آلدئیدها و
کتون ها
اسیدهای سولفونیک
آمین ها
نیترو (–NO2)
ترکیبات نیترو
اسیدها
CH3CONH2 (استامید)
CH3CHO (اتانال)
CH3COCH3 (پروپانون)
СН3SO3Н (اسید متان سولفونیک)
CH3CH2NH2
(اتیلامین،
آمین اولیه)
CH3NHCH3
(دی متیل آمین،
آمین ثانویه)
CH3CH2NO2 (نیترواتان)

نامگذاری ترکیبات آلی

ایزومریسم ترکیبات آلی

اگر دو یا چند ماده منفرد داشته باشند
همان ترکیب کمی (فرمول مولکولی)،
اما در توالی اتصال با یکدیگر تفاوت دارند
اتم ها و (یا) مکان آنها در فضا، سپس به طور کلی
در این حالت به آنها ایزومر می گویند.
از آنجایی که ساختار این ترکیبات متفاوت است، پس
خواص شیمیایی یا فیزیکی ایزومرها
متفاوت هستند.
انواع ایزومر: ساختاری (ایزومرهای ساختاری) و
استریوایزومریسم (فضایی).
ایزومری ساختاری می تواند سه نوع باشد:
- ایزومر اسکلت کربن (ایزومرهای زنجیره ای)،
- موقعیت ایزومرها (پیوندهای چندگانه یا عملکردی
گروه ها)،
- ایزومرهای گروه عاملی (بین کلاسی).
استریوایزومریسم به صورت فرعی تقسیم می شود
پیکربندی
بر
ساختاری
و

این ایزومریسم هندسی است

نور پلاریزه هواپیما

علائم فعالیت نوری:
- وجود یک اتم کربن نامتقارن؛
- عدم وجود عناصر تقارن مولکولی

انانتیومرهای آدرنالین
پروتئین
آنیونیک
تخت
مرکز
سطح
اشغال نشده است
تخت
آنیونیک
سطح
مرکز
مشغول
(+) - آدرنالین
(-)- آدرنالین
ناقص
مکاتبات
کم
فعالیت
کامل
مکاتبات
بالا
فعالیت

فعالیت بیولوژیکی انانتیومرها

آسپاراژین
داروون
ضد درد
NOVRAD
داروی ضد سرفه
آینه
ال آسپاراژین
دی آسپاراژین
(از مارچوبه)
(از نخود)
مزه تلخ
طعم شیرین
انانتیومرها
قربانیان تالیدومید

اسیدیته و بازی ترکیبات آلی

اسیدهای برونستد (اسیدهای پروتیک) -
مولکول ها یا یون های خنثی که می توانند
یک پروتون (اهداکننده پروتون) اهدا کنید.
اسیدهای برونستد معمولی اسیدهای کربوکسیلیک هستند
اسیدها آنها خواص اسیدی ضعیف تری دارند
گروه های هیدروکسیل فنل ها و الکل ها، و همچنین تیو،
گروه های آمینو و ایمینو
پایه های برونستد مولکول های خنثی یا
یون هایی که قادر به پذیرش پروتون هستند (پذیرنده ها
پروتون ها).
پایه های برونستد معمولی آمین ها هستند.
آمفولیت ها - ترکیبات، در مولکول ها
که حاوی هر دو اسیدی و
گروه های اصلی

انواع اسیدها و بازها از نظر برونستد

مراکز اصلی در مولکول نووکائین

استفاده از خواص اساسی برای به دست آوردن اشکال محلول در آب داروها

پایه ای
خواص
دارویی
مواد مخدر
برای به دست آوردن اشکال محلول در آب آنها استفاده می شود.
هنگام تعامل با اسیدها، ترکیبات با
پیوندهای یونی - نمک هایی که در آب بسیار محلول هستند.
بله نووکائین برای تزریق
به شکل هیدروکلراید استفاده می شود.
قوی ترین مرکز اصلی،
که پروتون به آن پیوست

خواص اسیدی و باز مواد و ورود آنها به بدن

لیپید
غشاء
PH معده 1
UNS
لیپید
غشاء
پلاسمای خون
pH 7.4
UNS
OSOSN3
PH معده 1
+
OSOSN3
NH3
SOOOOSCH3
خیلی-
NH2
NH2
OSOSN3
PH روده 7-8
پلاسمای خون
pH 7.4
PH روده 7-8
داروهای اسیدی بهتر از معده جذب می شوند (PH 1-3).
و جذب داروها یا بازهای بیگانه بیوتیک فقط اتفاق می افتد
پس از عبور آنها از معده به روده (pH 7-8). در حین
در عرض یک ساعت تقریبا 60 درصد اسید استیل سالیسیلیک از معده موش ها جذب می شود.
اسید و تنها 6٪ آنیلین از دوز تجویز شده است. در روده موش ها
56 درصد از دوز تجویز شده آنیلین قبلاً جذب شده است. چنین پایه ضعیفی
مانند کافئین (рKВH + 0.8)، در همان زمان در مقدار بسیار بیشتری جذب می شود
درجه (36%)، زیرا حتی در محیط بسیار اسیدی معده، کافئین
عمدتاً در حالت غیر یونیزه است.

انواع واکنش ها در شیمی آلی

واکنش های آلی بر اساس طبقه بندی می شوند
علائم زیر:
1. با توجه به ماهیت الکترونیکی معرف ها.
2. با تغییر تعداد ذرات در طول واکنش.
3. بر اساس ویژگی های خاص.
4. با توجه به مکانیسم های ابتدایی
مراحل واکنش ها

بسته به ماهیت الکترونیکی معرف ها، واکنش ها متمایز می شوند: هسته دوست، الکتروفیل و رادیکال آزاد.

رادیکال های آزاد ذرات خنثی الکتریکی هستند
داشتن یک الکترون جفت نشده، به عنوان مثال: Cl، NO2.
واکنش های رادیکال آزاد مشخصه آلکان ها است.
معرف های الکتروفیل کاتیون ها یا مولکول ها هستند
که به خودی خود یا در حضور کاتالیزور
تمایل بیشتری به یک جفت الکترون دارند یا
مراکز دارای بار منفی مولکول ها این شامل
کاتیون های H+، Cl+، +NO2، +SO3H، R+ و مولکول های آزاد
مدارهای AlCl3، ZnCl2 و غیره
واکنش های الکتروفیلی مشخصه آلکن ها، آلکین ها،
ترکیبات معطر (افزودن در یک پیوند دوگانه،
جایگزینی پروتون).
معرف های نوکلئوفیل آنیون ها یا مولکول هایی هستند که
دارای مراکزی با چگالی الکترونی افزایش یافته است. به آنها
شامل آنیون ها و مولکول هایی مانند
HO-، RO-، Cl-، Br-، RCOO-، CN-، R-، NH3، C2H5OH، و غیره.

با تغییر
تعداد ذرات در طول
واکنش ها متمایز می شوند
واکنش های جایگزینی،
الحاقات،
جدا شدن
(حذف)،
تجزیه

طبقه بندی واکنش ها بر اساس ویژگی های خاص

واکنش پذیری همیشه در نظر گرفته می شود
فقط در رابطه با شریک ارتجاعی.
در طول یک تبدیل شیمیایی، معمولا
کل مولکول تحت تأثیر قرار نمی گیرد، بلکه تنها بخشی از آن -
مرکز واکنش
یک ترکیب آلی ممکن است حاوی
چندین مرکز واکنش نابرابر
واکنش ها می تواند منجر به محصولات ایزومر شود.
گزینش پذیری واکنش - کیفی
مشخصه به معنای غالب
واکنش در یک جهت از
چندین مورد ممکن
انتخاب منطقه وجود دارد،
انتخاب شیمیایی، گزینش‌پذیری واکنش.

گزینش پذیری واکنش ها در شیمی آلی

انتخاب منطقه - واکنش ترجیحی بر اساس
یکی از چندین مرکز واکنش یک مولکول.
CH3-CH2-CH3 + Br2
СН3-СНВr-СН3 + НВr
ایزومر دوم، 1-بروموپروپان، عملاً تشکیل نشده است.
انتخاب شیمیایی - واکنش ترجیحی با توجه به
یکی از گروه های عملکردی مرتبط
استریو انتخاب - تشکیل ترجیحی در یک واکنش
یکی از چندین استریو ایزومر ممکن

ترکیبات چند منظوره حاوی
چندین گروه عملکردی یکسان
ترکیبات ناهم عملکردی شامل
چندین گروه عملکردی مختلف
ناهمگن
ترکیبات حاوی هر دو هستند
متفاوت و یکسان
گروه های عاملی.

خواص ترکیبات چند و ناهم عملکردی

هر گروه در چند و هترو
ترکیبات می توانند واکنش های مشابهی را انجام دهند
گروه مربوطه در تک عملکردی
اتصالات

خواص ویژه پلی و
ترکیبات ناهم عملکردی
واکنش های چرخه سازی
تشکیل کمپلکس های کلات

ترکیبات چند عملکردی به عنوان پادزهر
اثر سمی فلزات سنگین است
اتصال گروه های تیول پروتئین ها در نتیجه آنها مهار می شوند
آنزیم های حیاتی بدن
اصل عمل پادزهرها تشکیل قوی است
کمپلکس هایی با یون های فلزات سنگین

شیمی بیو ارگانیک رابطه بین ساختار مواد آلی و عملکردهای بیولوژیکی آنها را با استفاده از روشهای شیمی آلی و فیزیکی و همچنین فیزیک و ریاضیات مطالعه می کند. شیمی بیورگانیک به طور کامل شیمی ترکیبات طبیعی را پوشش می دهد و تا حدی با بیوشیمی و زیست شناسی مولکولی همپوشانی دارد. اهداف مطالعه آن ترکیبات طبیعی مهم بیولوژیکی - عمدتا بیوپلیمرها (پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، پلی ساکاریدها و بیوپلیمرهای مخلوط) و مواد فعال بیولوژیکی کم مولکولی - ویتامین ها، هورمون ها، آنتی بیوتیک ها، سموم و غیره و همچنین آنالوگ های مصنوعی طبیعی است. ترکیبات، داروها، آفت کش ها و غیره

شیمی بیورگانیک به عنوان یک رشته مستقل در نیمه دوم قرن بیستم در تقاطع بیوشیمی و شیمی آلی بر اساس شیمی سنتی ترکیبات طبیعی ظهور کرد. تشکیل آن با نام های L. Pauling (کشف مارپیچ α و ساختار β به عنوان عناصر اصلی ساختار فضایی زنجیره پلی پپتیدی در پروتئین ها)، A. Todd (روشن سازی ساختار شیمیایی نوکلئوتیدها و اولین سنتز یک دی نوکلئوتید، F. Sanger (توسعه روشی برای تعیین توالی اسیدهای آمینه در پروتئین ها و رمزگشایی با کمک آن از ساختار اولیه انسولین)، V. Du Vigneault (جداسازی، ایجاد ساختار و سنتز شیمیایی هورمون های پپتیدی - اکسی توسین و وازوپرسین)، D. Barton و V. Prelog (تجزیه و تحلیل ساختاری)، R. Woodward (سنتز شیمیایی کامل بسیاری از ترکیبات طبیعی پیچیده، از جمله رزرپین، کلروفیل، ویتامین B 12)، و غیره. در اتحاد جماهیر شوروی، آثار N.D. Zelinsky، A.N. Belozersky، I.N. Nazarov، N.A. Preobrazhensky و دیگران نقش بزرگی ایفا کردند. آغازگر تحقیق در شیمی بیورگانیک در اتحاد جماهیر شوروی در اوایل دهه 1960 M.M. Shemyakin بود. به طور خاص، او کار (بعدها به طور گسترده توسعه یافت) روی مطالعه دپسی پپتیدهای حلقوی که عملکرد یونوفورها را انجام می دهند، آغاز کرد. رهبر شیمی بیورگانیک داخلی در دهه 1970-1980 Yu.A. Ovchinnikov، تحت رهبری او ساختار ده ها پروتئین، از جمله پروتئین های غشایی (برای اولین بار) - باکتریورودوپسین و رودوپسین بصری گاو ایجاد شد.

حوزه های اصلی شیمی بیورگانیک عبارتند از:

1. توسعه روش هایی برای جداسازی و خالص سازی ترکیبات طبیعی. در عین حال، برای کنترل درجه خالص سازی، اغلب از عملکرد بیولوژیکی خاص ماده مورد مطالعه استفاده می شود (به عنوان مثال، خلوص یک آنتی بیوتیک توسط فعالیت ضد میکروبی آن کنترل می شود، یک هورمون با اثر آن بر روی یک بیولوژیکی خاص کنترل می شود. فرآیند و غیره). هنگام جداسازی مخلوط‌های طبیعی پیچیده، اغلب از روش‌های کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا و الکتروفورز استفاده می‌شود. از پایان قرن بیستم، به جای جستجو و جداسازی اجزای منفرد، غربالگری کلی نمونه‌های بیولوژیکی برای حداکثر تعداد ممکن اجزای یک کلاس خاص از ترکیبات انجام شده است (به Proteomics مراجعه کنید).

2. تعیین ساختار مواد مورد مطالعه. ساختار نه تنها به عنوان ایجاد ماهیت و ترتیب اتصالات اتم ها در یک مولکول، بلکه آرایش فضایی آنها نیز درک می شود. برای این کار از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود، عمدتاً شیمیایی (هیدرولیز، برش اکسیداتیو، تصفیه با معرف‌های خاص)، که به دست آوردن مواد ساده‌تر با ساختار شناخته‌شده را امکان‌پذیر می‌سازد که از آن ساختار ماده اصلی بازسازی می‌شود. دستگاه های خودکار به طور گسترده ای برای حل سریع مسائل استاندارد به ویژه در شیمی پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک استفاده می شوند: آنالایزر برای تعیین کمی ترکیب اسید آمینه و نوکلئوتید و توالی سنجی برای تعیین توالی باقی مانده اسیدهای آمینه در پروتئین ها و نوکلئوتیدها در اسیدهای نوکلئیک. نقش مهمی در مطالعه ساختار بیوپلیمرها توسط آنزیم ها ایفا می شود، به ویژه آنزیم هایی که به طور خاص آنها را در پیوندهای کاملاً مشخص می شکافند (به عنوان مثال، پروتئینازهایی که واکنش های برش پیوندهای پپتیدی را در باقی مانده های گلوتامیک اسید، پرولین، آرژنین و لیزین کاتالیز می کنند، یا آنزیم های محدود کننده که به طور خاص پیوندهای فسفودی استر را در پلی نوکلئوتیدها می شکافند. اطلاعات در مورد ساختار ترکیبات طبیعی نیز با استفاده از روش های تحقیقات فیزیکی - عمدتاً طیف سنجی جرمی، رزونانس مغناطیسی هسته ای و طیف سنجی نوری - به دست می آید. افزایش کارایی روش‌های شیمیایی و فیزیکی از طریق آنالیز همزمان نه تنها ترکیبات طبیعی، بلکه مشتقات آنها حاوی گروه‌های مشخصه، معرفی‌شده خاص و اتم‌های برچسب‌دار (مثلاً با رشد باکتری‌ها - تولیدکنندگان یک ترکیب خاص در محیطی حاوی پیش سازهای این ترکیب، ایزوتوپ های پایدار یا رادیواکتیو غنی شده). قابلیت اطمینان داده های به دست آمده از مطالعه پروتئین های پیچیده با مطالعه همزمان ساختار ژن های مربوطه به طور قابل توجهی افزایش می یابد. ساختار فضایی مولکول‌ها و آنالوگ‌های آن‌ها در حالت کریستالی توسط آنالیز پراش اشعه ایکس مورد مطالعه قرار می‌گیرد. وضوح در برخی موارد به مقادیر کمتر از 0.1 نانومتر می رسد. برای راه حل ها، آموزنده ترین روش NMR در ترکیب با تحلیل ساختاری نظری است. اطلاعات اضافی با روش های آنالیز طیفی نوری (طیف های الکترونیکی و فلورسنت، طیف دو رنگی دایره ای و غیره) ارائه می شود.

3. سنتز خود ترکیبات طبیعی و آنالوگهای آنها. در بسیاری از موارد، سنتز شیمیایی یا شیمیایی- آنزیمی تنها راه برای به دست آوردن ماده مورد نظر در مقادیر زیاد (تدارکی) است. برای ترکیبات نسبتاً ساده کم مولکولی، سنتز ضد به عنوان یک معیار مهم برای درستی ساختار از قبل تعیین شده عمل می کند. سنتز کننده های خودکار پروتئین ها و پلی نوکلئوتیدها ایجاد شده اند که می توانند زمان سنتز را به میزان قابل توجهی کاهش دهند. با کمک آنها تعدادی پروتئین و پلی نوکلئوتید حاوی چند صد واحد مونومر سنتز شده است. سنتز شیمیایی روش اصلی برای به دست آوردن داروهای با منشاء غیر طبیعی است. در مورد مواد طبیعی، اغلب مکمل یا با بیوسنتز رقابت می کند.

4. ایجاد هدف سلولی و مولکولی که عمل یک ماده فعال بیولوژیکی به سمت آن هدایت می شود، توضیح مکانیسم شیمیایی برهمکنش آن با یک سلول زنده و اجزای آن. درک مکانیسم اثر مولکولی برای استفاده مولد از مولکول های زیستی، با فعالیت اغلب بسیار زیاد آنها (به عنوان مثال، سموم)، به عنوان ابزاری برای مطالعه سیستم های بیولوژیکی ضروری است. این به عنوان پایه ای برای سنتز هدفمند مواد جدید و عملا مهم با خواص از پیش تعیین شده عمل می کند. در تعدادی از موارد (به عنوان مثال، هنگام مطالعه پپتیدهایی که بر فعالیت سیستم عصبی تأثیر می گذارند)، مواد به دست آمده از این طریق به طور قابل توجهی فعالیت خود را افزایش داده اند، در مقایسه با نمونه اولیه طبیعی اصلی، در جهت مورد نظر تغییر کرده اند.

شیمی بیورگانیک ارتباط نزدیکی با حل مشکلات عملی در پزشکی و کشاورزی (تولید ویتامین ها، هورمون ها، آنتی بیوتیک ها و سایر داروها، محرک های رشد گیاهان، تنظیم کننده های رفتار حیوانات از جمله حشرات)، صنایع شیمیایی، غذایی و میکروبیولوژیکی دارد. در نتیجه ترکیب روش‌های شیمی بیورگانیک و مهندسی ژنتیک، حل عملی مشکل تولید صنعتی مواد پیچیده و بیولوژیکی مهم با طبیعت پروتئین پپتیدی، از جمله مواد با مولکولی بالا مانند انسولین انسانی، α، ممکن شده است. - اینترفرون های β و γ و هورمون رشد انسانی.

موضوع: دوگاس جی.، پنی کی. شیمی بیورگانیک. م.، 1983; Ovchinnikov Yu. A. شیمی بیورگانیک. م.، 1996.

طرح 1. موضوع و اهمیت شیمی بیورگانیک 2. طبقه بندی و نامگذاری ترکیبات آلی 3. روش های به تصویر کشیدن مولکول های آلی 4. پیوند شیمیایی در مولکول های بیو آلی 5. اثرات الکترونیکی. تأثیر متقابل اتم ها در یک مولکول 6. طبقه بندی واکنش های شیمیایی و معرف ها 7. مفهوم مکانیسم های واکنش های شیمیایی 2

موضوع شیمی زیست آلی 3 شیمی بیو ارگانیک شاخه ای مستقل از علم شیمی است که به مطالعه ساختار، خواص و عملکردهای بیولوژیکی ترکیبات شیمیایی با منشاء آلی می پردازد که در متابولیسم موجودات زنده نقش دارند.

اهداف مطالعه شیمی بیولوژیکی بیومولکول‌ها و بیوپلیمرهای مولکولی کم (پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک و پلی‌ساکاریدها)، تنظیم‌کننده‌های زیستی (آنزیم‌ها، هورمون‌ها، ویتامین‌ها و غیره)، ترکیبات فعال فیزیولوژیکی طبیعی و مصنوعی، از جمله داروها و مواد با اثرات سمی هستند. بیومولکول‌ها ترکیبات بیوآلیکی هستند که بخشی از موجودات زنده هستند و برای تشکیل ساختارهای سلولی و شرکت در واکنش‌های بیوشیمیایی تخصص دارند و اساس متابولیسم (متابولیسم) و عملکردهای فیزیولوژیکی سلول‌های زنده و به طور کلی موجودات چند سلولی را تشکیل می‌دهند. 4 طبقه بندی ترکیبات زیست آلی

متابولیسم مجموعه ای از واکنش های شیمیایی است که در بدن (in vivo) رخ می دهد. متابولیسم نیز متابولیسم نامیده می شود. متابولیسم می تواند در دو جهت رخ دهد - آنابولیسم و کاتابولیسم. آنابولیسم سنتز در بدن مواد پیچیده از مواد نسبتا ساده است. با صرف انرژی (فرآیند گرماگیر) اتفاق می افتد. کاتابولیسم، برعکس، تجزیه ترکیبات آلی پیچیده به ترکیبات ساده تر است. با آزاد شدن انرژی (فرآیند گرمازا) اتفاق می افتد. فرآیندهای متابولیک با مشارکت آنزیم ها انجام می شود. آنزیم ها نقش کاتالیزورهای زیستی را در بدن بازی می کنند. بدون آنزیم‌ها، فرآیندهای بیوشیمیایی یا اصلاً اتفاق نمی‌افتند یا بسیار کند پیش می‌رفتند و بدن قادر به حفظ حیات نخواهد بود. 5

عناصر زیستی ترکیبات زیست آلی، علاوه بر اتم‌های کربن (C) که اساس هر مولکول آلی را تشکیل می‌دهند، شامل هیدروژن (H)، اکسیژن (O)، نیتروژن (N)، فسفر (P) و گوگرد (S) است. . این عناصر زیستی (ارگانوژن ها) در موجودات زنده در مقادیری بیش از 200 برابر بیشتر از محتوای آنها در اجسام بی جان متمرکز شده اند. عناصر ذکر شده بیش از 99 درصد از ترکیب عنصری زیست مولکول ها را تشکیل می دهند. 6

شیمی بیورگانیک از اعماق شیمی آلی برخاسته و بر اساس ایده ها و روش های آن است. در تاریخ توسعه، شیمی آلی دارای مراحل زیر است: تجربی، تحلیلی، ساختاری و مدرن. دوره از اولین آشنایی انسان با مواد آلی تا پایان قرن هجدهم تجربی تلقی می شود. نتیجه اصلی این دوره این بود که مردم به اهمیت آنالیز عنصری و ایجاد توده های اتمی و مولکولی پی بردند. نظریه حیات گرایی - نیروی حیات (برزلیوس). دوره تحلیلی تا دهه 60 قرن نوزدهم ادامه یافت. با این واقعیت مشخص شد که از اواخر ربع اول قرن نوزدهم تعدادی اکتشاف امیدوارکننده انجام شد که ضربه کوبنده ای به نظریه حیات گرایی وارد کرد. اولین نفر در این مجموعه، شاگرد برزلیوس، شیمیدان آلمانی وولر بود. او در سال 1824 اکتشافات زیادی انجام داد - سنتز اسید اگزالیک از سیانوژن: (CN) 2 HOOC - COOH r. - سنتز اوره از سیانات آمونیوم: NH 4 CNO NH 2 - C - NH 2 O 8

در سال 1853، سی جرارد "نظریه انواع" را توسعه داد و از آن برای طبقه بندی ترکیبات آلی استفاده کرد. به گفته جرارد، ترکیبات آلی پیچیده تری را می توان از چهار نوع ماده اصلی زیر تولید کرد: HHHH نوع HHHH O نوع آب H Cl نوع هیدروژن کلرید HHHHN N نوع آمونیاک از سال 1857، به پیشنهاد F. A. Kekule، هیدروکربن ها شروع به طبقه بندی کردند. به عنوان متان نوع HHHNNHH C 9

مفاد اساسی تئوری ساختار ترکیبات آلی (1861) 1) اتمها در مولکولها با پیوندهای شیمیایی مطابق با ظرفیت آنها به یکدیگر متصل می شوند. 2) اتم های موجود در مولکول های مواد آلی به ترتیب خاصی به یکدیگر متصل می شوند که ساختار شیمیایی (ساختار) مولکول را تعیین می کند. 3) خواص ترکیبات آلی نه تنها به تعداد و ماهیت اتمهای تشکیل دهنده آنها، بلکه به ساختار شیمیایی مولکولها نیز بستگی دارد. 4) در مولکول‌های آلی برهمکنش بین اتم‌ها وجود دارد، هر دو به یکدیگر متصل هستند و بدون پیوند. 5) ساختار شیمیایی یک ماده را می توان با مطالعه دگرگونی های شیمیایی آن تعیین کرد و برعکس، خواص آن را با ساختار یک ماده مشخص کرد. 10

مفاد اساسی تئوری ساختار ترکیبات آلی (1861) فرمول ساختاری تصویری از توالی پیوندهای اتم ها در یک مولکول است. فرمول ناخالص - CH 4 O یا CH 3 OH فرمول ساختاری فرمول های ساختاری ساده گاهی اوقات فرمول مولکولی منطقی نامیده می شوند - فرمول یک ترکیب آلی که تعداد اتم های هر عنصر در مولکول را نشان می دهد. به عنوان مثال: C 5 H 12 - پنتان، C 6 H 6 - بنزین و غیره. یازده

مراحل توسعه شیمی زیست آلی به عنوان یک رشته دانش جداگانه که ترکیبی از اصول مفهومی و روش شناسی شیمی آلی از یک سو و بیوشیمی مولکولی و فارماکولوژی مولکولی از سوی دیگر است، شیمی زیست آلی در قرن بیستم بر اساس تحولات در جهان شکل گرفت. شیمی مواد طبیعی و پلیمرهای زیستی شیمی بیورگانیک مدرن به لطف کار W. Stein، S. Moore، F. Sanger (تجزیه و تحلیل ترکیب اسیدهای آمینه و تعیین ساختار اولیه پپتیدها و پروتئین ها)، L. Pauling و H. Astbury اهمیت اساسی پیدا کرده است. از ساختار مارپیچ و ساختار و اهمیت آنها در اجرای عملکردهای بیولوژیکی مولکول های پروتئین)، E. Chargaff (رمزگشایی ویژگی های ترکیب نوکلئوتیدی اسیدهای نوکلئیک)، J. Watson، Fr. کریک، ام. ویلکینز، آر. فرانکلین (تثبیت الگوهای ساختار فضایی مولکول DNA)، جی. کورانی (سنتز ژن شیمیایی) و غیره. 14

طبقه بندی ترکیبات آلی بر اساس ساختار اسکلت کربن و ماهیت گروه عاملی تعداد زیاد ترکیبات آلی شیمیدانان را بر آن داشت تا آنها را طبقه بندی کنند. طبقه بندی ترکیبات آلی بر اساس دو معیار طبقه بندی است: 1. ساختار اسکلت کربنی 2. ماهیت گروه های عاملی طبقه بندی بر اساس روش ساختار اسکلت کربن: 1. غیر حلقوی (آلکان ها، آلکن ها، آلکین ها، آلکادین ها)؛ 2. چرخه ای 2.1. کربوسیکلیک (آلیسیکلیک و معطر) 2.2. هتروسیکلیک 15 ترکیبات غیر حلقوی آلیفاتیک نیز نامیده می شوند. اینها شامل موادی با زنجیره کربن باز است. ترکیبات غیر حلقوی به دو دسته اشباع (یا اشباع) C n H 2n+2 (آلکان ها، پارافین ها) و غیر اشباع (غیراشباع) تقسیم می شوند. دومی شامل آلکن‌های CnH2n، آلکین‌های CnH2n-2، آلکادین‌های CnH2n-2 است.

16 ترکیبات حلقوی حاوی حلقه ها (چرخه ها) در مولکول های خود هستند. اگر چرخه ها فقط حاوی اتم های کربن باشند، چنین ترکیباتی کربوسیکلیک نامیده می شوند. به نوبه خود، ترکیبات کربوسیکلیک به alicyclic و معطر تقسیم می شوند. هیدروکربن های آلی حلقوی (سیکلوآلکان ها) شامل سیکلوپروپان و همولوگ های آن - سیکلوبوتان، سیکلوپنتان، سیکلوهگزان و غیره است. اگر سیستم حلقوی، علاوه بر هیدروکربن، شامل عناصر دیگری نیز باشد، این گونه ترکیبات به عنوان هتروسیکلیک طبقه بندی می شوند.

طبقه بندی بر اساس ماهیت یک گروه عاملی گروه عاملی یک اتم یا گروهی از اتم ها است که به روش خاصی به هم متصل شده اند که حضور آنها در یک مولکول یک ماده آلی ویژگی های مشخصه و تعلق آن به یک یا دسته دیگر از ترکیبات را تعیین می کند. . بر اساس تعداد و همگنی گروه های عاملی، ترکیبات آلی به تک، چندکاره و ناهمگن تقسیم می شوند. موادی که دارای یک گروه عاملی هستند، تک عملکردی و موادی با چندین گروه عملکردی یکسان، چند عملکردی نامیده می شوند. ترکیباتی که حاوی چندین گروه عملکردی مختلف هستند ناهم عملکرد هستند. مهم است که ترکیبات یک کلاس در سری های همولوگ ترکیب شوند. سری همولوگ مجموعه‌ای از ترکیبات آلی با گروه‌های عاملی یکسان و ساختار یکسان است؛ هر نماینده سری همولوگ با یک واحد ثابت (CH 2) با سری قبلی تفاوت دارد که به آن اختلاف همولوگ می‌گویند. اعضای یک سری همولوگ همولوگ نامیده می شوند. 17

سیستم های نامگذاری در شیمی آلی - بی اهمیت، منطقی و بین المللی (IUPAC) نامگذاری شیمیایی مجموعه ای از نام های مواد شیمیایی منفرد، گروه ها و طبقات آنها و همچنین قوانینی برای تدوین نام آنها است. نام گذاری شیمیایی مجموعه ای از نام های هر ماده شیمیایی است مواد، گروه ها و طبقات آنها، و همچنین قوانینی که نام آنها را جمع آوری می کند. نامگذاری بی اهمیت (تاریخی) با فرآیند به دست آوردن مواد (پیروگالول - محصول پیرولیز اسید گالیک)، منبع منشأ که از آن به دست آمده است (اسید فرمیک) و غیره مرتبط است. نام های بی اهمیت ترکیبات به طور گسترده ای در شیمی ترکیبات طبیعی و هتروسیکلیک استفاده می شود (سیترال، ژرانیول، تیوفن، پیرول، کینولین، و غیره). اسید گالیک)، منبعی که از آن به دست آمده است (اسید فرمیک) و غیره. نام های بی اهمیت ترکیبات به طور گسترده ای در شیمی ترکیبات طبیعی و هتروسیکلیک (سیترال، ژرانیول، تیوفن، پیرول، کینولین و غیره) استفاده می شود. نامگذاری منطقی بر اساس اصل تقسیم ترکیبات آلی به سری های همولوگ است. همه مواد در یک سری همولوگ خاص به عنوان مشتقات ساده ترین نماینده این سری - اولین یا گاهی اوقات دوم - در نظر گرفته می شوند. به طور خاص، برای آلکان - متان، برای آلکن - اتیلن، و غیره. نامگذاری منطقی بر اساس اصل تقسیم ترکیبات آلی به سری های همولوگ است. همه مواد در یک سری همولوگ خاص به عنوان مشتقات ساده ترین نماینده این سری - اولین یا گاهی اوقات دوم - در نظر گرفته می شوند. به ویژه، برای آلکان ها - متان، برای آلکن ها - اتیلن و غیره. 18

نامگذاری بین المللی (IUPAC). قوانین نامگذاری مدرن در سال 1957 در نوزدهمین کنگره اتحادیه بین المللی شیمی محض و کاربردی (IUPAC) تدوین شد. نامگذاری عملکردی رادیکال. این نام ها بر اساس نام کلاس عملکردی (الکل، اتر، کتون و غیره) است که قبل از آن نام رادیکال های هیدروکربنی وجود دارد، به عنوان مثال: آلیل کلرید، دی اتیل اتر، دی متیل کتون، پروپیل الکل و غیره. نامگذاری جایگزین. قوانین نامگذاری ساختار اصلی قطعه ساختاری مولکول (اسکلت مولکولی) زیر نام ترکیب، زنجیره کربن اصلی اتم‌ها برای ترکیبات آلی‌حلقه‌ای، و چرخه برای ترکیبات کربوسیکلیک است. 19

پیوند شیمیایی در مولکول‌های آلی پیوند شیمیایی پدیده برهمکنش بین لایه‌های الکترونی خارجی (الکترون‌های ظرفیت اتم‌ها) و هسته‌های اتمی است که وجود یک مولکول یا کریستال را به‌عنوان یک کل مشخص می‌کند. به عنوان یک قاعده، یک اتم، با پذیرش یا اهدای یک الکترون یا تشکیل یک جفت الکترون مشترک، تمایل دارد پیکربندی پوسته الکترونی خارجی شبیه به گازهای نجیب را به دست آورد. انواع پیوندهای شیمیایی زیر از ویژگی های ترکیبات آلی است: - پیوند یونی - پیوند کووالانسی - پیوند دهنده - پیوند گیرنده - پیوند هیدروژنی، همچنین برخی از انواع دیگر پیوندهای شیمیایی (فلزی، یک الکترونی، دو الکترونی سه مرکزی) وجود دارد. ، اما عملاً در ترکیبات آلی یافت نمی شوند. 20

انواع پیوند در ترکیبات آلی مشخصه ترین ترکیبات آلی پیوند کووالانسی است. پیوند کووالانسی برهمکنش اتم ها است که از طریق تشکیل یک جفت الکترون مشترک تحقق می یابد. این نوع پیوند بین اتم هایی که دارای مقادیر الکترونگاتیوی قابل مقایسه هستند تشکیل می شود. الکترونگاتیوی خاصیتی از یک اتم است که توانایی جذب الکترون به سمت خود را از اتم های دیگر نشان می دهد. یک پیوند کووالانسی می تواند قطبی یا غیر قطبی باشد. یک پیوند کووالانسی غیر قطبی بین اتم هایی با مقدار الکترونگاتیوی یکسان ایجاد می شود

انواع پیوندها در ترکیبات آلی پیوند کووالانسی قطبی بین اتم هایی که مقادیر الکترونگاتیوی متفاوتی دارند تشکیل می شود. در این حالت، اتم های پیوند خورده بارهای جزئی به دست می آورند δ+δ+ δ-δ- یک زیرگروه خاص از پیوند کووالانسی پیوند دهنده-پذیرنده است. مانند نمونه های قبلی، این نوع برهمکنش به دلیل وجود یک جفت الکترون مشترک است، اما دومی توسط یکی از اتم های تشکیل دهنده پیوند (دهنده) فراهم می شود و توسط اتم دیگر (پذیرنده) پذیرفته می شود.

انواع پیوندها در ترکیبات آلی پیوند یونی بین اتم ها تشکیل می شود که در مقادیر الکترونگاتیوی تفاوت زیادی دارند. در این حالت، الکترون از عنصر کمتر الکترونگاتیو (اغلب یک فلز) به طور کامل به عنصر الکترونگاتیو تر منتقل می شود. این انتقال الکترون باعث ظاهر شدن یک بار مثبت بر روی اتم کم الکترونگاتیو و یک بار منفی در اتم الکترونگاتیو تر می شود. بنابراین، دو یون با بارهای مخالف تشکیل می شوند که بین آنها یک برهمکنش الکترووالانتی وجود دارد. 25

انواع پیوندها در ترکیبات آلی پیوند هیدروژنی یک برهمکنش الکترواستاتیکی بین اتم هیدروژن است که به روشی بسیار قطبی پیوند می‌یابد و جفت‌های الکترونی اکسیژن، فلوئور، نیتروژن، گوگرد و کلر. این نوع تعامل یک تعامل نسبتا ضعیف است. پیوند هیدروژنی می تواند بین مولکولی یا درون مولکولی باشد. پیوند هیدروژنی بین مولکولی (برهمکنش بین دو مولکول اتیل الکل) پیوند هیدروژنی درون مولکولی در سالیسیلیک آلدئید 26

پیوند شیمیایی در مولکول های آلی نظریه مدرن پیوند شیمیایی مبتنی بر مدل مکانیکی کوانتومی یک مولکول به عنوان یک سیستم متشکل از الکترون ها و هسته های اتمی است. مفهوم سنگ بنای نظریه مکانیک کوانتومی اوربیتال اتمی است. اوربیتال اتمی بخشی از فضا است که احتمال یافتن الکترون در آن حداکثر است. بنابراین پیوند را می توان به عنوان برهم کنش ("همپوشانی") اوربیتال هایی که هر کدام یک الکترون را با اسپین های مخالف حمل می کنند در نظر گرفت. 27

هیبریداسیون اوربیتال های اتمی بر اساس نظریه مکانیک کوانتومی، تعداد پیوندهای کووالانسی تشکیل شده توسط یک اتم با تعداد اوربیتال های اتمی یک الکترونی (تعداد الکترون های جفت نشده) تعیین می شود. اتم کربن در حالت پایه خود فقط دو الکترون جفت نشده دارد، اما انتقال احتمالی یک الکترون از 2s به 2 pz، تشکیل چهار پیوند کووالانسی را ممکن می‌سازد. حالت یک اتم کربن که در آن دارای چهار الکترون جفت نشده است "تحریک" نامیده می شود. با وجود نابرابر بودن اوربیتال های کربنی، مشخص شده است که به دلیل هیبریداسیون اوربیتال های اتمی، تشکیل چهار پیوند معادل امکان پذیر است. هیبریداسیون پدیده ای است که در آن تعداد اوربیتال های یک شکل و یکسان از چندین اوربیتال با اشکال مختلف و انرژی مشابه تشکیل می شود. 28

حالت های ترکیبی اتم کربن در مولکول های آلی FIRST HYBRID STATE اتم C در حالت هیبریداسیون sp 3 است، چهار پیوند σ را تشکیل می دهد، چهار اوربیتال هیبریدی را تشکیل می دهد که به شکل یک پیوند σ چهار وجهی (زاویه پیوند) مرتب شده اند.

حالت های ترکیبی اتم کربن در مولکول های آلی حالت هیبریدی دوم اتم C در حالت هیبریداسیون sp 2 قرار دارد، سه پیوند σ را تشکیل می دهد، سه اوربیتال هیبریدی را تشکیل می دهد که به شکل یک مثلث مسطح قرار گرفته اند (زاویه پیوند 120). پیوند σ-پیوند π-پیوند 32

حالت های هیبریدی اتم کربن در مولکول های آلی حالت هیبرید سوم اتم C در حالت هیبریداسیون sp قرار دارد، دو پیوند σ را تشکیل می دهد، دو اوربیتال هیبریدی را تشکیل می دهد که در یک خط (زاویه پیوند 180) پیوندهای σ قرار گرفته اند. - اوراق قرضه 33

مشخصات پیوندهای شیمیایی مقیاس POLING: F-4.0; O - 3.5; Cl - 3.0; N - 3.0; Br - 2.8; S - 2.5; C-2.5; H-2.1. تفاوت 1.7

ویژگی های پیوندهای شیمیایی قطبی شدن پیوند عبارت است از تغییر چگالی الکترون تحت تأثیر عوامل خارجی. قطبش پذیری پیوند، میزان تحرک الکترون است. با افزایش شعاع اتمی، قطبش پذیری الکترون ها افزایش می یابد. بنابراین، قطبش پذیری پیوند کربن - هالوژن به شرح زیر افزایش می یابد: C-F

جلوه های الکترونیکی تأثیر متقابل اتم ها در یک مولکول 39 بر اساس مفاهیم نظری مدرن، واکنش پذیری مولکول های آلی با جابجایی و تحرک ابرهای الکترونی که پیوند کووالانسی را تشکیل می دهند، از پیش تعیین می شود. در شیمی آلی، دو نوع جابجایی الکترون متمایز می شود: الف) جابجایی های الکترونیکی که در سیستم پیوند رخ می دهد، ب) جابجایی های الکترونیکی منتقل شده توسط سیستم پیوند. در مورد اول، به اصطلاح اثر القایی رخ می دهد، در مورد دوم - یک اثر مزومریک. اثر القایی توزیع مجدد چگالی الکترون (قطبی شدن) ناشی از تفاوت در الکترونگاتیوی بین اتم‌های یک مولکول در یک سیستم پیوند است. به دلیل قطبی پذیری ناچیز پیوندها، اثر القایی به سرعت محو می شود و پس از 3-4 پیوند تقریباً ظاهر نمی شود.

جلوه های الکترونیکی تأثیر متقابل اتم‌ها در یک مولکول 40 مفهوم اثر القایی توسط K. Ingold معرفی شد، و او همچنین نام‌های زیر را معرفی کرد: -اثر I در مورد کاهش چگالی الکترون توسط یک جایگزین +I-اثر در در مورد افزایش چگالی الکترون توسط یک جایگزین اثر القایی مثبت توسط رادیکال های آلکیل (CH 3، C 2 H 5 - و غیره) به نمایش گذاشته شده است. همه جانشین های دیگر متصل به اتم کربن یک اثر القایی منفی از خود نشان می دهند.

جلوه های الکترونیکی تأثیر متقابل اتم ها در یک مولکول 41 اثر مزومریک توزیع مجدد چگالی الکترون در طول یک سیستم مزدوج است. سیستم های مزدوج شامل مولکول های ترکیبات آلی است که در آنها پیوندهای دوگانه و منفرد متناوب می شوند یا زمانی که یک اتم با یک جفت الکترون تنها در اوربیتال p در کنار پیوند دوگانه قرار دارد. در حالت اول، - صرف و در حالت دوم، ص، - صرف انجام می شود. سیستم های جفت شده در تنظیمات مدار باز و بسته ارائه می شوند. نمونه هایی از این ترکیبات عبارتند از 1،3-بوتادین و بنزین. در مولکول‌های این ترکیبات، اتم‌های کربن در حالت هیبریداسیون sp 2 قرار دارند و به دلیل اوربیتال‌های غیر هیبریدی p، پیوندهایی تشکیل می‌دهند که متقابلاً روی هم قرار می‌گیرند و یک ابر الکترونی واحد را تشکیل می‌دهند، یعنی مزدوج صورت می‌گیرد.

جلوه های الکترونیکی تأثیر متقابل اتم ها در یک مولکول 42 دو نوع اثر مزومریک وجود دارد - اثر مزومریک مثبت (+M) و اثر مزومریک منفی (-M). یک اثر مزومریک مثبت توسط جایگزین‌هایی که الکترون‌های p را برای سیستم مزدوج فراهم می‌کنند، نشان داده می‌شود. اینها عبارتند از: -O، -S -NH 2، -OH، -OR، هال (هالوژنها) و جانشینهای دیگری که بار منفی یا یک جفت الکترون دارند. اثر مزومریک منفی مشخصه جانشین هایی است که چگالی الکترون را از سیستم مزدوج جذب می کنند. اینها شامل جانشین هایی هستند که دارای پیوندهای متعدد بین اتم ها با الکترونگاتیوی متفاوت هستند: - N0 2 ; -SO 3 H; >C=O; -COON و دیگران. اثر مزومریک به صورت گرافیکی توسط یک فلش خمیده منعکس می شود که جهت جابجایی الکترون را نشان می دهد.بر خلاف اثر القایی، اثر مزومریک خاموش نمی شود. بدون توجه به طول زنجیره واسط، به طور کامل در سراسر سیستم منتقل می شود. C=O; -COON و دیگران. اثر مزومریک به صورت گرافیکی توسط یک فلش خمیده منعکس می شود که جهت جابجایی الکترون را نشان می دهد.بر خلاف اثر القایی، اثر مزومریک خاموش نمی شود. بدون توجه به طول زنجیره واسط، به طور کامل در سراسر سیستم منتقل می شود.">

انواع واکنش های شیمیایی 43 یک واکنش شیمیایی را می توان به عنوان برهمکنش یک معرف و بستر در نظر گرفت. بسته به روش شکستن و تشکیل پیوند شیمیایی در مولکول‌ها، واکنش‌های آلی به: الف) همولیتیک ب) هترولیتیک ج) واکنش‌های همولیتیک مولکولی یا رادیکال آزاد در اثر شکست همولیتیک پیوند ایجاد می‌شوند، زمانی که هر اتم یک الکترون باقی بماند. ، یعنی رادیکال ها تشکیل می شوند. شکاف همولیتیک در دماهای بالا، عمل یک کوانتوم نور یا کاتالیز رخ می دهد.

واکنش های هترولیتیک یا یونی به گونه ای انجام می شود که یک جفت الکترون پیوندی در نزدیکی یکی از اتم ها باقی می ماند و یون ها تشکیل می شوند. ذره ای با یک جفت الکترون هسته دوست نامیده می شود و دارای بار منفی (-) است. ذره ای بدون جفت الکترون، الکتروفیل نامیده می شود و دارای بار مثبت (+) است. 44 انواع واکنش های شیمیایی

مکانیسم یک واکنش شیمیایی 45 مکانیسم یک واکنش مجموعه ای از مراحل ابتدایی (ساده) است که یک واکنش معین را تشکیل می دهد. مکانیسم واکنش اغلب شامل مراحل زیر است: فعال شدن معرف با تشکیل الکتروفیل، هسته دوست یا رادیکال آزاد. برای فعال کردن یک معرف معمولاً به یک کاتالیزور نیاز است. در مرحله دوم، معرف فعال شده با بستر تعامل می کند. در این حالت ذرات میانی (واسطه) تشکیل می شوند. دومی شامل کمپلکس ها، کمپلکس ها (کربوکاتیون ها)، کربانیون ها و رادیکال های آزاد جدید است. در مرحله نهایی، افزودن یا حذف یک ذره به (از) حد واسط تشکیل شده در مرحله دوم با تشکیل محصول نهایی واکنش صورت می گیرد. اگر یک معرف پس از فعال شدن، یک نوکلئوفیل تولید کند، آنگاه این واکنش‌های هسته دوست هستند. آنها با حرف N - (در نمایه) مشخص شده اند. در موردی که معرف یک الکتروفیل تولید می کند، واکنش ها به عنوان الکتروفیل (E) طبقه بندی می شوند. همین را می توان در مورد واکنش های رادیکال آزاد (R) نیز گفت.

نوکلئوفیل ها معرف هایی هستند که دارای بار منفی یا اتم غنی شده با چگالی الکترون هستند: 1) آنیون ها: OH -، CN -، RO -، RS -، Hal - و آنیون های دیگر. 2) مولکول های خنثی با جفت الکترون های تنها: NH 3، NH 2 R، H 2 O، ROH و دیگران. 3) مولکول هایی با چگالی الکترونی اضافی (دارای - پیوند). الکتروفیل ها معرف هایی هستند که بار مثبت یا اتم آنها در چگالی الکترونی تهی شده است: 1) کاتیون ها: H + (پروتون)، HSO 3 + (یون سولفونیوم هیدروژن)، NO 2 + (یون نیترونیم)، NO (یون نیتروزونیوم) و غیره. کاتیون ها 2) مولکول های خنثی با اوربیتال خالی: AlCl 3، FeBr 3، SnCl 4، BF 4 (اسیدهای لوئیس)، SO3. 3) مولکول هایی با چگالی الکترونی تهی شده روی اتم. 46

سلام! بسیاری از دانشجویان پزشکی اکنون در حال تحصیل در شیمی بیورگانیک هستند که به نام بیوشیمی نیز شناخته می شود.

در برخی از دانشگاه ها این موضوع با آزمون و در برخی دیگر با امتحان به پایان می رسد. گاهی اوقات پیش می آید که یک آزمون در یک دانشگاه از نظر سختی با امتحان در دانشگاه دیگر قابل مقایسه است.

در دانشگاه من، شیمی بیو ارگانیک به عنوان امتحان در جلسه تابستان در همان پایان سال اول گرفته شد. باید گفت که BOC یکی از آن موضوعاتی است که در ابتدا وحشتناک است و می تواند این فکر را القا کند که "گذر از این غیرممکن است". البته این به ویژه برای افرادی که پایه ضعیفی در شیمی آلی دارند صادق است (و به طرز عجیبی تعداد کمی از آنها در دانشگاه های پزشکی وجود دارد).

برنامه های مطالعه شیمی بیورگانیک در دانشگاه های مختلف می تواند بسیار متفاوت باشد و روش های تدریس می تواند حتی بیشتر متفاوت باشد.

با این حال، الزامات برای دانش آموزان تقریباً در همه جا یکسان است. به بیان خیلی ساده، برای اینکه شیمی بیو ارگانیک را با عدد 5 پاس کنید، باید نام، خواص، ویژگی های ساختاری و واکنش های معمول تعدادی از مواد آلی را بدانید.

معلم ما، استاد محترم، مطالب را طوری ارائه کرد که گویی هر دانش آموز بهترین دانش آموز شیمی آلی در مدرسه است (و شیمی بیورگانیک اساساً یک درس پیچیده در شیمی آلی مدرسه است). او احتمالاً در رویکرد خود حق داشت، همه باید برای رسیدن به اوج تلاش کنند و سعی کنند بهترین باشند. با این حال، این منجر به این واقعیت شد که برخی از دانش آموزان که در 2-3 کلاس اول تا حدی مطالب را درک نمی کردند، نزدیک به اواسط ترم کاملاً همه چیز را درک نمی کردند.

من تصمیم گرفتم این مطالب را تا حد زیادی بنویسم زیرا من فقط چنین دانش آموزی بودم. در مدرسه من واقعا شیمی معدنی را دوست داشتم، اما همیشه با مواد آلی مبارزه می کردم. حتی زمانی که برای آزمون یکپارچه دولتی آماده می شدم، استراتژی تقویت تمام دانش خود در مواد معدنی را انتخاب کردم و در عین حال فقط پایه مواد آلی را تثبیت کردم. به هر حال، این تقریباً از نظر نقاط ورودی برای من نتیجه معکوس داشت، اما این داستان دیگری است.

بیهوده در مورد روش تدریس گفتم، زیرا روش ما نیز بسیار غیرعادی بود. همان موقع، تقریباً در کلاس اول، دفترچه هایی را به ما نشان دادند که طبق آن باید تست و سپس امتحان می دادیم.

شیمی بیورگانیک - تست و امتحان

کل دوره ما به 4 مبحث اصلی تقسیم شد که هر کدام با یک درس تستی به پایان رسید. ما قبلاً برای هر یک از چهار تست از زوج اول سؤالاتی داشتیم. آنها البته ترسناک بودند، اما در عین حال به عنوان نوعی نقشه برای حرکت در امتداد عمل می کردند.

آزمون اول کاملاً ابتدایی بود. عمدتاً به نامگذاری، نام های بی اهمیت (روزمره) و بین المللی و البته طبقه بندی مواد اختصاص داشت. همچنین، به یک شکل، علائم معطر بودن لمس شد.

آزمون دوم بعد از آزمون اول بسیار دشوارتر به نظر می رسید. در آنجا لازم بود خواص و واکنش های موادی مانند کتون ها، آلدئیدها، الکل ها و اسیدهای کربوکسیلیک توضیح داده شود. به عنوان مثال، یکی از معمول ترین واکنش های آلدئیدها، واکنش آینه نقره است. منظره ای کاملا زیبا اگر معرف Tollens، یعنی OH را به هر آلدئیدی اضافه کنید، سپس بر روی دیواره لوله آزمایش، رسوبی شبیه یک آینه خواهید دید، به این صورت است:

آزمون سوم در مقایسه با آزمون دوم چندان مهیب به نظر نمی رسید. همه قبلاً عادت کرده‌اند که واکنش‌ها را بنویسند و ویژگی‌ها را طبق طبقه‌بندی‌ها به خاطر بسپارند. در آزمایش سوم در مورد ترکیباتی با دو گروه عملکردی - آمینوفنول ها، آمینو الکل ها، اکسواسیدها و غیره صحبت کردیم. همچنین، هر بلیط حداقل حاوی یک بلیط در مورد کربوهیدرات بود.

چهارمین آزمایش در شیمی بیورگانیک تقریباً به طور کامل به پروتئین ها، اسیدهای آمینه و پیوندهای پپتیدی اختصاص داشت. نکته قابل توجه سوالاتی بود که نیاز به جمع آوری RNA و DNA داشتند.

به هر حال، این دقیقاً همان چیزی است که یک اسید آمینه به نظر می رسد - می توانید گروه آمینه (در این تصویر زرد رنگ است) و گروه اسید کربوکسیلیک (این یاسی است) را مشاهده کنید. با موادی از این دسته بود که در آزمون چهارم باید با آن ها سر و کار داشتیم.

هر آزمون در تخته سیاه گرفته شد - دانش آموز باید بدون درخواست، تمام ویژگی های لازم را در قالب واکنش ها توصیف و توضیح دهد. به عنوان مثال، اگر در آزمون دوم شرکت می کنید، خواص الکل ها را در بلیط خود دارید. معلم به شما می گوید - پروپانول بخورید. شما فرمول پروپانول و 4-5 واکنش معمولی را برای نشان دادن خواص آن بنویسید. همچنین ممکن است چیزهای عجیب و غریبی مانند ترکیبات حاوی گوگرد وجود داشته باشد. یک خطا حتی در شاخص یک محصول واکنش اغلب من را به مطالعه بیشتر این مطالب تا تلاش بعدی (که یک هفته بعد بود) فرستاد. ترسناک؟ خشن؟ قطعا!

با این حال، این رویکرد یک عارضه جانبی بسیار دلپذیر دارد. در طول کلاس های سمینار معمولی سخت بود. خیلی ها 5-6 بار تست زدند. اما امتحان خیلی راحت بود، چون هر بلیط 4 سوال داشت. دقیقا از هر تستی که قبلا یاد گرفته و حل شده یکی یکی.

بنابراین، من حتی پیچیدگی های آمادگی برای امتحان در شیمی بیورگانیک را توصیف نمی کنم. در مورد ما، تمام آمادگی ها به نحوه آماده شدن ما برای آزمایشات مربوط می شد. من با اطمینان هر یک از چهار تست را گذراندم - قبل از امتحان، فقط به پیش نویس های خود نگاه کنید، ابتدایی ترین واکنش ها را بنویسید و همه چیز فوراً بازسازی می شود. واقعیت این است که شیمی آلی یک علم بسیار منطقی است. چیزی که باید به خاطر بسپارید رشته های عظیم واکنش ها نیست، بلکه خود مکانیسم هاست.

بله، من توجه دارم که این با همه موارد کار نمی کند. شما نمی توانید آناتومی فوق العاده را با خواندن یادداشت های خود در روز قبل پشت سر بگذارید. تعدادی از موارد دیگر نیز ویژگی های خاص خود را دارند. حتی اگر دانشکده پزشکی شما شیمی بیورگانیک را متفاوت آموزش می دهد، ممکن است لازم باشد آمادگی خود را تنظیم کنید و آن را کمی متفاوت از من انجام دهید. در هر صورت، موفق باشید، علم را درک کنید و دوست داشته باشید!

“ … حوادث شگفت انگیز زیادی وجود داشت،

که اکنون هیچ چیز برای او ممکن به نظر نمی رسید ”

ال. کارول "آلیس در سرزمین عجایب"

شیمی بیورگانیک در مرز بین دو علم توسعه یافت: شیمی و زیست شناسی. در حال حاضر پزشکی و فارماکولوژی به آنها پیوسته است. هر چهار این علوم از روش های مدرن تحقیقات فیزیکی، تحلیل ریاضی و مدل سازی کامپیوتری استفاده می کنند.

در سال 1807م جی.یا. برزلیوسپیشنهاد کرد که موادی مانند روغن زیتون یا شکر که در طبیعت زنده رایج هستند باید نامیده شوند ارگانیک. آلی.

در این زمان، بسیاری از ترکیبات طبیعی از قبل شناخته شده بودند که بعداً به عنوان کربوهیدرات ها، پروتئین ها، لیپیدها و آلکالوئیدها تعریف شدند.

در سال 1812 شیمیدان روسی K.S. Kirchhoffنشاسته را با حرارت دادن با اسید به قند تبدیل می کند که بعدها گلوکز نامیده می شود.

در سال 1820 یک شیمیدان فرانسوی A. براکونووی با درمان پروتئین با ژلاتین ماده گلیسین را بدست آورد که متعلق به دسته ای از ترکیبات است که بعدا برزلیوستحت عنوان آمینو اسید.

تاریخ تولد شیمی آلی را می توان اثری دانست که در سال 1828 منتشر شد اف.ولرا، که اولین کسی بود که ماده ای با منشاء طبیعی را سنتز کرد – اوره- از ترکیب غیر آلی آمونیوم سیانات.

در سال 1825، فیزیکدان فارادیبنزن جدا شده از گازی که برای روشنایی شهر لندن استفاده می شد. وجود بنزن ممکن است شعله های دودی لامپ های لندن را توضیح دهد.

در سال 1842 N.N. زینینسنتز انجام شد z آنیلین,

در سال 1845 A.V. کلبه، شاگرد F. Wöhler، اسید استیک - بدون شک یک ترکیب آلی طبیعی - را از عناصر اولیه (کربن، هیدروژن، اکسیژن) سنتز کرد.

در سال 1854 پی ام برتلوگلیسیرین را با اسید استئاریک گرم کرد و تری استئارین به دست آورد که با ترکیب طبیعی جدا شده از چربی ها یکسان بود. به علاوه P.M. برتلواسیدهای دیگری که از چربی های طبیعی جدا نشده بودند را گرفت و ترکیباتی بسیار شبیه به چربی های طبیعی به دست آورد. با این کار، شیمیدان فرانسوی ثابت کرد که می توان نه تنها آنالوگ های ترکیبات طبیعی، بلکه همچنین موارد جدید، مشابه و در عین حال متفاوت از موارد طبیعی ایجاد کنید.

بسیاری از دستاوردهای عمده در شیمی آلی در نیمه دوم قرن نوزدهم با سنتز و مطالعه مواد طبیعی مرتبط است.

در سال 1861، شیمیدان آلمانی فردریش آگوست ککوله فون استرادونیتز (که در ادبیات علمی همیشه به آن ککوله گفته می شود) کتاب درسی منتشر کرد که در آن شیمی آلی را به عنوان شیمی کربن تعریف کرد.

در دوره 1861-1864. شیمیدان روسی A.M. باتلروف یک نظریه واحد در مورد ساختار ترکیبات آلی ایجاد کرد که امکان انتقال تمام دستاوردهای موجود را به یک پایه علمی واحد فراهم کرد و راه را برای توسعه علم شیمی آلی باز کرد.

در همان دوره، D.I. مندلیف. در سراسر جهان به عنوان دانشمندی که قانون تناوبی تغییرات در خواص عناصر را کشف و فرموله کرد، کتاب درسی "شیمی آلی" را منتشر کرد. ما نسخه دوم آن را در اختیار داریم (تصحیح و گسترش یافته، انتشارات مشارکت «منافع عمومی»، سن پترزبورگ، 1863. 535 ص.)

این دانشمند بزرگ در کتاب خود به وضوح ارتباط بین ترکیبات آلی و فرآیندهای حیاتی را تعریف کرد: ما می‌توانیم بسیاری از فرآیندها و موادی را که توسط ارگانیسم‌ها به‌طور مصنوعی در خارج از بدن تولید می‌شوند، بازتولید کنیم. بنابراین، مواد پروتئینی که در حیوانات تحت تأثیر اکسیژن جذب شده توسط خون از بین می روند، به نمک های آمونیوم، اوره، قند مخاطی، اسید بنزوئیک و سایر موادی که معمولاً از طریق ادرار دفع می شوند، تبدیل می شوند. نتیجه یک نیروی خاص است، اما طبق قوانین عمومی طبیعت رخ می دهد" در آن زمان، شیمی بیورگانیک و بیوشیمی هنوز به عنوان پدیدار نشده بود

جهت های مستقل، در ابتدا آنها متحد شدند شیمی فیزیولوژیکی، اما به تدریج بر اساس همه دستاوردها به دو علم مستقل تبدیل شدند.

علم مطالعات شیمی زیست آلیارتباط بین ساختار مواد آلی و عملکردهای بیولوژیکی آنها، عمدتاً با استفاده از روش‌های شیمی آلی، تحلیلی، شیمی فیزیک و همچنین ریاضیات و فیزیک

وجه تمایز اصلی این موضوع مطالعه فعالیت بیولوژیکی مواد در ارتباط با تجزیه و تحلیل ساختار شیمیایی آنها است.

موضوعات مورد مطالعه شیمی زیست آلی: بیوپلیمرهای طبیعی مهم بیولوژیکی - پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، لیپیدها، مواد با وزن مولکولی کم - ویتامین ها، هورمون ها، مولکول های سیگنال، متابولیت ها - مواد دخیل در متابولیسم انرژی و پلاستیک، داروهای مصنوعی.

وظایف اصلی شیمی بیورگانیک عبارتند از:

1. توسعه روش هایی برای جداسازی و خالص سازی ترکیبات طبیعی، با استفاده از روش های پزشکی برای ارزیابی کیفیت یک دارو (به عنوان مثال، یک هورمون بر اساس میزان فعالیت آن).

2. تعیین ساختار یک ترکیب طبیعی. تمام روش های شیمی استفاده می شود: تعیین وزن مولکولی، هیدرولیز، تجزیه و تحلیل گروه های عاملی، روش های تحقیق نوری.

3. توسعه روش هایی برای سنتز ترکیبات طبیعی.

4. مطالعه وابستگی عمل بیولوژیکی به ساختار.

5. روشن شدن ماهیت فعالیت بیولوژیکی، مکانیسم های مولکولی برهمکنش با ساختارهای مختلف سلولی یا با اجزای آن.

توسعه شیمی بیورگانیک در طول دهه ها با نام دانشمندان روسی همراه است: D.I.Mendeleeva، A.M. Butlerov، N.N. Zinin، N.D. Zelinsky A.N. Belozersky N.A. Preobrazhensky M.M. Shemyakin، Yu.A. اووچینیکوا.

بنیانگذاران شیمی بیورگانیک در خارج از کشور دانشمندانی هستند که اکتشافات عمده زیادی انجام داده اند: ساختار ساختار ثانویه پروتئین ها (L. Pauling)، سنتز کامل کلروفیل، ویتامین B 12 (R. Woodward)، استفاده از آنزیم ها در سنتز مواد آلی پیچیده از جمله ژن (G. Koran) و غیره

در اورال در یکاترینبورگدر زمینه شیمی بیورگانیک از سال 1928 تا 1980. به عنوان رئیس بخش شیمی آلی UPI، آکادمیک I.Ya. Postovsky، که به عنوان یکی از بنیانگذاران در کشور ما در جهت علمی جستجو و سنتز داروها شناخته می شود و نویسنده تعدادی از داروها (سولفونامیدها، ضد تومور، ضد تشعشع، ضد سل) تحقیقات او توسط دانشجویانی که تحت رهبری دانشگاهیان O.N. Chupakhin، V.N. چاروشین در USTU-UPI و در موسسه سنتز آلی به نام. و من. آکادمی علوم روسیه پستوفسکی.

شیمی بیورگانیک ارتباط نزدیکی با وظایف پزشکی دارد و برای مطالعه و درک بیوشیمی، فارماکولوژی، پاتوفیزیولوژی و بهداشت ضروری است. تمام زبان علمی شیمی بیورگانیک، نمادهای اتخاذ شده و روش های استفاده شده هیچ تفاوتی با شیمی آلی که در مدرسه خوانده اید ندارد.