Биоорганска хемија (БОК), нејзиното значење во медицината. Биоорганска хемија за студенти по медицина Цел и цели на академската дисциплина

Хемија- науката за структурата, својствата на супстанциите, нивните трансформации и придружните појави.

Задачи:

1. Проучување на структурата на материјата, развој на теоријата за структурата и својствата на молекулите и материјалите. Важно е да се воспостави врска помеѓу структурата и различните својства на супстанциите и, врз основа на тоа, да се конструираат теории за реактивноста на супстанцијата, кинетиката и механизмот на хемиските реакции и каталитичките појави.

2. Имплементација на таргетирана синтеза на нови супстанции со одредени својства. Тука е исто така важно да се најдат нови реакции и катализатори за поефикасна синтеза на веќе познати и индустриски важни соединенија.

3. Традиционалната задача на хемијата доби посебно значење. Тоа е поврзано и со зголемување на бројот на хемиски предмети и својства што се проучуваат, и со потребата да се утврдат и намалат последиците од влијанието на човекот врз природата.

Хемијата е општа теоретска дисциплина. Тој е дизајниран да им даде на студентите современо научно разбирање за материјата како еден од видовите на подвижна материја, за начините, механизмите и методите на претворање на некои супстанции во други. Познавањето на основните хемиски закони, владеењето на техниките за пресметување на хемијата, разбирањето на можностите што ги дава хемијата со помош на други специјалисти кои работат во нејзините поединечни и тесни области значително го забрзуваат добивањето на посакуваниот резултат во различни области на инженерската и научната дејност.

Хемиската индустрија е една од најважните индустрии во нашата земја. Хемиските соединенија, различни состави и материјали што ги произведува се користат насекаде: во машинството, металургијата, земјоделството, градежништвото, електричната и електронската индустрија, комуникациите, транспортот, вселенската технологија, медицината, секојдневниот живот итн. Главните насоки на развој на модерна хемиска индустрија се: производство на нови соединенија и материјали и зголемување на ефикасноста на постојните индустрии.

ВО медицинско училиштестудентите учат општа, биоорганска, биолошка хемија, како и клиничка биохемија. Знаењето на студентите за комплексот хемиски науки во нивниот континуитет и меѓусебно поврзување дава поголема можност, поголем простор за истражување и практично користење на различни појави, својства и обрасци и придонесува за личен развој.

Специфични карактеристикикои студираат хемиски дисциплини на медицински универзитет се:

· меѓузависност помеѓу целите на хемиски и медицинско образование;

· универзалност и фундаменталност на овие курсеви;

· особеноста на конструирањето на нивната содржина во зависност од природата и општите цели на обуката на лекарот и неговата специјализација;

· единството на проучувањето на хемиските објекти на микро и макро ниво со откривање на различните форми на нивната хемиска организација како единствен систем и различните функции што ги покажува (хемиски, биолошки, биохемиски, физиолошки итн.) во зависност од нивната природата, животната средина и условите;

· зависност од поврзаноста на хемиските знаења и вештини со реалноста и практиката, вклучително и медицинската пракса, во системот „општество - природа - производство - човек“, поради неограничените можности на хемијата во создавањето на синтетички материјали и нивното значење во медицината , развојот на нанохемијата, како и во решавањето на животната средина и многу други глобални проблемичовештвото.

1. Односот помеѓу метаболичките процеси и енергијата во телото

Животните процеси на Земјата во голема мера се детерминирани од акумулацијата на сончевата енергија во хранливи материи - протеини, масти, јаглени хидрати и последователните трансформации на овие супстанции во живите организми со ослободување на енергија. Разбирањето на врската помеѓу хемиските трансформации и енергетските процеси во телото беше особено јасно реализирано после дела од A. Lavoisier (1743-1794) и P. Laplace (1749-1827).Тие со директни калориметриски мерења покажаа дека енергијата што се ослободува во процесот на живот се одредува со оксидација на храната со воздушен кислород што го вдишуваат животните.

Метаболизам и енергија - збир на процеси на трансформација на супстанции и енергија што се случуваат во живите организми и размена на супстанции и енергија помеѓу телото и животната средина. Метаболизмот на материите и енергијата е основа на животот на организмите и е една од најважните специфични карактеристики на живата материја, со што се разликува живото од неживото. Во метаболизмот, или метаболизмот, обезбеден со најкомплексната регулација на различни нивоа, вклучени се многу ензимски системи. За време на метаболичкиот процес, супстанциите што влегуваат во телото се претвораат во супстанции на ткивата и во финални производи што се излачуваат од телото. За време на овие трансформации, енергијата се ослободува и се апсорбира.

Со развојот во XIX-XX век. термодинамика - наука за интерконверзија на топлина и енергија - стана возможно квантитативно да се пресмета трансформацијата на енергијата во биохемиските реакции и да се предвиди нивната насока.

Размената на енергија може да се изврши со пренос на топлина или вршење на работа. Сепак, живите организми не се во рамнотежа со нивната околина и затоа можат да се наречат нерамнотежни отворени системи. Меѓутоа, кога се набљудува во одреден временски период, нема видливи промени во хемискиот состав на телото. Но, тоа не значи дека хемиски супстанции, што го сочинуваат телото, не подлежат на никакви трансформации. Напротив, тие постојано и доста интензивно се обновуваат, што може да се процени по стапката на инкорпорирање на стабилни изотопи и радионуклиди во сложените материи на телото, внесени во клетката во составот на повеќе едноставни материи- претходници.

Постои една работа помеѓу метаболизмот и енергетскиот метаболизам фундаментална разлика. Земјата не губи или добива значајна количина материја. Материјата во биосферата се разменува во затворен циклус итн. се користи постојано. Размената на енергија се врши поинаку. Не циркулира во затворен циклус, туку делумно се дисперзира во надворешниот простор. Затоа, за да се одржи животот на Земјата, неопходен е постојан проток на енергија од Сонцето. За 1 година во процес на фотосинтеза на глобусапсорбира околу 10 21 изметсончева енергија. Иако претставува само 0,02% од вкупната енергија на Сонцето, таа е неизмерно повеќе од енергијата што ја користат сите вештачки машини. Количината на супстанцијата што учествува во циркулацијата е подеднакво голема.

2. Хемиска термодинамика како теоретска основабиоенергија. Предмет и методи на хемиска термодинамика

Хемиска термодинамикаги проучува премините на хемиската енергија во други форми - топлинска, електрична и сл., ги утврдува квантитативните закони на овие премини, како и насоката и границите на спонтано појавување на хемиски реакции во дадени услови.

Термодинамичкиот метод се заснова на голем број строги концепти: „систем“, „состојба на системот“, „внатрешна енергија на системот“, „состојба на функцијата на системот“.

Објектстудирањето термодинамика е систем

Истиот систем може да биде во различни состојби. Секоја состојба на системот се карактеризира со одреден сет на вредности на термодинамички параметри. Термодинамичките параметри вклучуваат температура, притисок, густина, концентрација итн. Промената на барем еден термодинамички параметар води до промена на состојбата на системот како целина. Термодинамичката состојба на системот се нарекува рамнотежа ако се карактеризира со постојаност на термодинамичките параметри во сите точки на системот и не се менува спонтано (без трошење на работа).

Хемиската термодинамика проучува систем во две рамнотежни состојби (конечна и почетна) и врз основа на тоа ја одредува можноста (или неможноста) на спонтан процес во дадени услови во одредена насока.

Термодинамика студиимеѓусебни трансформации разни видовиенергии поврзани со пренос на енергија помеѓу телата во форма на топлина и работа. Термодинамиката се заснова на два основни закони, наречени прв и втор закон на термодинамиката. Предмет на проучувањево термодинамиката е енергијата и законите на меѓусебните трансформации на енергетските форми при хемиски реакции, процеси на растворање, испарување, кристализација.

Хемиска термодинамика - дел физичка хемија, проучувајќи ги процесите на интеракција на супстанциите користејќи термодинамички методи.
Главните насоки на хемиската термодинамика се:
Класична хемиска термодинамика, која ја проучува термодинамичката рамнотежа воопшто.
Термохемија, која ги проучува топлинските ефекти што ги придружуваат хемиските реакции.
Теоријата на решенија, која ги моделира термодинамичките својства на супстанцијата врз основа на идеи за молекуларната структура и податоци за меѓумолекуларните интеракции.
Хемиската термодинамика е тесно поврзана со таквите гранки на хемијата како аналитичката хемија; електрохемија; колоидна хемија; адсорпција и хроматографија.
Развојот на хемиската термодинамика се одвиваше истовремено на два начина: термохемиски и термодинамички.
Појавата на термохемијата како независна наука треба да се смета за откритието на Херман Иванович Хес, професор на Универзитетот во Санкт Петербург, за врската помеѓу топлинските ефекти на хемиските реакции -- Хесовите закони.

3. Термодинамички системи: изолирани, затворени, отворени, хомогени, хетерогени. Концептот на фаза.

Систем- ова е збирка на супстанции кои дејствуваат, ментално или всушност изолирани од околината (епрувета, автоклав).

Хемиската термодинамика ги разгледува транзициите од една во друга состојба, додека некои може да се променат или да останат константни. опции:

· изобарски– при постојан притисок;

· изохорична– со постојан волумен;

· изотермална- на постојана температура;

· изобарична - изотермална– при постојан притисок и температура итн.

Термодинамичките својства на системот може да се изразат со користење на неколку функции на системската состојба, повикан карактеристични функции: внатрешна енергијаU , енталпија Х , ентропија С , Гибсовата енергија Г , Хелмхолц енергија Ф . Карактеристичните функции имаат една карактеристика: тие не зависат од методот (патот) на постигнување на дадена состојба на системот. Нивната вредност се одредува според параметрите на системот (притисок, температура и сл.) и зависи од количината или масата на супстанцијата, па затоа е вообичаено да се упатуваат на еден мол од супстанцијата.

Според методот на пренос на енергија, материја и информациипомеѓу системот што се разгледува и околината, термодинамичките системи се класифицираат:

1. Затворен (изолиран) систем- ова е систем во кој нема размена на енергија, материја (вклучувајќи зрачење) или информации со надворешни тела.

2. Затворен систем- систем во кој има размена само со енергија.

3. Адијабатски изолиран систем -Ова е систем во кој има размена на енергија само во форма на топлина.

4. Отворен системе систем кој разменува енергија, материја и информации.

Системска класификација:
1) ако е возможен пренос на топлина и маса: изолиран, затворен, отворен. Изолираниот систем не разменува ниту материја ниту енергија со околината. Затворениот систем разменува енергија со околината, но не разменува материја. Отворениот систем разменува и материја и енергија со својата околина. Концепт изолиран системсе користи во физичката хемија како теоретски.
2) по внатрешна структура и својства: хомогени и хетерогени. Системот се нарекува хомоген, внатре во кој нема површини кои го делат системот на делови кои се разликуваат по својства или хемиски состав. Примери за хомогени системи се водени раствори на киселини, бази и соли; гасни мешавини; индивидуална чисти материи. Хетерогени системи содржат природни површини во нив. Примери за хетерогени системи се системи кои се состојат од супстанции кои се разликуваат во нивната состојба на агрегација: метал и киселина, гас и цврста, две течности нерастворливи една во друга.
Фазае хомоген дел од хетероген систем, има ист состав, физички и Хемиски својства, одвоени од другите делови на системот со површина, при минување низ која особините на системот нагло се менуваат. Фазите се цврсти, течни и гасовити. Хомоген систем секогаш се состои од една фаза, хетероген - од неколку. Според бројот на фази, системите се класифицираат на еднофазни, двофазни, трифазни итн.

5. Првиот закон на термодинамиката. Внатрешна енергија. Изобарични и изохорични термички ефекти .

Првиот закон на термодинамиката- еден од трите основни закони на термодинамиката, го претставува законот за зачувување на енергијата за термодинамичките системи.

Првиот закон на термодинамиката беше формулиран во средината на 19 век како резултат на работата на германскиот научник Ј. Р. Мајер, англискиот физичар Ј. П. Џоул и германскиот физичар Г. Хелмхолц.

Според првиот закон на термодинамиката, термодинамички системможе да се обврзе работи само поради неговата внатрешна енергија или какви било надворешни извори на енергија .

Првиот закон на термодинамиката често се формулира како неможност за постоење на машина за постојано движење од прв вид, која би работела без да црпи енергија од кој било извор. Процесот што се случува на константна температура се нарекува изотермалнапри постојан притисок - изобарски, со постојан волумен - изохорична.Ако во текот на еден процес системот е изолиран од надворешното опкружување на таков начин што е исклучена размената на топлина со околината, процесот се нарекува адијабатски.

Внатрешна енергија на системот.Кога системот преминува од една во друга состојба, некои од неговите својства се менуваат, особено внатрешната енергија У.

Внатрешната енергија на системот е неговата вкупна енергија, која се состои од кинетичка и потенцијална енергија на молекулите, атомите, атомските јадра и електроните. Внатрешната енергија вклучува енергија на транслаторна, ротациона и осцилаторни движења, како и потенцијалната енергија поради силите на привлекување и одбивност кои делуваат помеѓу молекулите, атомите и интраатомските честички. Не ја вклучува потенцијалната енергија на положбата на системот во просторот и кинетичката енергија на движењето на системот како целина.

Внатрешната енергија е термодинамичка функција на состојбата на системот. Ова значи дека секогаш кога системот ќе се најде во дадена состојба, неговата внатрешна енергија добива одредена вредност својствена за оваа состојба.

∆U = U 2 - U 1

каде U 1 и U 2 се внатрешната енергија на системот Вконечни и почетни состојби, соодветно.

Првиот закон на термодинамиката.Ако системот размени топлинска енергија Q и механичка енергија (работа) А со надворешната средина, а во исто време премине од состојба 1 во состојба 2, количината на енергија што се ослободува или апсорбира од системот на форми на топлина Q или работата А е еднаква на вкупна енергијасистем за време на преминот од една во друга состојба и се евидентира.

БИООРГАНСКА ХЕМИЈА ја проучува врската помеѓу структурата на органските материи и нивните биолошки функции, користејќи главно методи на органска и физичка хемија, како и физика и математика. Биоорганска хемијацелосно ја покрива хемијата на природните соединенија и делумно се преклопува со биохемијата и молекуларна биологија. Предметите на неговото проучување се биолошки важни природни соединенија - главно биополимери (протеини, нуклеински киселини, полисахариди и мешани биополимери) и нискомолекуларни биолошки активни супстанции - витамини, хормони, антибиотици, токсини итн., како и синтетички аналози на природни соединенија, лекови, пестициди итн.

Биоорганската хемија се појави како независно поле во втората половина на 20 век на пресекот на биохемијата и органската хемија заснована на традиционалната хемија на природните соединенија. Неговото формирање е поврзано со имињата на Л. Полинг (откривање на α-спиралата и β-структурата како главни елементи на просторната структура на полипептидниот синџир во протеините), А. Тод (појаснување хемиска структурануклеотиди и првата синтеза на динуклеотид), F. Sanger (развој на метод за одредување на аминокиселинската низа во протеините и нејзино користење за дешифрирање на примарната структура на инсулинот), V. Du Vigneault (изолација, воспоставување на структурата и хемиска синтеза на пептидни хормони - окситоцин и вазопресин), D. Barton и V. Prelog (конформациона анализа), R. Woodward (целосна хемиска синтеза на многу сложени природни соединенија, вклучувајќи резерпин, хлорофил, витамин Б 12) итн.; Во СССР, делата на НД Зелински, А.Н. Особено, тој започна да работи (подоцна широко развиен) на проучување на циклични депсипептиди кои вршат функција на јонофори. Водач на домашната биоорганска хемија во 1970-80-тите беше Ју.А. Овчиников, под чие раководство беше воспоставена структурата на десетици протеини, вклучувајќи мембрански протеини (за прв пат) - бактериородопсин и говедски визуелен родопсин.

Главните области на биоорганската хемија вклучуваат:

1. Развој на методи за изолација и прочистување на природни соединенија. Во исто време, за да се контролира степенот на прочистување, често се користи специфичната биолошка функција на супстанцијата што се проучува (на пример, чистотата на антибиотикот се контролира со неговата антимикробна активност, на хормонот со неговиот ефект врз одредена биолошка процес, и така натаму). При одвојување на сложени природни мешавини, често се користат методи на течна хроматографија и електрофореза со високи перформанси. Од крајот на 20 век, наместо да се бараат и изолираат поединечни компоненти, се спроведува целосен скрининг на биолошки примероци за максимален можен број на компоненти од одредена класа на соединенија (види Proteomics).

2. Определување на структурата на супстанциите што се проучуваат. Структурата се подразбира не само како воспоставување на природата и редоследот на врските на атомите во молекулата, туку и нивниот просторен распоред. За ова се користат различни методи, пред се хемиски (хидролиза, оксидативно расцепување, третман со специфични реагенси), кои овозможуваат да се добијат поедноставни супстанции со позната структура, од кои се реконструира структурата на првобитната материја. Автоматските уреди се широко користени за брзо решавање на стандардни проблеми, особено во хемијата на протеините и нуклеинските киселини: анализатори за квантитативно определување на составот на аминокиселините и нуклеотидите и секвенционери за одредување на низата на амино киселински остатоци во протеините и нуклеотидите во нуклеинските киселини. Важна улога во проучувањето на структурата на биополимерите играат ензимите, особено оние кои специфично ги расцепуваат на строго дефинирани врски (на пример, протеинази кои ги катализираат реакциите на расцепување на пептидните врски кај остатоците од глутаминска киселина, пролин, аргинин и лизин, или рестриктивни ензими кои специфично ги расцепуваат фосфодиестерските врски во полинуклеотидите). Информациите за структурата на природните соединенија се добиваат и со помош на методи на физичко истражување - главно масена спектрометрија, нуклеарна магнетна резонанца и оптичка спектроскопија. Зголемувањето на ефикасноста на хемиските и физичките методи се постигнува преку истовремена анализа на не само природни соединенија, туку и нивни деривати кои содржат карактеристични, специјално внесени групи и означени атоми (на пример, со одгледување бактерии - производители на одредено соединение на медиум кој содржи прекурсори на ова соединение, збогатени стабилни или радиоактивни изотопи). Веродостојноста на податоците добиени од проучувањето на сложените протеини значително се зголемува со истовремено проучување на структурата на соодветните гени. Просторна структурамолекулите и нивните аналози во кристална состојба се проучуваат со анализа на рендгенска дифракција. Резолуцијата во некои случаи достигнува вредности помали од 0,1 nm. За решенија, најинформативен метод е NMR во комбинација со теоретска конформациска анализа. Дополнителни информации се обезбедени со методите на оптичка спектрална анализа (електронски и флуоресцентни спектри, спектри на кружен дихроизам итн.).

3. Синтеза и на самите природни соединенија и на нивните аналози. Во многу случаи, хемиската или хемиско-ензимската синтеза е единствениот начин да се добие саканата супстанција во големи (препаративни) количини. За релативно едноставни нискомолекуларни соединенија, контра синтезата служи како важен критериум за исправноста на претходно одредената структура. Создадени се автоматски синтисајзери на протеини и полинуклеотиди кои можат значително да го намалат времето на синтеза; со нивна помош, синтетизирани се голем број на протеини и полинуклеотиди кои содржат неколку стотици мономерни единици. Хемиска синтеза- главен метод за добивање лекови од неприродно потекло. Во случај на природни супстанции, тој често ја надополнува или се натпреварува со биосинтезата.

4. Воспоставување на клеточна и молекуларна цел кон која биолошки е насочено дејството активна супстанција, разјаснување на хемискиот механизам на неговата интеракција со жива клетка и нејзините компоненти. Разбирањето на молекуларниот механизам на дејство е неопходно за продуктивна употреба на биомолекули, со нивната често екстремно висока активност (на пример, токсини), како алатки за проучување на биолошките системи; служи како основа за насочена синтеза на нови, практично важни супстанции со однапред одредени својства. Во голем број случаи (на пример, кога се проучуваат пептиди кои влијаат на активноста нервен систем) супстанциите добиени на овој начин имаат значително зголемена активност, во споредба со оригиналниот природен прототип, променет во посакуваната насока.

Биоорганската хемија е тесно поврзана со растворот практични проблемимедицина и Земјоделство(добивање витамини, хормони, антибиотици и други лекови, стимуланси за раст на растенијата, регулатори на однесувањето на животните, вклучително и инсекти), хемиска, прехранбена и микробиолошка индустрија. Како резултат на комбинацијата на методи на биоорганска хемија и генетски инженеринг, стана возможно практично да се реши проблемот со индустриското производство на сложени, биолошки важни супстанции од протеинско-пептидна природа, вклучително и такви високомолекуларни супстанции како човечки инсулин, α. -, β- и γ-интерферони и човечки хормон за раст.

Лит.: Дугас Г., Пени К. Биоорганска хемија. М., 1983; Ovchinnikov Yu. A. Биоорганска хемија. М., 1996 година.

“ … Имаше толку многу неверојатни инциденти,

Дека ништо не и се чинеше воопшто можно сега ”

Л. Керол „Алиса во земјата на чудата“

Биоорганската хемија се развила на границата меѓу две науки: хемијата и биологијата. Во моментов им се придружија медицината и фармакологијата. Сите овие четири науки користат современи методифизичко истражување, математичка анализаи компјутерско моделирање.

Во 1807 г Џ.Ја. Берзелиуспредложи да се повикаат супстанции како маслиново масло или шеќер, кои се вообичаени во живата природа органски.

Во тоа време, многу природни соединенија веќе беа познати, кои подоцна почнаа да се дефинираат како јаглени хидрати, протеини, липиди и алкалоиди.

Во 1812 година, руски хемичар К.С. Кирхофго претвора скробот со загревање со киселина во шеќер, подоцна наречен гликоза.

Во 1820 година, француски хемичар А. Браконо, со третирање на протеинот со желатин, ја добил супстанцијата глицин, која спаѓа во класа на соединенија кои подоцна Берзелиусименуван амино киселини.

Датумот на раѓање на органската хемија може да се смета за дело објавено во 1828 година Ф. Велера, кој прв синтетизирал супстанца од природно потекло – уреа- од неорганското соединение амониум цијанат.

Во 1825 година, физичарот Фарадејизолиран бензен од гас што се користел за осветлување на градот Лондон. Присуството на бензен може да го објасни зачадениот пламен на лондонските светилки.

Во 1842 г Н.Н. Зининспроведена синте z анилин,

Во 1845 година А.В. Колбе, ученик на Ф. Волер, синтетизирал оцетна киселина - несомнено природно органско соединение - од почетните елементи (јаглерод, водород, кислород)

Во 1854 г П.М. Бертлотзагреан глицерин со стеаринска киселина и добиен тристеарин, кој се покажа дека е идентичен со природното соединение изолирано од масти. Понатаму П.М. Бертелотземал други киселини кои не биле изолирани од природните масти и добил соединенија многу слични на природните масти. Со ова францускиот хемичар докажа дека е можно да се добијат не само аналози на природни соединенија, туку и создаваат нови, слични и во исто време различни од природните.

Многу големи достигнувања во органската хемија во втората половина на 19 век се поврзани со синтезата и проучувањето на природните материи.

Во 1861 година, германскиот хемичар Фридрих Август Кекуле фон Страдониц (во научната литература секогаш се нарекува едноставно Кекуле) објави учебник во кој ја дефинира органската хемија како хемија на јаглеродот.

Во периодот 1861-1864 г. Рускиот хемичар А.М. Батлеров создаде унифицирана теорија за структурата на органските соединенија, што овозможи да се пренесат сите постоечки достигнувања на еден научна основаи го отвори патот за развој на науката за органска хемија.

Во истиот период, Д.И.Менделеев. познат во целиот свет како научник кој открил и формулирал периодичен законпромени во својствата на елементите, го објави учебникот „Органска хемија“. Го имаме на располагање неговото второ издание (поправено и проширено, Публикација на Партнерството „Јавна корист“, Санкт Петербург, 1863 година. 535 стр.)

Во својата книга, големиот научник јасно ја дефинираше врската помеѓу органските соединенија и виталните процеси: „Можеме да репродуцираме многу од процесите и супстанциите што ги произведуваат организмите вештачки, надвор од телото. Така, протеинските материи, уништени кај животните под влијание на кислородот апсорбиран од крвта, се претвораат во амониумови соли, уреа, слуз шеќер, бензоева киселина и други супстанции кои обично се излачуваат во урината... Земено посебно, секоја витална појава не е резултат на некоја посебна сила, но се прави од општи закониприродата" Во тоа време, биоорганската хемија и биохемијата сè уште не се појавија како

независни насоки, на почетокот тие беа обединети физиолошка хемија, но постепено тие прераснаа врз основа на сите достигнувања во две самостојни науки.

Науката за биоорганска хемија студииврска помеѓу структурата на органските материи и нивните биолошки функции, користејќи главно методи на органска, аналитичка, физичка хемија, како и математика и физика

Главната карактеристика на оваа тема е проучувањето на биолошката активност на супстанциите во врска со анализата на нивната хемиска структура

Предмети на проучување на биоорганската хемија: биолошки важни природни биополимери - протеини, нуклеински киселини, липиди, супстанции со ниска молекуларна тежина - витамини, хормони, сигнални молекули, метаболити - супстанции вклучени во енергетскиот и пластичен метаболизам, синтетички дроги.

Главните задачи на биоорганската хемија вклучуваат:

1. Развој на методи за изолирање и прочистување на природните соединенија, користејќи медицински методи за проценка на квалитетот на лекот (на пример, хормон врз основа на степенот на неговата активност);

2. Определување на структурата на природно соединение. Се користат сите методи на хемијата: определување на молекуларна тежина, хидролиза, анализа на функционални групи, оптички методи на истражување;

3. Развој на методи за синтеза на природни соединенија;

4. Проучување на зависноста на биолошкото дејство од структурата;

5. Појаснување на природата на биолошката активност, молекуларните механизми на интеракција со различни клеточни структури или со неговите компоненти.

Развојот на биоорганската хемија во текот на децениите е поврзан со имињата на руските научници:Д.И.Менделева, А.М. Батлеров, Н.Н.Зинин, Н.Д.Зелински А.Н.Белозерски Н.А.Преображенски М.М.М.Шемјакин, Ју.А. Овчиникова.

Основачите на биоорганската хемија во странство се научници кои направиле многу големи откритија: структурата на секундарната структура на протеините (Л. Полинг), целосната синтеза на хлорофилот, витаминот Б 12 (Р. Вудворд), употребата на ензими во синтеза на сложени органски материи. вклучувајќи го и генот (Г. Куран) и други

На Урал во Екатеринбургво областа на биоорганската хемија од 1928 до 1980 г. работеше како раководител на одделот за органска хемија на УПИ, академик И.Ја.Постовски, познат како еден од основачите во нашата земја на научната насока за пребарување и синтеза на лекови и автор на голем број лекови (сулфонамиди, антитуморно, анти-зрачење, анти-туберкулоза).Неговото истражување го продолжуваат студенти кои работат под водство на академиците О.Н.Чупахин, В.Н. Чарушин во USTU-UPI и во Институтот за органска синтеза по име. И ЈАС. Постовски Руска академија Sci.

Биоорганската хемија е тесно поврзана со задачите на медицината и е неопходна за проучување и разбирање на биохемијата, фармакологијата, патофизиологијата и хигиената. Сите научен јазикбиоорганска хемија, усвоената нотација и користените методи не се разликуваат од органската хемија што сте ја учеле во училиште

Биоорганската хемија е наука која ги проучува структурата и својствата на супстанциите вклучени во животните процеси во директна врска со знаењето за нивните биолошки функции.

Биоорганската хемија е наука која ја проучува структурата и реактивноста на биолошки значајните соединенија. Предмет на биоорганска хемија се биополимерите и биорегулаторите и нивните структурни елементи.

Биополимерите вклучуваат протеини, полисахариди (јаглехидрати) и нуклеински киселини. Оваа група вклучува и липиди, кои не се BMCs, но обично се поврзани со други биополимери во телото.

Биорегулаторите се соединенија кои хемиски го регулираат метаболизмот. Тие вклучуваат витамини, хормони и многу синтетички соединенија, вклучително и лековити супстанции.

Биоорганската хемија се заснова на идеите и методите на органската хемија.

Без знаење општи обрасциорганска хемија, тешко е да се проучува биоорганска хемија. Биоорганската хемија е тесно поврзана со биологијата, биолошка хемија, медицинска физика.

Множеството реакции што се случуваат во услови на еден организам се нарекува метаболизмот.

Супстанциите формирани за време на метаболизмот се нарекуваат - метаболити.

Метаболизмот има две насоки:

Катаболизмот е реакција на разградување на сложените молекули на поедноставни.

Анаболизмот е процес на синтеза на сложени молекули од поедноставни супстанции со користење на енергија.

Терминот биосинтеза се применува на хемиска реакција IN VIVO (во телото), IN VITRO (надвор од телото)

Постојат антиметаболити - конкуренти на метаболити во биохемиските реакции.

Конјугацијата како фактор за зголемување на стабилноста на молекулите. Меѓусебно влијание на атомите во молекулите на органските соединенија и методи на негово пренесување

Преглед на предавање:

Спарување и неговите типови:

стр, стр - спарување,

r,p - конјугација.

Енергија на конјугација.

Споени системи со отворено коло.

Витамин А, каротини.

Конјугација во радикали и јони.

Споени системи со затворено коло. Ароматичноста, критериумите на ароматичноста, хетероцикличните ароматични соединенија.

Ковалентна врска: неполарна и поларна.

Индуктивни и мезомерски ефекти. ЕА и ЕД се замени.

Главниот тип на хемиски врски во органската хемија се ковалентни врски. Во органските молекули, атомите се поврзани со s и p врски.

Атомите во молекулите на органските соединенија се поврзани со ковалентни врски, кои се нарекуваат s и p врски.

Единечна s - врска во SP 3 - хибридизирана состојба се карактеризира со l - должина (C-C 0,154 nm), Е-енергија (83 kcal/mol), поларитет и поларизација. На пример:

Двојна врска е карактеристична за незаситените соединенија, во кои покрај централната s-врска, има и преклопување нормално на s-врската, што се нарекува π-врска).

Двојните врски се локализирани, односно густината на електроните покрива само 2 јадра од врзаните атоми.

Најчесто јас и ти ќе се занимаваме конјугиранисистеми. Ако двојните врски се менуваат со единечни врски (и во општ случај, атом поврзан со двојна врска има р-орбитала, тогаш р-орбиталите на соседните атоми може да се преклопуваат едни со други, формирајќи заеднички p-електронски систем). Таквите системи се нарекуваат конјугирана или делокализирана . На пример: бутадиен-1,3

p, p - конјугирани системи

Сите атоми во бутадиенот се во SP 2 хибридизирана состојба и лежат во иста рамнина (Pz не е хибридна орбитала). Рz – орбиталите се паралелни една со друга. Ова создава услови за нивно меѓусебно преклопување. Преклопувањето на орбиталата Pz се јавува помеѓу C-1 и C-2 и C-3 и C-4, како и помеѓу C-2 и C-3, односно се јавува делокализиранковалентна врска. Ова се рефлектира во промените во должината на врските во молекулата. Должината на врската помеѓу C-1 и C-2 е зголемена, а помеѓу C-2 и C-3 е скратена, во споредба со една врска.

l-C -С, 154 nm l С=С 0,134 nm

l С-N 1,147 nm l С =O 0,121 nm

r, p - спарување

Пример за p, π конјугиран систем е пептидна врска.

r, p - конјугирани системи

Двојната врска C=0 е проширена на 0,124 nm во споредба со вообичаената должина од 0,121, а врската C-N станува пократка и станува 0,132 nm во споредба со 0,147 nm во нормалниот случај. Односно, процесот на делокализација на електроните доведува до изедначување на должините на врските и намалување на внатрешната енергија на молекулата. Сепак, ρ, p – конјугација се јавува во ациклични соединенија, не само кога наизменично = поврзување со единечни врски C-C, туку и кога се менува со хетероатом:

Во близина на двојната врска може да се наоѓа X атом со слободна p-орбитала. Најчесто тоа се O, N, S хетероатоми и нивните p-орбитали кои комуницираат со p-врски, формирајќи p, p-конјугација.

На пример:

CH 2 = CH – O – CH = CH 2

Конјугација може да се случи не само во неутрални молекули, туку и во радикали и јони:

Врз основа на горенаведеното, во отворените системи, спарувањето се случува под следниве услови:

Сите атоми кои учествуваат во конјугираниот систем се во SP 2 - хибридизирана состојба.

Pz - орбиталите на сите атоми се нормални на рамнината на скелетот s, односно паралелни едни на други.

Кога се формира конјугиран повеќецентрален систем, должините на врската се изедначуваат. Тука нема „чисти“ единечни и двојни врски.

Делокализацијата на p-електроните во конјугиран систем е придружена со ослободување на енергија. Системот се движи на пониско ниво на енергија, станува постабилен, постабилен. Така, формирањето на конјугиран систем во случај на бутадиен - 1,3 доведува до ослободување на енергија во количина од 15 kJ/mol. Поради конјугацијата се зголемува стабилноста на јонските радикали од алиличен тип и нивната распространетост во природата.

Колку е подолг синџирот на конјугација, толку е поголемо ослободувањето на енергијата на неговото формирање.

Овој феномен е доста распространет кај биолошки важните соединенија. На пример:

Постојано ќе се среќаваме со прашања за термодинамичка стабилност на молекулите, јоните и радикалите во текот на биоорганската хемија, која вклучува голем број на јони и молекули широко распространети во природата. На пример:

Споени системи со затворен циклус

Ароматичноста. Во цикличните молекули, под одредени услови, може да се појави конјугиран систем. Пример за p, p - конјугиран систем е бензен, каде што p - електронскиот облак покрива атоми на јаглерод, таков систем се нарекува - ароматични.

Добивката на енергија поради конјугација во бензенот е 150,6 kJ/mol. Затоа, бензенот е термички стабилен до температура од 900 o C.

Присуството на затворен електронски прстен е докажано со помош на NMR. Ако молекулата на бензен се смести во надворешно магнетно поле, се јавува индуктивна прстенеста струја.

Така, критериумот за ароматичноста формулиран од Хакел е:

молекулата има циклична структура;

сите атоми се во SP 2 – хибридизирана состојба;

постои делокализирана стр - електронски систем, кој содржи 4n + 2 електрони, каде што n е бројот на циклуси.

На пример:

Посебно место во биоорганската хемија зазема прашањето ароматичноста на хетероцикличните соединенија.

Во цикличните молекули кои содржат хетероатоми (азот, сулфур, кислород), се формира единствен p-електронски облак со учество на p-орбитали на јаглеродни атоми и хетероатом.

Петчлени хетероциклични соединенија

Ароматичниот систем е формиран од интеракцијата на 4 p-орбитали C и една орбитала на хетероатом, кој има 2 електрони. Шест p електрони го формираат ароматичниот скелет. Таквиот конјугиран систем е електронски вишок. Во пирол, атомот N е во SP 2 хибридирана состојба.

Пиролот е дел од многу биолошки важни супстанции. Четири пиролски прстени формираат порфин, ароматичен систем со 26 p - електрони и висока енергија на конјугација (840 kJ/mol)

Порфинската структура е дел од хемоглобинот и хлорофилот

Шестчлени хетероциклични соединенија

Ароматичниот систем во молекулите на овие соединенија се формира со интеракција на пет р-орбитали на јаглеродни атоми и една р-орбитала на атом на азот. Два електрони во две орбитали SP 2 се вклучени во формирањето на s - врски со јаглеродните атоми на прстенот. Орбиталата P со еден електрон е вклучена во ароматичниот скелет. SP 2 - орбитала со осамен пар електрони лежи во рамнината на скелетот s.

Густината на електроните во пиримидин е поместена кон N, односно системот е осиромашен од p - електрони, има дефицит на електрони.

Многу хетероциклични соединенија може да содржат еден или повеќе хетероатоми

Пирол, пиримидин и пурински јадра се дел од многу биолошки активни молекули.

Меѓусебно влијание на атомите во молекулите на органските соединенија и методи на негово пренесување

Како што веќе беше забележано, врските во молекулите на органските соединенија се изведуваат поради s и p врските; густината на електроните е рамномерно распределена помеѓу врзаните атоми само кога овие атоми се исти или блиски по електронегативност. Таквите врски се нарекуваат неполарна.

CH 3 -CH 2 → CI поларна врска

Почесто во органската хемија се занимаваме со поларни врски.

Ако густината на електронот е поместена кон поелектронегативен атом, тогаш таквата врска се нарекува поларна. Врз основа на вредностите на енергијата на врската, американскиот хемичар Л. Полинг предложи квантитативна карактеристика на електронегативноста на атомите. Подолу е скалата на Полинг.

Na Li H S C J Br Cl N O F

0,9 1,0 2,1 2,52,5 2,5 2,8 3,0 3,0 3,5 4,0

Атомите на јаглеродот во различни состојби на хибридизација се разликуваат по електронегативност. Затоа, s - врската помеѓу SP 3 и SP 2 хибридизираните атоми - е поларна

Индуктивен ефект

Трансферот на густината на електроните преку механизмот на електростатска индукција по синџир на s-врски се нарекува со индукција, ефектот се нарекува индуктивени се означува со J. Ефектот на J, по правило, се намалува преку три врски, но блиските атоми доживуваат прилично силно влијание на блискиот дипол.

Супституентите кои ја поместуваат густината на електроните долж синџирот на s-врска во нивната насока покажуваат -J – ефект и обратно +J ефект.

Изолирана p-врска, како и еден p-електронски облак од отворен или затворен конјугиран систем, лесно може да се поларизираат под влијание на EA и ED супституентите. Во овие случаи, индуктивниот ефект се пренесува на p-врската, затоа означена со Jp.

Мезомерен ефект (ефект на конјугација)

Прераспределбата на густината на електроните во конјугиран систем под влијание на супституент кој е член на овој конјугиран систем се нарекува мезомерен ефект(М-ефект).

За да може супституентот да биде дел од конјугиран систем, тој мора да има или двојна врска (p,p конјугација) или хетероатом со осамен пар електрони (r,p конјугација). М – ефектот се пренесува преку споениот систем без слабеење.

Супституентите кои ја намалуваат густината на електроните во конјугиран систем (поместена густина на електрони во неговата насока) покажуваат -M ефект, а супституентите кои ја зголемуваат густината на електроните во конјугиран систем покажуваат +M ефект.

Електронски ефекти на супституентите

Реактивноста на органските супстанции во голема мера зависи од природата на ефектите J и M. Познавањето на теоретските можности на електронските ефекти ни овозможува да го предвидиме текот на одредени хемиски процеси.

Киселинско-базни својства на органски соединенија Класификација на органски реакции.

Преглед на предавање

Концептот на супстрат, нуклеофил, електрофил.

Класификација на органски реакции.

реверзибилна и неповратна

радикален, електрофилен, нуклеофилен, синхрон.

моно- и бимолекуларни

реакции на замена

реакции на додавање

реакции на елиминација

оксидација и редукција

киселинско-базни интеракции

Реакциите се региоселективни, хемоселективни, стереоселективни.

Електрофилни реакции на додавање. Владеење на Морковников, анти-Морковников пристапување.

Електрофилни реакции на супституција: ориентанти од 1 и 2 вид.

Киселинско-базните својства на органските соединенија.

Бронстирана киселост и базичност

Луис киселост и базичност

Теорија на тврди и меки киселини и бази.

Класификација на органски реакции

Систематизацијата на органските реакции овозможува да се намали разновидноста на овие реакции на релативно мала голем бројтипови. Органските реакции може да се класифицираат:

кон: реверзибилна и неповратна

по природата на промените во врските во подлогата и реагенсот.

Подлога– молекула која обезбедува јаглероден атом за да формира нова врска

Реагенс- соединение кое делува на подлогата.

Реакциите врз основа на природата на промените во врските во подлогата и реагенсот може да се поделат на:

радикалниот Р

електрофилна Е

нуклеофилен N(Y)

синхрони или координирани

Механизам на SR реакции

Иницијација

Растење на синџирот

Отворено коло

КЛАСИФИКАЦИЈА ПО ФИНАЛЕН РЕЗУЛТАТ

Соодветноста со конечниот резултат од реакцијата е:

А) реакции на супституција

Б) реакции на додавање

Б) реакции на елиминација

Г) прегрупации

Г) оксидација и редукција

Д) киселинско-базни интеракции

Се случуваат и реакции:

Региоселективен– по можност да тече низ еден од неколкуте реакциони центри.

Хемоселективен– преференцијална реакција за една од поврзаните функционални групи.

Стереоселективен– преференцијално формирање на еден од неколкуте стереоизомери.

Реактивност на алкени, алкани, алкадиени, арени и хетероциклични соединенија

Основата на органските соединенија се јаглеводородите. Ќе ги разгледаме само оние реакции извршени под биолошки услови и, соодветно, не со самите јаглеводороди, туку со учество на јаглеводородни радикали.

Незаситените јаглеводороди вклучуваат алкени, алкадиени, алкини, циклоалкени и ароматични јаглеводороди. Обединувачкиот принцип за нив е π – електронскиот облак. Под динамички услови, органските соединенија, исто така, имаат тенденција да бидат нападнати од Е+

Сепак, реакциите на интеракција на алкините и арените со реагенсите доведуваат до различни резултати, бидејќи кај овие соединенија природата на π - електронскиот облак е различна: локализирана и делокализирана.

Ќе го започнеме нашето разгледување на механизмите на реакција со реакциите A E. Како што знаеме, алкените комуницираат со

Механизам на реакција на хидратација

Според правилото на Марковников - додавање на незаситени јаглеводороди со асиметрична структура на соединенија со општа формула HX - атом на водород се додава на најхидрогенизираниот јаглероден атом, ако супституентот е ED. Во анти-Markovnikov додаток, водороден атом се додава на најмалку хидрогенизираниот ако супституентот е EA.

Електрофилните реакции на супституција во ароматичните системи имаат свои карактеристики. Првата карактеристика е дека интеракцијата со термодинамички стабилен ароматичен систем бара силни електрофили, кои обично се генерираат со помош на катализатори.

Механизмот на реакција S E

ОРИЕНТИРАЊЕ ВЛИЈАНИЕ
ЗАМЕНИК

Ако има некаков супституент во ароматичниот прстен, тогаш тоа нужно влијае на распределбата на електронската густина на прстенот. ED - супституенти (ориентанти од 1-виот ред) CH 3, OH, OR, NH 2, NR 2 - ја олеснуваат супституцијата во споредба со несупституираниот бензен и ја насочуваат влезната група кон орто- и пара-позицијата. Ако супституентите на ЕД се силни, тогаш не е потребен катализатор; овие реакции се одвиваат во 3 фази.

ЕА супституентите (ориентанти од вториот вид) ги попречуваат реакциите на електрофилна супституција во споредба со несупституираниот бензен. SE реакцијата се јавува под построги услови; дојдовната група влегува во мета позиција. Супституентите од типот II вклучуваат:

COOH, SO 3 H, CHO, халогени, итн.

SE реакциите се исто така типични за хетероцикличните јаглеводороди. Пиролот, фуранот, тиофенот и нивните деривати припаѓаат на π-вишок системи и прилично лесно влегуваат во реакции на СЕ. Тие лесно се халогенираат, алкилираат, ацилираат, сулфонираат и нитрираат. При изборот на реагенси, неопходно е да се земе предвид нивната нестабилност во силно кисела средина, т.е. ацидофобност.

Пиридинот и другите хетероциклични системи со атом на пиридин азот се π-недоволни системи, тие се многу потешко да влезат во реакции на СЕ, а влезниот електрофил ја зазема β-позицијата во однос на атомот на азот.

Киселини и основни својства на органските соединенија

Најважните аспекти реактивносторганските соединенија се киселинско-базните својства на органските соединенија.

Киселост и базичностИсто така важни концепти, кои одредуваат многу функционални физичко-хемиски и биолошки својства на органските соединенија. Киселинската и базната катализа е една од најчестите ензимски реакции. Слабите киселини и бази се вообичаени компоненти на биолошките системи кои играат важна улога во метаболизмот и неговото регулирање.

Постојат неколку концепти за киселини и бази во органската хемија. Теоријата на Бронстед за киселини и бази, општо прифатена во неорганската и органската хемија. Според Бронстед, киселините се супстанции кои можат да донираат протон, а базите се супстанции кои можат да прифатат протон.

Бронстирана киселост

Во принцип, повеќето органски соединенија може да се сметаат за киселини, бидејќи во органските соединенија H е поврзана со C, N O S

Органските киселини се соодветно поделени на C – H, N – H, O – H, S-H – киселини.

Киселоста се оценува во форма на Ka или - log Ka = pKa, колку е помала pKa, толку е посилна киселината.

Квантитативна проценка на киселоста на органските соединенија не е утврдена за сите органски материи. Затоа, важно е да се развие способноста да се спроведе квалитативна проценка на киселинските својства на различни места на киселина. За таа цел се користи општ методолошки пристап.

Јачината на киселината се одредува со стабилноста на анјонот (конјугирана база). Колку е постабилен анјонот, толку е посилна киселината.

Стабилноста на анјонот се одредува со комбинација на голем број фактори:

електронегативност и поларизација на елементот во киселинскиот центар.

степенот на делокализација на негативниот полнеж во анјонот.

природата на радикалот поврзан со киселинскиот центар.

ефекти на растворање (влијание на растворувачот)

Да ја разгледаме улогата на сите овие фактори последователно:

Ефект на електронегативноста на елементите

Колку е поелектронегативен елементот, толку е поделокализиран полнежот и колку е постабилен анјонот, толку е посилна киселината.

C (2,5) N (3,0) O (3,5) S (2,5)

Затоа, киселоста се менува во серијата CH< NН < ОН

За SH киселините преовладува друг фактор - поларизација.

Атомот на сулфур е со поголема големина и има празни d орбитали. затоа, негативниот полнеж може да се делокализира во голем волумен, што резултира со поголема стабилност на анјонот.

Тиолите, како посилни киселини, реагираат со алкали, како и со оксиди и соли на тешки метали, додека алкохолите (слабите киселини) можат да реагираат само со активни метали

Релативно високата киселост на толите се користи во медицината и во хемијата на лековите. На пример:

Се користи за труење со As, Hg, Cr, Bi, чиј ефект се должи на врзувањето на металите и нивното отстранување од телото. На пример:

При проценка на киселоста на соединенијата со ист атом во киселинскиот центар, одлучувачки фактор е делокализацијата на негативниот полнеж во анјонот. Стабилноста на анјонот значително се зголемува со појавата на можноста за делокализација на негативниот полнеж по системот на конјугирани врски. Значително зголемување на киселоста кај фенолите, во споредба со алкохолите, се објаснува со можноста за делокализација во јоните во споредба со молекулата.

Високата киселост на карбоксилните киселини се должи на стабилноста на резонанца на карбоксилатниот анјон

Делокализацијата на полнежот е олеснета со присуството на супституенти кои повлекуваат електрони (ЕА), тие ги стабилизираат анјоните, а со тоа ја зголемуваат киселоста. На пример, воведување супституент во молекула ЕА

Ефект на супституент и растворувач

а - хидрокси киселините се посилни киселини од соодветните карбоксилни киселини.

ЕД - супституентите, напротив, ја намалуваат киселоста. Растворувачите имаат поголемо влијание врз стабилизацијата на анјонот, по правило, малите јони со низок степен на делокализација на полнежот подобро се раствораат.

Ефектот на солвацијата може да се следи, на пример, во серијата:

Ако атом во киселински центар носи позитивен полнеж, тоа доведува до зголемена киселост.

Прашање до публиката: која киселина - оцетна или палмитинска C 15 H 31 COOH - треба да има помала вредност pKa?

Ако атомот во центарот на киселината носи позитивен полнеж, тоа доведува до зголемена киселост.

Може да се забележи силната CH - киселост на σ - комплексот формиран во реакцијата на електрофилна супституција.

Бронстед базичност

За да се формира врска со протон, неопходен е несподелен електронски пар на хетероатом,

или да бидат анјони. Постојат p-основи и

π бази, каде што е центарот на базичноста

електрони од локализирана π врска или π електрони од конјугиран систем (π компоненти)

Јачината на основата зависи од истите фактори како киселоста, но нивното влијание е спротивно. Колку е поголема електронегативноста на атомот, толку поцврсто држи осамен пар електрони и помалку е достапен за поврзување со протон. Тогаш, генерално, јачината на n-базите со истиот супституент се менува во серијата:

Најосновните органски соединенија се амини и алкохоли:

Солите на органските соединенија со минерални киселини се многу растворливи. Многу лекови се користат во форма на соли.

Киселинско-базен центар во една молекула (амфотеричен)

Водородни врски како киселинско-базни интеракции

За сите α-аминокиселини има доминација на катјонски форми во силно кисели и анјонски во силно алкални средини.

Присуството на слаби киселински и базни центри доведува до слаби интеракции - водородни врски. На пример: имидазолот, со мала молекуларна тежина, има висока точка на вриење поради присуството на водородни врски.

Џ. Луис предложил поопшта теорија за киселините и базите, базирана на структурата на електронските обвивки.

Луисова киселина може да биде атом, молекула или катјон кој има празна орбитала способна да прифати пар електрони за да формира врска.

Претставници на луисовите киселини се халидите на елементите од групите II и III од периодичниот систем D.I. Менделеев.

Луисовите бази се атом, молекула или анјон способен да донира пар електрони.

Луис базите вклучуваат амини, алкохоли, етери, тиоли, тиоетери и соединенија кои содржат π врски.

На пример, интеракцијата подолу може да се претстави како Луис киселинско-базна интеракција

Важна последица на теоријата на Луис е дека секоја органска супстанција може да се претстави како киселинско-базен комплекс.

Во органските соединенија, интрамолекуларните водородни врски се јавуваат многу поретко од интермолекуларните, но тие се јавуваат и во биоорганските соединенија и може да се сметаат како киселинско-базни интеракции.

Концептите „тврди“ и „меки“ не се идентични со силните и слабите киселини и бази. Ова се две независни карактеристики. Суштината на LCMO е дека тврдите киселини реагираат со тврди бази и меките киселини реагираат со меки бази.

Според Пирсоновиот принцип на тврди и меки киселини и бази (HABP), луисовите киселини се делат на тврди и меки. Цврстите киселини се акцепторски атоми со мала големина, голем позитивен полнеж, висока електронегативност и мала поларизација.

Меките киселини се големи акцепторски атоми со мал позитивен полнеж, мала електронегативност и висока поларизација.

Суштината на LCMO е дека тврдите киселини реагираат со тврди бази и меките киселини реагираат со меки бази. На пример:

Оксидација и редукција на органски соединенија

Редокс реакциите се од најголема важност за животните процеси. Со нивна помош, телото ги задоволува своите енергетски потреби, бидејќи оксидацијата на органските материи ослободува енергија.

Од друга страна, овие реакции служат за претворање на храната во клеточни компоненти. Реакциите на оксидација промовираат детоксикација и отстранување на лекови од телото.

Оксидацијата е процес на отстранување на водородот за да се формира повеќекратна врска или нови повеќе поларни врски.

Редукцијата е обратен процес на оксидација.

Оксидацијата на органските супстрати се одвива полесно, толку е посилна нејзината тенденција да се откаже од електроните.

Оксидацијата и редукцијата мора да се земат предвид во однос на специфичните класи на соединенија.

Оксидација на C-H врски (алкани и алкили)

Кога алканите целосно согоруваат, се формираат CO 2 и H 2 O и се ослободува топлина. Други начини на нивна оксидација и редукција може да се претстават со следните шеми:

Оксидацијата на заситените јаглеводороди се случува во тешки услови (мешавината на хром е топла); помеките оксидатори не влијаат на нив. Средни производи на оксидација се алкохоли, алдехиди, кетони и киселини.

Хидропероксидите R – O – OH се најважните меѓупроизводи од оксидацијата на C – H врските во благи услови, особено in vivo

Важна реакција на оксидација на C-H врските во телесни услови е ензимската хидроксилација.

Пример би било производството на алкохоли преку оксидација на храната. Поради молекуларниот кислород и неговите активни форми. спроведено in vivo.

Водород пероксид може да послужи како хидроксилирачки агенс во телото.

Вишокот пероксид мора да се разложи со каталаза во вода и кислород.

Оксидацијата и редукцијата на алкените може да се претстават со следните трансформации:

Редукција на алкен

Оксидација и редукција на ароматични јаглеводороди

Бензенот е исклучително тешко да се оксидира дури и под тешки услови според следнава шема:

Способноста да се оксидира значително се зголемува од бензен до нафталин и понатаму до антрацен.

ЕД супституентите ја олеснуваат оксидацијата на ароматичните соединенија. ЕА – ја попречуваат оксидацијата. Обновување на бензен.

C 6 H 6 + 3 H 2

Ензимска хидроксилација на ароматични соединенија

Оксидација на алкохоли

Во споредба со јаглеводородите, оксидацијата на алкохолите се случува во поблаги услови

Најважната реакција на диолите во телесни услови е трансформацијата во системот хинон-хидрохинон

Трансферот на електроните од подлогата до кислородот се случува во метахондриите.

Оксидација и редукција на алдехиди и кетони

Една од најлесно оксидирачките класи на органски соединенија

2H 2 C = O + H 2 O CH 3 OH + HCOOH тече особено лесно на светлина

Оксидација на соединенија што содржат азот

Амините оксидираат прилично лесно; крајните производи на оксидацијата се нитро-соединенија

Исцрпното намалување на супстанциите што содржат азот доведува до формирање на амини.

Оксидација на амини in vivo

Оксидација и редукција на тиолите

Компаративни карактеристики на О-Б својствата на органските соединенија.

Тиолите и 2-атомските феноли најлесно се оксидираат. Алдехидите оксидираат прилично лесно. Алкохолите потешко се оксидираат, а примарните се полесни од секундарните и терциерните. Кетоните се отпорни на оксидација или оксидираат со расцепувањето на молекулата.

Алкините лесно оксидираат дури и на собна температура.

Најтешки за оксидација се соединенијата што содржат јаглеродни атоми во Sp3-хибридизирана состојба, односно заситени фрагменти од молекули.

ЕД - супституентите ја олеснуваат оксидацијата

ЕА – ја попречуваат оксидацијата.

Специфични својства на поли- и хетерофункционални соединенија.

Преглед на предавање

Поли- и хетерофункционалност како фактор што ја зголемува реактивноста на органските соединенија.

Специфични својства на поли- и хетерофункционални соединенија:

амфотеричност формирање на интрамолекуларни соли.

интрамолекуларна цикализација на γ, δ, ε – хетерофункционални соединенија.

интермолекуларна циклизација (лактиди и декетопипирозини)

хелација.

елиминациски реакции на бета-хетерофункционални

врски.

кето-енол тавтомеризам. Фосфоенолпируват, како

макроергиско соединение.

декарбоксилација.

стереоизомеризам

Поли- и хетерофункционалноста како причина за појавата на специфични својства во хидрокси, амино и оксо киселини.

Присуството на неколку идентични или различни функционални групи во една молекула е карактеристична карактеристика на биолошки важните органски соединенија. Молекулата може да содржи две или повеќе хидроксилни групи, амино групи или карбоксилни групи. На пример:

Важна група на супстанции вклучени во виталната активност се хетерофункционалните соединенија кои имаат парна комбинација на различни функционални групи. На пример:

Кај алифатичните соединенија, сите горенаведени функционални групи покажуваат EA карактер. Поради нивното влијание еден врз друг, нивната реактивност меѓусебно се зголемува. На пример, во оксокиселините, електрофилноста на секој од двата јаглеродни атоми на карбонил е зголемена со -J на другата функционална група, што доведува до полесен напад од нуклеофилните реагенси.

Бидејќи ефектот I згаснува по 3-4 врски, важна околност е близината на локацијата на функционалните групи во јаглеводородниот синџир. Хетерофункционалните групи може да се наоѓаат на ист јаглероден атом (α - распоред), или на различни јаглеродни атоми, и соседни (β распоред) и пооддалечени едни од други (γ, делта, ипсилон) локации.

Секоја хетерофункционална група ја задржува својата реактивност, поточно, хетерофункционалните соединенија влегуваат во „двојниот“ број на хемиски реакции. Кога меѓусебното распоредување на хетерофункционалните групи е доволно блиску, реактивноста на секоја од нив меѓусебно се зголемува.

Со истовремено присуство на киселински и базни групи во молекулата, соединението станува амфотерично.

На пример: амино киселини.

Интеракција на хетерофункционални групи

Молекулата на герофункционалните соединенија може да содржи групи способни да комуницираат едни со други. На пример, во амфотерични соединенија, како што се α-амино киселините, можно е формирање на внатрешни соли.

Затоа, сите α-амино киселини се јавуваат во форма на биополарни јони и се многу растворливи во вода.

Покрај киселинско-базните интеракции, можни се и други видови хемиски реакции. На пример, реакцијата S N на SP 2 е хибрид на јаглероден атом во карбонилната група поради интеракција со групата на алкохол, формирање на естри, карбоксилна група со амино група (формирање на амиди).

Во зависност од релативниот распоред на функционалните групи, овие реакции може да се појават и во една молекула (интрамолекуларна) и помеѓу молекули (интермолекуларни).

Бидејќи реакцијата резултира со формирање на циклични амиди и естри. тогаш одлучувачки фактор станува термодинамичката стабилност на циклусите. Во овој поглед, финалниот производ обично содржи шестчлени или петчлени прстени.

За да може интрамолекуларната интеракција да формира пет или шестчлен естер (амид) прстен, хетерофункционалното соединение мора да има гама или сигма распоред во молекулата. Потоа на час

План 1. Предмет и значење на биоорганската хемија 2. Класификација и номенклатура на органски соединенија 3. Методи на прикажување на органски молекули 4. Хемиско поврзување во биооргански молекули 5. Електронски ефекти. Заемно влијание на атомите во молекулата 6. Класификација на хемиски реакции и реагенси 7. Поим за механизмите на хемиските реакции 2

Предмет на биоорганска хемија 3 Биоорганската хемија е независна гранка на хемиската наука која ги проучува структурата, својствата и биолошките функции на хемиските соединенија од органско потекло кои учествуваат во метаболизмот на живите организми.

Предметите на проучување на биоорганската хемија се нискомолекуларни биомолекули и биополимери (протеини, нуклеински киселини и полисахариди), биорегулатори (ензими, хормони, витамини и други), природни и синтетички физиолошки активни соединенија, вклучувајќи лекови и супстанции со токсични ефекти. Биомолекулите се биооргански соединенија кои се дел од живите организми и се специјализирани за формирање на клеточни структури и учество во биохемиски реакции, ја формираат основата на метаболизмот (метаболизмот) и физиолошките функции на живите клетки и на повеќеклеточните организми воопшто. 4 Класификација на биооргански соединенија

Метаболизмот е збир на хемиски реакции кои се случуваат во телото (in vivo). Метаболизмот се нарекува и метаболизам. Метаболизмот може да се случи во две насоки - анаболизам и катаболизам. Анаболизмот е синтеза во телото на сложени супстанции од релативно едноставни. Се јавува со трошење на енергија (ендотермичен процес). Катаболизмот, напротив, е разградување на сложени органски соединенија на поедноставни. Се јавува со ослободување на енергија (егзотермичен процес). Метаболичките процеси се одвиваат со учество на ензими. Ензимите ја играат улогата на биокатализатори во телото. Без ензими, биохемиските процеси или воопшто не би се случиле, или би се одвивале многу бавно, а телото не би можело да одржува живот. 5

Биоелементи. Составот на биоорганските соединенија, покрај атомите на јаглерод (C), кои ја формираат основата на која било органска молекула, вклучува и водород (H), кислород (O), азот (N), фосфор (P) и сулфур (S) . Овие биоелементи (органогени) се концентрирани во живите организми во количини кои се над 200 пати поголеми од нивната содржина во неживите предмети. Забележаните елементи сочинуваат над 99% од елементарниот состав на биомолекулите. 6

Биоорганската хемија произлезе од длабочините на органската хемија и се заснова на нејзините идеи и методи. Во историјата на развојот, органската хемија ги има следните фази: емпириска, аналитичка, структурна и модерна. Периодот од првото запознавање на човекот со органските материи до крајот на 18 век се смета за емпириски. Главниот резултат на овој период беше тоа што луѓето ја сфатија важноста на елементарната анализа и воспоставувањето на атомски и молекуларни маси. Теоријата на витализам - животна сила (Берзелиус). Аналитичкиот период продолжи до 60-тите години на 19 век. Беше обележан со фактот дека од крајот на првата четвртина на 19 век беа направени голем број ветувачки откритија кои и нанесоа кршен удар на виталистичката теорија. Првиот во оваа серија беше ученикот на Берзелиус, германскиот хемичар Волер. Тој направи голем број откритија во 1824 година - синтеза на оксална киселина од цијаноген: (CN) 2 HOOC - COOH r. – синтеза на уреа од амониум цијанат: NH 4 CNO NH 2 – C – NH 2 O 8

Во 1853 година, C. Gerard ја развил „теоријата на типови“ и ја користел за класификација на органските соединенија. Според Џерард, посложени органски соединенија можат да се добијат од следните четири главни типови супстанции: HHHH тип HHHH O тип ВОДА H Cl тип ВОДОРОД ХЛОРИД HHHHN N тип АМОНИЈ Од 1857 година, на предлог на F. A. Kekule, јаглеводородите почнале да се класифицираат како метан тип HHHNNHH C 9

Основни одредби на теоријата за структурата на органските соединенија (1861) 1) атомите во молекулите се поврзани едни со други со хемиски врски во согласност со нивната валентност; 2) атомите во молекулите на органските материи се поврзани едни со други во одредена низа, што ја одредува хемиската структура (структура) на молекулата; 3) својствата на органските соединенија не зависат само од бројот и природата на нивните составни атоми, туку и од хемиската структура на молекулите; 4) во органските молекули постои интеракција помеѓу атомите, и врзани едни со други и неврзани; 5) хемиската структура на супстанцијата може да се одреди со проучување на нејзините хемиски трансформации и, обратно, нејзините својства може да се карактеризираат со структурата на супстанцијата. 10

Основни одредби на теоријата за структурата на органските соединенија (1861) Структурна формула е слика на низата врски на атоми во молекулата. Бруто формула - CH 4 O или CH 3 OH Структурна формула Поедноставените структурни формули понекогаш се нарекуваат рационална молекуларна формула - формула на органско соединение, што го означува бројот на атоми на секој елемент во молекулата. На пример: C 5 H 12 - пентан, C 6 H 6 - бензин, итн. единаесет

Фази на развој на биоорганската хемија Како посебно поле на знаење кое ги комбинира концептуалните принципи и методологија на органската хемија од една страна и молекуларната биохемија и молекуларната фармакологија од друга страна, биоорганската хемија е формирана во дваесеттиот век врз основа на развојот на хемија на природни материи и биополимери. Современата биоорганска хемија доби фундаментално значење благодарение на работата на В. Штајн, С. Мур, Ф. Сангер (анализа на составот на аминокиселините и одредување на примарната структура на пептидите и протеините), Л. Полинг и Х. Астбери (појаснување на структурата на -спиралата и -структурата и нивното значење во спроведувањето на биолошките функции на протеинските молекули), E. Chargaff (дешифрирање на карактеристиките на нуклеотидниот состав на нуклеинските киселини), J. Watson, Fr. Крик, М. Вилкинс, Р. Френклин (воспоставување на моделите на просторната структура на молекулата на ДНК), Г. Корани (синтеза на хемиски гени) итн. 14

Класификација на органските соединенија според структурата на јаглеродниот скелет и природата на функционалната група Огромниот број на органски соединенија ги поттикна хемичарите да ги класифицираат. Класификацијата на органските соединенија се заснова на два критериуми за класификација: 1. Структура на јаглеродниот скелет 2. Природа на функционалните групи Класификација според методот на градба на јаглеродниот скелет: 1. Ациклични (алкани, алкени, алкини, алкадиени); 2. Циклично 2.1. Карбоциклични (алициклични и ароматични) 2.2. Хетероциклични 15 Ацикличните соединенија се нарекуваат и алифатични. Тие вклучуваат супстанции со отворен јаглероден ланец. Ацикличните соединенија се делат на заситени (или заситени) C n H 2n+2 (алкани, парафини) и незаситени (незаситени). Последните вклучуваат алкени C n H 2n, алкини C n H 2n -2, алкадиени C n H 2n -2.

16 Цикличните соединенија содржат прстени (циклуси) во нивните молекули. Ако циклусите содржат само јаглеродни атоми, тогаш таквите соединенија се нарекуваат карбоциклични. За возврат, карбоцикличните соединенија се поделени на алициклични и ароматични. Алицикличните јаглеводороди (циклоалкани) вклучуваат циклопропан и неговите хомолози - циклобутан, циклопентан, циклохексан итн. Ако цикличниот систем, покрај јаглеводородот, вклучува и други елементи, тогаш таквите соединенија се класифицираат како хетероциклични.

Класификација според природата на функционална група Функционална група е атом или група атоми поврзани на одреден начин, чие присуство во молекула на органска супстанција ги одредува карактеристичните својства и нејзината припадност на една или друга класа на соединенија. . Врз основа на бројот и хомогеноста на функционалните групи, органските соединенија се делат на моно-, поли- и хетерофункционални. Супстанциите со една функционална група се нарекуваат монофункционални, а супстанциите со неколку идентични функционални групи се нарекуваат полифункционални. Соединенијата што содржат неколку различни функционални групи се хетерофункционални. Важно е соединенијата од иста класа да се комбинираат во хомологни серии. Хомологна серија е серија на органски соединенија со исти функционални групи и иста структура; секој претставник на хомологната серија се разликува од претходниот со константна единица (CH 2), која се нарекува хомолошка разлика. Членовите на хомологната серија се нарекуваат хомолози. 17

Номенклатурни системи во органската хемија - тривијална, рационална и меѓународна (IUPAC) Хемиска номенклатура е збир од имиња на одделни хемиски супстанции, нивните групи и класи, како и правила за составување на нивните имиња Хемиска номенклатура е збир на имиња на одделни хемиски супстанции супстанции, нивните групи и класи, како и правила за составување на нивните имиња. Тривијалната (историска) номенклатура е поврзана со процесот на добивање на супстанции (пирогалол - производ на пиролиза на галска киселина), изворот на потекло од кој е добиен (мравја киселина) итн. Тривијалните имиња на соединенијата се широко користени во хемијата на природните и хетероцикличните соединенија (цитрал, гераниол, тиофен, пирол, кинолин итн.) Тривијалната (историска) номенклатура е поврзана со процесот на добивање супстанции (пирогалол е производ на пиролиза од галска киселина), изворот на потекло, од кој е добиен (мравја киселина) итн. Тривијалните имиња на соединенијата се широко користени во хемијата на природните и хетероцикличните соединенија (цитрал, гераниол, тиофен, пирол, кинолин итн.). Рационалната номенклатура се заснова на принципот на делење на органските соединенија во хомологни серии. Сите супстанции во одредена хомологна серија се сметаат за деривати на наједноставниот претставник на оваа серија - првиот или понекогаш вториот. Особено, за алканите - метан, за алкените - етилен, итн. Рационалната номенклатура се заснова на принципот на делење на органските соединенија во хомологни серии. Сите супстанции во одредена хомологна серија се сметаат за деривати на наједноставниот претставник на оваа серија - првиот или понекогаш вториот. Особено, за алкани - метан, за алкени - етилен, итн. 18

Меѓународна номенклатура (IUPAC). Правилата на модерната номенклатура беа развиени во 1957 година на 19-тиот конгрес на Меѓународната унија за чиста и применета хемија (IUPAC). Радикална функционална номенклатура. Овие имиња се засноваат на името на функционалната класа (алкохол, етер, кетон итн.), на која претходат имињата на јаглеводородните радикали, на пример: алил хлорид, диетил етер, диметил кетон, пропил алкохол итн. Заменска номенклатура. Правила за номенклатура. Матичната структура е структурен фрагмент на молекулата (молекуларен скелет) што лежи во основата на името на соединението, главниот јаглероден ланец на атоми за алицикличните соединенија и циклусот за карбоцикличните соединенија. 19

Хемиска врска во органски молекули Хемиска врска е феномен на интеракција помеѓу надворешните електронски обвивки (валентни електрони на атомите) и атомските јадра, што го одредува постоењето на молекула или кристал како целина. Како по правило, атомот, прифаќајќи или донирајќи електрон или формирајќи заеднички електронски пар, има тенденција да стекне конфигурација на надворешната електронска обвивка слична на онаа на благородните гасови. Следниве видови хемиски врски се карактеристични за органските соединенија: - јонска врска - ковалентна врска - донорска - акцепторна врска - водородна врска Има и некои други видови хемиска врска(метални, еден електронски, два електронски три-центри), меѓутоа, тие практично никогаш не се наоѓаат во органските соединенија. 20

Видови врски во органски соединенија Најкарактеристична за органските соединенија е ковалентна врска. Ковалентната врска е интеракција на атомите, која се реализира преку формирање на заеднички електронски пар. Овој тип на врска се формира помеѓу атоми кои имаат споредливи вредности на електронегативност. Електронегативноста е својство на атомот што покажува способност да привлекува електрони кон себе од други атоми. Ковалентната врска може да биде поларна или неполарна. Неполарна ковалентна врска се јавува помеѓу атомите со иста електронегативност

Видови врски во органски соединенија Се формира поларна ковалентна врска помеѓу атоми кои имаат различни вредности на електронегативност. Во овој случај, врзаните атоми добиваат парцијални полнежи δ+δ+ δ-δ- Посебен подтип на ковалентна врска е врската донор-акцептор. Како и во претходните примери, овој тип на интеракција се должи на присуството на заеднички електронски пар, но вториот е обезбеден од еден од атомите што ја формира врската (донатор) и прифатен од друг атом (акцептор) 24

Видови врски во органски соединенија Се формира јонска врска помеѓу атомите кои многу се разликуваат во вредностите на електронегативност. Во овој случај, електронот од помалку електронегативниот елемент (често метал) целосно се пренесува на поелектронегативниот елемент. Оваа електронска транзиција предизвикува појава на позитивен полнеж на помалку електронегативниот атом и негативен полнеж на поелектронегативниот. Така, се формираат два јона со спротивни полнежи, меѓу кои има електровалентна интеракција. 25

Видови врски во органски соединенија Водородна врска е електростатска интеракција помеѓу водородниот атом, кој е врзан на високополарен начин, и електронски парови кислород, флуор, азот, сулфур и хлор. Овој тип на интеракција е прилично слаба интеракција. Водородното поврзување може да биде интермолекуларно или интрамолекуларно. Интермолекуларна водородна врска (интеракција помеѓу две молекули на етил алкохол) Интрамолекуларна водородна врска во салицилен алдехид 26

Хемиско поврзување во органски молекули Модерната теорија за хемиско поврзување се заснова на квантно механичкиот модел на молекулата како систем кој се состои од електрони и атомски јадра. Концептот на камен-темелникот на квантната механичка теорија е атомската орбитала. Атомска орбитала е дел од просторот во кој веројатноста да се најдат електрони е максимална. Така, врзувањето може да се гледа како интеракција („преклопување“) на орбиталите што секоја носи по еден електрон со спротивни спинови. 27

Хибридизација на атомските орбитали Според квантната механичка теорија, бројот на ковалентни врски што ги формира еден атом се определува со бројот на едноелектронски атомски орбитали (бројот на неспарени електрони). Јаглеродниот атом во неговата основна состојба има само два неспарени електрони, но можната транзиција на електрон од 2s на 2 pz овозможува да се формираат четири ковалентни врски. Состојбата на јаглеродниот атом во кој има четири неспарени електрони се нарекува „возбудена“. И покрај фактот дека јаглеродните орбитали се нееднакви, познато е дека формирањето на четири еквивалентни врски е можно поради хибридизацијата на атомските орбитали. Хибридизацијата е појава во која ист број орбитали со иста форма и број се формираат од неколку орбитали со различни форми и слични по енергија. 28

Хибридни состојби на јаглеродниот атом во органски молекули ПРВА ХИБРИДНА СОСТОЈБА Атомот C е во состојба на sp 3 хибридизација, формира четири σ врски, формира четири хибридни орбитали, кои се распоредени во форма на тетраедар (агол на врска) σ врска 31

Хибридни состојби на јаглеродниот атом во органски молекули ВТОРА ХИБРИДНА СОСТОЈБА Атомот C е во состојба на sp 2 хибридизација, формира три σ-врски, формира три хибридни орбитали, кои се распоредени во форма на рамен триаголник (агол на врска 120) σ-врски π-врска 32

Хибридни состојби на јаглеродниот атом во органски молекули ТРЕТА ХИБРИДНА СОСТОЈБА Атомот C е во состојба на sp-хибридизација, формира две σ-врски, формира две хибридни орбитали, кои се распоредени во линија (агол на врска 180) σ-врски π -обврзници 33

Карактеристики на хемиските врски POLING скала: F-4.0; О – 3,5; Cl – 3,0; N - 3,0; Br – 2,8; S – 2,5; C-2,5; H-2.1. разлика 1.7

Карактеристики на хемиските врски Поларизираноста на врската е поместување на густината на електроните под влијание на надворешни фактори. Поларизираноста на врската е степенот на подвижност на електроните. Како што се зголемува атомскиот радиус, поларизираноста на електроните се зголемува. Според тоа, поларизираноста на јаглерод - халогената врска се зголемува на следниов начин: C-F

Електронски ефекти. Заемно влијание на атомите во молекулата 39 Според современите теоретски концепти, реактивноста на органските молекули е предодредена со поместувањето и подвижноста на електронските облаци кои формираат ковалентна врска. Во органската хемија, се разликуваат два вида на поместувања на електрони: а) електронски поместувања кои се јавуваат во системот -врзници, б) електронски поместувања пренесени од системот -врзници. Во првиот случај, се случува таканаречениот индуктивен ефект, во вториот - мезомерен ефект. Индуктивниот ефект е прераспределба на густината на електроните (поларизација) што произлегува од разликата во електронегативноста помеѓу атомите на молекулата во системот на врски. Поради незначителната поларизација на -обврзниците, индуктивниот ефект брзо исчезнува и по 3-4 врски скоро и да не се појавува.

Електронски ефекти. Заемно влијание на атомите во молекула 40 Концептот на индуктивниот ефект го вовел К. Инголд, а ги вовел и следните ознаки: –I-ефект во случај на намалување на густината на електроните со супституент +I-ефект во случај на зголемување на густината на електроните со супституент Позитивен индуктивен ефект е прикажан од алкилните радикали (CH 3, C 2 H 5 - итн.). Сите други супституенти поврзани со јаглеродниот атом покажуваат негативен индуктивен ефект.

Електронски ефекти. Меѓусебно влијание на атомите во молекулата 41 Мезомерскиот ефект е прераспределба на густината на електроните по конјугиран систем. Коњугираните системи вклучуваат молекули на органски соединенија во кои двојните и единечните врски се наизменично или кога атом со осамен пар електрони во р-орбиталата се наоѓа веднаш до двојната врска. Во првиот случај, - се случува конјугација, а во вториот случај, стр, -конјугација. Споените системи доаѓаат во конфигурации на отворено и затворено коло. Примери за такви соединенија се 1,3-бутадиен и бензин. Во молекулите на овие соединенија, атомите на јаглеродот се во состојба на хибридизација на sp 2 и поради нехибридните p-орбитали, формираат -врски кои меѓусебно се преклопуваат и формираат единечен електронски облак, односно се случува конјугација.

Електронски ефекти. Меѓусебно влијание на атомите во молекулата 42 Постојат два вида мезомерски ефект - позитивен мезомерен ефект (+M) и негативен мезомерен ефект (-M). Позитивен мезомерен ефект е прикажан со супституенти кои обезбедуваат p-електрони на конјугираниот систем. Тие вклучуваат: -O, -S -NH 2, -OH, -OR, Hal (халогени) и други супституенти кои имаат негативен полнеж или осамен пар електрони. Негативниот мезомерен ефект е карактеристичен за супституентите кои ја апсорбираат густината на електроните од конјугираниот систем. Тие вклучуваат супституенти кои имаат повеќекратни врски помеѓу атомите со различна електронегативност: - N0 2 ; -SO3H; >C=O; -КУН и други. Мезомерскиот ефект графички се рефлектира со свиткана стрелка, која ја покажува насоката на поместување на електроните.За разлика од ефектот на индукција, мезомерскиот ефект не се гаси. Целосно се пренесува низ системот, без оглед на должината на синџирот за поврзување. C=O; -КУН и други. Мезомерскиот ефект графички се рефлектира со свиткана стрелка, која ја покажува насоката на поместување на електроните.За разлика од ефектот на индукција, мезомерскиот ефект не се гаси. Целосно се пренесува низ системот, без оглед на должината на синџирот на интерфејс.">

Видови хемиски реакции 43 Хемиската реакција може да се смета како интеракција на реагенс и супстрат. Во зависност од начинот на кршење и формирање на хемиска врска во молекулите, органски реакцииподелени на: а) хомолитички б) хетеролитички в) молекуларни Хомолитичките или слободните радикали реакции се предизвикани од хомолитичко расцепување на врската, кога на секој атом му останува по еден електрон, односно се формираат радикали. Хомолитичкото расцепување се јавува при високи температури, дејство на светлосен квант или катализа.

Хетеролитичките или јонските реакции се одвиваат на таков начин што пар на сврзувачки електрони остануваат во близина на еден од атомите и се формираат јони. Честичка со електронски пар се нарекува нуклеофилна и има негативен полнеж (-). Честичка без електронски пар се нарекува електрофилна и има позитивен полнеж (+). 44 Видови хемиски реакции

Механизам на хемиска реакција 45 Механизмот на реакцијата е збир од елементарни (едноставни) фази кои ја сочинуваат дадената реакција. Механизмот на реакција најчесто ги вклучува следните фази: активирање на реагенсот со формирање на електрофил, нуклеофил или слободен радикал. За да се активира реагенс, обично е потребен катализатор. Во втората фаза, активираниот реагенс е во интеракција со подлогата. Во овој случај, се формираат средни честички (посредни производи). Последните вклучуваат -комплекси, -комплекси (карбокации), карбаниони и нови слободни радикали. Во последната фаза, додавањето или елиминацијата на честичка во (од) посредникот формиран во втората фаза се случува со формирање на финалниот производ на реакцијата. Ако реагенсот генерира нуклеофил при активирање, тогаш тоа се нуклеофилни реакции. Тие се означени со буквата N - (во индексот). Во случај кога реагенсот генерира електрофил, реакциите се класифицирани како електрофилни (E). Истото може да се каже и за реакциите на слободните радикали (R).

Нуклеофилите се реагенси кои имаат негативен полнеж или атом збогатен со електронска густина: 1) анјони: OH -, CN -, RO -, RS -, Hal - и други анјони; 2) неутрални молекули со осамени парови електрони: NH 3, NH 2 R, H 2 O, ROH и други; 3) молекули со вишок електронска густина (имаат - врски). Електрофилите се реагенси кои имаат позитивен полнеж или атом осиромашен во електронската густина: 1) катјони: H + (протон), HSO 3 + (јон на водород сулфониум), NO 2 + (нитрониум јон), NO (нитросониум јон) и други катјони; 2) неутрални молекули со празна орбитала: AlCl 3, FeBr 3, SnCl 4, BF 4 (Луис киселини), SO 3; 3) молекули со осиромашена електронска густина на атомот. 46

49

50

51

52