Bioorganisk kjemi (BOC), dens betydning i medisin. Fag for bioorganisk kjemi. klassifisering, struktur, reaktivitet av organiske forbindelser James Dewey Watson Gerard, Gerhardt Charles Frederic. Avhengig av den elektroniske naturen til reagensene

Bioorganisk kjemi er en grunnleggende vitenskap som studerer strukturen og de biologiske funksjonene til de viktigste komponentene i levende materie, først og fremst biopolymerer og lavmolekylære bioregulatorer, med fokus på å belyse mønstrene i forholdet mellom strukturen til forbindelser og deres biologiske effekter.

Bioorganisk kjemi er en vitenskap i skjæringspunktet mellom kjemi og biologi; den bidrar til å avsløre prinsippene for funksjon av levende systemer. Bioorganisk kjemi har en utpreget praktisk orientering, og er det teoretiske grunnlaget for å skaffe nye verdifulle forbindelser for medisin, landbruk, kjemiske, mat- og mikrobiologiske industrier. Utvalget av interesser for bioorganisk kjemi er uvanlig bredt - dette inkluderer verden av stoffer isolert fra levende natur og spiller en viktig rolle i livet, og verden av kunstig produserte organiske forbindelser som har biologisk aktivitet. Bioorganisk kjemi dekker kjemien til alle stoffer i en levende celle, titalls og hundretusener av forbindelser.

Studieobjekter, forskningsmetoder og hovedoppgaver innen bioorganisk kjemi

Studieobjekter bioorganisk kjemi er proteiner og peptider, karbohydrater, lipider, blandede biopolymerer - glykoproteiner, nukleoproteiner, lipoproteiner, glykolipider, etc., alkaloider, terpenoider, vitaminer, antibiotika, hormoner, prostaglandiner, feromoner, toksiner, så vel som regulatorer av syntetiske prosesser: medisiner, sprøytemidler osv.

Hovedarsenalet av forskningsmetoder bioorganisk kjemi består av metoder; Fysiske, fysisk-kjemiske, matematiske og biologiske metoder brukes for å løse strukturelle problemer.

Hovedoppgaver bioorganisk kjemi er:

Isolering i en individuell tilstand og rensing av de studerte forbindelsene ved hjelp av krystallisering, destillasjon, forskjellige typer kromatografi, elektroforese, ultrafiltrering, ultrasentrifugering osv. I dette tilfellet brukes ofte spesifikke biologiske funksjoner til stoffet som studeres (for eksempel overvåkes renheten til et antibiotikum av dets antimikrobielle aktivitet, av et hormon ved dets effekt på en viss fysiologisk prosess, etc.);
Etablering av struktur, inkludert romlig struktur, basert på organiske kjemitilnærminger (hydrolyse, oksidativ spaltning, spaltning til spesifikke fragmenter, for eksempel ved metioninrester ved etablering av strukturen til peptider og proteiner, spaltning ved 1,2-diolgrupper av karbohydrater, etc.) og fysikk -kjemisk kjemi ved bruk av massespektrometri, ulike typer optisk spektroskopi (IR, UV, laser, etc.), røntgendiffraksjonsanalyse, kjernemagnetisk resonans, elektron paramagnetisk resonans, optisk rotasjonsspredning og sirkulær dikroisme, rask kinetikkmetoder etc. i kombinasjon med databeregninger. For raskt å løse standardproblemer knyttet til å etablere strukturen til en rekke biopolymerer, er det opprettet automatiske enheter og er mye brukt, hvis driftsprinsipp er basert på standardreaksjoner og egenskaper til naturlige og biologisk aktive forbindelser. Dette er analysatorer for å bestemme den kvantitative aminosyresammensetningen til peptider, sekvensere for å bekrefte eller etablere sekvensen av aminosyrerester i peptider og nukleotidsekvensen i nukleinsyrer osv. Bruk av enzymer som spesifikt spalter de studerte forbindelsene langs strengt definerte bindinger er viktig når man studerer strukturen til komplekse biopolymerer. Slike enzymer brukes til å studere strukturen til proteiner (trypsin, proteinaser som spalter peptidbindinger ved glutaminsyre, prolin og andre aminosyrerester), nukleinsyrer og polynukleotider (nukleaser, restriksjonsenzymer), karbohydratholdige polymerer (glykosidaser, inkludert spesifikke de - galaktosidaser, glukuronidaser, etc.). For å øke effektiviteten til forskning analyseres ikke bare naturlige forbindelser, men også deres derivater som inneholder karakteristiske, spesielt introduserte grupper og merkede atomer. Slike derivater oppnås for eksempel ved å dyrke produsenten på et medium som inneholder merkede aminosyrer eller andre radioaktive forløpere, som inkluderer tritium, radioaktivt karbon eller fosfor. Påliteligheten til dataene oppnådd fra studiet av komplekse proteiner øker betydelig hvis denne studien utføres i forbindelse med en studie av strukturen til de tilsvarende genene.
Kjemisk syntese og kjemisk modifikasjon av de studerte forbindelsene, inkludert total syntese, syntese av analoger og derivater. For forbindelser med lav molekylvekt er motsyntese fortsatt et viktig kriterium for riktigheten av den etablerte strukturen. Utviklingen av metoder for syntese av naturlige og biologisk aktive forbindelser er nødvendig for å løse det neste viktige problemet med bioorganisk kjemi - å belyse forholdet mellom deres struktur og biologiske funksjon.
Avklaring av forholdet mellom struktur og biologiske funksjoner til biopolymerer og lavmolekylære bioregulatorer; studie av de kjemiske mekanismene for deres biologiske virkning. Dette aspektet av bioorganisk kjemi blir stadig mer praktisk betydning. Forbedring av arsenalet av metoder for kjemisk og kjemisk-enzymatisk syntese av komplekse biopolymerer (biologisk aktive peptider, proteiner, polynukleotider, nukleinsyrer, inkludert aktivt fungerende gener) i kombinasjon med stadig mer forbedrede teknikker for syntese av relativt enklere bioregulatorer, samt metoder for selektiv spaltning av biopolymerer, gi en dypere forståelse av avhengigheten av biologiske effekter på strukturen til forbindelser. Bruken av høyeffektiv datateknologi gjør det mulig å objektivt sammenligne tallrike data fra forskjellige forskere og finne felles mønstre. De funnet spesielle og generelle mønstrene stimulerer og letter på sin side syntesen av nye forbindelser, som i noen tilfeller (for eksempel når man studerer peptider som påvirker hjerneaktivitet) gjør det mulig å finne praktisk talt viktige syntetiske forbindelser som er overlegne i biologisk aktivitet til deres naturlige analoger. Studiet av kjemiske mekanismer for biologisk virkning åpner muligheten for å lage biologisk aktive forbindelser med forhåndsbestemte egenskaper.
Innhenting av praktisk talt verdifulle stoffer.
Biologisk testing av de oppnådde forbindelsene.

Dannelsen av bioorganisk kjemi. Historisk referanse

Fremveksten av bioorganisk kjemi i verden fant sted på slutten av 50- og begynnelsen av 60-tallet, da hovedobjektene for forskning på dette området var fire klasser av organiske forbindelser som spiller en nøkkelrolle i livet til celler og organismer - proteiner, polysakkarider og lipider. Enestående prestasjoner tradisjonell kjemi av naturlige forbindelser, slik som oppdagelsen av L. Pauling av α-helixen som et av hovedelementene romlig struktur polypeptidkjede i proteiner, A. Todds etablering av den kjemiske strukturen til nukleotider og den første syntesen av et dinukleotid, F. Sangers utvikling av en metode for å bestemme aminosyresekvensen i proteiner og bruke den til å dechiffrere strukturen til insulin, R. Woodwards syntese av slike komplekse naturlige forbindelser som reserpin, klorofyll og vitamin I 12 markerte syntesen av det første peptidhormonet oksytocin i hovedsak transformasjonen av kjemien til naturlige forbindelser til moderne bioorganisk kjemi.

Men i vårt land oppsto interessen for proteiner og nukleinsyrer mye tidligere. De første studiene på kjemien til proteiner og nukleinsyrer begynte på midten av 20-tallet. innenfor murene til Moskva-universitetet, og det var her den første vitenskapelige skoler, med suksess i disse viktige områdene innen naturvitenskap til i dag. Altså på 20-tallet. etter initiativ fra N.D. Zelinsky begynte systematisk forskning på proteinkjemi, hovedoppgave som var klargjøringen av de generelle prinsippene for strukturen til proteinmolekyler. N.D. Zelinsky opprettet det første proteinkjemilaboratoriet i vårt land, der viktig arbeid med syntese og strukturell analyse av aminosyrer og peptider ble utført. En enestående rolle i utviklingen av disse verkene tilhører M.M. Botvinnik og studentene hennes, som oppnådde imponerende resultater i å studere strukturen og virkningsmekanismen til uorganiske pyrofosfataser, nøkkelenzymer for fosformetabolismen i cellen. På slutten av 40-tallet, da nukleinsyrenes ledende rolle i genetiske prosesser begynte å dukke opp, ble M.A. Prokofiev og Z.A. Shabarova begynte arbeidet med syntesen av nukleinsyrekomponenter og deres derivater, og markerte dermed begynnelsen på nukleinsyrekjemi i vårt land. De første syntesene av nukleosider, nukleotider og oligonukleotider ble utført, og et stort bidrag ble gitt til opprettelsen av innenlandske automatiske nukleinsyresyntetisatorer.

På 60-tallet Denne retningen i vårt land har utviklet seg konsekvent og raskt, ofte foran lignende trinn og trender i utlandet. De grunnleggende funnene til A.N. spilte en stor rolle i utviklingen av bioorganisk kjemi. Belozersky, som beviste eksistensen av DNA i høyere planter og systematisk studerte den kjemiske sammensetningen av nukleinsyrer, de klassiske studiene av V.A. Engelhardt og V.A. Belitser om den oksidative mekanismen til fosforylering, verdensberømte studier av A.E. Arbuzov om kjemien til fysiologisk aktive organofosforforbindelser, samt grunnleggende arbeider av I.N. Nazarov og N.A. Preobrazhensky om syntesen av forskjellige naturlige stoffer og deres analoger og andre arbeider. De største prestasjonene i opprettelsen og utviklingen av bioorganisk kjemi i USSR tilhører akademiker M.M. Shemyakin. Spesielt begynte han arbeidet med studiet av atypiske peptider - depsipeptider, som senere fikk en omfattende utvikling i forbindelse med deres funksjon som ionoforer. Talentet, innsikten og den kraftige aktiviteten til denne og andre forskere bidro til den raske veksten av den internasjonale autoriteten til sovjetisk bioorganisk kjemi, dens konsolidering i de mest relevante områdene og organisatorisk styrking i landet vårt.

På slutten av 60-tallet - begynnelsen av 70-tallet. I syntesen av biologisk aktive forbindelser med kompleks struktur begynte enzymer å bli brukt som katalysatorer (den såkalte kombinerte kjemisk-enzymatiske syntesen). Denne tilnærmingen ble brukt av G. Korana for den første gensyntesen. Bruken av enzymer gjorde det mulig å utføre strengt selektiv transformasjon av en rekke naturlige forbindelser og oppnå nye biologisk aktive derivater av peptider, oligosakkarider og nukleinsyrer i høyt utbytte. På 70-tallet De mest intensivt utviklede områdene innen bioorganisk kjemi var syntese av oligonukleotider og gener, studier av cellemembraner og polysakkarider og analyse av proteiners primære og romlige strukturer. Strukturene til viktige enzymer (transaminase, β-galaktosidase, DNA-avhengig RNA-polymerase), beskyttende proteiner (γ-globuliner, interferoner), membranproteiner(adenosintrifosfataser, bakterorodopsin). Veldig viktig tilegnet arbeid med å studere strukturen og virkningsmekanismen til peptidregulatorer nervøs aktivitet(såkalte nevropeptider).

Moderne innenlandsk bioorganisk kjemi

For tiden inntar innenlandsk bioorganisk kjemi ledende posisjoner i verden på en rekke nøkkelområder. Store fremskritt har blitt gjort i studiet av strukturen og funksjonen til biologisk aktive peptider og komplekse proteiner, inkludert hormoner, antibiotika og nevrotoksiner. Viktige resultater er oppnådd i kjemien til membranaktive peptider. Årsakene til den unike selektiviteten og effektiviteten til virkningen av dispepsid-ionoforer ble undersøkt og mekanismen for funksjon i levende systemer ble belyst. Syntetiske analoger av ionoforer med spesifiserte egenskaper er oppnådd, som er mange ganger mer effektive enn naturlige prøver (V.T. Ivanov, Yu.A. Ovchinnikov). De unike egenskapene til ionoforer brukes til å lage ioneselektive sensorer basert på dem, som er mye brukt i teknologi. Suksessene som er oppnådd i studiet av en annen gruppe regulatorer - nevrotoksiner, som er hemmere av overføringen av nerveimpulser, har ført til utbredt bruk som verktøy for å studere membranreseptorer og andre spesifikke strukturer av cellemembraner (E.V. Grishin). Utviklingen av arbeidet med syntese og studie av peptidhormoner har ført til dannelsen av svært effektive analoger av hormonene oksytocin, angiotensin II og bradykinin, som er ansvarlige for sammentrekning av glatt muskulatur og regulering av blodtrykket. En stor suksess var den komplette kjemisk syntese insulinpreparater, inkludert humant insulin (N.A. Yudaev, Yu.P. Shvachkin, etc.). En rekke proteinantibiotika ble oppdaget og studert, inkludert gramicidin S, polymyxin M, actinoxanthin (G.F. Gause, A.S. Khokhlov, etc.). Det arbeides aktivt med å studere strukturen og funksjonen til membranproteiner som utfører reseptor- og transportfunksjoner. Fotoreseptorproteinene rhodopsin og bacteriorhodopsin ble oppnådd og det fysisk-kjemiske grunnlaget for deres funksjon som lysavhengige ionepumper ble studert (V.P. Skulachev, Yu.A. Ovchinnikov, M.A. Ostrovsky). Strukturen og mekanismen for funksjon av ribosomer, hovedsystemene for proteinbiosyntese i cellen, er mye studert (A.S. Spirin, A.A. Bogdanov). Store forskningssykluser er assosiert med studiet av enzymer, bestemmelse av deres primære struktur og romlige struktur, studie av katalytiske funksjoner (aspartataminotransferaser, pepsin, chymotrypsin, ribonukleaser, fosformetabolismeenzymer, glykosidaser, kolinesteraser, etc.). Metoder for syntese og kjemisk modifisering av nukleinsyrer og deres komponenter er utviklet (D.G. Knorre, M.N. Kolosov, Z.A. Shabarova), tilnærminger utvikles for å lage ny generasjon medikamenter basert på dem for behandling av virale, onkologiske og autoimmune sykdommer. Ved hjelp av unike egenskaper nukleinsyrer og på grunnlag av deres diagnostiske legemidler og biosensorer, blir det laget analysatorer av en rekke biologisk aktive forbindelser (V.A. Vlasov, Yu.M. Evdokimov, etc.)

Det er gjort betydelige fremskritt i den syntetiske kjemien av karbohydrater (syntese av bakterielle antigener og dannelse av kunstige vaksiner, syntese av spesifikke hemmere av sorpsjon av virus på celleoverflaten, syntese av spesifikke hemmere av bakterielle toksiner (N.K. Kochetkov, A. Ja. Khorlin)). Det er gjort betydelige fremskritt i studiet av lipider, lipoaminosyrer, lipopeptider og lipoproteiner (L.D. Bergelson, N.M. Sisakyan). Det er utviklet metoder for syntese av mange biologisk aktive fettsyrer, lipider og fosfolipider. Transmembranfordelingen av lipider i ulike typer liposomer, i bakteriemembraner og i levermikrosomer ble studert.

Et viktig område innen bioorganisk kjemi er studiet av en rekke naturlige og syntetiske stoffer som kan regulere ulike prosesser som skjer i levende celler. Dette er repellenter, antibiotika, feromoner, signalstoffer, enzymer, hormoner, vitaminer og andre (såkalte lavmolekylære regulatorer). Det er utviklet metoder for syntese og produksjon av nesten alle kjente vitaminer, en betydelig del av steroidhormoner og antibiotika. Det er utviklet industrielle metoder for produksjon av en rekke koenzymer som brukes som medisinske preparater (koenzym Q, pyridoksalfosfat, tiaminpyrofosfat, etc.). Det er foreslått nye sterke anabole midler som er overlegne i virkning enn kjente utenlandske stoffer (I.V. Torgov, S.N. Ananchenko). Biogenese og virkningsmekanismer for naturlige og transformerte steroider har blitt studert. Det er gjort betydelige fremskritt i studiet av alkaloider, steroid- og triterpenglykosider og kumariner. Opprinnelig forskning ble utført innen plantevernmiddelkjemi, noe som førte til utgivelsen av en rekke verdifulle stoffer (I.N. Kabachnik, N.N. Melnikov, etc.). Et aktivt søk pågår etter nye legemidler som trengs for å behandle ulike sykdommer. Det er oppnådd legemidler som har bevist sin effektivitet i behandlingen av en rekke onkologiske sykdommer (dopan, sarcolysin, ftorafur, etc.).

Prioriterte retninger og utsikter for utvikling av bioorganisk kjemi

Prioriterte veibeskrivelser Vitenskapelig forskning innen bioorganisk kjemi er:

studie av den strukturelle-funksjonelle avhengigheten av biologisk aktive forbindelser;
design og syntese av nye biologisk aktive legemidler, inkludert produksjon av medisiner og plantevernmidler;
forskning på svært effektive bioteknologiske prosesser;
studie av de molekylære mekanismene til prosesser som skjer i en levende organisme.

Orientert grunnundersøkelser innen bioorganisk kjemi er rettet mot å studere strukturen og funksjonen til de viktigste biopolymerene og lavmolekylære bioregulatorene, inkludert proteiner, nukleinsyrer, karbohydrater, lipider, alkaloider, prostaglandiner og andre forbindelser. Bioorganisk kjemi er nært beslektet med praktiske problemer medisin og landbruk (produksjon av vitaminer, hormoner, antibiotika og andre medisiner, plantevekststimulerende midler og regulatorer av dyre- og insektadferd), kjemiske, matvare- og mikrobiologiske industrier. Resultatene av vitenskapelig forskning er grunnlaget for å skape et vitenskapelig og teknisk grunnlag for produksjonsteknologier for moderne medisinsk immundiagnostikk, reagenser for medisinsk genetisk forskning og reagenser for biokjemisk analyse, teknologier for syntese av legemiddelstoffer for bruk i onkologi, virologi, endokrinologi, gastroenterologi, samt kjemikalier plantevern og teknologier for deres anvendelse i landbruket.

Å løse hovedproblemene i bioorganisk kjemi er viktig for videre fremgang innen biologi, kjemi og en rekke tekniske vitenskaper. Uten å belyse strukturen og egenskapene til de viktigste biopolymerene og bioregulatorene, er det umulig å forstå essensen av livsprosesser, langt mindre finne måter å kontrollere slike komplekse fenomener som reproduksjon og overføring av arvelige egenskaper, normal og ondartet cellevekst, immunitet, hukommelse, overføring av nerveimpulser og mye mer. Samtidig er studiet av høyt spesialisert biologisk aktive stoffer og prosessene som skjer med deres deltakelse kan åpne opp fundamentalt nye muligheter for utvikling av kjemi, kjemisk teknologi og ingeniørfag. Problemer hvis løsning er assosiert med forskning innen bioorganisk kjemi inkluderer etableringen av strengt spesifikke høyaktive katalysatorer (basert på studiet av strukturen og virkningsmekanismen til enzymer), direkte konvertering av kjemisk energi til mekanisk energi (basert på studiet av muskelsammentrekning), og bruk av kjemiske lagringsprinsipper i teknologi og informasjonsoverføring utført i biologiske systemer, prinsippene for selvregulering av multikomponentcellesystemer, primært den selektive permeabiliteten til biologiske membraner, og mye mer. problemer ligger langt utenfor grensene for selve bioorganisk kjemi, men det skaper de grunnleggende forutsetningene for utviklingen av disse problemene, og gir de viktigste støttepunktene for utviklingen av biokjemisk forskning som allerede er relatert til feltet molekylbiologi. Bredden og betydningen av problemene som løses, variasjonen av metoder og den nære forbindelsen med andre vitenskapelige disipliner sikrer en rask utvikling av bioorganisk kjemi Bulletin of Moscow University, serie 2, Chemistry. 1999. T. 40. Nr. 5. S. 327-329.

Bender M., Bergeron R., Komiyama M. Bioorganisk kjemi for enzymatisk katalyse. Per. fra engelsk M.: Mir, 1987. 352 S.

Yakovishin L.A. Utvalgte kapitler i bioorganisk kjemi. Sevastopol: Strizhak-press, 2006. 196 s.

Nikolaev A.Ya. Biologisk kjemi. M.: Medical Information Agency, 2001. 496 s.

Fag for bioorganisk kjemi.
Struktur og isomerisme av organisk
forbindelser.
Kjemisk binding og interaksjon
atomer i organiske forbindelser.
Typer kjemiske reaksjoner.
Poly- og heterofunksjonell
forbindelser.
Grunnleggende lærebok – Tyukavkina N.A., Baukov Yu.I.
Bioorganisk kjemi.
Tekst til forelesninger og manual «Bioorganisk kjemi i
spørsmål og svar" se på TSU-nettstedet http://tgumed.ru
fanen «Studenthjelp», delen «Forelesninger vedr
disipliner læreplan" Og selvfølgelig VK

Bioorganisk kjemi studerer strukturen og egenskapene til stoffer involvert i livsprosesser i forbindelse med kunnskap om deres biologiske

Bioorganisk kjemi studerer strukturen og egenskapene til stoffer
delta i livsprosesser, ifm
kunnskap om deres biologiske funksjoner.
Hovedobjektene for studien er biologiske
polymerer (biopolymerer) og bioregulatorer.
Biopolymerer
–
høy molekylvekt
naturlig
forbindelser som er det strukturelle grunnlaget for alle levende ting
organismer og spiller en viss rolle i prosessene
livsaktivitet. Biopolymerer inkluderer peptider og
proteiner, polysakkarider (karbohydrater), nukleinsyrer. I
Denne gruppen inkluderer også lipider, som i seg selv ikke er det
er forbindelser med høy molekylvekt, men i
kroppen er vanligvis assosiert med andre biopolymerer.
Bioregulatorer er forbindelser som kjemisk
regulere stoffskiftet. Disse inkluderer vitaminer,
hormoner, mange syntetiske biologisk aktive
forbindelser, inkludert legemidler.

Settet med kjemiske reaksjoner som oppstår i kroppen kalles metabolisme, eller metabolisme. Stoffer som produseres i celler

Settet av kjemiske reaksjoner som skjer i kroppen
kalt metabolisme, eller metabolisme. Stoffer
dannet i celler, vev og organer fra planter og dyr
under metabolisme kalles metabolitter.
Metabolisme inkluderer to retninger - katabolisme og
anabolisme.
Katabolisme refererer til nedbrytningsreaksjoner av stoffer som kommer inn
inn i kroppen med mat. Som regel er de ledsaget av oksidasjon av organiske forbindelser og fortsetter med frigjøringen
energi.
Anabolisme er syntesen av komplekse molekyler fra
enklere, som et resultat av at dannelsen og fornyelsen av strukturelle elementer levende organisme.
Metabolske prosesser skjer med deltakelse av enzymer,
de. spesifikke proteiner som finnes i cellene
organisme og spille rollen som katalysatorer for biokjemiske
prosesser (biokatalysatorer).

Metabolisme

katabolisme
anabolisme
Dekomponering av biopolymerer
med utheving
energi
Syntese av biopolymerer
med absorpsjon
energi
Glyserin og
fettsyre

Grunnleggende prinsipper for teorien om strukturen til organiske forbindelser A.M. Butlerov

1. Atomer i et molekyl er lokalisert i en viss
sekvenser i henhold til deres valens.
Valens av karbonatom i organisk
tilkoblinger er lik fire.
2. Stoffers egenskaper avhenger ikke bare av hva
atomer og i hvilke mengder de er inkludert i sammensetningen
molekyler, men også i den rekkefølgen de
knyttet til hverandre.
3. Atomer eller grupper av atomer som utgjør
molekyler gjensidig påvirker hverandre, forårsaker
avhenge av kjemisk aktivitet og reaksjon
evne til molekyler.
4. Å studere egenskapene til stoffer lar oss bestemme dem
kjemisk struktur.

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

Homolog
rad
En rekke strukturelt like forbindelser som har
lignende kjemiske egenskaper, i hvilket individ
medlemmer av en serie skiller seg bare fra hverandre i mengde
grupper -CH2- kalles en homologisk serie, og gruppen
CH2 – homologisk forskjell.
Medlemmer av enhver homolog serie har en overveldende
de fleste reaksjoner foregår på samme måte (unntak
utgjør bare de første medlemmene i serien). Derfor å vite
kjemiske reaksjoner av bare ett medlem av serien, er det mulig med
med høy grad av sannsynlighet for å hevde at det samme
type transformasjoner forekommer også med de gjenværende medlemmene
homolog serie.
For enhver homolog serie man kan utlede
generell formel som gjenspeiler forholdet mellom atomer
karbon og hydrogen i medlemmer av denne serien; dette er formelen
kalt generell formel homolog serie.

Klassifisering av organiske forbindelser etter strukturen til karbonskjelettet

Klassifisering av organiske forbindelser i henhold til tilstedeværelsen av funksjonelle grupper

Funksjonell gruppe
Klasse
Eksempel
halogenatomer (F, Cl, Br, I) halogenderivater CH3CH2Cl (kloretan)
hydroksyl (–OH)
alkoholer (fenoler)
CH3CH2OH (etanol)
tiol eller merkapto- (– tioler (merkaptaner) CH3CH2SH (etantiol)
SН)
eterisk (–O–)
etere
CH3CH2–O–CH2CH3
(dietyl
eter)
ester
karboksyl –C FN
estere
CH3CH2COOCH3 (metylacetat)
karboksylsyrer CH3COOH (eddiksyre)
amid –С ОНН2
amider
karbonyl (–C=O)
sulfo- (–SO3H)
amino- (–NH2)
aldehyder og
ketoner
sulfonsyrer
aminer
nitro- (–NO2)
nitroforbindelser
syrer
CH3CONH2 (acetamid)
CH3CHO (etanal)
CH3COCH3 (propanon)
СН3SO3Н (metansulfonsyre)
CH3CH2NH2
(etylamin,
primært amin)
CH3NHCH3
(dimetylamin,
sekundært amin)
CH3CH2NO2 (nitroetan)

Nomenklatur for organiske forbindelser

Isomerisme av organiske forbindelser

Hvis to eller flere enkeltstoffer har
samme kvantitative sammensetning (molekylformel),
men skiller seg fra hverandre i bindingssekvensen
atomer og (eller) deres plassering i rommet, da generelt
I dette tilfellet kalles de isomerer.
Siden strukturen til disse forbindelsene er annerledes, da
kjemiske eller fysiske egenskaper til isomerer
er forskjellig.
Typer isomerisme: strukturelle (strukturisomerer) og
stereoisomerisme (romlig).
Strukturell isomerisme kan være av tre typer:
- isomerisme av karbonskjelettet (kjedeisomerer),
- posisjonsisomerer (flere bindinger eller funksjonelle
grupper),
- isomerer av den funksjonelle gruppen (interklasse).
Stereoisomerisme er underinndelt
konfigurasjon
på
konformasjonsmessig
Og

Dette er geometrisk isomeri

Planpolarisert lys

Tegn på optisk aktivitet:
- tilstedeværelse av et asymmetrisk karbonatom;
- fravær av molekylære symmetrielementer

Enantiomerer av adrenalin
protein
Anionisk
Flat
senter
flate
ikke okkupert
Flat
Anionisk
flate
senter
opptatt
(+) - adrenalin
(-)- adrenalin
ufullstendig
korrespondanse
lav
aktivitet
fullstendig
korrespondanse
høy
aktivitet

Biologisk aktivitet av enantiomerer

asparagin
DARVON
smertestillende
NOVRAD
hostestillende medikament
speil
L-asparagin
D-asparagin
(fra asparges)
(fra erter)
bitter smak
søt smak
enantiomerer
Thalidomide ofre

Surhet og basicitet av organiske forbindelser

Bronsted-syrer (protiske syrer) -
nøytrale molekyler eller ioner som kan
donere et proton (protondonorer).
Typiske Brønsted-syrer er karboksylsyrer
syrer. De har svakere sure egenskaper
hydroksylgrupper av fenoler og alkoholer, samt tio-,
amino- og iminogrupper.
Bronsted-baser er nøytrale molekyler eller
ioner som er i stand til å akseptere et proton (akseptorer
protoner).
Typiske Bronsted-baser er aminer.
Amfolytter - forbindelser, i molekyler
som inneholder både sure og
hovedgrupper.

Typer syrer og baser ifølge Brønsted

Hovedsentrene i novokainmolekylet

Bruk av grunnleggende egenskaper for å oppnå vannløselige former for legemidler

Grunnleggende
egenskaper
medisinsk
narkotika
brukes til å oppnå deres vannløselige former.
Ved interaksjon med syrer, forbindelser med
ioniske bindinger - salter som er svært løselige i vann.
Ja, novokain til injeksjon
brukes i form av hydroklorid.
det sterkeste hovedsenteret,
som protonet sluttet seg til

Syre-base egenskaper av stoffer og deres inntreden i kroppen

lipid
membran
Magen pH 1
UNS
lipid
membran
blodplasma
pH 7,4
UNS
OSOSN3
Magen pH 1
+
OSOSN3
NH3
SOOOOSCH3
SÅ-
NH2
NH2
OSOSN3
Tarm pH 7-8
blodplasma
pH 7,4
Tarm pH 7-8
Sure legemidler absorberes bedre fra magen (pH 1-3),
og absorpsjon av medikamenter eller xenobiotiske baser skjer bare
etter at de går fra magen til tarmen (pH 7-8). I løpet av
På en time absorberes nesten 60 % av acetylsalisylsyre fra magen til rotter.
syre og kun 6 % anilin av den administrerte dosen. I tarmen til rotter
56 % av den administrerte dosen av anilin er allerede absorbert. Så svakt grunnlag
som koffein (рKВH + 0,8), absorbert på samme tid i en mye større
grad (36%), siden selv i det svært sure miljøet i magen, koffein
er hovedsakelig i en ikke-ionisert tilstand.

Typer reaksjoner i organisk kjemi

Organiske reaksjoner er klassifisert iht
følgende tegn:
1. I henhold til den elektroniske naturen til reagensene.
2. Ved endringen i antall partikler under reaksjonen.
3. Basert på spesifikke egenskaper.
4. I henhold til elementære mekanismer
stadier av reaksjoner.

Avhengig av den elektroniske naturen til reagensene, skilles reaksjoner: nukleofile, elektrofile og frie radikaler

Frie radikaler er elektrisk nøytrale partikler
har et uparet elektron, for eksempel: Cl, NO2.
Frie radikalreaksjoner er karakteristiske for alkaner.
Elektrofile reagenser er kationer eller molekyler
som alene eller i nærvær av en katalysator
ha økt affinitet for et elektronpar eller
negativt ladede sentre av molekyler. Disse inkluderer
kationer H+, Cl+, +NO2, +SO3H, R+ og molekyler med fri
orbitaler AlCl3, ZnCl2, etc.
Elektrofile reaksjoner er karakteristiske for alkener, alkyner,
aromatiske forbindelser (tilsetning ved en dobbeltbinding,
protonsubstitusjon).
Nukleofile reagenser er anioner eller molekyler som
har sentre med økt elektrontetthet. Til dem
inkluderer anioner og molekyler som f.eks
HO-, RO-, Cl-, Br-, RCOO-, CN-, R-, NH3, C2H5OH, etc.

Ved endring
antall partikler i løpet av
reaksjoner skilles
substitusjonsreaksjoner,
tiltredelser,
splittes av
(eliminering),
nedbrytning

Klassifisering av reaksjoner i henhold til spesielle egenskaper

Reaktivitet vurderes alltid
kun i forhold til den reaksjonære partneren.
Under en kjemisk transformasjon er det vanligvis
ikke hele molekylet påvirkes, men bare en del av det -
reaksjonssenter.
En organisk forbindelse kan inneholde
flere ulik reaksjonssentre.
Reaksjoner kan føre til isomere produkter.
Reaksjonsselektivitet – kvalitativ
karakteristisk betydning dominerende
reaksjonen fortsetter i én retning fra
flere mulige.
Det er regioselektivitet,
kjemoselektivitet, stereoselektivitet av reaksjonen.

Selektivitet av reaksjoner i organisk kjemi

Regioselektivitet - preferansereaksjon iht
et av flere reaksjonssentre i et molekyl.
CH3-CH2-CH3 + Br2
СН3-СНВr-СН3 + НВr
Den andre isomeren, 1-brompropan, dannes praktisk talt ikke.
Kjemoselektivitet - preferansereaksjon iht
en av de relaterte funksjonsgruppene.
Stereoselektivitet - preferansedannelse i en reaksjon
en av flere mulige stereoisomerer.

Multifunksjonelle forbindelser inneholder
flere identiske funksjonsgrupper.
Heterofunksjonelle forbindelser inneholder
flere ulike funksjonsgrupper.
Heteropolyfunksjonell
forbindelser inneholder begge deler
annerledes og det samme
funksjonelle grupper.

Egenskaper til poly- og heterofunksjonelle forbindelser

Hver gruppe i poly- og heterofunksjonelle
forbindelser kan gjennomgå de samme reaksjonene som
tilsvarende gruppe i monofunksjonell
forbindelser

Spesifikke egenskaper av poly- og
heterofunksjonelle forbindelser
Cycliseringsreaksjoner
Dannelse av chelatkomplekser

Polyfunksjonelle forbindelser som motgift
Den giftige effekten av tungmetaller er
binding av tiolgrupper av proteiner. Som et resultat blir de hemmet
viktige enzymer i kroppen.
Prinsippet om virkning av motgift er dannelsen av sterke
komplekser med tungmetallioner.

FOREDRAG 1

Bioorganisk kjemi (BOC), dens betydning i medisin

HOC er en vitenskap som studerer den biologiske funksjonen til organiske stoffer i kroppen.

BOH oppsto i andre halvdel av det tjuende århundre. Formålet med studien er biopolymerer, bioregulatorer og individuelle metabolitter.

Biopolymerer er høymolekylære naturlige forbindelser som er grunnlaget for alle organismer. Dette er peptider, proteiner, polysakkarider, nukleinsyrer (NA), lipider, etc.

Bioregulatorer er forbindelser som kjemisk regulerer metabolismen. Dette er vitaminer, hormoner, antibiotika, alkaloider, medisiner, etc.

Kunnskap om strukturen og egenskapene til biopolymerer og bioregulatorer lar oss forstå essensen av biologiske prosesser. Dermed gjorde etableringen av strukturen til proteiner og NA-er det mulig å utvikle ideer om matriseproteinbiosyntese og rollen til NA-er i bevaring og overføring av genetisk informasjon.

BOX spiller en viktig rolle i å etablere virkningsmekanismen til enzymer, medisiner, prosesser for syn, respirasjon, hukommelse, nerveledning, muskelsammentrekning, etc.

Hovedproblemet med HOC er å belyse forholdet mellom strukturen og virkningsmekanismen til forbindelser.

BOX er basert på organisk kjemimateriale.

ORGANISK KJEMI

Dette er vitenskapen som studerer karbonforbindelser. For tiden er det ~16 millioner organiske stoffer.

Årsaker til mangfoldet av organiske stoffer.

1. Forbindelser av C-atomer med hverandre og andre grunnstoffer periodiske tabell D. Mendeleev. I dette tilfellet dannes kjeder og sykluser:

Rett kjede Forgrenet kjede

Tetraedrisk plan konfigurasjon

C-atomkonfigurasjon av C-atom

2. Homologi er eksistensen av stoffer med lignende egenskaper, der hvert medlem av den homologe serien skiller seg fra den forrige med en gruppe
–CH 2 –. For eksempel, den homologe serien av mettede hydrokarboner:

3. Isomerisme er eksistensen av stoffer som har samme kvalitative og kvantitative sammensetning, men en annen struktur.

ER. Butlerov (1861) skapte en teori om strukturen til organiske forbindelser, som den dag i dag tjener vitenskapelig grunnlag organisk kjemi.

Grunnleggende prinsipper for teorien om strukturen til organiske forbindelser:

1) atomer i molekyler er forbundet med hverandre med kjemiske bindinger i samsvar med deres valens;

2) atomer i molekyler av organiske forbindelser er koblet til hverandre i en viss sekvens, som bestemmer den kjemiske strukturen til molekylet;

3) egenskapene til organiske forbindelser avhenger ikke bare av antall og natur av deres bestanddeler, men også av den kjemiske strukturen til molekylene;

4) i molekyler er det en gjensidig påvirkning av atomer, både forbundet og ikke direkte forbundet med hverandre;

5) den kjemiske strukturen til et stoff kan bestemmes ved å studere dets kjemiske transformasjoner, og omvendt kan dets egenskaper karakteriseres av strukturen til et stoff.

La oss vurdere noen bestemmelser i teorien om strukturen til organiske forbindelser.

Strukturell isomeri

Hun deler:

1) Kjedeisomerisme

2) Isomerisme av posisjonen til flere bindinger og funksjonelle grupper

3) Isomerisme av funksjonelle grupper (interklasse-isomerisme)

Newmans formler

Sykloheksan

"Stol"-formen er mer energimessig gunstig enn "badekaret".

Konfigurasjonsisomerer

Dette er stereoisomerer, hvis molekyler har forskjellige arrangementer av atomer i rommet uten å ta hensyn til konformasjoner.

Basert på typen symmetri er alle stereoisomerer delt inn i enantiomerer og diastereomerer.

Enantiomerer (optiske isomerer, speilisomerer, antipoder) er stereoisomerer hvis molekyler er relatert til hverandre som et objekt og et inkompatibelt speilbilde. Dette fenomenet kalles enantiomerisme. Alle kjemiske og fysiske egenskaper til enantiomerer er de samme, bortsett fra to: rotasjon av planet av polarisert lys (i en polarimeterenhet) og biologisk aktivitet. Betingelser for enantiomerisme: 1) C-atomet er i en tilstand av sp 3-hybridisering; 2) fravær av symmetri; 3) tilstedeværelsen av et asymmetrisk (kiralt) C-atom, dvs. atom har fire forskjellige substituenter.

Mange hydroksy- og aminosyrer har evnen til å rotere polariseringsplanet til en lysstråle til venstre eller høyre. Dette fenomenet kalles optisk aktivitet, og selve molekylene er optisk aktive. Avviket til lysstrålen til høyre er markert med et "+"-tegn, til venstre - "-" og rotasjonsvinkelen er angitt i grader.

Den absolutte konfigurasjonen av molekyler bestemmes av komplekse fysisk-kjemiske metoder.

Den relative konfigurasjonen av optisk aktive forbindelser bestemmes ved sammenligning med en glyceraldehydstandard. Optisk aktive substanser med konfigurasjon av høyredreiende eller venstredreiende glyceraldehyd (M. Rozanov, 1906) kalles substanser i D- og L-serien. En lik blanding av høyre- og venstrehendte isomerer av en forbindelse kalles et racemat og er optisk inaktiv.

Forskning har vist at tegnet på lysets rotasjon ikke kan assosieres med tilhørigheten til et stoff til D- og L-serien; det bestemmes kun eksperimentelt i instrumenter - polarimetre. For eksempel har L-melkesyre en rotasjonsvinkel på +3,8 o, D-melkesyre - -3,8 o.

Enantiomerer er avbildet ved bruk av Fischers formler.

L-rad D-rad

Blant enantiomerene kan det være symmetriske molekyler som ikke har optisk aktivitet, og kalles mesoisomerer.

For eksempel: Vinhus

D – (+) – rad L – (–) – rad

Mezovinnaya k-ta

Racemate – druejuice

Optiske isomerer som ikke er speilisomerer, som er forskjellige i konfigurasjonen av flere, men ikke alle asymmetriske C-atomer, med forskjellige fysiske og kjemiske egenskaper, kalles s- di-EN-stereoisomerer.

p-diastereomerer (geometriske isomerer) er stereomerer som har en p-binding i molekylet. De finnes i alkener, umettede høyere karbonsyrer, umettede dikarbonsyrer

Den biologiske aktiviteten til organiske stoffer er relatert til deres struktur.

For eksempel:

Cis-butendiic acid, Trans-butendiic acid,

maleinsyre - fumarsyre - ikke-giftig,

svært giftig funnet i kroppen

Alle naturlige umettede høyere karbonforbindelser er cis-isomerer.

FOREDRAG 2

Konjugerte systemer

I det enkleste tilfellet er konjugerte systemer systemer med alternerende dobbelt- og enkeltbindinger. De kan være åpne eller lukkede. Et åpent system finnes i dienhydrokarboner (HC).

Eksempler:

CH 2 = CH – CH = CH 2

Butadien-1, 3

Kloreten

CH 2 = CH – Cl

Her oppstår konjugasjonen av p-elektroner med p-elektroner. Denne typen konjugasjon kalles p, p-konjugering.

Et lukket system finnes i aromatiske hydrokarboner.

C 6 H 6

Benzen

Aromatikk

Dette er et konsept som inkluderer ulike egenskaper til aromatiske forbindelser. Betingelser for aromatisitet: 1) flat lukket ring, 2) alle C-atomer er i sp 2-hybridisering, 3) det dannes et enkelt konjugert system av alle ringatomer, 4) Hückels regel er oppfylt: «4n+2 p-elektroner deltar i konjugasjon, hvor n = 1, 2, 3...”

Den enkleste representanten for aromatiske hydrokarboner er benzen. Den tilfredsstiller alle fire betingelser for aromatisitet.

Hückels regel: 4n+2 = 6, n = 1.

Gjensidig påvirkning av atomer i et molekyl

I 1861 ble den russiske vitenskapsmannen A.M. Butlerov uttrykte posisjonen: "Atomer i molekyler påvirker hverandre gjensidig." For tiden overføres denne påvirkningen på to måter: induktive og mesomeriske effekter.

Induktiv effekt

Dette er overføring av elektronisk påvirkning gjennom s-bond-kjeden. Det er kjent at bindingen mellom atomer med ulik elektronegativitet (EO) er polarisert, dvs. skiftet til et mer EO-atom. Dette fører til at det oppstår effektive (reelle) ladninger (d) på atomene. Denne elektroniske forskyvningen kalles induktiv og er betegnet med bokstaven I og pilen ®.

, X = Hal -, HO -, HS -, NH 2 - osv.

Den induktive effekten kan være positiv eller negativ. Hvis substituent X tiltrekker seg elektroner kjemisk forbindelse sterkere enn H-atomet, så viser det – I. I(H) = O. I vårt eksempel viser X – I.

Hvis X-substituenten tiltrekker seg bindingselektroner som er svakere enn H-atomet, viser den +I. Alle alkyler (R = CH3-, C2H5-, etc.), Me n+ viser +I.

Mesomerisk effekt

Den mesomere effekten (konjugasjonseffekten) er påvirkningen av en substituent som overføres gjennom et konjugert system av p-bindinger. Angitt med bokstaven M og en buet pil. Den mesomeriske effekten kan være "+" eller "–".

Det ble sagt ovenfor at det er to typer konjugasjon p, p og p, p.

En substituent som tiltrekker seg elektroner fra et konjugert system viser -M og kalles en elektronakseptor (EA). Dette er substituenter med dobbel

kommunikasjon osv.

En substituent som donerer elektroner til et konjugert system viser +M og kalles en elektrondonor (ED). Dette er substituenter med enkeltbindinger som har et enkelt elektronpar (osv.).

Tabell 1 Elektroniske effekter av substituenter

Varamedlemmer	Orientanter i C6H5-R	Jeg	M
Alk (R-): CH3-, C2H5-...	Orientanter av den første typen: direkte ED-substituenter til orto- og para-posisjoner	+
– H 2 , –NНR, –NR 2	–	+
– N, – N, – R	–	+
–H L	–	+
FOREDRAG 3 Surhet og basicitet For å karakterisere surheten og basisiteten til organiske forbindelser brukes Brønsted-teorien. De viktigste bestemmelsene i denne teorien: 1) En syre er en partikkel som donerer et proton (H + donor); Basen er partikkelen som aksepterer protonet (H+-akseptoren). 2) Surhet karakteriseres alltid i nærvær av baser og omvendt. A – H + : B Û A – + B – H + basis CH 3 COOH + NOH Û CH 3 COO – + H 3 O + Assets Basic Conjugate Conjugate basis HNO 3 + CH 3 COOH Û CH 3 COOH 2 + + NO 3 - Eiendeler Hovedkonjugat Konjugat basis Brønsted syrer 3) Brønstedsyrer er delt inn i 4 typer avhengig av syresenteret: SН forbindelser (tioler), OH-forbindelser (alkoholer, fenoler, karbonforbindelser), NH-forbindelser (aminer, amider), SN til deg (UV). I denne raden, fra topp til bunn, synker surheten. 4) Styrken til forbindelsen bestemmes av stabiliteten til anionet som dannes. Jo mer stabil anion, jo sterkere er effekten. Stabiliteten til anionet avhenger av delokaliseringen (fordelingen) av "-" ladningen gjennom partikkelen (anion). Jo mer delokalisert "-" ladningen er, jo mer stabil er anion og jo sterkere ladning. Delokalisering av avgifter avhenger av: a) på elektronegativiteten (EO) til heteroatomet. Jo mer EO av et heteroatom, desto sterkere er den tilsvarende effekten. For eksempel: R – OH og R – NH 2 Alkoholer er sterkere enn aminer, fordi EO (O) > EO (N). b) på polariserbarheten til heteroatomet. Jo større polariserbarheten til heteroatomet er, desto sterkere er den tilsvarende spenningen. For eksempel: R – SH og R – OH Tioler er sterkere enn alkoholer, fordi S-atomet er mer polarisert enn O-atomet. c) på arten av substituenten R (dens lengde, tilstedeværelsen av et konjugert system, delokalisering av elektrontettheten). For eksempel: CH 3 – OH, CH 3 – CH 2 – OH, CH 3 – CH 2 – CH 2 – OH Surhet<, т.к. увеличивается длина радикала Med samme syresenter er ikke styrken til alkoholer, fenoler og karbonater den samme. For eksempel, CH 3 – OH, C 6 H 5 – OH, Styrken din øker Fenoler er sterkere forbindelser enn alkoholer på grunn av p, p-konjugasjonen (+M) av –OH-gruppen. O–H-bindingen er mer polarisert i fenoler. Fenoler kan til og med samhandle med salter (FeC1 3) - en kvalitativ reaksjon på fenoler. Karbon sammenlignet med alkoholer som inneholder samme R, er de sterkere, fordi O–H-bindingen er betydelig polarisert på grunn av –M-effekten av gruppen > C = O: I tillegg er karboksylatanion mer stabilt enn alkoholanion på grunn av p, p-konjugering i karboksylgruppen. d) fra innføring av substituenter i radikalet. EA-substituenter øker surheten, ED-substituenter reduserer surheten. For eksempel: r-Nitrofenol er sterkere enn r-aminofenol, fordi –NO2-gruppen er EA. CH 3 –COOH CCl 3 –COOH pK 4,7 pK 0,65 Trikloreddiksyre er mange ganger sterkere enn CH 3 COOH på grunn av – I Cl-atomene som EA. Maursyren H–COOH er sterkere enn CH 3 COOH på grunn av +I-gruppen av CH 3 – eddiksyre. e) på løsningsmidlets beskaffenhet. Hvis løsningsmidlet er en god akseptor av H + protoner, så kraften til-deg øker og omvendt. Bronsted stiftelser 5) De er delt inn i: a) p-baser (forbindelser med flere bindinger); b) n-baser (ammoniumbaser som inneholder et atom, oksoniumholdig atom, sulfoniumholdig atom) Styrken til basen bestemmes av stabiliteten til den resulterende kation. Jo mer stabil kation, jo sterkere basen. Med andre ord, styrken til basen er større, jo svakere er bindingen med heteroatomet (O, S, N) som har et fritt elektronpar angrepet av H +. Kationets stabilitet avhenger av de samme faktorene som anionets stabilitet, men med motsatt effekt. Alle faktorer som øker surheten reduserer basiciteten. De sterkeste basene er aminer, fordi nitrogenatomet har lavere EO sammenlignet med O. Samtidig er sekundære aminer sterkere baser enn primære, tertiære aminer er svakere enn sekundære på grunn av den steriske faktoren, som hindrer et protons tilgang til N. Aromatiske aminer er svakere baser enn alifatiske, noe som forklares med +M-gruppen –NH2. Elektronparet av nitrogen, som deltar i konjugasjonen, blir inaktivt. Stabiliteten til det konjugerte systemet gjør tilsetningen av H+ vanskelig. I urea NН 2 –СО– NН 2 er det en EA-gruppe > C = O, som reduserer de grunnleggende egenskapene betydelig og urea danner salter med kun en ekvivalent av stoffet. Jo sterkere stoffet er, jo svakere er grunnlaget det danner og omvendt. Alkoholer Dette er hydrokarbonderivater der ett eller flere H-atomer er erstattet med en –OH-gruppe. Klassifisering: I. Basert på antall OH-grupper skilles enverdige, toverdige og flerverdige alkoholer: CH3-CH2-OH Etanol Etylenglykol Glyserin II. I henhold til naturen til R, skilles de fra: 1) begrensende, 2) ikke-begrensende, 3) syklisk, 4) aromatisk. 2) CH2 = CH-CH2-OH Allylalkohol 3) Umettede sykliske alkoholer inkluderer: retinol (vitamin A) og kolesterol Inositol vitaminlignende stoff

III. Ifølge stillingen til gr. –OH skiller mellom primære, sekundære og tertiære alkoholer.

IV. Basert på antall C-atomer skilles lav molekylvekt og høy molekylvekt.

CH 3 –(CH 2) 14 –CH 2 –OH (C 16 H 33 OH) CH 3 –(CH 2) 29 –CH 2 OH (C 31 H 63 OH)

Cetylalkohol Myricylalkohol

Cetylpalmitat er grunnlaget for spermaceti, myricylpalmitat finnes i bivoks.

Nomenklatur:

Triviell, rasjonell, MN (rot + slutt "ol" + arabisk tall).

Isomerisme:

kjeder, gr. stillinger -Åh, optisk.

Strukturen til alkoholmolekylet

CH syre Nu senter

Elektrofilt senter surt

sentrum av grunnleggende sentrum

Oksidasjonsløsninger

1) Alkoholer er svake syrer.

2) Alkoholer er svake baser. De tilsetter H+ bare fra sterke syrer, men de er sterkere enn Nu.

3) –I effekt gr. –OH øker mobiliteten til H ved nabokarbonatomet. Karbon får d+ (elektrofilt senter, SE) og blir sentrum for nukleofilt angrep (Nu). C–O-bindingen brytes lettere enn H–O-bindingen, og derfor er S N-reaksjoner karakteristiske for alkoholer. De går som regel i et surt miljø, fordi... protonering av oksygenatomet øker d+ til karbonatomet og gjør det lettere å bryte bindingen. Denne typen inkluderer løsninger for dannelse av etere og halogenderivater.

4) Skiftet i elektrontetthet fra H i radikalet fører til fremkomsten av et CH-syresenter. I dette tilfellet er det prosesser for oksidasjon og eliminering (E).

Fysiske egenskaper

Lavere alkoholer (C 1 – C 12) er væsker, høyere alkoholer er faste stoffer. Mange egenskaper til alkoholer forklares ved dannelsen av H-bindinger:

Kjemiske egenskaper

I. Syre-base

Alkoholer er svake amfotere forbindelser.

2R–OH + 2Na® 2R–ONa + H 2

Alkoholholdig

Alkoholer hydrolyseres lett, noe som viser at alkoholer er svakere syrer enn vann:

R–ОНа + НОН ® R–ОН + NaОН

Hovedsenteret i alkoholer er O-heteroatomet:

CH 3 -CH 2 -OH + H + ® CH 3 -CH 2 - -H ® CH 3 -CH 2 + + H 2 O

Hvis løsningen kommer med hydrogenhalogenider, vil halogenidionet slutte seg til: CH 3 -CH 2 + + Cl - ® CH 3 -CH 2 Cl

HC1 ROH R-COOH NH 3 C 6 H 5 ONa

C1 - R-O - R-COO - NH 2 - C 6 H 5 O -

Anioner i slike løsninger fungerer som nukleofiler (Nu) på grunn av "-" ladningen eller det ensomme elektronparet. Anioner er sterkere baser og nukleofile reagenser enn alkoholer i seg selv. Derfor brukes i praksis alkoholater, og ikke alkoholer i seg selv, for å oppnå etere og estere. Hvis nukleofilen er et annet alkoholmolekyl, legger det til karbokasjonen:

Eter

CH 3 -CH 2 + + ® CH 3 -CH 2 + - - H CH 3 -CH 2 -O-R

Dette er en alkyleringsløsning (innføring av alkyl R i et molekyl).

Erstatning –OH gr. på halogen er mulig under påvirkning av PCl 3, PCl 5 og SOCl 2.

Tertiære alkoholer reagerer lettere ved denne mekanismen.

Forholdet mellom SE i forhold til alkoholmolekylet er forholdet mellom dannelsen av estere og organiske og mineralforbindelser:

R – O N + H O – R – O – + H 2 O

Ester

Dette er acyleringsprosedyren - introduksjonen av en acyl i molekylet.

CH 3 -CH 2 -OH + H + CH 3 -CH 2 - -H CH 3 -CH 2 +

Med et overskudd av H 2 SO 4 og en høyere temperatur enn ved dannelse av etere, regenereres katalysatoren og det dannes et alken:

CH 3 -CH 2 + + HSO 4 - ® CH 2 = CH 2 + H 2 SO 4

E-løsningen er lettere for tertiære alkoholer, vanskeligere for sekundære og primære alkoholer, fordi i sistnevnte tilfeller dannes mindre stabile kationer. I disse distriktene følges A. Zaitsevs regel: «Under dehydreringen av alkoholer blir H-atomet spaltet fra nabo-C-atomet med et lavere innhold av H-atomer.»

CH3-CH = CH-CH3

Butanol-2

I kroppen gr. –OH omdannes til lett å forlate ved å danne estere med H 3 PO 4:

CH 3 -CH 2 -OH + HO–PO 3 H 2 CH 3 -CH 2 -ORO 3 H 2

IV. Oksidasjonsløsninger

1) Primære og sekundære alkoholer oksideres av CuO, løsninger av KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7 når de varmes opp for å danne de tilsvarende karbonylholdige forbindelsene:

Nitroglycerin er en fargeløs oljeaktig væske. I form av fortynnede alkoholløsninger (1%) brukes det til angina pectoris, fordi har en vasodilaterende effekt. Nitroglycerin er et kraftig eksplosiv som kan eksplodere ved støt eller ved oppvarming. I dette tilfellet, i det lille volumet som er okkupert av det flytende stoffet, dannes det øyeblikkelig et veldig stort volum av gasser, noe som forårsaker en sterk eksplosjonsbølge. Nitroglycerin er en del av dynamitt og krutt.

Representanter for pentitol og heksitol er xylitol og sorbitol, som er henholdsvis åpenkjedede penta- og heksahydriske alkoholer. Akkumulering av –OH-grupper fører til utseendet til en søt smak. Xylitol og sorbitol er sukkererstatninger for diabetikere.

Glyserofosfater er strukturelle fragmenter av fosfolipider, brukt som en generell tonic.

Benzylalkohol

Plasser isomerer

Plan 1. Tema og betydning av bioorganisk kjemi 2. Klassifisering og nomenklatur av organiske forbindelser 3. Metoder for å avbilde organiske molekyler 4. Kjemisk binding i bioorganiske molekyler 5. Elektroniske effekter. Gjensidig påvirkning av atomer i et molekyl 6. Klassifisering av kjemiske reaksjoner og reagenser 7. Begrepet mekanismene for kjemiske reaksjoner 2

Emne for bioorganisk kjemi 3 Bioorganisk kjemi er en uavhengig gren av kjemisk vitenskap som studerer strukturen, egenskapene og biologiske funksjonene til kjemiske forbindelser av organisk opprinnelse som deltar i metabolismen til levende organismer.

Studieobjektene for bioorganisk kjemi er lavmolekylære biomolekyler og biopolymerer (proteiner, nukleinsyrer og polysakkarider), bioregulatorer (enzymer, hormoner, vitaminer og andre), naturlige og syntetiske fysiologisk aktive forbindelser, inkludert legemidler og stoffer med toksiske effekter. Biomolekyler er bioorganiske forbindelser som er en del av levende organismer og spesialisert for dannelse av cellulære strukturer og deltakelse i biokjemiske reaksjoner, danner grunnlaget for metabolisme (metabolisme) og de fysiologiske funksjonene til levende celler og flercellede organismer generelt. 4 Klassifisering av bioorganiske forbindelser

Metabolisme er et sett med kjemiske reaksjoner som oppstår i kroppen (in vivo). Metabolisme kalles også metabolisme. Metabolisme kan skje i to retninger - anabolisme og katabolisme. Anabolisme er syntesen i kroppen av komplekse stoffer fra relativt enkle. Det skjer med energiforbruk (endoterm prosess). Katabolisme, tvert imot, er nedbrytningen av komplekse organiske forbindelser til enklere. Det skjer med frigjøring av energi (eksoterm prosess). Metabolske prosesser foregår med deltagelse av enzymer. Enzymer spiller rollen som biokatalysatorer i kroppen. Uten enzymer ville biokjemiske prosesser enten ikke forekomme i det hele tatt, eller ville gå veldig sakte, og kroppen ville ikke være i stand til å opprettholde liv. 5

Bioelementer. Sammensetningen av bioorganiske forbindelser, i tillegg til karbonatomer (C), som danner grunnlaget for ethvert organisk molekyl, inkluderer også hydrogen (H), oksygen (O), nitrogen (N), fosfor (P) og svovel (S) . Disse bioelementene (organogener) er konsentrert i levende organismer i mengder som er over 200 ganger høyere enn innholdet i livløse gjenstander. De bemerkede elementene utgjør over 99% av grunnstoffsammensetningen til biomolekyler. 6

Bioorganisk kjemi oppsto fra dypet av organisk kjemi og er basert på dens ideer og metoder. I utviklingshistorien har organisk kjemi følgende stadier: empirisk, analytisk, strukturell og moderne. Perioden fra menneskets første bekjentskap med organiske stoffer til slutten av 1700-tallet regnes som empirisk. Hovedresultatet av denne perioden var at folk innså viktigheten av elementær analyse og etablering av atom- og molekylmasser. Teorien om vitalisme - livskraft (Berzelius). Den analytiske perioden fortsatte til 60-tallet av 1800-tallet. Det bar preg av at det fra slutten av første kvartal av 1800-tallet ble gjort en rekke lovende funn som ga den vitalistiske teorien et knusende slag. Den første i denne serien var Berzelius sin elev, den tyske kjemikeren Wöhler. Han gjorde en rekke funn i 1824 - syntesen av oksalsyre fra cyanogen: (CN) 2 HOOC - COOH r. – syntese av urea fra ammoniumcyanat: NH 4 CNO NH 2 – C – NH 2 O 8

I 1853 utviklet C. Gerard "teorien om typer" og brukte den til å klassifisere organiske forbindelser. I følge Gerard kan mer komplekse organiske forbindelser produseres fra følgende fire hovedtyper av stoffer: HHHH type HHHH O type VANN H Cl type HYDROGENKLORID HHHHN N type AMMONIKK Siden 1857, etter forslag fra F. A. Kekule, begynte hydrokarboner å bli klassifisert som metan type HHHNNHH C 9

Grunnleggende bestemmelser i teorien om strukturen til organiske forbindelser (1861) 1) atomer i molekyler er forbundet med hverandre med kjemiske bindinger i samsvar med deres valens; 2) atomer i molekyler av organiske stoffer er koblet til hverandre i en viss sekvens, som bestemmer den kjemiske strukturen (strukturen) til molekylet; 3) egenskapene til organiske forbindelser avhenger ikke bare av antall og natur av deres bestanddeler, men også av den kjemiske strukturen til molekylene; 4) i organiske molekyler er det interaksjon mellom atomer, både bundet til hverandre og ubundet; 5) den kjemiske strukturen til et stoff kan bestemmes ved å studere dets kjemiske transformasjoner, og omvendt kan dets egenskaper karakteriseres av strukturen til et stoff. 10

Grunnleggende bestemmelser i teorien om strukturen til organiske forbindelser (1861) En strukturformel er et bilde av sekvensen av bindinger av atomer i et molekyl. Bruttoformel - CH 4 O eller CH 3 OH Strukturformel Forenklede strukturformler kalles noen ganger rasjonell molekylformel - formelen til en organisk forbindelse, som angir antall atomer til hvert grunnstoff i molekylet. For eksempel: C 5 H 12 - pentan, C 6 H 6 - bensin, etc. elleve

Utviklingsstadier av bioorganisk kjemi Hvordan eget område kunnskap, som kombinerer konseptuelle prinsipper og metodikk for organisk kjemi på den ene siden og molekylær biokjemi og molekylær farmakologi på den andre siden, bioorganisk kjemi ble dannet i det tjuende århundre basert på utviklingen av kjemien til naturlige stoffer og biopolymerer. Moderne bioorganisk kjemi har fått grunnleggende betydning takket være arbeidet til W. Stein, S. Moore, F. Sanger (analyse av aminosyresammensetning og bestemmelse av den primære strukturen til peptider og proteiner), L. Pauling og H. Astbury (avklaring) av strukturen til -helixen og -strukturen og deres betydning i implementeringen av de biologiske funksjonene til proteinmolekyler), E. Chargaff (dechiffrere egenskapene til nukleotidsammensetningen til nukleinsyrer), J. Watson, Fr. Crick, M. Wilkins, R. Franklin (etablerer mønstrene for den romlige strukturen til DNA-molekylet), G. Corani (kjemisk gensyntese), etc. 14

Klassifisering av organiske forbindelser i henhold til strukturen til karbonskjelettet og arten av den funksjonelle gruppen Det enorme antallet organiske forbindelser fikk kjemikere til å klassifisere dem. Klassifiseringen av organiske forbindelser er basert på to klassifiseringsegenskaper: 1. Struktur av karbonskjelettet 2. Art av funksjonelle grupper Klassifisering i henhold til metoden for struktur av karbonskjelettet: 1. Asyklisk (alkaner, alkener, alkyner, alkadiener); 2. Syklisk 2.1. Karbosykliske (alicykliske og aromatiske) 2.2. Heterosykliske 15 Acykliske forbindelser kalles også alifatiske. Disse inkluderer stoffer med åpen karbonkjede. Asykliske forbindelser deles inn i mettet (eller mettet) C n H 2n+2 (alkaner, parafiner) og umettet (umettet). Sistnevnte inkluderer alkener CnH2n, alkyner CnH2n-2, alkadiener CnH2n-2.

16 Sykliske forbindelser inneholder ringer (sykluser) i molekylene sine. Hvis syklusene bare inneholder karbonatomer, kalles slike forbindelser karbosykliske. I sin tur er karbosykliske forbindelser delt inn i alicykliske og aromatiske. Alicykliske hydrokarboner (cykloalkaner) inkluderer cyklopropan og dets homologer - cyklobutan, cyklopentan, cykloheksan og så videre. Hvis det sykliske systemet, i tillegg til hydrokarbonet, også inkluderer andre elementer, er slike forbindelser klassifisert som heterosykliske.

Klassifisering etter arten av en funksjonell gruppe En funksjonell gruppe er et atom eller en gruppe atomer forbundet på en bestemt måte, hvis tilstedeværelse i et molekyl av et organisk stoff bestemmer de karakteristiske egenskapene og dets tilhørighet til en eller annen klasse av forbindelser . Basert på antall og homogenitet av funksjonelle grupper, er organiske forbindelser delt inn i mono-, poly- og heterofunksjonelle. Stoffer med en funksjonell gruppe kalles monofunksjonelle, stoffer med flere identiske funksjonelle grupper kalles polyfunksjonelle. Forbindelser som inneholder flere forskjellige funksjonelle grupper er heterofunksjonelle. Det er viktig at forbindelser av samme klasse kombineres til homologe serier. En homolog serie er en serie organiske forbindelser med samme funksjonelle grupper og samme struktur; hver representant for den homologe serien skiller seg fra den forrige med en konstant enhet (CH 2), som kalles den homologe forskjellen. Medlemmer av en homolog serie kalles homologer. 17

Nomenklatursystemer i organisk kjemi - trivielt, rasjonelt og internasjonalt (IUPAC) Kjemisk nomenklatur et sett med navn på individuelle kjemiske stoffer, deres grupper og klasser, samt regler for sammenstilling av navn Kjemisk nomenklatur er et sett med navn på individuelle kjemiske stoffer, deres grupper og klasser, samt regler for sammenstilling av navn. Den trivielle (historiske) nomenklaturen er assosiert med prosessen med å oppnå stoffer (pyrogallol - et produkt av pyrolyse av gallussyre), opprinnelseskilden den ble oppnådd fra (maursyre), etc. Trivielle navn på forbindelser er mye brukt i kjemien av naturlige og heterosykliske forbindelser (citral, geraniol, tiofen, pyrrol, kinolin, etc.) Triviell (historisk) nomenklatur er assosiert med prosessen med å oppnå stoffer (pyrogallol er et produkt av pyrolyse). av gallussyre), opprinnelseskilden, som ble oppnådd fra (maursyre), etc. Trivielle navn på forbindelser er mye brukt i kjemien til naturlige og heterosykliske forbindelser (citral, geraniol, tiofen, pyrrol, kinolin, etc.). Rasjonell nomenklatur er basert på prinsippet om å dele organiske forbindelser i homologe serier. Alle stoffer i en viss homolog serie anses som derivater av den enkleste representanten denne serien- den første eller noen ganger den andre. Spesielt for alkaner - metan, for alkener - etylen, etc. Den rasjonelle nomenklaturen er basert på prinsippet om å dele organiske forbindelser i homologe serier. Alle stoffer i en viss homolog serie betraktes som derivater av den enkleste representanten for denne serien - den første eller noen ganger den andre. Spesielt for alkaner - metan, for alkener - etylen, etc. 18

Internasjonal nomenklatur (IUPAC). Reglene for moderne nomenklatur ble utviklet i 1957 på den 19. kongressen til International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Radikal funksjonell nomenklatur. Disse navnene er basert på navnet på funksjonsklassen (alkohol, eter, keton, etc.), som innledes med navnene på hydrokarbonradikaler, for eksempel: alylklorid, dietyleter, dimetylketon, propylalkohol, etc. Erstatningsnomenklatur. Nomenklaturregler. Foreldrestrukturen er det strukturelle fragmentet av molekylet (molekylskjelettet) som ligger til grunn for navnet på forbindelsen, hovedkarbonkjeden av atomer for alicykliske forbindelser, og syklusen for karbosykliske forbindelser. 19

Kjemisk binding i organiske molekyler Kjemisk binding er fenomenet med interaksjon mellom de ytre elektronskallene (valenselektroner til atomer) og atomkjerner, som bestemmer eksistensen av et molekyl eller en krystall som helhet. Som regel har et atom, som aksepterer eller donerer et elektron eller danner et felles elektronpar, en tendens til å skaffe seg konfigurasjonen av et eksternt elektronskall ligner på inerte gasser. Følgende typer kjemiske bindinger er karakteristiske for organiske forbindelser: - ionisk binding - kovalent binding - donor - akseptorbinding - hydrogenbinding Det finnes også noen andre typer kjemiske bindinger (metalliske, en-elektron, to-elektron tre-senter) , men de finnes praktisk talt ikke i organiske forbindelser. 20

Typer bindinger i organiske forbindelser Det mest karakteristiske for organiske forbindelser er en kovalent binding. En kovalent binding er samspillet mellom atomer, som realiseres gjennom dannelsen av et felles elektronpar. Denne typen bindinger dannes mellom atomer som har sammenlignbare elektronegativitetsverdier. Elektronegativitet er en egenskap ved et atom som viser evnen til å tiltrekke seg elektroner til seg selv fra andre atomer. En kovalent binding kan være polar eller ikke-polar. En ikke-polar kovalent binding oppstår mellom atomer med samme elektronegativitetsverdi

Typer bindinger i organiske forbindelser En polar kovalent binding dannes mellom atomer som har ulike elektronegativitetsverdier. I i dette tilfellet bundne atomer får partielle ladninger δ+δ+ δ-δ- En spesiell undertype av kovalent binding er donor-akseptorbindingen. Som i tidligere eksempler skyldes denne typen interaksjon tilstedeværelsen av et felles elektronpar, men sistnevnte er gitt av ett av atomene som danner bindingen (donor) og akseptert av et annet atom (akseptor) 24

Typer bindinger i organiske forbindelser En ionisk binding dannes mellom atomer som er svært forskjellige i elektronegativitetsverdier. I dette tilfellet overføres elektronet fra det mindre elektronegative elementet (ofte et metall) fullstendig til det mer elektronegative elementet. Denne elektronovergangen fører til at det vises en positiv ladning på det mindre elektronegative atomet og en negativ ladning på det mer elektronegative. Dermed dannes det to ioner med motsatte ladninger, mellom hvilke det er en elektrovalent interaksjon. 25

Typer bindinger i organiske forbindelser En hydrogenbinding er en elektrostatisk interaksjon mellom et hydrogenatom, som er bundet på en svært polar måte, og elektronpar av oksygen, fluor, nitrogen, svovel og klor. Denne typen interaksjon er ganske svakt samspill. Hydrogenbinding kan være intermolekylær eller intramolekylær. Intermolekylær hydrogenbinding (interaksjon mellom to molekyler etylalkohol) Intramolekylær hydrogenbinding i salisylaldehyd 26

Kjemisk binding i organiske molekyler Moderne teori kjemisk binding er basert på den kvantemekaniske modellen av molekylet som et system bestående av elektroner og atomkjerner. Hjørnesteinsbegrepet i kvantemekanisk teori er atomorbitalen. En atomorbital er en del av rommet der sannsynligheten for å finne elektroner er størst. Binding kan dermed sees på som interaksjonen ("overlapping") av orbitaler som hver bærer ett elektron med motsatte spinn. 27

Hybridisering av atomorbitaler I følge kvantemekanisk teori bestemmes antall kovalente bindinger som dannes av et atom av antall ett-elektron atomorbitaler (antall uparede elektroner). Karbonatomet i grunntilstanden har bare to uparrede elektroner, men den mulige overgangen til et elektron fra 2s til 2 pz gjør det mulig å danne fire kovalente bindinger. Tilstanden til et karbonatom der det har fire uparrede elektroner kalles "eksitert". Til tross for at karbonorbitaler er ulik, er det kjent at dannelsen av fire ekvivalente bindinger er mulig på grunn av hybridisering av atomorbitaler. Hybridisering er et fenomen der det samme antall orbitaler med samme form og antall dannes fra flere orbitaler med forskjellige former og lignende i energi. 28

Hybride tilstander av karbonatomet i organiske molekyler FØRSTE HYBRIDTILSTAND C-atomet er i en tilstand av sp 3 hybridisering, danner fire σ-bindinger, danner fire hybridorbitaler, som er ordnet i form av et tetraeder (bindingsvinkel) σ-binding 31

Hybride tilstander av karbonatomet i organiske molekyler ANDRE HYBRID TILSTAND C-atomet er i en tilstand av sp 2 hybridisering, danner tre σ-bindinger, danner tre hybridorbitaler, som er arrangert i form av en flat trekant (bindingsvinkel 120) σ-bindinger π-binding 32

Hybride tilstander av karbonatomet i organiske molekyler TREDJE HYBRID TILSTAND C-atomet er i en tilstand av sp-hybridisering, danner to σ-bindinger, danner to hybridorbitaler, som er ordnet i en linje (bindingsvinkel 180) σ-bindinger π -obligasjoner 33

Kjennetegn ved kjemiske bindinger POLING-skala: F-4.0; O - 3,5; Cl - 3,0; N - 3,0; Br – 2,8; S – 2,5; C-2,5; H-2,1. forskjell 1,7

Kjennetegn ved kjemiske bindinger Bindingspolariserbarhet er et skifte i elektrontetthet under påvirkning av eksterne faktorer. Bindingspolariserbarhet er graden av elektronmobilitet. Når atomradiusen øker, øker polariserbarheten til elektroner. Derfor øker polariserbarheten til karbon-halogenbindingen som følger: C-F

Elektroniske effekter. Gjensidig påvirkning av atomer i et molekyl 39 I følge moderne teoretiske konsepter er reaktiviteten til organiske molekyler forhåndsbestemt av forskyvningen og mobiliteten til elektronskyer som dannes kovalent binding. I organisk kjemi skilles det mellom to typer elektronforskyvninger: a) elektroniske forskyvninger som forekommer i -bindingssystemet, b) elektroniske forskyvninger som overføres av -bondsystemet. I det første tilfellet finner den såkalte induktive effekten sted, i det andre - en mesomerisk effekt. Den induktive effekten er en omfordeling av elektrontetthet (polarisering) som følge av forskjellen i elektronegativitet mellom atomene til et molekyl i et bindingssystem. På grunn av den ubetydelige polariserbarheten til -bindingene, forsvinner den induktive effekten raskt og etter 3-4 bindinger vises den nesten ikke.

Elektroniske effekter. Gjensidig påvirkning av atomer i et molekyl 40 Begrepet induktiv effekt ble introdusert av K. Ingold, og han introduserte også følgende betegnelser: –I-effekt ved reduksjon i elektrontetthet med en substituent +I-effekt i tilfellet med en økning i elektrontetthet med en substituent En positiv induktiv effekt utvises av alkylradikaler (CH 3, C 2 H 5 - etc.). Alle andre substituenter bundet til karbonatomet viser en negativ induktiv effekt.

Elektroniske effekter. Gjensidig påvirkning av atomer i et molekyl 41 Den mesomere effekten er omfordeling av elektrontetthet langs et konjugert system. Konjugerte systemer inkluderer molekyler av organiske forbindelser der dobbelt- og enkeltbindinger veksler eller når et atom med et ensomt elektronpar i p-orbitalen er plassert ved siden av dobbeltbindingen. I det første tilfellet finner - konjugasjon sted, og i det andre tilfellet p, -konjugering finner sted. Koblede systemer kommer i åpne og lukkede kretskonfigurasjoner. Eksempler på slike forbindelser er 1,3-butadien og bensin. I molekylene til disse forbindelsene er karbonatomer i en tilstand av sp 2-hybridisering og, på grunn av ikke-hybride p-orbitaler, danner -bindinger som gjensidig overlapper hverandre og danner en enkelt elektronsky, det vil si at konjugering finner sted.

Elektroniske effekter. Gjensidig påvirkning av atomer i et molekyl 42 Det finnes to typer mesomerisk effekt - positiv mesomerisk effekt (+M) og negativ mesomerisk effekt (-M). En positiv mesomerisk effekt vises av substituenter som gir p-elektroner til det konjugerte systemet. Disse inkluderer: -O, -S -NH 2, -OH, -OR, Hal (halogener) og andre substituenter som har en negativ ladning eller et enkelt elektronpar. Den negative mesomere effekten er karakteristisk for substituenter som absorberer elektrontetthet fra det konjugerte systemet. Disse inkluderer substituenter som har flere bindinger mellom atomer med ulik elektronegativitet: - N0 2 ; -S03H; >C=O; -COON og andre. Den mesomeriske effekten reflekteres grafisk av en bøyd pil, som viser retningen på elektronforskyvningen.I motsetning til induksjonseffekten går ikke den mesomere effekten ut. Det overføres fullstendig gjennom hele systemet, uavhengig av lengden på grensesnittkjeden. C=O; -COON og andre. Den mesomeriske effekten reflekteres grafisk av en bøyd pil, som viser retningen på elektronforskyvningen.I motsetning til induksjonseffekten går ikke den mesomere effekten ut. Det overføres fullstendig gjennom hele systemet, uavhengig av lengden på grensesnittkjeden.">

Typer kjemiske reaksjoner 43 En kjemisk reaksjon kan betraktes som interaksjonen mellom et reagens og et substrat. Avhengig av metoden for å bryte og danne en kjemisk binding i molekyler, organiske reaksjoner delt inn i: a) homolytiske b) heterolytiske c) molekylære Homolytiske eller frie radikalreaksjoner er forårsaket av homolytisk spaltning av bindingen, når hvert atom har ett elektron igjen, det vil si at det dannes radikaler. Homolytisk spaltning skjer ved høye temperaturer, virkningen av en lett kvante, eller katalyse.

Heterolytiske eller ioniske reaksjoner foregår på en slik måte at et par bindingselektroner forblir nær ett av atomene og ioner dannes. En partikkel med et elektronpar kalles nukleofil og har en negativ ladning (-). En partikkel uten elektronpar kalles elektrofil og har positiv ladning (+). 44 Typer kjemiske reaksjoner

Mekanisme for en kjemisk reaksjon 45 Mekanismen for en reaksjon er settet med elementære (enkle) stadier som utgjør en gitt reaksjon. Reaksjonsmekanismen inkluderer oftest følgende stadier: aktivering av reagenset med dannelse av en elektrofil, nukleofil eller fri radikal. For å aktivere et reagens er det vanligvis nødvendig med en katalysator. I det andre trinnet interagerer det aktiverte reagenset med substratet. I dette tilfellet dannes mellompartikler (mellomprodukter). Sistnevnte inkluderer -komplekser, -komplekser (karbokasjoner), karbanioner og nye frie radikaler. Ved det siste trinnet skjer tilsetningen eller elimineringen av en partikkel til (fra) mellomproduktet dannet i det andre trinnet med dannelsen av det endelige reaksjonsproduktet. Hvis et reagens genererer en nukleofil ved aktivering, er dette nukleofile reaksjoner. De er merket med bokstaven N - (i indeksen). I tilfellet hvor reagenset genererer en elektrofil, klassifiseres reaksjonene som elektrofile (E). Det samme kan sies om frie radikalreaksjoner (R).

Nukleofiler er reagenser som har en negativ ladning eller et atom anriket i elektrontetthet: 1) anioner: OH -, CN -, RO -, RS -, Hal - og andre anioner; 2) nøytrale molekyler med ensomme elektronpar: NH 3, NH 2 R, H 2 O, ROH og andre; 3) molekyler med overskytende elektrontetthet (har - bindinger). Elektrofiler er reagenser som har en positiv ladning eller et atom som er utarmet i elektrontetthet: 1) kationer: H + (proton), HSO 3 + (hydrogensulfoniumion), NO 2 + (nitroniumion), NO (nitrosoniumion) og andre kationer; 2) nøytrale molekyler med en ledig orbital: AlCl 3, FeBr 3, SnCl 4, BF 4 (Lewis-syrer), SO 3; 3) molekyler med utarmet elektrontetthet på atomet. 46

Kjemi- vitenskapen om strukturen, egenskapene til stoffer, deres transformasjoner og medfølgende fenomener.

Oppgaver:

1. Studie av materiens struktur, utvikling av teori om struktur og egenskaper til molekyler og materialer. Det er viktig å etablere en sammenheng mellom struktur og ulike egenskaper til stoffer og på denne bakgrunn konstruere teorier om et stoffs reaktivitet, kinetikk og mekanisme for kjemiske reaksjoner og katalytiske fenomener.

2. Gjennomføring av målrettet syntese av nye stoffer med spesifiserte egenskaper. Her er det også viktig å finne nye reaksjoner og katalysatorer for mer effektiv syntese av allerede kjente og industrielt viktige forbindelser.

3. Kjemiens tradisjonelle oppgave har fått spesiell betydning. Det er assosiert både med en økning i antall kjemiske objekter og egenskaper som studeres, og med behovet for å bestemme og redusere konsekvensene av menneskelig påvirkning på naturen.

Kjemi er en generell teoretisk disiplin. Den er designet for å gi studentene en moderne vitenskapelig forståelse av materie som en av typene bevegelig materie, om måter, mekanismer og metoder for å omdanne noen stoffer til andre. Kunnskap om grunnleggende kjemiske lover, beherskelse av kjemiske beregningsteknikker, forståelse av mulighetene som kjemi gir ved hjelp av andre spesialister som arbeider i dets individuelle og smale felt, gjør det betydelig raskere å oppnå ønsket resultat innen ulike felt av ingeniør- og vitenskapelig virksomhet.

Kjemisk industri er en av de viktigste næringene i vårt land. Produsert av henne kjemiske forbindelser, forskjellige sammensetninger og materialer brukes overalt: i maskinteknikk, metallurgi, jordbruk, konstruksjon, elektrisk og elektronisk industri, kommunikasjon, transport, romteknologi, medisin, hverdagsliv, etc. Hovedretningene for utviklingen av den moderne kjemiske industrien er: produksjon av nye forbindelser og materialer og øke effektiviteten av eksisterende produksjon.

I Medisinskole studenter studerer generelt, bioorganisk, biologisk kjemi, samt klinisk biokjemi. Studentenes kunnskap om komplekset av kjemiske vitenskaper i deres kontinuitet og sammenkobling gir større mulighet, større rom for forskning og praktisk bruk av ulike fenomener, egenskaper og mønstre, og bidrar til personlig utvikling.

Spesifikke funksjoner studere kjemiske disipliner ved et medisinsk universitet er:

· gjensidig avhengighet mellom målene for kjemiske og medisinsk utdanning;

· universalitet og fundamentalitet av disse kursene;

· det særegne ved å konstruere innholdet deres avhengig av arten og de generelle målene for legens opplæring og hans spesialisering;

· enheten i studiet av kjemiske objekter på mikro- og makronivå med avsløring av forskjellige former for deres kjemiske organisasjon som et enkelt system og de forskjellige funksjonene det viser (kjemiske, biologiske, biokjemiske, fysiologiske, etc.) avhengig av deres natur, miljø og forhold;

· avhengighet av koblingen av kjemisk kunnskap og ferdigheter med virkelighet og praksis, inkludert medisinsk praksis, i systemet "samfunn - natur - produksjon - menneske", på grunn av kjemiens ubegrensede muligheter for å lage syntetiske materialer og deres betydning i medisin , utviklingen av nanokjemi, så vel som i å løse miljømessige og mange andre globale problemer menneskeheten.

1. Forholdet mellom metabolske prosesser og energi i kroppen

Livsprosesser på jorden bestemmes i stor grad av akkumulering av solenergi i næringsstoffer - proteiner, fett, karbohydrater og de påfølgende transformasjonene av disse stoffene i levende organismer med frigjøring av energi. Forståelsen av forholdet mellom kjemiske transformasjoner og energiprosesser i kroppen ble realisert spesielt tydelig etter verk av A. Lavoisier (1743-1794) og P. Laplace (1749-1827). De viste ved direkte kalorimetriske målinger at energien som frigjøres i livets prosess bestemmes av oksidasjon av mat ved luftoksygen inhalert av dyr.

Metabolisme og energi - et sett med prosesser for transformasjon av stoffer og energi som forekommer i levende organismer, og utveksling av stoffer og energi mellom kroppen og miljø. Metabolisme og energi er grunnlaget for organismenes liv og er en av de viktigste spesifikke tegn levende materie, som skiller levende fra ikke-levende. I metabolisme, eller metabolisme, sikret av den mest komplekse reguleringen på ulike nivåer, mange enzymsystemer er involvert. Under stoffskifteprosessen omdannes stoffer som kommer inn i kroppen til vevets egne stoffer og til sluttprodukter som skilles ut fra kroppen. Under disse transformasjonene frigjøres og absorberes energi.

Med utviklingen i XIX-XX århundrer. termodynamikk - vitenskapen om interkonvertering av varme og energi - ble det mulig å kvantitativt beregne transformasjonen av energi i biokjemiske reaksjoner og forutsi deres retning.

Energiutveksling kan utføres ved å overføre varme eller utføre arbeid. Levende organismer er imidlertid ikke i likevekt med miljøet og kan derfor kalles åpne systemer uten likevekt. Men når det observeres over en viss tidsperiode, er det ingen synlige endringer i den kjemiske sammensetningen av kroppen. Men dette betyr ikke at de kjemiske stoffene som utgjør kroppen ikke gjennomgår noen transformasjoner. Tvert imot, de fornyes stadig og ganske intensivt, noe som kan bedømmes av hastigheten med hvilken stabile isotoper og radionuklider introdusert i cellen som en del av enklere forløperstoffer blir inkorporert i komplekse stoffer i kroppen.

Det er én ting mellom metabolisme og energimetabolisme grunnleggende forskjell. Jorden mister eller vinner ikke noen nevneverdig mengde materie. Materie i biosfæren utveksles i en lukket syklus osv. brukt gjentatte ganger. Energiutveksling utføres annerledes. Det sirkulerer ikke i en lukket syklus, men er delvis spredt ut i det ytre rom. Derfor, for å opprettholde livet på jorden, er en konstant strøm av energi fra solen nødvendig. I 1 år i ferd med fotosyntese på kloden absorbert rundt 10 21 avføring solenergi. Selv om det bare representerer 0,02 % av den totale energien til Solen, er det umåtelig mer enn energien som brukes av alle menneskeskapte maskiner. Mengden stoff som deltar i sirkulasjonen er like stor.

2. Kjemisk termodynamikk som teoretisk grunnlag bioenergi. Emne og metoder for kjemisk termodynamikk

Kjemisk termodynamikk studerer overganger av kjemisk energi til andre former - termisk, elektrisk, etc., etablerer de kvantitative lovene for disse overgangene, samt retningen og grensene for den spontane forekomsten av kjemiske reaksjoner under gitte forhold.

Den termodynamiske metoden er basert på en rekke strenge konsepter: "system", "systemets tilstand", "systemets indre energi", "systemets tilstandsfunksjon".

Gjenstandå studere termodynamikk er et system

Det samme systemet kan være i forskjellige tilstander. Hver tilstand av systemet er preget av et visst sett med verdier av termodynamiske parametere. Termodynamiske parametere inkluderer temperatur, trykk, tetthet, konsentrasjon osv. En endring i minst én termodynamisk parameter fører til en endring i tilstanden til systemet som helhet. Den termodynamiske tilstanden til et system kalles likevekt hvis den er preget av konstanthet av termodynamiske parametere på alle punkter i systemet og ikke endres spontant (uten arbeid).

Kjemisk termodynamikk studerer et system i to likevektstilstander (endelig og initial) og bestemmer på dette grunnlag muligheten (eller umuligheten) for en spontan prosess under gitte forhold i en spesifisert retning.

Termodynamikk studier gjensidige transformasjoner av ulike typer energi knyttet til overføring av energi mellom kropper i form av varme og arbeid. Termodynamikk er basert på to grunnleggende lover, kalt termodynamikkens første og andre lov. Studieemne i termodynamikk er energi og lovene for gjensidige transformasjoner av energiformer under kjemiske reaksjoner, prosesser for oppløsning, fordampning, krystallisering.

Kjemisk termodynamikk - seksjon fysisk kjemi, studere prosessene for interaksjon av stoffer ved hjelp av termodynamiske metoder.
Hovedretningene for kjemisk termodynamikk er:
Klassisk kjemisk termodynamikk, som studerer termodynamisk likevekt generelt.
Termokjemi, som studerer de termiske effektene som følger med kjemiske reaksjoner.
Løsningsteorien, som modellerer de termodynamiske egenskapene til et stoff basert på ideer om molekylstrukturen og data om intermolekylære interaksjoner.
Kjemisk termodynamikk er nært knyttet til slike grener av kjemi som analytisk kjemi; elektrokjemi; kolloid kjemi; adsorpsjon og kromatografi.
Utviklingen av kjemisk termodynamikk foregikk samtidig på to måter: termokjemisk og termodynamisk.
Fremveksten av termokjemi som en uavhengig vitenskap bør betraktes som oppdagelsen av Herman Ivanovich Hess, professor ved St. Petersburg University, av forholdet mellom de termiske effektene av kjemiske reaksjoner - Hess' lover.

3. Termodynamiske systemer: isolerte, lukkede, åpne, homogene, heterogene. Fasebegrepet.

System- dette er en samling av interagerende stoffer, mentalt eller faktisk isolert fra miljøet (reagensrør, autoklav).

Kjemisk termodynamikk vurderer overganger fra en tilstand til en annen, mens noen kan endre seg eller forbli konstante. alternativer:

· isobarisk- ved konstant trykk;

· isokorisk– ved konstant volum;

· isotermisk- ved konstant temperatur;

· isobarisk - isotermisk– ved konstant trykk og temperatur osv.

De termodynamiske egenskapene til et system kan uttrykkes ved hjelp av flere systemtilstandsfunksjoner, kalt karakteristiske funksjoner: indre energiU , entalpi H , entropi S , Gibbs energi G , Helmholtz energi F . Karakteristiske funksjoner har én funksjon: de er ikke avhengige av metoden (veien) for å oppnå en gitt tilstand i systemet. Verdien deres bestemmes av parametrene til systemet (trykk, temperatur, etc.) og avhenger av mengden eller massen av stoffet, så det er vanlig å henvise dem til en mol av stoffet.

I henhold til metoden for å overføre energi, materie og informasjon mellom det aktuelle systemet og miljøet klassifiseres termodynamiske systemer:

1. Lukket (isolert) system- dette er et system der det ikke er utveksling av energi, materie (inkludert stråling) eller informasjon med eksterne kropper.

2. Lukket system- et system der det kun er utveksling med energi.

3. Adiabatisk isolert system - Dette er et system der det er en utveksling av energi kun i form av varme.

4. Åpent system er et system som utveksler energi, materie og informasjon.

Systemklassifisering:
1) hvis varme- og masseoverføring er mulig: isolert, lukket, åpen. Et isolert system utveksler verken materie eller energi med miljøet. Et lukket system utveksler energi med omgivelsene, men utveksler ikke materie. Et åpent system utveksler både materie og energi med omgivelsene. Konsept isolert system brukt i fysisk kjemi som teoretisk.
2) etter indre struktur og egenskaper: homogen og heterogen. Et system kalles homogent, inne i hvilket det ikke er noen overflater som deler systemet i deler som er forskjellige i egenskaper eller kjemisk oppbygning. Eksempler på homogene systemer er vandige løsninger av syrer, baser og salter; gassblandinger; individuelle rene stoffer. Heterogene systemer inneholder naturlige overflater i dem. Eksempler på heterogene systemer er systemer som består av stoffer med ulike aggregeringstilstander: metall og syre, gass og fast, to væsker som er uløselige i hverandre.
Fase- dette er en homogen del av et heterogent system, med samme sammensetning, fysiske og kjemiske egenskaper, atskilt fra andre deler av systemet av en overflate, ved å passere gjennom hvilken egenskapene til systemet endres brått. Fasene er faste, flytende og gassformige. Et homogent system består alltid av en fase, en heterogen - av flere. Basert på antall faser klassifiseres systemer i enfase, tofase, trefase osv.

5. Termodynamikkens første lov. Indre energi. Isobariske og isokoriske termiske effekter .

Termodynamikkens første lov- en av termodynamikkens tre grunnleggende lover, representerer loven om bevaring av energi for termodynamiske systemer.

Termodynamikkens første lov ble formulert på midten av 1800-tallet som et resultat av arbeidet til den tyske vitenskapsmannen J. R. Mayer, den engelske fysikeren J. P. Joule og den tyske fysikeren G. Helmholtz.

I henhold til termodynamikkens første lov, termodynamisk system kan forplikte seg fungerer kun på grunn av dens indre energi eller eksterne energikilder .

Termodynamikkens første lov er ofte formulert som umuligheten av eksistensen av en evighetsmaskin av den første typen, som ville gjøre arbeid uten å trekke energi fra noen kilde. En prosess som skjer ved en konstant temperatur kalles isotermisk, ved konstant trykk - isobarisk, ved konstant volum – isokorisk. Hvis systemet under en prosess er isolert fra det ytre miljøet på en slik måte at varmeveksling med omgivelsene er utelukket, kalles prosessen adiabatisk.

Systemets indre energi. Når et system går over fra en tilstand til en annen, endres noen av dets egenskaper, spesielt intern energi U.

Den indre energien til et system er dets totale energi, som består av kinetiske og potensielle energier til molekyler, atomer, atomkjerner og elektroner. Intern energi inkluderer energien til translasjons-, rotasjons- og vibrasjonsbevegelser, så vel som potensiell energi på grunn av tiltreknings- og frastøtningskreftene som virker mellom molekyler, atomer og intraatomære partikler. Den inkluderer ikke den potensielle energien til systemets posisjon i rommet og den kinetiske energien til systemets bevegelse som helhet.

Intern energi er en termodynamisk funksjon av systemets tilstand. Dette betyr at når systemet befinner seg i en gitt tilstand, får dets indre energi en viss verdi som ligger i denne tilstanden.

∆U = U 2 - U 1

hvor U 1 og U 2 er den indre energien til systemet V henholdsvis slutt- og starttilstand.

Termodynamikkens første lov. Hvis systemet utveksler termisk energi Q og mekanisk energi(arbeid) A, og samtidig overganger fra tilstand 1 til tilstand 2, er mengden energi som frigjøres eller absorberes av systemet av varmeformer Q eller arbeid A lik den totale energien til systemet under overgangen fra en tilstand til en annen og registreres.