ChemNet
 
Химический факультет МГУ

Учебные курсы по химии
для студентов нехимических факультетов МГУ

Биоорганическая химия

Программа курса

для студентов факультета фундаментальной медицины МГУ им. М.В.Ломоносова

Программа рекомендована Президиумом УМС по химии УМО по классическому университетскому образованию от 15 июня 2009 года как примерная программа при подготовке в вузах выпускников бакалавриата по профилю "Органическая и биоорганическая химия". Программа может использоваться также студентами, специализирующимися в области биохимии, фармацевтики и медицинской химии.

Введение

Предмет биоорганической химии, ее связь с органической химией, биохимией, фармакологией и медициной. Основные положения теории химического строения А.М.Бутлерова. Способы построения названий (номенклатура) органических соединений: тривиальные, рациональные, систематические названия. Современная заместительная номенклатура ИЮПАК (электронная версия размещена в программе ACDLabs).

Гомология и гомологические ряды. Структурная изомерия (изомерия углеродного скелета и изомерия, вызванная положением заместителя).

Пространственная изомерия органических соединений (конформации и конфигурации, клиновидные проекции и проекции Ньюмена органических соединений). Геометрическая (цис, транс, Z, E) изомерия алкенов. Оптическая изомерия на примере органических соединений с одним и двумя асимметрическими атомами углерода (хиральность; энантиомеры; диастереомеры; рацематы; мезо-, трео- и эритро-формы; R-, S-номенклатура). Клиновидные проекции и проекционные формулы Фишера. Хиральные молекулы без асимметрических центров на примере хиральных алленов, бифенилов и спиросоединений (осевая хиральность).

Углерод, электронная конфигурация; гибридизация углерода в органических соединениях. Представление о молекулярных орбиталях. Типы химических связей в органических соединениях: ковалентная (s- и p-связь), ионная, донорно-акцепторная, координационная, водородная связь. Физические характеристики связей: энергия, длина, полярность, поляризуемость.

Электронные эффекты (индуктивный и мезомерный) заместителей.

Представление о механизме органических реакций. Понятие о резонансных структурах. Электрофильные, нуклеофильные и радикальные реагенты. Гетеролитический и гомолитический разрыв связей. Типы промежуточных частиц: карбокатионы, карбанионы, радикалы; их строение. Понятие о переходном состоянии и интермедиате.

Кислоты и основания (Бренстед, Льюис). Сопряженные кислоты и основания. Кислотно-основные равновесия. Константы кислотности и основности (Ka, Kb, pKa, pKb).

Углеводороды

Алканы

Гомологический ряд. Изомерия. Номенклатура. sp3-Гибридное состояние атома углерода. Природа С-С и С-Н связей. Способы изображения пространственного строения молекул с sp3-гибридизованным углеродом: клиновидные проекции, "лесопильные козлы", проекции Ньюмена. Конформеры и конформации. Конформации этана, пропана, бутана и высших гомологов. Энергетическая диаграмма конформационного состояния молекулы алкана. Нахождение в природе. Способы получения алканов (гидрирование непредельных углеводородов, синтез через металлоорганические соединения, электролиз солей карбоновых кислот, восстановление карбонильных соединений).

Химические свойства алканов. Галогенирование, нитрование, сульфохлорирование, окисление, крекинг. Понятие о свободных радикалах. Механизм свободно-радикальных реакций замещения. Различие в реакционной способности атома водорода при первичном, вторичном и третичном атоме углерода.

Алкены

Гомологический ряд. Изомерия. Номенклатура. Пространственная изомерия алкенов (цис-, транс- и Z-, E-номенклатура). Природа двойной углерод-углеродной связи. sp2-Гибридное состояние атома углерода. Геометрия двойной связи. Способы получения алкенов (дегидрогалогенирование, дегалогенирование, дегидратация (правило Зайцева), реакции Гофмана, Виттига, стереоселективное восстановление алкинов). Ряд стабильности алкенов, выведенный на основании теплот гидрирования.

Химические свойства алкенов. Электрофильное присоединение к алкенам: гидрогалогенирование, галогенирование, гидратация. Понятие об электрофильных агентах. Механизм электрофильного присоединения к ненасыщенным системам (p-и s-комплексы). Стереохимия реакций электрофильного присоединения к алкенам. Правило Марковникова и его современное толкование. Карбокатионы (карбениевые ионы), их стабильность; перегруппировки карбокатионов. Гидрокси- и алкоксимеркурирование алкенов.

Радикальные реакции алкенов. Присоединение бромистого водорода к алкенам против правила Марковникова в присутствии перекисей (перекисный эффект Хараша). Высокотемпературное аллильное хлорирование алкенов по Львову, аллильное бромирование по Циглеру (N-бромсукцинимид в присутствии радикальных инициаторов).

Гидроборирование алкенов. Гидриды бора, наиболее часто применяемые в органическом синтезе. Регио- и стереоселективное присоединение гидридов бора. Превращение борорганических соединений в алканы, спирты, алкилгалогениды.

Окисление алкенов. Окисление алкенов до оксиранов и до диолов. Син-гидроксилирование алкенов по Вагнеру (KMnO4) и Криге. (OsO4). Анти-гидроксилирование алкенов (по Прилежаеву). Озонолиз алкенов, окислительное и восстановительное расщепление озонидов.

Каталитическое гидрирование алкенов. Катализаторы гомогенного и гетерогенного гидрирования.

Полимеризация алкенов (радикальная, катионная, анионная, координационная).

Карбены - частицы с двухкоординированным атомом углерода. Методы генерирования карбенов и дигалокарбенов. Синглетные и триплетные карбены. Понятие о карбеноидах. Механизм и стереохимия присоединения карбенов и карбеноидов к алкенам.

Алкины

Гомологический ряд. Изомерия. Номенклатура. Природа тройной углерод-углеродной связи, sр-гибридное состояние атома углерода. Способы получения алкинов: дегидрогалогенирование геминальных и вицинальных дигалогеналканов и алкенилгалогенидов, алкилирование ацетилена и терминальных ацетиленов. Промышленный способ получения ацетилена пиролизом метана.

Реакции присоединения: гидрирование, гидрогалогенирование, галогенирование, гидратация (реакция Кучерова), присоединение спиртов, карбоновых кислот, цианистого водорода. Сравнение реакционной способности алкенов и алкинов в реакциях электрофильного присоединения.

Восстановление алкинов до цис- и транс-алкенов. Гидроборирование алкинов, синтез альдегидов.

СН-кислотность ацетиленов. Реакции с участием подвижного ацетиленового атома водорода: получение ацетиленидов металлов и их взаимодействие с электрофильными реагентами (с алкилгалогенидами, оксиранами и карбонильными соединениями). Ацетилен-алленовая изомеризация и перемещение тройной связи интернальных алкинов в терминальное положение.

Окислительное сдваивание терминальных алкинов в присутствии солей меди (I).

Олигомеризация ацетилена. Ди-, три- и тетрамеризация ацетилена.

Алкадиены

Изомерия, номенклатура, классификация алкадиенов (кумулированные, сопряженные и изолированные двойные связи). 1,3-Диены, эффект p,p-сопряжения. Методы синтеза сопряженных диенов (дегидрирование алканов, синтез Фаворского-Реппе, кросс-сочетание на металлокомплексных катализаторах). Промышленные способы получения сопряженных диенов (бутадиен, изопрен, хлоропрен).

Химические свойства 1,3-алкадиенов. Механизм электрофильного 1,2-и 1,4-присоединения, кинетический и термодинамический контроль.

Диеновый синтез (реакция Дильса-Альдера). Диены и диенофилы.

Полимеризация диенов. Представление о пространственных и линейных полимерах. Каучуки. Пластические массы.

Терпены (изопреноиды). Понятие о строении терпенов. Лимонен, ментол, пинен, камфора, ментан, пинан, камфан. Сопряженные полиены: каротиноиды, витамин А.

Циклоалканы

Общая формула. Номенклатура и изомерия. Устойчивость циклов. Напряжение угловое и торсионное. Основы конформационного анализа. Конформация циклогексана. Аксиальные и экваториальные связи. 1,2-, 1,3- и 1,4-Замещенные циклогексаны. Способы получения циклоалканов. Химические свойства. Сравнение с алканами и алкенами. Особый характер связей в циклопропане.

Ароматические углеводороды. Ароматичность

Строение бензола. Формула Кекуле. Молекулярные орбитали бензола. Круг Фроста. Концепция ароматичности. Правило Хюккеля. Антиароматичность на примере циклобутадиена, аниона циклопропенилия, циклопентадиенил-катиона. Критерии ароматичности: квантовохимический, энергетический (теплоты гидрирования) и магнитный.

Аннулены. Аннулены ароматические и неароматические. Ароматические катионы и анионы. Конденсированные ароматические углеводороды (нафталин, фенантрен, антрацен, азулен). Гетероциклические пяти- и шестичленные ароматические соединения (пиррол, фуран, тиофен, азолы, пиридин).

Ди- и триарилметаны. Методы получения. Ди- и триарилметилкатионы, радикалы и анионы. Методы их генерирования и стабильность. Понятие о красителях трифенилметанового ряда.

Номенклатура и изомерия ароматических углеводородов ряда бензола. Промышленные способы получения (каталитический риформинг нефти, переработка коксового газа и каменноугольной смолы). Лабораторные методы синтеза алкилбензолов (реакция Вюрца-Фиттига и другие реакции кросс-сочетания, алкилирование по Фриделю-Крафтсу, восстановление жирноароматических кетонов).

Электрофильное ароматическое замещение

Электрофильное ароматическое замещение: изотопный обмен водорода, нитрование (нитрующие агенты, понятие об ипсо-атаке и ипсо-замещении), галогенирование, алкилирование, ацилирование (реакция Фриделя-Крафтса), сульфирование (понятие о сульфамидных препаратах). Механизм электрофильного замещения в ароматическом ядре: p-и s-комплексы, доказательства их существования. Реакционная способность замещенных ароматических соединений. Ориентация вступления новой группы при наличии заместителя в бензольном кольце. Ориентанты I и II рода. Согласованная и несогласованная ориентация. Кинетический и термодинамический контроль в реакциях электрофильного ароматического замещения (на примере реакций сульфирования и алкилирования). Ориентация электрофильного ароматического замещения в нафталине, антрацене и фенантрене.

Реакции алкилбензолов с участием боковых цепей. Окисление алкилбензолов до бензойных кислот. Галогенирование, нитрование по Коновалову боковых цепей алкилбензолов.

Реакции бензольного кольца с нарушением ароматической системы связей (гидрирование, озонирование, хлорирование с образованием гексахлорана). Окисление нафталина и антрацена.

Нуклеофильное ароматическое замещение.

Нуклеофильное ароматическое замещение. Механизм отщепления-присоединения. Методы генерирования и фиксации дегидробензола. Строение дегидробензола.

Механизм присоединения-отщепления SNAr. Активирующее влияние электроноакцепторных заместителей. Анионные s-комплексы Мейзенгеймера.

Механизм SN1 (ароматическое нуклеофильное замещение в реакциях гидролиза катионов арилдиазония).

Механизм SRN1 в ароматическом ряду.

Галогенпроизводные

Алифатические галогенпроизводные.

Нуклеофильное замещение у насыщенного атома углерода

Природа связи С-На1. Способы получения (галогенирование углеводородов, присоединение галогенов и галогеноводородов к непредельным соединениям, замещение гидроксильной группы на галоген в спиртах).

Химические свойства, понятие о нуклеофильных агентах. Реакции нуклеофильного замещения галогена на гидроксильную, алкоксильную, амино-, циано-группы и др. Механизмы нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода (SN1 и SN2). Зависимость механизма нуклеофильного замещения от структуры исходного соединения (электронные и пространственные факторы), нуклеофильности реагента, природы уходящей группы и растворителя. Карбениевые ионы, факторы, определяющие их стабильность, перегруппировки карбокатионов. Амбидентные нуклеофилы (-CºN, -S-CºN, -O-N=O), двойственная реакционная способность, интерпретация данных в рамках теории жестких и мягких кислот и оснований (ЖМКО).

Реакции элиминирования (Е1 и Е2). Конкуренция реакций замещения и элиминирования. Стереоспецифичность реакций Е2 элиминирования.

Металлоорганические соединения. Реакция алкилгалогенидов с металлическим натрием, литием и магнием (реактив Гриньяра). Природа связи углерод-металл, применение металлоорганических соединений в органическом синтезе (реакции с оксиранами, карбонильными соединениями, с карбоновыми кислотами и их функциональными производными, углекислотой, спиртами, водой). Литийдиалкилкупраты и их использование в органическом синтезе.

Галогенпроизводные имеющие медикобиологическое значение: этилхлорид, хлороформ, иодоформ, гексахлоран (ДДТ).

Непредельные галогенпроизводные

Аллил- и винилгалогениды. Методы получения. Сравнение реакционной способности аллил-, винил-, и алкилгалогенидов в реакциях нуклеофильного замещения и элиминирования.

Арилгалогениды

Бензил-и арилгалогениды. Получение (условия введения галогена в ароматическое ядро и в боковую алкильную цепь). Различие в подвижности галогена в бензил-и арилгалогенидах в реакциях нуклеофильного замещения (сравнить с алкил-, винил-и аллилгалогенидами).

Спирты

Одноатомные предельные спирты

Гомологический ряд. Номенклатура, изомерия. Методы получения спиртов (из алкенов, галогенпроизводных и карбонильных соединений). Синтезы с помощью металлоорганических соединений. Ассоциация, водородная связь, кислотность и основность спиртов. Физические свойства.

Химические свойства. Реакции с разрывом связи О-Н спиртов: образование алкоголятов, ацилирование, взаимодействие с металлоорганическими соединениями.

Реакции гидроксильной группы с участием связи С-ОН спиртов: замещение на галоген (с галогеноводородами и с галогенидами фосфора и серы), дегидратация. Сравнение свойств первичных, вторичных и третичных спиртов.

Окисление спиртов. Окисление первичных спиртов до альдегидов.

Гидроксильная группа в полифункциональных органических соединениях: тритильная, тетрагидропиранильная и другие защитные группы.

Метанол, этанол и их биологическое действие. Высшие спирты в природе.

Диметилсульфат – алкилирующий реагент. Изоамилнитрит.

Непредельные спирты

Получение и изомеризация винилового спирта  в ацетальдегид (правило Эльтекова). Аллиловый и бензиловый спирты.

Многоатомные спирты

Этиленгликоль, 2,3-диметилбутандиол-2,3, глицерин. Получение. Особые свойства вицинальных диолов: пинаколиновая перегруппировка (механизм), окислительное расщепление под действием тетраацетата свинца и периодата натрия. Сложные эфиры азотной и азотистой кислот. Нитроэфиры быстро действующие вазодилататоры (антиангинальные препараты): нитроглицерин (сосудорасширяющее средство), эринит.

Фенолы

Номенклатура. Методы синтеза (получение фенола из кумола (механизм), из хлорбензола, арилсульфокислот, арилдиазосоединений). Взаимное влияние гидроксильной группы и бензольного кольца. Кислотные свойства фенола, сравнение со спиртами. Получение простых и сложных эфиров фенола. Перегруппировки Фриса, Кляйзена. Реакции электрофильного замещения в бензольном ядре фенола (галогенирование, нитрование, формилирование фенолов по Вильсмейеру и Реймеру-Тиману). Карбоксилирование фенолятов щелочных металлов (реакция Кольбе-Шмитта).

Конденсация фенола с карбонильными соединениями. Фенолформальдегидные смолы. Нитрофенолы. Влияние заместителей в ядре на кислотность фенолов. Пикриновая кислота. Одноатомные фенолы применяемые в качестве антисептиков (фенол, крезолы, тимол, b-нафтол).

Многоатомные фенолы. Адреналин. Дофамин. Эвгенол. Природные фенолы – эффективные антиоксиданты.

Хиноны

Методы получения орто- и пара-бензохинонов, антрахинона. Восстановление хинонов. Хиноны как ненасыщенные кетоны. Хиноны как диенофилы в реакциях Дильса-Альдера. Кофермент Q (убихинон). Витамины группы K. Витамин К1 - фитоменадион (2-метил-3-фитил-1,4-нафтохинон), витамин К2 - хлоробиумхинон, витамины К3 – менадион (2-метил-1,4-нафтохинон), викасол.

Простые эфиры и эпоксиды (оксираны)

Простые эфиры. Номенклатура и изомерия. Способы получения. Химические свойства. Оксониевые соединения. Диэтиловый эфир, диоксан, тетрагидрофуран. Целозольвы, полиглимы. Краун-эфиры. Непредельные простые эфиры: анизол, алкилвиниловые эфиры, дигидропиран (3,4-дигидро-2Н-пиран). Взаимодействие простых эфиров (предельных и непредельных) с концентрированной иодистоводородной кислотой.

Оксираны. Строение и способы получения (окисление этилена кислородом в присутствии серебряного катализатора, окисление алкенов надкислотами, взаимодействие галогенгидринов с основаниями). Химические свойства оксиранов, обусловленные наличием трехчленного цикла, содержащего атом кислорода: раскрытие оксиранового кольца под действием электрофильных и нуклеофильных реагентов (регионаправленность раскрытия оксиранового кольца и стереохимия образующихся продуктов). Сравнение химических свойств простых эфиров и оксиранов. Взаимодействие оксиранов с литий- и магнийорганическими соединениями как способ удлинения углеродной цепи на два атома углерода.

Оксосоединения

Альдегиды и кетоны

Номенклатура. Строение карбонильной группы. Влияние заместителей на реакционную способность C=О-группы. Способы получения оксосоединений: окисление спиртов, гидролиз дигалогенпроизводных, из карбоновых кислот и их производных, из ацетиленов по реакции Кучерова, гидроборированием алкинов, из алкенов (озонолиз).

Реакции карбонильной группы: присоединение водорода, воды, бисульфита натрия, синильной кислоты, магнийорганических соединений; образование ацеталей и кеталей. Этинилирование карбонильных соединений (реакции Фаворского и Реппе).Карбонильная группа в полифункциональных соединениях: 1,3-диоксолановая защита. 1,3-Дитианы и их использование в органическом синтезе. Взаимодействие карбонильных соединений с илидами фосфора (реакция Виттига), как один из лучших методов синтеза алкенов, в том числе алкенов с заданной конфигурацией, содержащих функциональные группы. Реакция оксосоединений с аминами (имины и енамины), с гидроксиламином (оксимы), с гидразином и его производными (гидразоны), с семикарбазидом (семикарбазоны); механизм реакции. Перегруппировка Бекмана.

С-Н-кислотные свойства карбонильных соединений. Енолизация альдегидов и кетонов. Кето-енольная таутомерия кетонов и 1,3-дикетонов. Двойственная реакционная способность енолят-анионов. Интерпретация данных в рамках теории ЖМКО. Реакции с участием a-атомов водорода: альдольная и кротоновая конденсации (механизм реакции, кислотный и щелочной катализ). Галоформная реакция (механизм). Хлораль.

Взаимодействие оксосоединений с ацетиленами, конденсация с фенолом.

Окисление и восстановление альдегидов и кетонов. Окисление по Байеру-Виллигеру. Получение пинаконов. Восстановление карбонильных соединений до спиртов с использованием комплексных гидридов лития и натрия. Восстановление по Кижнеру-Вольфу.

Полимеризация альдегидов (параформ, паральдегид).

Непредельные альдегиды и кетоны

Акролеин и кротоновый альдегид. Сопряжение карбонильной и олефиновой двойных связей. Химические свойства a,b-непредельных карбонильных соединений (реакции 1,2- и 1,4-присоединения). Селективное восстановление a,b-непредельных карбонильных соединений. Сопряженное присоединение енолятов и енаминов (реакции Михаэля). Аннелирование по Робинсону.

Ароматические альдегиды и кетоны

Получение бензальдегида из толуола. Введение ацильной группы в ароматическое кольцо (ацилирование по Фриделю-Крафтсу, формилирование по Гаттерману-Коху). Реакция Канниццаро.

Карбоновые кислоты и их производные

Монокарбоновые кислоты

Гомологический ряд. Изомерия и номенклатура. Строение карбоксильной группы и карбоксилат-иона. Ассоциация и диссоциация карбоновых кислот. Влияние заместителей на их кислотные свойства. Сравнение кислотности карбоновых и сульфоновых кислот. Способы получения карбоновых кислот: окисление углеводородов, спиртов, альдегидов, кетонов, гидролиз функциональных производных кислот, взаимодействие металлоорганических соединений с диоксидом углерода.

Химические свойства: получение различных функциональных производных; восстановление карбоновых кислот и их производных. Декарбоксилирование. Галогенирование по Геллю-Фольгардту-Зелинскому (механизм);

Муравьиная, уксусная, миристиновая, пальмитиновая, стеариновая кислоты. Особые свойства муравьиной кислоты.

Производные карбоновых кислот

Галогенангидриды. Получение с помощью галогенидов фосфора, тионилхлорида, фосгена, бензоилхлорида, оксалилхлорида. Свойства: взаимодействие с нуклеофильными агентами (вода, спирты, аммиак, амины, гидразин, металлоорганические соединения). Восстановление до альдегидов по Розенмунду и комплексными гидридами металлов.

Ангидриды. Методы получения: дегидратация кислот с помощью Р2О5 и фталевого ангидрида; ацилирование солей карбоновых кислот хлорангидридами. Химические свойства ангидридов кислот. Ангидриды кислот как ацилирующие реагенты.

Кетен. Получение и свойства. Промышленный способ получения уксусного ангидрида.

Сложные эфиры. Получение: этерификация карбоновых кислот (механизм), ацилирование спиртов и их алкоголятов ацилгалогенидами и ангидридами, алкилирование карбоксилат-ионов, алкоголиз нитрилов. Методы синтеза циклических сложных эфиров - лактонов. Реакции сложных эфиров: гидролиз (механизм кислотного и основного катализа), аммонолиз, переэтерификация, взаимодействие с металлоорганическими соединениями. Восстановление до альдегидов (ДИБАЛ-Н и комплексные гидриды металлов). Сложноэфирная и ацилоиновая конденсации. Тиоэфиры.

Амиды. Методы получения: ацилирование аммиака и аминов, пиролиз карбоксилатов аммония, гидролиз нитрилов, изомеризация оксимов (Бекман). Синтез циклических амидов - лактамов. Свойства: гидролиз, восстановление до аминов. Понятие о секстетных перегруппировках. Перегруппировки Гофмана, Курциуса.

Полимерные сложные эфиры и амиды: дакрон, лексан, поликарбонатный полимер, найлон-6,6, капрон.

Нитрилы. Получение: дегидратация амидов кислот, алкилирование амбидентного цианид-аниона. Свойства: гидролиз, аммонолиз, восстановление, взаимодействие с металлоорганическими соединениями.

Непредельные кислоты

Получение из галоген- и оксикислот. Свойства. Цис-и транс-изомерия. Фумаровая и малеиновая кислоты. Различия по физическим и химическим свойствам. Малеиновый ангидрид как диенофил в реакции диенового синтеза. Акриловая и метакриловая кислоты. Свойства. Полимерные материалы на основе производных акриловой и метакриловой кислот. Коричная кислота. Олеиновая кислота. Незаменимые жирные кислоты: арахидоновая, линолевая и линоленовая кислоты и их роль в живых организмах.

Дикарбоновые кислоты

Номенклатура. Общие методы получения.  Особые свойства метиленовой группы малонового эфира как С-Н-кислоты. Конденсация малоновой кислоты и ее эфиров с карбонильными соединениями (реакция Кневенагеля). Синтезы с помощью малонового эфира. Декарбоксилирование малоновой кислоты. Янтарная кислота, ее ангидрид и имид. N-бромсукцинимид, его использование в синтезе.

Ароматические карбоновые кислоты

Бензойная кислота, методы ее получения. Салициловая кислота и ее производные. Лекарственные препараты салол и аспирин.

Дикарбоновые ароматические кислоты. Синтез и практическое применение фталевой и терефталевой кислот. Ангидрид, амид и имид фталевой кислоты. Фталимид калия и его использование в органическом синтезе (получение первичных аминов и аминокислот по Габриэлю).

Антраниловая кислота. Синтез из фталевого ангидрида. Антраниловая кислота как источник триптофана и других индольных биологически важных природных соединений.

4-Аминобензойная кислота и ее производные. Лекарственные препараты анестезин и новокаин.

Оксокислоты

a,b,g-Оксокислоты. Глиоксиловая, пировиноградная кислоты, свойства. Ацетоуксусный эфир, его получение (сложноэфирная конденсация Кляйзена) и использование в синтезе. Кето-енольная таутомерия эфиров b-кетокислот. Реакции кетонной и енольной форм ацетоуксусного эфира. Алкилирование натриевого производного ацетоуксусного эфира, амбидентный характер енолят-аниона. Кислотное и кетонное расщепление. Использование ацетоуксусного эфира для синтеза органических соединений, в том числе для синтеза лекарственных препаратов (анальгин, антипирин, нифедипин, фелодипин). Левулиновая кислота (получение из натрацетоуксусного эфира и этилового эфира хлоруксусной кислоты).

Гидроксикислоты (оксикислоты)

Изомерия, номенклатура. Общие методы получения: восстановление кетокислот, взаимодействие оксокислот с реактивами Гриньяра, окисление гликолей; гидролиз оксинитрилов, диазотирование аминокислот. Получение b-оксикислот реакцией Реформатского,  g,d-оксикислот – окислением циклических кетов по Байеру-Виллигеру.

Стереохимия молочных и винных кислот. Способы разделения рацематов. Понятие об асимметрическом синтезе. Относительная и абсолютная конфигурация асимметирических центров.

Дегидратация a,b,g,d-оксикислот. Лактиды и лактоны. Гликолевая, молочная, яблочная, винная кислоты и лимонная кислоты. Нахождение в природе.

Жиры

Растительные и животные жиры. Аналитические характеристики жиров. Химические свойства. Мыла, детергенты, воски.

Понятие о липидах. Омыляемые липиды. Нейтральные липиды. Высшие жирные кислоты: пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линолевая, линоленовая. Реакции триацилглицеринов: гидролиз, окисление, реакции электрофильного присоединения. Гидрогенизация жиров. Жидкие и твердые жиры. Масла. Фосфолипиды; фосфотидилэтаноламины, фосфатидилхолины. Строение, отношение к гидролизу.

Неомыляемые липиды.

углеводы

Классификация углеводов (моно-, ди-и полисахариды) и нахождение в природе. Альдопентозы (рибоза, дезоксирибоза, арабиноза, ксилоза, ликсоза), альдогексозы (аллоза, альтроза, глюкоза, манноза, гулоза, идоза, галактоза, талоза), их строение. Связь конфигурации сахаров с D-и L-глицериновым альдегидом. Эпимеры. Открытая и циклическая форма глюкозы (пиранозная, фуранозная), таутомерия и мутаротация сахаров. Гликозидный гидроксил. a,b–Аномеры. Гликозиды и агликоны.

Реакции альдоз: окисление, восстановление, алкилирование, ацилирование, образование ацеталей и тиоацеталей, получение оксимов и циангидринов. Озазоны. Ксилит и сорбит, их медико-биологическое значение. Витамин С (L-аскорбиновая кислота).

Конформация глюкопиранозы (форма "кресло", аксиальное и экваториальное расположение гидроксильных групп). Конфигурация циклической формы рибозы и дезоксирибозы.

Синтез моносахарида по Килиани-Фишеру и деградация моносахаридов по Руффу и  по Волю.

Фруктоза как пример кетогексозы. Ее строение, свойства, нахождение в природе, образование из глюкозы.

Дисахариды. Строение. Восстанавливающие дисахариды: мальтоза, целлобиоза и лактоза. Невосстанавливающий дисахарид ‑ сахароза.

Полисахариды. Крахмал, клетчатка. Строение, химическая переработка клетчатки.

Нуклеозиды. Строение, конфигурация гликозидного центра. Гидролиз.

Амины

Алифатические амины

Классификация, номенклатура и изомерия. Способы получения аминов: из галогенпроизводных (реакция Гофмана), восстановительным аминированием карбонильных соединений, восстановлением азотистых производных, восстановлением амидов карбоновых кислот литийалюминийгидридом, перегруппировкой Гофмана, реакцией Габриэля. Электронное строение аминогруппы.

Химические свойства аминов. Амины как основания. Сравнение основных свойств аммиака, первичных, вторичных и третичных аминов, а также амидов. Идентификация и разделение первичных, вторичных и третичных аминов с помощью бензолсульфохлорида (проба Хинсберга). Алкилирование, ацилирование аминов. Действие азотистой кислоты на первичные, вторичные и третичные амины. Четвертичные аммониевые основания и их соли. Термическое разложение четвертичных аммониевых оснований по Гофману (механизм и стереохимия). Диамины, аминоспирты. b-Аминоэтанол и его производные. Холин (мембранопротектор), ацетилхолин (нейромедиатор), О-фосфатэтаноламин. Лекарственный препарат димедрол.

Ароматические амины

Анилин, толуидин. Получение при восстановлении соответствующих нитросоединений. Взаимное влияние аминогруппы и бензольного кольца. Реакции электрофильного замещения, ацетильная защита аминогруппы. Сравнение основных свойств алифатических и ароматических аминов. Влияние заместителя в кольце на основные свойства аминогруппы. Сульфаниловая кислота. Цвиттер-ионы. Сульфамидные препараты. Диазотирование первичных ароматических аминов азотистой кислотой. Соли диазония, их реакции, протекающие без выделения и с выделением азота. Азосочетание как реакция электрофильного замещения в ароматическом ядре.

4-Аминофенол и его производные. Лекарственные препараты: парацетамол и фенацитин.

Аминокислоты, пептиды и белки

Природные аминокислоты. Их стереохимия. Амфотерные свойства аминокислот. Электрофорез. Изоэлектрическая точка. Нейтральные, кислые и основные аминокислоты. Важнейшие представители природных аминокислот (глицин, аланин, фенилаланин, валин, лейцин, лизин, треонин, пролин, триптофан). Химические свойства: образование внутрикомплексных солей, реакции этерификации, ацилирования, алкилирования, реакции с азотистой кислотой, с формальдегидом. Отношение a-,b-,g-,d-аминокислот к нагреванию. Биологически важные реакции a-аминокислот: дезаминирование (окислительное и восстановительное), декарбоксилирование.

Понятие о ферментах и ферментативном катализе. Ферменты как хиральные катализаторы, обеспечивающие стереоспецифичность сложных химических превращений, протекающих в живых организмах (invivo).

Общее представление о составе, строении, физических и химических свойствах белков. Пептидные спирали и водородная связь. Кислотный и щелочной гидролиз пептидов. Пептидный синтез. Избирательная защита аминогруппы и активирование  карбоксильной группы. Твердофазный метод синтеза пептидов.

Состав и аминокислотная последовательность полипептидов и белков. Качественные реакции на пептидную связь. Определение С- и N-концевых аминокислот.

Гетероциклические соединения

Классификация гетероциклов. Пятичленные гетероароматические соединения с одним гетероатомом: фуран, тиофен, пиррол. Строение. Нахождение в природе. Номенклатура монозамещенных гетероциклов. Ацидофобность. Электрофильное замещение, ориентация вступления заместителя. Сравнение с реакционной способностью бензола.

Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом. Пиридин, нахождение в природе, строение, изомерия монозамещенных производных пиридинов. Основность и реакционная способность пиридина. Сравнение с пирролом и бензолом. Ориентация при электрофильном замещении. Алкилирование по атому азота, входящему в гетероароматическое кольцо. Нуклеофильное замещение атома водорода, связанного с пиридиновым ядром, на окси- и аминогруппу (реакция Чичибабина). Хинолин.

Биологически важные гетероциклы с одним гетероатомом: никотинамид, 8-оксихинолин. Лекарственные препараты кордиамин, хинозол и 5-НОК. Триптофан, триптамин, серотонин.

Гетероциклы с несколькими гетероатомами. Пиразол, имидазол, тиазол, пиримидин, пурин. Таутомерия имидазола. Кето-енольная и лактим-лактамная таутомерия на примере урацила, тимина, цитозина, гуанина, мочевой кислоты, барбитуровой кислоты. Гетероциклы как структурный элемент природных соединений (пуриновые и пиримидиновые основания).

Ненаркотические анальгетики - производные пиразолона-5. Антипирин, амидопирин, анальгин.

Барбитуровая кислота. Барбитураты. Таутомерия. Кислотные свойства.

Мочевая кислота. Таутомерия. Реакции солеобразования.

Алкалоиды. Никотин, морфин, хинин, атропин, анабазин, кокаин. Строение. Солеобразование.

Нуклеиновые кислоты

Общее представление о составе и строении нуклеиновых кислот. Нуклеиновые пиримидиновые основания – урацил, тимин, цитозин. Нуклеиновые пуриновые основания – аденин и гуанин. Нуклеозиды: рибонуклеозиды (уридин, цитидин, аденозин, гуанозин); дезоксирибонуклеозиды (тимидин, дезоксицитидин, дезоксиаденозин, дезоксигуанозин). Пространственное строение нуклеозидов. Нуклеотиды: рибонуклеотиды (уридин-5’-фосфат, цитидин-5’-фосфат, аденозин-5’-фосфат, гуанозин-5’-фосфат); дезоксирибонуклеотиды (тимидин-5’-фосфат, дезоксицитидин-5’-фосфат, дезоксиаденозин-5’-фосфат, дезоксигуанозин-5’-фосфат). Строение, номенклатура, гидролиз.

Первичная структура нуклеиновых кислот: последовательность и соотношение нуклеотидных компонентов. Водородные связи. Комплементарность нуклеиновых оснований в ДНК.

Вторичная структура ДНК и роль водородных связей в ее образовании.

Гидролиз. ДНК и РНК. Тринуклеотиды.

Фосфодиэфирная связь. АДФ, АТФ. Нуклеозидполифосфаты ‑ интермедиаты реакций invivo с переносом энергии в биохимических процессах.

Никотинамиднуклеотидные коферменты - НАД+, НАДН. Окисление спиртовых групп в альдегидные на примере превращения ретинола в ретиналь (НАД+) и восстановление карбонильных групп в спиртовые на примере превращения пировиноградной кислоты в молочную (НАДН).

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИИ

Инфракрасная спектроскопия. Природа ИК-спектров. Форма их записи. Понятие о характеристических (групповых) частотах для отдельных классов органических соединений.

Электронная спектроскопия. Природа спектров в УФ- и видимой области. Форма записи. Типы электронных переходов в органических молекулах. Понятие о хромофорных группировках.

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (1Н, 13С, 31Р). Природа ПМР-спектров, их основные характеристики: химический сдвиг, интегральная интенсивность, мультиплетность. Шкалы d-сдвигов и спектры ПМР отдельных классов органических соединений.

Масс-спектрометрия. Принцип метода, фрагментация молекул органических веществ под действием электронного удара.

Принципы установления строения органических веществ по данным УФ, ИК, ПМР и масс-спектрометрии.

Рекомендуемая литература

Основная

  1. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. "Биоорганическая химия" М., Дрофа, 2008, с. 542.
  2. Тюкавкина Н.А., Зурабян С.Э., Белобородов В.Л. "Органическая химия. Специальный курс" М., Дрофа, 2008, с. 592.
  3. Травень В.Ф. Органическая химия.-М.: ИКЦ "Академкнига", 2004. т.1,2, с. 727.
  4. Грандберг И.И. "Органическая химия" >М., Дрофа, 2004, с 671.
  5. Робертс Дж., Кассерио М. "Основы органической химии" М., Мир, 1978, т. I, с. 419, II с.441
  6. Шабаров Ю.С. "Органическая химия" М., Химия, 2002, с.847.
  7. Курц А.Л., Ливанцов М.В., Чепраков А.В., Ливанцова Л.И., Зайцева Г.С., Кабачник М.М. "Задачи по органической химии с решениями" М., Бином, 2006, с. 263.
  8. Ливанцов М.В, Зайцева Г.С., Ливанцова Л.И., Гулюкина Н.С., Болесов И.Г. "Задачи по общему курсу органической химии", М., химфак МГУ, 2006, с. 263.

Дополнительная

  1. Терней А. "Современная органическая химия" М., Мир, 1981, т. I, с.655, т. II, с. 665.
  2. П.Сайкс, "Механизмы реакций в органической химии" М., Химия, 1991, с. 447.
  3. Дж. Марч, "Органическая химия" М., Мир, 1987, т. I, с. 381, т. II, с. 504, т.III, с. 459, т.IV, с.468.
  4. "Органикум" (пер.с нем). М., Мир, 2008, т. I, II, с. 1002.
  5. "Химическая энциклопедия" М., Советская энциклопедия, 1988.
  6. Солдатенков А.Т., Колядина Н.М., Шендрик И.В. "Основы органической химии лекарственных веществ" М., Мир, 2003, с. 192.
  7. Солдатенков А.Т., Колядина Н.М., Ле Туан Ань, Буянов В.Н. "Основы органической химии пищевых, кормовых и биологически активных добавок" М., ИКЦ "Академкнига", 2006, с. 280.
  8. Машковский М.Д. "Лекарственные средства. Пособие по фармакотерапии для врачей" М., Медицина, 2008, с. 1206.
  9. Березовский В. М. "Химия витаминов", М., Пищевая промышленность, 1973, с. 632.

Составители программы: Заслуженный деятель науки РФ
профессор, д.х.н. Н.В.Зык
доц., д.х.н. Е.К. Белоглазкина
доц. к.х.н. Л.И. Ливанцова
2009 год




Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается  копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору