Первичная структура нуклеиновых кислот

Фрагмент молекулы РНК

Фрагмент молекулы ДНК

Цепи НК образуют спирали (виток ~ 10 нуклеотидов). Спирали ДНК – двойные, в них всегда соблюдается комплементарность (соответствие) нуклеотидных оснований – А-Т; Г-Ц. Основания направлены внутрь спиралей и сшивают двойную спираль с помощью водородных связей.

Некоторые лекарственные средства на основе пуриновых и пиримидиновых оснований

Азидотимидин, 3^/-азидо-2^/,3^/-дидезокситимидин

Азидотимидин - ингибитор обратной транскриптазы, нарушает синтез ДНК на основе РНК в ретровирусах, аналогичных вирусу СПИДа. Азидотимидин - один из первых препаратов, использованных для лечения этого заболевания.

Фторурацил, 5-фторурацил

Нарушает синтез НК (лечение СПИДа), проявляет противораковую активность.

Понятие об алкалоидах

Алкалоиды – азотсодержащие органические основания (вторичные и третичные амины) природного происхождения, содержащиеся в растениях в виде солей органических кислот.

Номенклатура

По типу углеродного скелета, включающего атом азота, различают алкалоиды пиридинового, хинолинового, изохинолинового, изохинолинфенантренового, тропанового и других рядов.

Далее приводятся структурные формулы некоторых алкалоидов, преимущественно использующихся в медицине (хинин, морфин, папаверин).

Алкалоиды группы хинолина, изохинолина, изохинолинфенантрена

Хинин

(6-метокси-4-хинолинил)(5-винил-1-азабицикло[2.2.2]окт-2-ил)метанол

Содержится в коре хинного дерева. В чистом виде - белое кристаллическое вещество, избирательно действующее на малярийных плазмодий, используется при лечении малярии.

Папаверин

6,7-диметокси-1-(3′,4′-диметоксибензил)изохинолин

Папаверин содержится в снотворном маке, выделяют из опия (высохшего на воздухе млечного сока несозревших плодов снотворного мака, содержание 0,5-1%). Папаверин понижает тонус и расслабляет гладкую мускулатуру. Применяют в медицине в качестве спазмолитика и регулятора артериального давления. Папаверин входит в состав препарата папазол (совместно с дибазолом), снижающего артериальное давление.

Морфин

7,8-дегидро-4,5-эпокси-17-метилморфинан-3,6-диол

Выделен из опия, где его содержание колеблется от 10-20%. Морфин встречается в небольших количествах примерно в 50 видах растений. Морфин относится к наркотическим анальгетикам, обладает противишоковым и снотворным действием. К морфину развивается привыкание, при передозировке происходит угнетение дыхательного центра вплоть до летального исхода.

При обработке морфина уксусным ангидридом происходит ацетилирование обеих гидроксильных групп, полученное соединение называется героином (полусинтетический наркотик).

Кодеин

7,8-дегидро-4,5-эпокси-3-метокси-17-метилморфинан-6-ол

Выделен из опиумного мака, подавляет возбудимость кашлевого центра. Как и морфин является наркотиком, но более слабым.

Алкалоиды группы пиридина

Никотин

3-(1-метил-2-пирролидинил)пиридин

Никотин является бесцветным маслом, хорошо растворимым в воде. Содержится в табаке, ежовнике. Относится к ядам растений. Никотин возбуждает центральную нервную систему, стимулирует работу желез внутренней секреции, сокращает кровеносные сосуды.

Анабазин

3-(2-пиперидинил)пиридин

Анабазин бесцветное масло, хорошо растворимое в воде. Содержится в табаке и ежовнике. По своему действию на человека подобен никотину. Гидрохлорид анабазина используется в качестве лекарственного средства, облегчающее отвыкание от табакокурения (анабазин гидрохлорид).

Кониин

2-н-пропилпиперидин

Содержится в цекуте, является парализующем ядом. Кониин - первый алкалоид, полученный синтетически.

Алкалоиды группы тропана

Атропин

8-метил-8-азабицикло[3.2.1]окт-3-ил тропат

Атропин содержится в виде рацемата в красавке (Atropa belladonna, отсюда название атропин), дурмане, белене. В офтальмологии используется сульфат атропина в качестве спазмолитика. Атропин применяют также в качестве антидота при отравлении никотином, наркотиками, снотворным.

Кокаин

метил 3-(бензоилокси)-8-метил-8-азабицикло[3.2.1]октан-2-карбоксилат

Кокаин содержится в листьях коки. Алкалоид парализует перефирическую нервную систему, являясь сильным анестетиком. Проявляет свойства наркотика и к нему развивается привыкание.

Контрольные вопросы к главе «ГЕТЕРОЦИКЛЫ».

1. Напишите структурные формулы: а) a-метилфурана; б) 2-бром-4-метилфурана; в) фурфурола; г) 5-нитрофурфурола; д) N-метилпиррола; е) 2-карбоксипиррола; ж) a-тиофенсульфокислоты; з) a-ацетилтиофена; и) бензо[b]фурана; к) бензо[b]тиофена; л) индола.

2. Напишите структурные формулы: а) хлористого пиридиния; б) N-оксида пиридина; в) 5-нитроникотиновой кислоты; г) 2-аминопиридина; д) g-пиридона; е) 2-метилхинолина; ж) 8-гидроксихинолина; з) 5-нитроизохинолина.

3. Назовите следующие соединения:

4. Назовите следующие соединения:

5. Приведите реакции частичного и полного гидрирования фурана, пиррола и тиофена. Назовите полученные соединеия, охарактеризуйте их свойства. Сравните отношение к действию кислот фурана, пиррола и продуктов полного гидрирования этих соединений. Почему фуран и пиррол проявляют ацидофобность (неустойчивость к кислотам)?

6. Напишите реакции: а) нитрования пиррола; б) сульфирования пиррола; в) бромирования пиррола; г) сульфирования фурана; д) ацетилирования тиофена. Действием каких реагентов и в каких условиях можно провести эти реакции?

7. Напишите реакции пиридина со следующими соединениями: а) соляной кислотой; б) серной кислотой при комнатной температуре: в) иодистым метилом; г) триоксидом серы. Назовите полученные соединения.

8. Напишите схему каталитического гидрирования пиридина. Сравните пиридин и пиперидин по основности, отношению к иодистому метилу, уксусному ангидриду, азотистой кислоте. Приведите реакции.

9. С какими из приведенных ниже соединений реагирует пиридин? Приведите схемы возможных реакций: а) HBr; б) Н₂SO₄, 0°C; в) Н₂SO₄, SO₃, 350°C; г) Н₂SO₄, НNO₃, 300°C; д) Br₂, 350°C; е) KMnO₄, H₂O; ж) СН₃СООН; з) С₂Н₅Вr; и) (CH₃CO)₂O; к) KOH, H₂O; л) КОН (т), t; м) NaNH₂, NH₃ (ж), 130°C.

10. Охарактеризуйте химические свойства хинолина: основность, отношение к нуклеофильным и электрофильным реагентам. Напишите реакции хинолина со следующими соединениями: а) соляной и серной кислотами на холоду; б) иодистым метилом; в) нитрующей смесью; г) амидом натрия. Назовите полученные соединения. Приведите механизм реакций (в) и (г). В какое положение вступают замещающие группы и почему?

11. Напишите все стадии синтеза амидопирина, анальгина и бутадиона исходя из ацетоуксусного эфира.

12. Почему пиридин, пиперидин, пирролидин, пиразол, имидазол, хинолин и изохинолин обладают свойствами оснований? Напишите реакции этих соединений с соляной и уксусной кислотами.

13. Сравните свойства пиридина, пиперидина и пирролидина как циклических аминов. С помощью какой реакции их можно различить?

14. Получите изомерные пиридинкарбоновые кислоты из соответствующих пиколинов. Для никотиновой кислоты напишите реакции со следующими реагентами: а) HBr; б) KOH; в) NH₃, t; г)(C₂H₅)₂NH, t; д)C₂H₅OH/H⁺; е) CH₃I.

15. Приведите формулы пиримидиновых и пуриновых оснований, входящих в состав ДНК и РНК в виде соответствующих таутомерных форм. Сравните строение рибонуклеозида и рибонуклеотида (на примере урацила), укажите принципиальное отличие в структуре, определите к какому классу производных относятся нуклеозиды и нуклеотиды. Чем отличаются рибонуклеозиды и 2 -дезоксирибонуклеозиды, приведите примеры?

16. Приведите стуктурные формулы алкалоидов пиридинового и изохинолинового рядов. На примере анабазина подвердите, что этот алкалоид является основанием и амином.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Опыт 1. Взаимодействие углеводородов с бромом.

Налейте в три пробирки по 1 мл бромной воды. В первую пробирку добавьте 2 мл н-гептана, во вторую – 2 мл циклогексена. Встряхните содержимое пробирок. В третью пробирку пропустите ацетилен, полученный из карбида кальция. Наблюдения и выводы запишите в лабораторный журнал.

Получение ацетилена: В колбу Вюрца, снабженную капельной воронкой и газоотводной трубкой, положите 2 г карбида кальция (СаС₂). Газоотводную трубку опустите в пробирку, которая наполнена бромной водой. Из капельной воронки прибавьте к карбиду кальция 2-3 мл воды. При этом образуется ацетилен.

Опыт 2.Окисление углеводородов раствором перманганата калия.

Налейте в три пробирки по 1 мл раствора перманганата калия. В первую пробирку добавьте 2 мл н-гептана, во вторую – 2 мл циклогексена. Встряхните содержимое пробирок. В третью пробирку пропустите ацетилен, полученный из карбида кальция. Наблюдения и выводы запишите в лабораторный журнал.

Опыт 3.Получение ацетиленидов меди.

В пробирку налейте 1 мл раствора аммиачного комплекса однохлористой меди. В пробирку пропустите ацетилен, полученный из карбида кальция. Наблюдения и выводы запишите в лабораторный журнал.

Опыт 4.Горение углеводородов.

Налейте в фарфоровые чашечки по 2 мл н-гептана и циклогексена, подожгите (опыт проводить под тягой!). Подожгите ацетилен, полученный из карбида кальция. Проследите за окраской пламени. Напишите уравнения горения н-гептана, циклогексена, ацетилена. Наблюдения и выводы запишите в лабораторный журнал.

Опыт 5.Проба Бельштейна.

Для открытия галогенов используется медная проволочка. Перед определением прокалите проволочку в пламени горелки. Охладите ее на воздухе и опустите в хлороформ. Смоченный хлороформом кончик проволоки внесите в пламя горелки. Хлороформ горит (обратите внимание на цвет пламени). При дальнейшем прокаливании проволочки пламя горелки окрашивается в зеленый цвет.

Хлор, который содержался в хлороформе, соединяется с медью, образуя хлорид меди (II). Галоидные соли меди при испарении окрашивают пламя в зеленый цвет.

Наблюдения и выводы запишите в лабораторный журнал.

Опыт 6. Получение этилата натрия.

В сухую пробирку налейте 1 мл абсолютного этилового спирта и внесите небольшой кусочек натрия (0,1 г). Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Опыт 7.Получение глицерата меди.

Налейте в пробирку 0,5 мл 2% раствора сернокислой меди и 1 мл 10%-ого раствора едкого натра. При этом образуется студенистый голубой осадок гидроксида меди (II). В эту же пробирку добавьте 4 капли глицерина. Осадок гидроксида меди растворяется, а раствор окрашивается в синий цвет.

Затем добавьте 1 мл 20% HCl, окраска исчезает. Это качественная реакция на гликоли и полиолы. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Опыт 8.Окисление альдегидов и кетонов.

а) Налейте в две пробирки по 1 мл свежеприготовленного аммиачного раствора гидроксида серебра и добавьте в одну пробирку 2 мл формалина (40%-ый раствор формальдегида в воде), в другую – 1 мл ацетона. Перемешайте содержимое пробирок и поместите их на 5 минут в водяную баню, нагретую до ~50°С. Проследите за изменениями, происшедшими в обеих пробирках. Выводы запишите в журнал.

б) Налейте в две пробирки по 5 мл раствора Фелинга и добавьте в одну пробирку – 0,5 мл ацетона, в другую – 1 мл формалина. Погрейте обе пробирки на кипящей водяной бане 5-7 минут. Проследите за происшедшими изменениями. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Опыт 10.Получение йодоформа из ацетона.

В пробирку налейте 0,5 мл ацетона, 2 мл воды и добавьте несколько кристаллов йода, затем прибавьте 5 капель концентрированного раствора гидроксида натрия. Смесь встряхните. Постепенно образуется желтый осадок йодоформа.

Опыт 11.Получение бисульфитного производного ацетона.

Налейте в пробирку 1 мл насыщенного раствора бисульфита натрия и 3 мл ацетона, хорошенько встряхните и охладите под холодной водой. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Опыт 12.Выделение жирных кислот из мыла и получение кальциевых солей.

Получите у лаборанта 10 мл раствора мыла в воде. Раствор разлейте в две пробирки по 5 мл.

а) В первую пробирку с раствором мыла добавьте 2 мл разбавленной серной кислоты. Происходит обменная реакция и выделяется жирная кислота, которая в воде не растворяется. Поэтому раствор становится мутным.

Нагрейте полученную смесь, а затем охладите. При нагревании жирные кислоты всплывают наверх, а при охлаждении они затвердевают. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

б) Во вторую пробирку с раствором прибавьте 2 мл раствора хлористого кальция. Энергично взболтайте. Образуется осадок кальциевых солей высших жирных кислот. Эти соли не растворяются в воде. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Опыт 13.Получение изоамилацетата.

Внесите в пробирку 2 мл изоамилового спирта (3-метилбутанол-1), 2 мл ледяной уксусной кислоты и 0,5 мл концентрированной серной кислоты. Смесь перемешайте и нагревайте 5 минут на водяной бане. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Содержимое пробирки охладите и вылейте в другую пробирку с водой. Эфир всплывет наверх. Уксусноизоамиловый эфир имеет запах грушевой эссенции.

Опыт 14.Непредельные кислоты. Свойства олеиновой кислоты.

а) Получение соли олеиновой кислоты.

Налейте в пробирку 1 мл олеиновой кислоты и добавьте 2 мл воды. Обратите внимание на растворимость олеиновой кислоты в воде. Добавьте 2 мл концентрированной щелочи (NaOH); встряхните смесь. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

б) Окисление олеиновой кислоты.

К 1 мл олеиновой кислоты прибавьте 2 мл раствора марганцовокислого калия. Энергично перемешайте содержимое пробирки. Олеиновая кислота окисляется до диоксистеариновой кислоты, а марганцовокислый калий восстанавливается с выделением двуокиси марганца. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Опыт 1. Свойства толуола: растворимость в воде, взаимодействие с бромной водой и раствором перманганата калия.

А) Налейте в пробирку 2 мл толуола и 2 мл воды. Встряхните пробирку. Смесь расслаивается. Толуол в воде не растворяется. Обратите внимание на то, что толуол легче воды.

Б) В две пробирки налейте по 2 мл толуола и добавьте в одну 2 мл бромной воды, а в другую – 2 мл раствора перманганата калия. Обе пробирки встряхните.

Наблюдения и выводы запишите в лабораторный журнал.

Опыт 2. Нитрование толуола.

В плоскодонную колбу на 10 мл налейте 2 мл концентрированной серной кислоты и 1 мл концентрированной азотной кислоты. Полученную нитрующую смесь охладите до комнатной температуры. Прилейте к ней 1 мл толуола. Закройте пробкой и энергично встряхивайте в течение 5-6 минут. Затем вылейте смесь в стакан с холодной водой. Образовавшая смесь орто- и пара-нитротолуолов собирается на дне стакана в виде желтоватых маслянистых капель. Наблюдения и выводы запишите в лабораторный журнал.

Опыт 3.Гидролиз хлористого бензила и хлорбензола.

Налейте в одну пробирку 1 мл хлористого бензила, а в другую 1 мл хлорбензола. Затем в каждую пробирку прибавьте по 2 мл спиртового раствора азотнокислого серебра. Смеси встряхните. Вследствие различия подвижности галогена осадок хлорида серебра появляется только в первой пробирке, так как хлористый бензил легко гидролизуется с образованием HCl. Хлорбензол с нитратом серебра не реагирует. Напишите уравнение реакции взаимодействия хлористого бензила с нитратом серебра.

Опыт 4. Растворимость в воде фенола.

а) Налейте в пробирку 1 мл воды и добавьте 0,5 г фенола, встряхните. Пробирку сохраните для опытов 6. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Опыт 5.Получение фенолята натрия.

К смеси воды и фенола, из опыта 4 добавьте по каплям 10%-ый раствор едкого натра до полного растворения фенола. Образовавшийся раствор фенолята натрия разделите на две пробирки. В первую пропустите углекислый газ, во вторую добавьте несколько капель разбавленной серной кислоты. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Опыт 6.Бромирование фенола.

Налейте в пробирку 1 мл раствора фенола в воде, добавьте к нему 1 мл бромной воды, наблюдается выпадение белого осадка. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Опыт 7.Окисление глюкозы реактивами Толенса и Фелинга.

а) Налейте в пробирку 2 мл 5%-ого раствора глюкозы и 2 мл аммиачного раствора оксида серебра. Смесь нагрейте на водяной бане в течение 5 минут. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

б) К 5 мл раствора Фелинга добавьте 1 мл 5%-ого раствора глюкозы. Нагрейте на кипящей водяной бане. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Опыт 8.Получение ацетилцеллюлозы.

Поместите в пробирку 0,5 г ваты. Прилейте к ней 25 мл ледяной уксусной кислоты, 25 мл уксусного ангидрида и 0,5 мл концентрированной серной кислоты. Реакционную смесь нагрейте на водяной бане до полного растворения в ваты. Вылейте смесь в стакан с 200 мл воды. Ацетилцеллюлоза выпадает в виде хлопьев. Наблюдения и выводы запишите в журнал.

Опыт 9.Реакция крахмала с йодом.

Налейте в пробирку 2 мл раствора крахмала и 2 капли раствора йода. Раствор окрашивается в синий цвет вследствие образования комплексных соединений и адсорбции. Пробирку нагрейте на водяной бане. Синяя окраска исчезнет. При охлаждении она появляется вновь. Реакция с йодом является качественной реакцией на крахмал.