Практическая часть - учебно исследовательская работа (УИРС).
В УИРС задачах предлагаются следующие соединения: Аспирин, ацетон, глицерин, молочная кислота, винная кислота, фенол, формалин, циклогексен, щавелевая кислота, этанол.
Примерный вариант билета УИРС
Коллоквиум № 1
Практические навыки
Учебно-исследовательская работа (УИРС) по идентификации органических соединений
1. Определите, какое из двух соединений присутствует в задаче № 199: фенол или аспирин
Примерный план описания УИРС
Задача №. 199. Определите, какое вещество из двух предложенных находится в вашей пробирке: фенол или ацетилсалициловая кислота
I. В тетради записать:
1. Формулы предложенных соединений и классифицировать соединения по функциональным группам:
2. Указать физические свойства: агрегатное состояние, цвет, запах, растворимость в воде.
| б/ц кристаллы, роз. на воздухе, со специфич. запахом, плохо растворимые в воде, | Б/ц кристаллы, без запаха, плохо растворимые в воде, |
3. Химизм реакций идентификации с указанием внешних признаков:
а) Качественные реакции на фенольный гидроксил:
б) Качественные реакции на карбоксильную группу плохо растворимых в воде карбоновых кислот:
осадок раствор
в) реакции идентификации алкоксикарбонильной группы ацетилсалициловой кислоты:
сине-фиолетовый
I. На отдельном листе записать:
1). План исследования:
| Реактивы\ Вещества \ | Фенол | Ацетилсалициловая кислота |
| NaOH | + | + |
| NaHCO3 | - | + |
| FeCl3 | + | - |
| H2O,t0/FeCl3 | + | + |
2). Отчет об исследовании по пунктам:
1. В задаче под №199 находится кристаллическое вещество, без запаха, плохо растворимое в воде.
2. В насыщенном растворе NaHCO3 вещество растворяется с выделением пузырьков газа.
3. Вещество растворимо в NaOH.
4. Реакция с FeCl3 без нагревания отрицательна (нет фиолетового окрашивания).
5. После кипячения суспензии вещества в воде развивается фиолетовая окраска с FeCl3.
Вывод: В задаче № 199 находится аспирин.
ЗАНЯТИЕ 11
БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ. АЛКАЛОИДЫ.
ЦЕЛЬ:Сформировать знания:
– классификации и электронного строения азотсодержащих гетероциклических соединений;
– реакционной способности различных таутомерных форм гетероциклических соединений;
– физиологически важных производных гетероциклических соединений;
– классификации и знания алкалоидов.
Сформировать умения:
– находить реакционные центры и сравнивать реакционную способность гетероциклических соединений;
– писать таутомерные формы гидрокси- и аминопроизводных пиримидина и пурина;
– выполнять характерные и качественные реакции на гетероциклические соединения и алкалоиды.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ
1. Классификация гетероциклических соединений.
2. Пятичленные гетероциклы с одним (пиррол, индол) и двумя (имидазол, пиразол) гетероатомами азота. Производные индола и имидазола, их структура и биологическая роль таутомерия имидазола. Пиразолон-5- основа ненаркотических анальгетиков.
3. Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом азота. Пиридин, проявление основности и нуклеофильности у атомов азота, реакции электрофильного и нуклеофильного замещения в цикле. Пиридиниевые ионы. Биологически важные производные пиридина, никотинамид, пиридоксаль, производные изоникотиновой кислоты (тубазид, фтивазид).
4. Шестичленные гетероциклы с двумя гетероатомами азота. Пиримидин, его гидрокси- и аминопроизводные: урацил, тимин, цитозин. Барбитуровая кислота.
5. Конденсированные гетероциклы. Пурин, его гидрокси- и аминопроизводные, гипоксантин, ксантин, мочевая кислота, таутомерия, ураты.
6. Понятие об алкалоидах. Простейшие представители: никотин. Пуриновые алкалоиды: теофиллин, теобромин, кофеин. Представление о строении морфина, хинина, кокаина, атропина.
ЛИТЕРАТУРА:
[1]. Тюкавкина Н.А., Биоорганическая химия. / Н.А.Тюкавкина, Ю.И. Бауков– М.: Медицина, 1991.– С. 275-308.
[2]. Гидранович Л.Г. Биоорганическая химия: Учеб. пособие. /Л.Г.Гидранович. – Витебск: ВГМУ, 2009.– С. 154-171.
[3]. Гидранович Л.Г. Лабораторные занятия по биоорганической химии.: Учеб. пособие / Л.Г.Гидранович. – Витебск: ВГМУ, 2012.– С. 77-83.
[4]. Гидранович Л.Г. Курс лекций по биоорганической химии.– Витебск.– 2003.– С. 132-150.
ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ.
1. Изучить теоретический материал по вопросам для самоподготовки к занятиям.
2. Оформить протокол лабораторной работы.
3. Решить задачи 3,6,9-12,15, представленные на страницах 80-83 данного лабораторного практикума.
Примерный вариант заключительного контроля:
1. Сравните реакционную способность в реакциях SЕ пиррола и фурана. Напишите схему реакции нитрования более активного из них. Опишите механизм реакции по стадиям.
2. Напишите схемы реакций, обозначьте графически реакционные центры, укажите тип и механизм реакций:
СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА.
Опыт 1. Окисление анальгина.
К 5 каплям анальгина добавьте 3 капли раствора НСl и 1 каплю КIO3 или FеCl3. Встряхните. Появляется окрашивание. Добавьте еще 1-2 капли КIО3. Фиксируйте изменения.
Схема реакции:
Вопросы:
1. Чем обусловлено появление бурого осадка в реакции окисления анальгина?
Опыт 2. Растворимость мочевой кислоты и ее натриевой соли в воде.
Поместите в пробирку небольшое количество (на кончике лопаточки) мочевой кислоты. Прибавьте по каплям воду, каждый раз встряхивая пробирку. Обратите внимание на плохую растворимость мочевой кислоты в воде. В холодной воде мочевая кислота почти нерастворима: 1 часть ее растворяется в 39000 частях воды. После добавления 8 капель воды растворения все еще не заметно. Стоит, однако добавить всего 1 каплю 2 н NaOH, как мутный раствор моментально просветляется вследствие образования относительно легко растворимой двузамешенной натриевой соли мочевой кислоты.
Полученный раствор сохраните для следующего опыта.
Схема реакции:
Вопросы:
1. Напишите таутомерные формы мочевой кислоты.
2. Сравните силу кислотных центров мочевой кислоты в разных таутомерных формах.
Опыт 3. Образование труднорастворимого урата аммония.
К прозрачному раствору средней двузамещенной натриевой соли мочевой кислоты, полученному в предыдущем опыте, добавьте 1 каплю насыщенного раствора хлорида аммония. Немедленно выпадает осадок мочекислого аммония.
Схема реакции:
Вопросы:
1. Каково физиологическое значение уратов аммония в организме человека?
Опыт 4. Общие реакции на алкалоиды.
Поместите в пробирку 1 каплю 1% раствора солянокислого хинина. Добавьте 5 капель воды. С помощью пипетки нанесите на предметное стекло 3 капли полученного раствора хинина, расположив их на некотором расстоянии друг от друга. К первой капле добавьте сбоку 1 каплю раствора йода в йодиде калия, ко второй- 1 каплю 0,5% раствора танина и к третьей- 1 каплю насыщенного раствора пикриновой кислоты. Во всех случаях в месте соприкосновения с реактивом образуются осадки.
К приведенным реактивам прибегают в первую очередь при судебно – медициском исследовании, когда имеется подозрение на отравление алкалоидами.
Схема реакции:
Вопросы:
1. Какой реакционный центр хинина участвует в реакциях солеобразования?
2. Для каких целей может быть использована данная реакция?
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
1. Объясните, с чем связана термодинамическая устойчивость пиримидина и пурина, входящих в состав нуклеиновых кислот.
2. Аминокислота гистидин входит в состав активных центров многих ферментов, осуществляющих кислотно-основный катализ. Найдите в составе имидазольного кольца гистидина кислотные и основные центры, напишите уравнения реакций, подтверждающие наличие кислотно-основных свойств имидазола.
3. Никотиновая кислота и ее амид известен как две формы витамина РР, применяющегося для лечения пеллагры. Предложите схему синтеза никотинамида из никотиновой кислоты. Укажите механизмы реакций.
4. Пиридоксаль,относящийся к витаминам группы В, выступает в роли кофермента в виде пиридоксальфосфата – фосфорного эфира пиридоксаля по спиртовой гидроксильной группе. Назовите функциональные группы в составе пиридоксаля и напишите схему реакции образования пиридоксальфосфата.
5. В основе биологического действия препаратов 8-гидроксихинолинового ряда держит их способность к образованию прочных хелатных комплексов с ионами некоторых металлов. Приведите структуру такого комплекса и объясните возможность участия пиридинового атома азота в образовании донорно-акцепторных связей.
6. Напишите структурные формулы пиримидиновых и пуриновых азотистых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот. Покажите лактам – лактамную таутомерию. Объясните какие таутомерные формы более устойчивы и почему?
7. Тиамин (витамин В1) содержит два гетероциклических кольца – пиримидиновое и тиазольное, связанные метиленовой группой. При нагревании в щелочной среде тиамин быстро разрушается. Найдите наиболее сильный электрофильный центр (атом углерода) в его составе и определите, какая связь разрушается при нагревании тиамина в присутствии нуклеофильного реагента.
8. Производные барбитуровой кислоты применяют как успокаивающие и снотворные средства. Какие виды таутомерии характерны для барбитуровой кислоты и фенобарбитала? Напишите схемы таутомерных превращений и укажите наиболее активный кислотный центр фенобарбитала.
9. Мочевая кислота – конечный продукт метаболизма пуриновых соединений в организме – плохо растворима в воде, в то время как ее динатриевые соли растворимы. Напишите схему образования динатриевых солей мочевой кислоты в соответствующей таутомерной форме.
10. Одним из механизмов токсического действия нитритов является дезаминирование азотистых оснований в составе нуклеиновых кислот. Напишите схемы реакций дезаминирования аденина и гуанина, назовите продукты реакции, приведите их лактамные формы.
11. Для качественного анализа алкалоидов пуринового ряда теофиллина и теобромина используются реакции образования их солей. Найдите кислотные центры в составе теофиллина и теобромина и напишите схемы реакций образования их натриевых солей.
12. Предложите схему синтеза противомикробного лекарственного средства фурацилина, исходя из фуран-2-карбальдегида и используя другие необходимые реагенты. Укажите типы и механизмы протекающих реакций.
13. Ксантин, теофиллин и кофеин извлекаются из чайного листа путем обработки его водно-щелочным раствором. Исходя из структуры этих компонентов, предскажите, какие из них будут экстрагироваться хлороформом из водно-щелочной вытяжки чайного листа, а какие останутся в водной фазе?
14. Предложите пути получения 2-амино-и 3-аминопиридинов, исходя из пиридина. Укажите тип и механизм реакции.
15.Опишите механизм сульфирования пиррола специфическим агентом-пиридинсульфотриоксидом. Объясните, почему пиррол нельзя сульфировать серной кислотой?
16. Весьма токсичный алкалоид никотин содержится в листьях табака, в виде солей с органическими кислотами. Сравните силу основных центров в составе никотина. Напишите схему реакции солеобразования с кислотой НХ.
17. Алкалоид пилокарпин используется для лечения глазных болезней в виде соли- пилокарпина гидрохлорида. Сравните силу основных центров в его составе. Напишите реакцию солеобразования с соляной кислотой.
18. Для идентификации кокаина проводят его кислотный гидролиз при нагревании. Прогнозируйте, какие связи подвергаются гидролизу и напишите схему реакции:
19. Для извлечения алколоидов из коры хинного дерева, в которой они находятся в виде солей, к измельченному сырью добавляют известковое молоко и проводят экстракцию бензолом. Полученный экстракт взбалтывают с раствором серной кислоты. Сравните силу основных центров хинина. На примере соли хинина напишите схемы реакций, последовательно происходящих в ходе экстракции.
ЗАНЯТИЕ 12
УГЛЕВОДЫ. МОНОСАХАРИДЫ.
ЦЕЛЬ: Сформировать знания:
– классификации углеводов, их биологической роли;
– стереохимии моносахаридов;
– структуры биологически важных пентоз и гексоз;
– цикло-оксотаутомерии моноз;
– конформации моноз;
– реакционной способности разных таутомерных форм.
Сформировать умения:
– изображать энантиомеры, диастереомеры моноз;
– писать структурные формулы биологически важных моноз в проекциях Фишера и циклических форм по Хеуорсу;
– изображать конформацию кресла для пиранозных форм;
– выделять реакционные центры таутомерных форм и изображать характерные реакции;
– приводить схемы реакции образования гликозидов и описывать их механизм;
– выполнять характерные и качественные реакции на монозы.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ
1. Классификация, биологическая роль углеводов. Моносахариды. Структура важнейших представителей пентоз (ксилоза, рибоза, ксилулоза, рибулоза) и гексоз (глюкоза, минноза, галактоза, фруктоза), производных моносахаридов: дезоксисахаров (дезоксирибоза), аминосахаров (глюкозамин, галактозамин).
2. Стереоизомерия моносахаридов L- и D-ряды, формулы Фишера. Энантиомерия, диастереомерия, эпимерия.
3. Цикло- оксо (окси- оксо-) – таутомерия моносахаридов. Формулы Хеуорса (пиранозы, фуранозы). Аномерия.
4. Конформации моносахаридов, наиболее устойчивые конформации гексоз.
5. Химические свойства моносахаридов: нуклеофильное замещение у аномерного центра в циклических формах моносахаридов. О- и N- гликозиды. Гидролиз гликозидов.
6. Реакции спиртовых гидроксильных групп, алкилирование и ацилирование. Фосфаты моносахаридов.
7. Реакции карбонильной группы. Окисление моносахаридов, восстановительные свойства альдоз. Гликоновые, гликаровые, гликуроновые кислоты, аскорбиновая кислота. Восстановление моносахаридов в глициты (ксилит, сорбит, маннит). Реакция эпимеризации моносахаридов, ендиольная форма.
ЛИТЕРАТУРА:
[1]. Тюкавкина Н.А., Биоорганическая химия. / Н.А.Тюкавкина, Ю.И. Бауков– М.: Медицина, 1991.– С. 377-407.
[2]. Гидранович Л.Г. Биоорганическая химия: Учеб. пособие. /Л.Г.Гидранович. – Витебск: ВГМУ, 2009.– С. 172-192.
[3]. Гидранович Л.Г. Лабораторные занятия по биоорганической химии.: Учеб. пособие / Л.Г.Гидранович. – Витебск: ВГМУ, 2012.– С. 83-91.
[4]. Гидранович Л.Г. Курс лекций по биоорганической химии.– Витебск.– 2003.– С. 151-167.
ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ.
1. Изучить теоретический материал по вопросам для самоподготовки к занятиям.
2. Оформить протокол лабораторной работы.
3. Решить задачи 2,3,11-12,17,22-25, представленные на страницах 88-91 данного лабораторного практикума.
Примерный вариант заключительного контроля:
1. Приведите таутомерные пиранозные формы D-глюкозы. Назовите их. Укажите нуклеофильные реакционные центры на одном примере, напишите схему реакции взаимодействия с СН3I/(NaOH). Назовите продукт реакции, проведите его гидролиз, укажите тип и механизм каждой реакции.
2. Напишите схемы реакций, обозначьте графически действующие реакционные центры, укажите, где возможно, тип и механизм реакций:
СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА