Тема 2. Свойства поли- и гетерофункциональных биоорганических соединений.
Введение: Самая жестокая и беспощадная тема этого модуля, возможно, и всей химии. Для начала нужно вспомнить, что в прошлом году вы научились оперировать с органическими веществами – спиртами, аминами, карбоновыми кислотами, при условии, что 1 молекула содержит только одну из этих групп. Так вот, все эти реакции могут быть тут, и повторять их я не буду, слишком длинно. Теперь вас ждет усложнение. Одна молекула может содержать несколько функциональных групп: спирт + карбоновая кислота (гидроксикислота), амин + карбоновая кислота (аминокислота), кетон + карбоновая кислота (кетокислота), аминоспирт, многоатомный спирт, иминокислота… Это создает возможность для существования более 9000 всяческих разнообразных органических веществ. Так сложилось, что эти вещества встречаются не только в книжках, но и в организме человека, им присвоены зачастую очень странные названия типа холин, винная кислота, дигидроксиацетон и прочее. Они формируют своей массой огромный список, который вы, дорогие мои любители химии, должны иметь под рукой. Интернет и приложение вам в помощь.
В теме описано несколько видов реакций, которые могут быть совершены над этими веществами. Эти типы надо осмыслить безотносительно того, в каком виде вопросов они будут встречаться, и понимать, что-откуда-куда и зачем. Итак:
· Алкилирование
Общие сведения: присоединение к субстрату алкильного радикала (-СН3, -С2Н5 …)
Субстрат: содержит любой N, кроме амида, или, что бывает намного реже, спирт.
Реагент: галогеналкан (CH3-I, C2H5-Cl, …) или триалкилсульфониевая соль [(CH3)3S+]Cl-. Есть более жесткие варианты, но встречаются редко, поэтому мы их не описываем.
Алгоритм: словами – радикал от галогена присоединяем к атому азота, полученную конструкцию закрываем квадратными скобками. От азота ничего удалять не надо.
В формуле – R-NH2 + Rr-Cl = [R-NH2-Rr] Cl
Продукт: соль аммония.
Пример: НО-СН2-СН2-NH2 + C2H5-Cl = [НО-СН2-СН2-NH2-C2H5] Cl
коламин N-этил коламин гидрохлорид
Пример из жизни: 
· Ацилирование
Общие сведения: присоединение к субстрату ацетильного фрагмента СН3-С(О)-
Субстрат: амин (более предпочтительно) или спирт.
Реагент: ацетилкофермент А (СН3-С(О)-SKoA) или ацетилфосфат (CH3-C(O)-OPO3H2)
Алгоритм: словами – от атомов N или О убираем 1 Н и добавляем вместо него -СО-СН3.
В формулах - R-NH2 + СН3-С(О)-SKoA = R-NH-C(O)-CH3 + HSKoA для амина
ROH + CH3-C(O)-OPO3H2 = RO-C(O)-CH3 + H3PO4 для спирта
Продукт: амид или сложный эфир, принято еще говорить ацетил-какая-нибудь хрень.
Пример: НО-СН2-СН2-NH2 + СН3-С(О)-SKoA = НО-СН2-СН2-NH-С(О)-СН3 + HSKoA
коламин N-ацетил коламин
Пример из жизни
· Гидролиз
Общие сведения: сложная реакция, разделение больших молекул на маленькие под действием воды.
Субстрат: сложный эфир, амид или имин.
Реагент: Н2О
Алгоритм: словами для сложного эфира – он делится на карбоновую кислоту и спирт
Формулой – Х-С(О)-О-У + Н2О → Х-СООН + У-ОН
Словами для амида – он делится на карбоновую кислоту и амин,
Формулой – Х-С(О)-NH-У + Н2О → Х-СООН + У-NH2
Словами для имина – он делится на альдегид (кетон) и амин.
Формулой – Х-СН=N-У + Н2О → Х-СН=О + У-NH2
Кому то могло показаться, что это было несложно, и появиться вопрос, а хуя ли тут сложного. Тут могут встречаться огромные формулы, типа вот такой
 |
Тогда сразу и не поймешь, что от тебя хотят. Чтобы избежать подобных провалов, нужно очень четко помнить, как выглядит амин, амид, имин, сложный эфир и тому подобные непотребства. Учите, или хотя бы имейте под рукой список существующих функциональных групп. В сложных молекулах, как правило, содержится несколько групп, способных гидролизоваться. Поэтому задача – найти их все, разделить сложное вещество на части и преобразовать группы. Ну, например, если в веществе есть только сложноэфирная группа, оно делится на две части, на кислоту и спирт. А если в веществе есть и сложноэфирная, и амидная группа, то оно делится на три части, например аминоспирт и две карбоновые кислоты (см. пример).
Продукт: см. раньше.
Пример: СН3-С(О)-О-СН2-СН2-NН-С(О)-СН3 + 2 Н2О → 2 СН3-СООН + НО-СН2-СН2-NH2
Обратите внимание, что в примере слева – сложный эфир С(О)-О, а справа – амид С(О)-N, и оба гидролизуются.
Пример из жизни: 
Жызненна…
· Декарбокслирование
Общие сведения: удаление из молекулы группы СОО в виде СО2
Субстрат: карбоновая кислота -СООН или кетокарбоновая кислота -С(О)-СООН
Реагент: нет.
Алгоритм: есть просто декарбоксилирование и окислительное декарбоксилирование.
Просто: R-COOH → RH + CO2
Окислительное декарбоксилирование: R-C(O)-COOH + ½ O2 → R-COOH + CO2
Продукт: зависит от ситуации.
Пример:
HS-CH2-CH(NH2)-COOH → HS-CH2-CH2(NH2) + CO2 простое декарбоксилированние
СН3-С(О)-СООН → СН3-СООН + СО2 окислительное декарбоксилирование
Пример из жизни
· Таутомерия
Общие сведения: обратимый внутримолекулярный перенос Н и двойной связи.
Субстрат: кетон-енол, имин-енамин, лактам (амид)-лактим, гидроксиальдегид. Енол – это вещество, содержащее -СН=С-ОН, а енамин –СН=С-NH2. Кетон, имин, гидроксиальдегид, лактам – надо уже знать.
Реагент: нет
Алгоритм: словами – двойная связь перекидывается на место одинарной, Н перекидывается на место двойной связи. Бывает по группам кето-енольная, енамин-имнная, лактим-лактамная и циклооксотаутомерия (для гидроксиальдегидов, подробнее в рназделе углеводы). Не особо понятно получилось. Формулами –
 |
1. Лактамы не приводим, лень..
Продукт: поскольку реакция обратима, то при исходном кетоне получится енол и наоборот.
Пример: СН3-С(=О)-СН2-СООН ↔ СН3-С(-ОН)=СН-СООН
· Циклизация
Общие сведения: образование циклических замкнутых молекул из линейных с концевыми группами.
Субстрат: Гидроксикислота, аминокислота, гидроксиальдегид.
Реагент: нет
Алгоритм: Словами – концевые группы соединяются друг с другом. При циклизации гидроксикислоты получается лактон, при циклизации аминокислоты – лактам, при циклизации гидроксиальдегида – циклический полуацеталь.
Формулой –
 |
Продукт: в первом случае – лактон, во втором – лактам, в третьем – циклический полуацеталь. Обратите внимание на эти названия, научитесь отличать друг от друга. Весьма часто встречаются эти вопросы.
Пример: 
Пример нетипичный, представлена меж-молекулярная, а не внтри, как обычно.
· Фосфорилирование
Общие сведения: введение в субстрат остатка фосфорной кислоты –РО3Н2
Субстрат: спирт
Реагент: АТФ
Алгоритм: словами - из ОН-группы спирта выкинуть Н и заменить его -РО3Н2. Формулой
R-OH + АТФ → R-O-PO3H2 + АДФ
Пример:
· Хелатообразование
Общие сведения: Жесть. Образование бабочкообразных молекул. Судя по тестам, к счастью не встречается хуй там, встречается еще как.
Субстрат: многоатомные спирты, аминоспирты, диамины, аминокислоты, гидроксикислоты.
Реагент: Сu(OH)2
Алгоритм: неописуемо
Продукт: хелатный комплекс.
Пример: неописуемо. Хтонический, инфернальный ужас.
· Элиминирование
Общие сведения: отрыв групп ОН, SH, NH2 в виде Н2О, Н2S, NH3.
Субстрат: спирт, тиол, амин.
Реагент: нет.
Алгоритм: словами - из спирта/тиола/амина выкидываем соответствующую группу и вместе с ней еще один Н от соседнего по отношению к группе атома С, между двумя атомами С, от которых ушли Н и группа вставляем двойную связь. Частный случай – отрыв воды – называется дегидратацией.
Формулой
НО-СН-СН2- → -СН=СН- + Н2О
HS-CH-CH2- → -CH=CH- + H2S
H2N-CH-CH2- → -CH=CH- + NH3
Надо учесть, что спирт и тиол отрываются легче, чем амин. Еще нужно иметь в виду правило Зайцева – водород отрывается от менее гидрированного атома С.
Продукт: алкен.
Пример: СН3-СН(ОН)-СН2-СООН → СН3-СН=СН-СООН + Н2О
Пример как раз показывает это правило, Н отрывается не справа от ОН, не там, где СН3, а там, где СН2. Не нужно пытаться оторвать Н от СН, на том основании, что ну там же еще меньше Н!!11. Заебали, правда. Я же сказал, Н и ОН отрывать от разных атомов.
Пример из жизни:
· Дезаминирование
Общие сведения: удаление аминогруппы, замена ее ОН.
Субстрат: NH2
Реагент: HNO2
Алгоритм: Словами: заменяем аминогруппу на спиртовую группу.
Формулой R-NH2 + HNO2 → R-OH + N2 + H2O
Продукт: спирт
Пример: NH2-(CH2)4-CH(NH2)-COOH + HNO2 → HO-(CH2)4-CH(OH)-COOH + 2N2 + H2O
Типичные вопросы:
11. Истинность утверждений
Пример:
бляяяяяяяя…
Как с этим бороться:
Никак, смиритесь, вам это не дано. Обычно там бывает лютая хрень, которую и я, и даже сами авторы, вероятно, не всегда понимают. Почитайте описание реакций, иногда удается что то вытащить оттуда.
Для страждущих - правильные ответы на то, что я нашел.
1. Кслотные свойства «странных*» кислот (молочная) сильнее, чем у «обычных» (уксусная).
* - для эстетов от химии странная кислота – это поли- или гетерофункциональная.
2. основные свойства у «странных» аминов (мочевина, анилин) слабее, чем у «обычных» (метиламин, диэтиламин).
3. Внутримолекулярная циклизация — для ϒ или δ амино/гидрокси-кислот, зато межмолекулярная — для α амино или гидроксикислот.
4. Декарбоксилирование «странных» кислот (молочная, ацетоуксусная) протекает легче, чем «обычных» (пропановая).
5. Акриловая кислота против правила Марковникова.
12. К какому классу относится формула Х.
Пример:
Рачьё, тут надо затащить! А.
Как с этим бороться:
Хороший, легкий вопрос. Теоретически, в таких вопросах могло бы попадаться что угодно. Однако в силу непонятных обстоятельств, попадаются почему-то только циклы. Перечтите во введении, чем циклы отличаются друг от друга (по способу замыкания цикла). На всякий случай учтите, что бывают и другие классы, аминокислоты, гидроксиальдегиды, и т.д.
13. С чем может репгировать / В какие реакции может вступать вещество Х.
Пример-1:
Тут надо А+В+Д.
Пример-2:
Тут надо А+С.
Как с этим бороться:
Ну, как бы все должно быть несложно.
Для примера-1. Берешь, смотришь такой, какие группы есть, ага, есть кетон и сложный тиоэфир, кетон может в восстановление с НАДН (прошлая тема, ага), сложный тиоэфир может с амином (ацилирование, хуле) и в гидролиз с водой.
Для примера-2 смотришь группы, ага, вот эти ребята, имин и кислота. Имин мог бы таутомерию, гидролиз (в этой теме) и восстановление (в прошлой). Кислота тоже кое-что могла бы.
Но вот только уже получился приличный объем материала (только эта тема 10 реакций, не считая прошлых), поэтому так быстро воспроизводить такие рассуждения не получится, а надо.
14. Продуктом реакции Y с веществом Х является…
Пример:
Тут надо Д.
Как с этим бороться:
Для выполнения этого корректно нужно, как в прошлом вопросе, найти формулу исходного, провести с ней то, что написано и посмотреть, что получится. Ну, или просто догадаться, что при реакции холин + ацилирование = ацетилхолин. Не радуйтесь, так легко бывает не всегда.
15. Продукт циклизации.
Пример:
Тут надо затащить, а то ваще без баллов останемся. Д.
Как с этим бороться:
Вот это легкий тип. Еще раз введение, на циклизации. Смотришь, какие группы у вещества, если ОН+СООН – то будет лктон и т.д. В примере – циклический полуацеталь, потому что СОН+ОН
16. Название по формуле.
Пример:
Кротоновая кислота.
Как с этим бороться:
Посмотреть приложение в конце методички, там должно быть море формул. Если его там нет, значит, я не успел, и вам может помочь только Интернет. В 2016 пока не встречалось.
17. Тип реакции.
Пример:
Декарбоксилирование.
Как с этим бороться:
Внимательно прочитать описание типов реакций. Обычно каждый тип узнается по какой то характерной детали. Многие типы – по реагенту, например гидролиз Н2О, ацилирование - ацетилКоА. Реакции без реагента можно узнать по продукту. Декарбоксилирование – СО2, Элиминирование – Н2О. Общий надежный признак – характер изменения субстрата.
18. Класс соединений.
Пример:
Ну хотя бы группы вы выучили? Кислота + амин...
Как с этим бороться:
Выучить группы и уметь их определять на веществе. В 2016 году не встречалось.
19. Гидролиз.
Пример:
FFFUUUUUUUUUUUUUUUUUU… Вторая серия.
Как с этим бороться:
Это тяжелые вопросы, вот он – полный пиздец. С этим есть смысл связываться, только если вы – крутой химик. В общем, порядок такой. Находим все гидролитически неустойчивые группы, их, как правило, много. «Разрезаем» молекулу по каждой гидролизуемой группе. После гидролиза из сложного эфира получается кислота и спирт, из амида – …, и т.д. Соответственно, устанавливаем эти группы на подобающие им места, тут еще надо понять, где кислота, а где спиртовая группа должны быть. Но как-то разобрались. Затем смотрим, нет ли в полученных продуктах гидролитически неустойчивых групп еще, иногда бывает и так. Если они остались – добиваем и их. Среда у вас может быть кислой или щелочной. В кислой среде (соляная кислота) если выделяется аммиак, то он будет как NH4Cl, амины как аммониевые соли (такая хрень в квадратных скобках и с хлором), а если среда щелочная (гидроксид натрия) то в виде солей будут карбоновые кислоты (СООNa), фенолы (ONa). Только времени на все эти операции вам не хватит.
Гидролиз в картинках.
1) Увидел это:
Высрал кучку кирпичей.
2) Нашел группы, которые могут в гидролиз:
Обвел сложный эфир, а соляная кислота с щелочью по жизни реагирует, поэтому ее тоже.
3) Распидорасил вещество по этим группам. Кровь, мясо, кишки, если бы они были у вещества, во все стороны летят:
+ 
+ 
4) Не оставлять же так. Из –СО- делаем соль, из О- просто спирт, как во введении написно. Из HCl соль. Ага, мать моя женщина. Это же…
Все, понятнее не могу.
20. Тип таутомерии.
Пример:
Кето-енольная.
Как с этим бороться:
Часто встречается. Тут реально затащить, давайте внимательнее. Еще раз просмотрите общие сведения о реакции таутомерии. Если есть группа, способная к таутомерии, то она (таутомерия) возможна. Для разных видов таутомерии нужны разные группы. Группа для таутомерии СН3-С=О, может участовавать в кето-енольной таутомеризации, получицца СН2=С-ОН.
21. Вещество Х – продукт...
Пример-1:
А+Д.
Как с этим бороться:
Сложная разновидность вопросов. Порядок решения такой. По названиям веществ представили формулы. По описаниям поняли, что за реакцию надо провести. Сделали ее в уме, представили продукт. Подумали, получилось ли то, что надо. Например, в А ацетоуксусная кислота
СН3-С(О)-СН2-СООН –(декарбоксилирование)-> СН3-С(О)-СН3 + СО2
После реакции получился ацетон, так его еще и узнать надо, а это тоже не просто.
Пример-2:
Бля! А+В.
Как с этим бороться:
В принципе, все как в предыдущих вопросах, все крутится вокруг известных формул (вспомнить этиленгликоль и остальные) и типов реакций, но тут использован грязный прием. И это, скорее всего, не последний раз. Я уже видел гидратацию, тоже школьный креатив. Мягкое окисление алкенов (реакция Вагнера) – ЕГЭ-шный креатив, наверняка сейчас уже забытый, таки дает этиленгликоль. Дезаминирование диамина не должно быть проблемой.
Спасибо за внимание!
Не фотошоп
Приложение 1. Краткий, и к сожалению, неполный список формул.
| КОЛАМИН | ХОЛИН | АЦЕТИЛХОЛИН |
| Этиленгликоль |  Пирокатехин | Орто-хинон (бензохинон-1,2, ортобензохинон)- |
| ГИДРОХИНОН | Пара-ХИНОН (бензохинон-1,4, парабензохинон) | ПАРА-АМИНОФЕНОЛ |
| ПЕНТАДИОН-2,4 (ацетилацетон) | ГЛИЦЕРИН | ГЛИЦЕРИНОВЫЙ АЛЬДЕГИД |
| 2-ГЛИЦЕРОФОСФАТ | АЦЕТИЛФОСФАТ | АЦЕТИЛКОА |
 Аланин, 2-аминопропановая кислота, α-аминопропионовая кислота. | Дигидролипоевая кислота | Липоевая кислота |
| УКСУСНАЯ КИСЛОТА | АМИНОУКСУСНАЯ КИСЛОТА, ГЛИЦИН | ЩАВЕЛЕВАЯ КИСЛОТА |
| ПРОПИОНОВАЯ КИСЛОТА | АКРИЛОВАЯ КИСЛОТА | МОЛОЧНАЯ КИСЛОТА |
| ПИРОВИНОГРАДНАЯ КИСЛОТА | МАЛОНОВАЯ КИСЛОТА | МАСЛЯНАЯ КИСЛОТА |
| γ-гидроксимасляная кислота (ГОМК) | Глутаровая кислота | α- аминоглутаровая кислота, глутаминовая кислота |
| γ-АМИНОМАСЛЯНАЯ КИСЛОТА | β-ГИДРОКСИМАСЛЯНАЯ КИСЛОТА | АЦЕТОУКСУСНАЯ КИСЛОТА |
| ЯНТАРНАЯ КИСЛОТА | ЯБЛОЧНАЯ КИСЛОТА | ЩАВЕЛЕВОУКСУСНАЯ КИСЛОТА |
| ПАРААМИНОБЕНЗОЙНАЯ КИСЛОТА, ПАБК | АНЕСТЕЗИН | СУЛЬФАНИЛОВАЯ КИСЛОТА |
| СТРЕПТОЦИД | МОЧЕВИНА | АЦЕТИЛМОЧЕВИНА |
| Глиоксалевая кислота |  ДИГИДРОКСИАЦЕТОН |  АЦЕТОН |
 ПРОПИОНОВАЯ КИСЛОТА |  КРОТОНОВАЯ КИСЛОТА (БУТЕН-2-ОВАЯ) | ЦИСТИН |
 ВИННАЯ КИСЛОТА |  СЕРИН | ЦИСТЕИН |
 БУТАНДИОВАЯ (ЯНТАРНАЯ) КИСЛОТА | ФУМАРОВАЯ КИСЛОТА (ТРАНС-ИЗОМЕР) | МАЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА (ЦИС-ИЗОМЕР) |
 ЩАВЕЛЕВОЯНТАРНАЯ КИСЛОТА |
Приложение 2. Так как тема кажется мне наглухо ебанутой, приведу ответы на самые жестокие вопросы, просто из гуманизма.
А вот и хелатные комплексы.
Этот я взял из-за ангидрида
Гидратацию этиленгликоля не описал нигде, она будет тут. Еще была где-то гидратация этиленимина, получится коламин.
Не особо тяжело, но ладно
Выбрано из-за альдольного расщепления и сложноэфирной конденсации. И в прошлом семестре далеко не все понимали, что это, а сейчас надежды нет.
Не описал карбоксилирование во введении, покажу его тут.
И еще хелатообразование
Закос под биохимию
Не сложно, было бы треднее понять, α или β-гидроксимасляная, ϒочевидно получиться не могла. Ну да ладно, я оставлю это тут.
Исчерпывающее метилирование – неведомая ёбанная хуйня.
Посвящается самой прекрасной
Девушке на свете,
Вдохновляющей меня на написание
Этих книжек, моей музе, душе моей -
- Елене Б.
Предисловие.
Будучи огорчен качеством преподавания химии в РНИИМУ, и тем более, способом последующего контроля качества образования – тестами, я решил оказать посильную помощь студентам в сдаче оных. Пособие представляет собой краткую, насколько возможно, инструкцию, как минимально загрузив голову таки сдать этот окаянный тест. Я исследовал большое их количество, обобщил результаты. Дорогой любитель химии, обрати внимание на введение. В этой теме оно мало, но содержит принципиально важные моменты. Там я изложил принципы решения вопросов, на которые ссылаюсь позже. Для написания контрольной, буде тебе таковое предстоит, эта часть тоже может оказаться полезной. Вопросы были мной разделены на разновидности, в соотвествии моими представлениями о типах вопросов. На каждый вид вопросов я постарался дать ответ, в меру научный, чтобы все-таки не слишком уйти от своих химических корней, но и достаточно ясный, чтобы он мог быть воспринят среднестатистическим студентом. Теперь я представляю свой труд для использования широкой общественностью, надеюсь, моё творение сможет послужить к чьей-нибудь пользе.
Заранее благодарен за адекватные комментарии, дополнения и исправления к тексту. Текст создан исключительно из гуманных соображений и распространяется безвозмездно.
Удачи, ни пуха, ни пера, дорогие любители химии.
Алексей «Леша-химик» Федоров,
20.02.2016.
Тема 2. Стереоизомерия.
Введение: Это довольно легкая тема, содержащая, правда, несколько подводных граблей. Давайте сделаем все, как всегда, внимательно и аккуратно, и будет нам 10 за тест.
Ввиду легкости темы и хорошей классифицируемости вопросов вводные сведения почти ненужны. Очень кратко изложу самое необходимое.
Ассиметрический атом – это атом С, окруженный 4 разными группами. По очевидным причинам это не может быть СН3 и СН2 (три и два одинаковых Н). Ассиметрическим, как правило, бывает –СН- или –С-. Например, ассиметрическим будет СН в молочной кислоте (ака 2-гидроксипропановая кислота)
Однако, заметьте, что не любой СН – ассиметричный. Например, в глицерине
Средний СН не является ассиметричным, так как он окружен по бокам двумя одинаковыми
-СН2-ОН. В общем, критерий ассиметричности — 4 разные группы.
Виды стереоизомерии.
Оная информация спокойно находится в методичке, но я могу и повторить, не жалко.
| Конфигурации - изомеры, которые не могут превращеться друг в друга | ||||||||
| Энантиомеры - изомеры, являющиеся зеркальными отражениями друг друга. Это вещества с хотя бы одним ассиметрическим атомом. | Диастереомеры -изомеры, не являющиеся зеркальными отражениями друг друга. Эти бывают разные. | |||||||
| L | D | σ (сигма) – диастереомеры. Быват разные (да!) | π (пи) – диастереомеры. Для того, чтобы вещество было пи-диастереомером, у него должна быть двойная связь, и с обоих сторон от этой двойной сязи должны быть разные группы. Например: Этот может, потому что с одной стороны у него Н и Br (разные!), а с другой стороны – Н и СН3, тоже разные. То, что там и там есть Н – похуй, сойдет. Эти ребята тоже бывают цис и транс. А этот не может, потому что у него 2 СН3 слева. | |||||
| С циклом. Чтобы цикл был диастереомером, надо чтобы на 2-х разных углах висели какие нибудь группы. Например: Квадрат – это циклобутан, и на двух разных углах висят ОН, подходит. Эти ребята бывают цис и транс относительно цикла. Вот это не подходит, потому что тут у цикла 2 группы висят на одном и том же углу. | С 2-мя и более ассиметрическими атомами. Нечего добавить, все ясно. Если у вещества 2 ассиметрических атома – оно сигма диастереомер. Пример: Два ассиметрических СН. Эти ребята не бывают цис и транс. | |||||||
Типичные вопросы:
22. Виды изомерии.
Приме 
Ну как то так…
Как с этим бороться:
Не самый легкий вопрос, сильно завязанный на номенклатуре и школо-знаниях. Ну, кое-какие зацепки:
1) Изомерия положения кратной связи встретится вам у веществ с одинаковыми названиями, но разной цифрой, например бутен-1 и бутен-2
2) Изомерия положения группы – то же самое, например бутанол-1 и бутанол-2.
3) Изомерия углеродного скелета может встречаться у веществ с приставками изо-, трет-, метил-, этил- и т.д. Например, бутиловый спирт и изобутиловый спирт. Чтобы не облажаться, попробуйте подумать, сколько углеродных атомов у этих веществ. Например, этил-пентан (2С в этиле + 5С в пентане = 7С) и метил-гексан (1С в метиле + 6С в гексане = 7С) – два изомера, а этилпентан и этилгексан – не изомеры.
4) Классовая изомерия. Изомерны друг другу: спирты и простые эфиры (эфир в названии), альдегиды и кетоны (-аль и -он), алкены и циклоалканы, карбоновые кислоты и сложные эфиры (-ат в названии, например ацетат). Например, масляная кислота и этилацетат.
Заметьте, что даны 4 вещества, которые обычно изомерны парами.
23. L/D – Энантиомеры.
Пример:
Левой, левой, раз-два-три...
Как с этим бороться:
Очень легкий вопрос, у вас обязательно получится. Итак. В правильной проекции Фишера сверху должна быть старшая углеродная группа (обычно это СООН или СОН). Снизу – младшая (обычно это СН3, С2Н5, может быть СН2-SH и т.п.). Слева и справа будет Н и какая-нибудь группа (ОН, NH2, SH, Cl). Если она справа, изомер D, слева – L.
Из 4 вариантов 2 - это правильные проекции Фишера, одна правая, другая левая. Остальные два – неправильные проекции Фишера, которые надо перестроить. Для этого можно менять местами 2 любые группы друг сдругом. Важно! Делать можно только 2 перестановки. Например:
Раз – поменяли СОН и СН2ОН, два – поменяли Н и NH2. По перестроенной проекции определяем левость и правость, в примере получилось D
24. У кого есть ассиметрический атом?
Пример:
Тут ежу все ясно.
Как с этим бороться:
Ну правда, даже не знаю, что еще тут сказать. Просто поискать по определению ассиметрический атом. Тут это будут А+В.
25. Сколько у вещества ассиметрических атомов?
Пример:
Тут ежу все ясно.
Как с этим бороться:
Определение ассиметричного атома дано во введении, перечтите. В примере их два. Главное, просчитывайте, чтобы группы вокруг были разными.
26. Цис-транс
Пример:
Цис-транс.
Как с этим бороться:
Цис и транс могут быть либо вещества с двойной связью либо с циклом, но не любые.
Для двойной связи надо, чтобы с каждой стороны группы были разные, то есть слева две разные, и справа две разные. При этом справа и слева они могут быть одинаковыми, например СН3-СН=СН-СН3 может быть цис транс. Слева Н и СН3 - разные, справа Н и СН3 – разные, а то, что левая и правая половина одинаковые – похуй. А вот (СН3)2С=СН-СН3 не подошел бы. «А» из примера подходит.
Чтобы цикл был цис транс, у него должны быть две группы на разных углах, то есть С тоже подходит.
27. Сигма - диастереомеры.
Пример:
Да!
Как с этим бороться:
Напомним, что сигма-диастереомерами могут быть вещества с циклом (условия см. выше), и вещества с двумя и более ассиметрическими атомами (любое). Проверяем вещества на соотвествие тим критериям. А – два ассиметрических атома, В – «правильный» цикл, С – один ассиметрический атом, Д – «неправильный» цикл. И так далее.
28. Пи - диастереомеры.
Пример:
Пи.
Как с этим бороться:
В виде Пи диастереомеров могут существовать вещества с двойной связью, но не любые, условия этого см. выше. Тут, на мой взгляд, трудность связана с формулами, а не с непониманием «ассиметричности». Например, если сказать, что бутен-1 это СН2=СН-СН2-СН3, муравьиная кислота Н-СООН, пентен-2 овая кислота СН3-СН2-СН=СН-СООН, бутендиовая кислота НООС-СН=СН-СООН, то видно, что два последних вещества подходят. По одну сторону от двойной связи – разные группы.
29. Какие изомеры возможны для вещества.
Пример:
Те же яйца, вид сбоку.
Как с этим бороться:
Те же критерии применить на одно вещество.
1) Энантиомеры – если есть один ассиметрический атом. (есть в примере)
2) Сигма диастереомеры – если есть два ассиметрических атома (в примере) или цикл с двумя группами.
3) Пи диастереомеры – если есть двойная связь с кое-каким условием.
4) Если ничего нет – то нет.
30. Пацифика Коформации.
Пример:
Хуй – Войне! Пиздец Миру...
Как с этим бороться:
Конформации, как вы уже поняли, это такие странные значки, похожие на звезду от Мерседеса или знак пацифики. Они бывают следующие:
1) Заслоненная. Лучи двух звезд лежат друг на друге.
2) Заторможенная, анти. Лучи лежат не друг на друге, группы лежат напротив друг друга.
3) Заторможенная, скошенная (гош). Лучи лежат не друг на друге, но руппы лежат не напротив, а рядом.
С вопросом более-менее устойчивая разобраться без специальных знаний сложно. Как правило, заторможенная менее устойчива, заторможенная-анти для большинства (хотя и не всех) веществ является самой устойчивой. В примере одно из веществ, для которых более устойчивой будет как раз заторможенная.
31. Верно-неверно.
Пример:
Традиционная угадайка.
Как с этим бороться:
Традиционная угадайка, без которой не обходится не один праздник жизни. Традиционный ответ – никак, это не дано Вам. Например, в качестве конфигурационного стандарта принят глицеральдегид, но я честно недоумеваю, насколько внимательно тнадо читать учебник, чтобы запомнить такую мелкую хуйню. С вертикальными связями, которые направлены в плоскость чертежа – то же самое. И устойчивые конформации (верно), и свойства энантиомеров (неверно).
Приведу то, что я нашел, как верное:
1) в качестве конфигурационного стандарта принят глицеральдегид
2) В проекции Фишера вертикальные связи в плоскость чертежа, горизонтальные – из плоскости.
3) Анти – наиболее устойчиво почти для всего, заслоненное – для этиленгликоля, коламина, этилендиамина.
4) Энантиомеры обладают одинаковыми свойствами.
5) Конформационные изомеры могут переходить друг в друга путем вращения вокруг связей
6) Основная причина существования цис- и транс-изомеров заключается в невозможности вращения фрагментов молекулы вокруг π–связи без ее разрыва
7) В транс-изомерах одинаковые заместители у двух атомов углерода при двойной связи располагаются по одну сторону по разные стороны относительно плоскости π-связи
8) Молекула хиральна, если она не совпадает со своим зеркальным отражением
9) Конфигурационные изомеры могут переходить друг в друга путем разрыва одних и образования других химических связей
10) Диастереомеры обладают разными химическими и физическими свойствами.
11) Цис- и транс-изомеры имеют одинаковую последовательность связей между атомами.
12) Асимметрический атом углерода связан с тремя четырьмя различными группами
13) Энантиомеры обладают одинаковыми химическими (а физические свойства – разные!) свойствами в обычных условиях.
Короче, жопа, сами видите.
Спасибо за внимание!
Не фотошоп
Приложение 1. Краткий, и к сожалению, неполный список формул.
| КОЛАМИН | ХОЛИН | АЦЕТИЛХОЛИН |
| Этиленгликоль | Пирокатехин | Орто-хинон (бензохинон-1,2, ортобензохинон)- |
| ГИДРОХИНОН | Пара-ХИНОН (бензохинон-1,4, парабензохинон) | ПАРА-АМИНОФЕНОЛ |
| ПЕНТАДИОН-2,4 (ацетилацетон) | ГЛИЦЕРИН | ГЛИЦЕРИНОВЫЙ АЛЬДЕГИД |
| 2-ГЛИЦЕРОФОСФАТ | АЦЕТИЛФОСФАТ | АЦЕТИЛКОА |
| Аланин, 2-аминопропановая кислота, α-аминопропионовая кислота. | Дигидролипоевая кислота | Липоевая кислота |
| УКСУСНАЯ КИСЛОТА | АМИНОУКСУСНАЯ КИСЛОТА, ГЛИЦИН | ЩАВЕЛЕВАЯ КИСЛОТА |
| ПРОПИОНОВАЯ КИСЛОТА | АКРИЛОВАЯ КИСЛОТА | МОЛОЧНАЯ КИСЛОТА |
| ПИРОВИНОГРАДНАЯ КИСЛОТА | МАЛОНОВАЯ КИСЛОТА | МАСЛЯНАЯ КИСЛОТА |
| γ-гидроксимасляная кислота (ГОМК) | Глутаровая кислота | α- аминоглутаровая кислота, глутаминовая кислота |
| γ-АМИНОМАСЛЯНАЯ КИСЛОТА | β-ГИДРОКСИМАСЛЯНАЯ КИСЛОТА | АЦЕТОУКСУСНАЯ КИСЛОТА |
| ЯНТАРНАЯ КИСЛОТА | ЯБЛОЧНАЯ КИСЛОТА | ЩАВЕЛЕВОУКСУСНАЯ КИСЛОТА |
| ПАРААМИНОБЕНЗОЙНАЯ КИСЛОТА, ПАБК | АНЕСТЕЗИН | СУЛЬФАНИЛОВАЯ КИСЛОТА |
| СТРЕПТОЦИД | МОЧЕВИНА | АЦЕТИЛМОЧЕВИНА |
| Глиоксалевая кислота | ДИГИДРОКСИАЦЕТОН | АЦЕТОН |
| ПРОПИОНОВАЯ КИСЛОТА | КРОТОНОВАЯ КИСЛОТА (БУТЕН-2-ОВАЯ) | ЦИСТИН |
| ВИННАЯ КИСЛОТА | СЕРИН | ЦИСТЕИН |
| БУТАНДИОВАЯ (ЯНТАРНАЯ) КИСЛОТА | ФУМАРОВАЯ КИСЛОТА (ТРАНС-ИЗОМЕР) | МАЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА (ЦИС-ИЗОМЕР) |
| ЩАВЕЛЕВОЯНТАРНАЯ КИСЛОТА |
Приложение 2. Пару слов о контрольной.
Контрольные выглядят довольно однотипно, к тому же у меня уже есть вариантик, так что почему бы и не разобрать.
1) Диастереомеры. Словия вам уже известны, цикл, двойная связь или 2 ассиметрических атома. Тут
а) «правильный» цикл
б) нет ничего
в) «правильная» двойная связь.
Г) ничего
Рисуем нашему любимому преподу что то такое:
Выше – цис и транс – диметил-циклогексан
Ниже – цис и транс – та самая кислота.
2. Номенклатурный вопрос, надо напрячься и вспомнить, что это такое. Спойлер, это:
Ассиметрический атом – это СН. Просят Фишера, это делается так. Рисуем крест. Центр креста означает ассиметрический атом, лучи вокруг него – его окружение. Делаем как в тесте описано, сверху сажаем старший С, это СООН, снизу младший С, СН2-SH. Слева и справа рассаживаем Н и NH2. Если группу сажаем справа – D, слева – L, надо нарисовать оба.
3. В указанном кресте делаем две перестановки, чтобы получился правильный, так же как в тесте. Определяем левость-правость полученной конструкции, это будет D.
! Посвящается моей музе,
Самой прекрасной девушке на свете
Моей радости и источнику моего вдохновения
Несущей свет в мою жизнь
- Елене Б.
Будучи огорчен качеством преподавания химии в РНИМУ, и тем более, способом последующего контроля качества образования – тестами, я решил оказать посильную помощь студентам в сдаче оных.
В этом году я попробую написать методичку к каждой теме, хотя и не знаю, хватит ли у меня сил и вдохновения. Пока хватает, что не может не радовать. Пособие представляет собой краткую, насколько возможно, инструкцию, как минимально загрузив голову таки сдать этот окаянный тест. Я исследовал большое их количество, обобщил результаты. Вопросы были мной разделены на типы в соответствии с моим представлением о том, как это удобнее выучить. На каждый вид вопросов я постарался дать ответ, в меру научный, чтобы все-таки не слишком уйти от своих химических корней, но и достаточно ясный, чтобы он мог быть воспринят среднестатистическим студентом. В этой теме я крайне рекомендую иметь с собой или выучить сарсовскую методичку. Там есть куча формул, и все нужные. Т.к. они есть там, я не привожу их здесь, чтобы не занимать место. Также там определения, так же полезные.
Теперь я представляю свой труд для использования широкой общественностью, надеюсь, моё творение сможет послужить к чьей-нибудь пользе.
Заранее благодарен за адекватные комментарии, дополнения и исправления к тексту. Давайте будем вместе улучшать это пособие. Приношу извинения за возможные опечатки и неточности. Первое – следствие сжатых сроков подготовки, второе – следствие изложить материал проще, что приводит к упрощениям, иногда с утратой важных деталей. Текст создан исключительно из гуманных соображений и распространяется безвозмездно.
Удачи, ни пуха, ни пера, дорогие любители химии.
Федоров Алексей, «Леша-химик»
28.02.2016.
Тема 4.Строение углеводов.
Введение.
Довольно задротская тема, для которой нужно выучить много злоебучих формул. Впрочем, перед биохимией, ждущей вас на втором курсе, это лёгкая разминка.
Настоятельнейше рекомендуем использовать (выучить или иметь под рукой) САРСовскую методичку, потому что введение оттуда содержит массу ценных формул и определений.
Углеводы – биоорганические вещества, содержащие карбонильную (альдегид, кетон) и несколько гидроксильных групп. В силу того, что групп много, много ассиметричных атомов, а из-за этого – много крестообразных херовин тоже много.
Вам будут категорически нужны формулы следующих углеводов:
Углеводы делятся
- по длине цепи на пентозы (5С) и гексозы (6С, ничего себе, кто бы мог подумать).
- по группе на альдозы (альдегид) и кетозы (кетон, еще раз ничего себе).
- по ассиметричности на D и L, об этом судят по нижнему ОН. Являются полными зеркальными отражениями друг друга.
Пентозы. Содержат по 5С, у всех нижний ОН – правый, поэтому все D. Рибоза и ксилоза точно встречаются, арабиноза – х.з., даю на всякий случай. Все – альдозы.
Альдо-пентозы.
Бывают кето-пентозы, гуглите рибулозу и ксилулозу.
Гексозы. Содержат по 6С, у всех нижний ОН – тоже правый, поэтому все D. Точно нужны глюкоза, манноза, галактоза – альдозы, потому что альдегид, фруктоза – кетоза, потому что кетон. Остальные (аллоза, альтроза и прочее) – х.з.
Кетогексоза притаилась меж альдогексоз…
Производные углеводов. Бывают двух видов.
5) Дезоксиуглевод. Это значит, у него нет верхнего ОН (ОН при втором атоме С). Теоретически, это могло бы быть что угодно. Практически же встречается только дезоксирибоза.
*дезоксовость дает -1 ассиметрический атом, это важно.
6) Аминоуглевод. Это значит, что второй ОН заменен на NH2 в том же положении. Это может называться или 2-амино, 2-дезокси %название углевода%, или %название углевода% амин. Например, 2-амино, 2-дезоксиглюкоза или глюкозамин.
Все вышеприведенное – это моносахариды. Они имеют гадкую способность самопроизвольно скручиваться в цикл, это называется цикло-оксо-таутомерия.
Важно осилить, как это делается. В грубом варианте это выглядит так.
5) Берем углевод. Нумеруем атомы в нем сверху вниз. Если это пентоза, то более характерен пятиугольный цикл-фураноза, если гексоза – то шестиугольный-фураноза (впрочем, в реале и для 5С, и для 6С возможны и 5угольные, и 6угольные циклы, но таким задротством мы заниматься не будем; самым упоротым адептам химии, которым это будет нужно, например студентам Тарасенко, можем только посочувствовать). Циклы выглядят стандартизованно, и имеют стандартную номерацию:
Типичные фураноза и пираноза, почти в обнимку.
6) Расставляем ОН по этим штукам. Первый ОН может быть и верхним (β), и нижним (α). Всегда нужно оба. Остальные - если в линейной форму углевода ОН был справа, то в циклической он будет снизу. Если слева – то сверху.
Есть мнемоническое правило А. Неклесова, как это запомнить. Правый-вниз, левый-вверх это вот так:
А если слегка проапгрейдить, то получим некий известный в узких кругах знак:
очевидно, отражающий суть химии…
7) Внимательные уже заметили, что в цикле С на один меньше, чем в исходном. В фуранозе при 5С в цикле 4С, пиранозе – 5С. На последнем углу цикла висит СН2ОН, всегда сверху.
8) Для хим-задротов. Чтобы из пентозы получить шестугольник, делаем все то же самое, но последний, пятый угол оставляем пустым, не вешаем ни ОН, ни СН2ОН. Чтобы из гексозы получить пятиугольник, делаем все то же самое, на последний угол хуярим вот такую штуку:
Причем для всех-всех углеводов она растет вверх, а вот для галактозы – вниз. За примерами – см. Приложение 1.
Пример цикло-оксо-таутомерии.
5) Берем глюкозу. Фиганули нумерацию атомов:
6) Нарисовали два цикла. Первыми ОН они отличаются, остальное все одинаковое.
Первый ОН сделали и сверху, и снизу и спереди, и сзади во всех позах. Второй в линейной форме был правый – пишем в циклической снизу, третий слева – значит сверху, четвертый справа – значит снизу, а тут СТОПЭ! На последний, пятый угол приписали СН2ОН, и обязательно сверху. Такая история. Аналогично циклится любой другой углевод. Есть проблемы с фруктозой (внимание!!!), за подробностями см. приложение 1.
Слева – α-D-глюко-пираноза, справа – β-D-глюко-пираноза.
Проверьте, кстати, что Вы хорошо отличаете лево и право.
Все, что было, это были моносахариды. Ди- и поли-сахариды разобраны в типичных вопросах.
Типичные вопросы:
32. Формула углевода.
Пример:
шта?
Как с этим бороться:
Выучить формулы. А вы на какой совет рассчитывали?
Обратите внимание, тут иногда встречаются L-углеводы, которых в методичке нет. Что делать? L –углеводы являются полной противоположностью D-углеводов, нарисованных в методичке с САРСами. Например,
D-рибоза ОН: правый, правый, правый,
L-рибоза ОН: левый, левый, левый.
У D-глюкозы ОН: правый, левый, правый, правый,
у L-глюкозы ОН: левый, правый, левый, левый.
L-ксилоза, сравните с D, которая в методичке есть.
33. Формула производного углевода.
Пример:
шта?
Как с этим бороться:
Выучить формулы + кусочек про производные, там чуть-чуть. А вы на какой совет рассчитывали?
34. Формулы циклов.
Пример:
Ну бляяя… Это А.
Как с этим бороться:
Примерно так же, как и в первом вопросе. Только плюс к выучиванию формул надо еще уметь циклить.
· тупой вариант – перециклить все углеводы, которые в вариантах, найти совпадение.
· Норм вариант – посмотреть по первому ОН, α или β, посмотреть по количеству углов, фураноза или пираноза, пересчитать С, чтобы понять гексоза или пентоза. Обращайте внимание на ОН, если одного не хватает, то это дезокси, а если ОН замещен на NH2, то 2-амино, 2-дезокси. Так можно отсеять неправильные варианты. Если не все отсеялись, делать как в п. 1.
· Читерский вариант – в приложении 1. я все перециклил.
В примере, по крайней мере мне, бросается в глаза 2-ой пустой угол, это явно дезокси-
Пример-2. Пересчитали углы – пираноза, пересчитали С – гексоза. Из гексоз тут фруктоза, а ксило- и рибо- это пентозы. По первому ОН – β, получается ответ D.
35. Число ассиметрических атомов у углевода.
Пример:
Тут надо вписать цифирку.
.
Как с этим бороться:
Это тоже (сюрприз!) рассчитано на то, что вы помните формулы. Количество ассиметрических атомов равно количеству крестов в формуле. Для ксилозы это 3. Зацикливание дает +1 ассиметрический атом, то есть у ксилофуранозы было бы 4.
Дезокси дет -1 ассиметрический атом.
36. Вопрос про вид цикла.
Пример:
Вот так…
Как с этим бороться:
Да ничего особенного, блин. Если вы еще не успели забыть первую тему, при циклизации спирт-альдегид всегда получается циклический полуацеталь. Т.к. все углеводы в цикле – гидроксиальдегиды(кетоны), то ВСЕГДА будет получаться циклический полуацеталь. Кетозы – фруктоза, рибулоза и ксилулоза, альдоль - хуй знает, зачем это тут, ведь это связано уже со свойствами а не со строением. Впрочем, всем похуй. Триол – это глицерин и другие, у кого есть только три ОН.
37. Кто кому кем приходится?
Пример:
Он мене не брат и не родственник...
Как с этим бороться:
Структурные изомеры (межклассовые изомеры) – альдозы и кетозы, например, рибоза и рубулоза или глюкоза и фруктоза. Обязательно найдите формулы, нарисуйте рядом и сравните.
(Цикло-оксо)таутомеры – линейная и циклическая форма одного и того же углевода относительно друг друга, например, глюкоза и глюкопираноза.
Энантиомеры – L и D- углеводы относительно друг друга, например L-рибоза и D-рибоза.
Аномеры – α и β – версии относительно друг друга. Внимание! Аномеров по С3 не бывает, это подъебка или опечатка.
Эпимеры – углеводы, отличающиеся конфигурацией одного креста. Например, рибоза и ксилоза – эпимеры по С3, рибоза - DDD, ксилоза – DLD. Если не понятно, нарисуйте эти две формулы обязательно рядом и сравните. Еще эпимеры это пары глюкоза – манноза и глюкоза – глактоза.
Конформеры – трудное наследие прошлой темы. У углеводов бывают, но вы не должны это знать.
Вроде все.
38. О классификации углеводов.
Пример:
чего? Манноза?
Как с этим бороться:
Классификация по признакам альдозы-кетозы и пентозы-гексозы описана во введении, обратитесь туда. Если попадается какой то странный углевод, ну мало ли, чего не бывает, пересчитайте С и определите, там СОН или С=О.
39. Хрень.
Пример:
.
Как с этим бороться:
Эта хрень выполняет функцию вопросов верно-неверно в данном тесте. Для ответов вам нужна методичка, там даны определения всяких терминов, и пиранозы в том числе. С пиранозой можно справится и без той методички, и отсюда вам известно что она – шестиугольник.
40. Вопрос НЕ (!) про формулу.
Пример:
Нет изображения.
.
Как с этим бороться:
Находил это в ночи, но не заскринил, сейчас найти не получается. Суть такова. Нарисован углевод, но спрашивают НЕ про сам этот углевод, а что-то типа: «Эпимером данного углевода по С4 (аномером, энантиомером и т.п.) является?». Тут надо проявить максимальную бдительность. Например, если изображена глюкоза и просят эпимер по С3, то НЕ НАДО на радостях от того, что вы узнали глюкозу, отвечать ГЛЮКОЗА!!!!11, а надо спокойно поменять 4 ОН на другую сторону и посмотреть, что получится (спойлер – галактоза). По поводу остальных …-меров см. предыдущий вопрос. Бди, товарищ, враг не дремлет.
41. Дисахариды.
Пример:
Пример еще:
Бывает и так… Это хард, конечно. Сахароза. Обратите внимание на хуй знает как написанные слова «Фруктоза» и «глюкоза» в названии, это поясняет нам.
Как с этим бороться:
Дисахариды бывают такие:
4) Мальтоза. Состоит из 2х глюкозных остатков, связанных α (1-4) гликозиной связью. Восстанавливающая. Цикло-оксо-таутомерию может. Мутаротацию может. Гликозидный (полуацетальный) гидроксил есть. Формулу см. в книжке. Бывает β и α, судят по самому правому ОН (он и есть полуацентальный), если он вверх – β, наоборот – α.
ленивая бета-мальтоза.
5) Целлобиоза. Состоит из 2х глюкозных остатков, связанных β (1-4) гликозиной связью (обратите внимание на связь между циклами, отличается она). Восстанавливающая. Цикло-оксо-таутомерию может. Мутаротацию может. Гликозидный (полуацетальный) гидроксил есть. Формулу см. в книжке. Бывает β и α, судят по самому правому ОН (он и есть полуацентальный), если он вверх – β, наоборот – α.
альфа-целлобиоза. Если бы самый правый ОН был бы сверху, была бы бета.
6) Лактоза. Состоит из галактозного и глюкозного остатков, (обратите внимание на самый левый по формуле ОН, в целлобиозе он снизу, в галактозе – сверху, только этим они и отличаются), связанных β (1-4) гликозиной связью. Восстанавливающая. Цикло-оксо-таутомерию может. Мутаротацию может. Гликозидный (полуацетальный) ги