Глава 10. Нуклеиновые кислоты. Алкалоиды

Вопросы к семинару:

1. Нуклеозиды, нуклеотиды: строение, отношение к гидролизу.

2. Понятие о нуклеиновых кислотах (ДНК, РНК). Принципы строения.

3. Алкалоиды: определение, классификация.

4. Анализ реакционной способности на основе строения и природы функциональных групп. Общие и специфические реакции.

5. Алкалоиды группы пурина (теофиллин, теобромин, кофеин), пиридина (никотин, анабазин), хинолина (хинин), изохинолина (папаверин), изохинолинофенантрена (морфин, кодеин), тропана (атропин, кокаин)

Опыты к лабораторной работе:

1. Реакции осаждения

2. Реакции окрашивания

3. Выделение алкалоидов табака

4. Талейохинная проба

5. Мурексидная проба.

Задания к самостоятельной работе:

Вариант 1

1. Дайте определение понятию «алкалоиды». Приведите химическую классификацию этих соединений и объясните, какой принцип лежит в ее основе.

2. Исходя из ксантина, получите кофеин и назовите его по номенклатуре ИЮПАК. Объясните, какая общая фармакопейная реакция используется для открытия алкалоидов группы пурина. Опишите ход выполнения этой реакции, укажите аналитический эффект. Как кофеин применяется в медицине?

3. Установите строение алкалоида, если известно, что он гидролизуется в кислой среде с образованием спирта тропина и троповой кислоты. Назовите его, укажите биологическое действие. Приведите схему гиролиза данного алкалоида в кислой и щелочной средах.

4. Приведите схему образования аденозина (N-гликозида рибозы и аденина), а затем его 5-монофосфата. Укажите, какой из этих продуктов является нуклеотидом, а какой - нуклеозидом. Дайте определение этим понятиям. Какова биологически роль РНК?

Вариант 2

1. Алкалоиды: определение. Опишите способы выделения из растений и очистку этих веществ. Поясните, какие химические свойства алкалоидов лежат в основе данных процессов.

2. Приведите формулы и названия по номенклатуре ИЮПАК алкалоидов анабазина и никотина. Назовите гетероциклы, лежащие в их основе. Напишите уравнения реакций взаимодействия данных алкалоидов с пикриновой кислотой при комнатной температуре, амидом натрия при нагревании. Укажите тип этих реакций.

3. Напишите схему образования кодеина гидрохлорида из морфина. Какой продукт синтеза применяется в медицине? Какие функциональные группы содержатся в молекулах морфина и кодеина?

4. Приведите схему образования дезоксигуанозина (N‑гликозида дезоксирибозы и гуанина), а затем его 5‑монофосфата. Укажите, какой продукт является нуклеотидом, а какой - нуклеозидом. Дайте определение этим понятиям.

Вариант 3

1. Алкалоиды: общие физические и химические свойства. Использование этих свойств для выделения алкалоидов из растительного сырья и их очистки.

2. Приведите формулу хинина. Назовите гетероциклы и функциональные группы, входящие в его состав. Охарактеризуйте реакционную способность данного алкалоида. Ответ подтвердите уравнениями соответствующих реакций. Укажите область применения хинина.

3. Напишите формулу никотина – главного алкалоида табака. Приведите реакцию его взаимодействия с эквимолярным количеством хлороводородной кислоты при комнатной температуре. Объясните, какой из 2-х атомов азота в его молекуле и почему обладает большей активностью в данной реакции.

4. Приведите схему образования гуанозина (N-гликозида рибозы и гуанина), а затем его 3‑монофосфата. Укажите, какой продукт является нуклеотидом, а какой - нуклеозидом. Дайте определение этим понятиям. Какова биологическая роль РНК?

Вариант 4

1. Согласно химической классификации приведите названия групп алкалоидов, к которым относятся: а) никотин, б) хинин, в) кодеин, г) атропин, д) теофиллин. Напишите формулы гетероциклов, лежащих в их основе, пронумеруйте атомы циклов.

2. Исходя из морфина, предложите способ получения кодеина. Анализируя строение этих алкалоидов, сравните их реакционную способность, ответ подтвердите уравнениями реакций. Какими из реакций можно различить эти соединения? Какова биологическая активность данных алкалоидов?

3. Установите строение алкалоида, если известно, что при его кислотном гидролизе образуется 3-гидрокситропан-2-карбоновая кислота, метанол и бензойная кислота, назовите его. Приведите схему гидролиза. Объясните, чем будут отличаться ИК-спектры исходного алкалоида и продуктов гидролиза.

4. Приведите схему образования цитидина (N-гликозида рибозы и цитозина), а затем его 5‑монофосфата. Укажите, какой продукт является нуклеотидом, а какой - нуклеозидом. Дайте определение этим понятиям. Какова биологическая роль РНК?

Вариант 5

1. Дайте определение понятию «алкалоиды». Объясните принцип, лежащий в основе их химической классификации. Приведите названия не менее пяти групп алкалоидов. Напишите формулы гетероциклов, производными которых являются эти алкалоиды.

2. Сравните между собой основные свойства атомов азота в молекулах: а) хинина, б) никотина. Подтвердите уравнениями реакций с соляной кислотой. Укажите, к какому типу (пиррольному или пиридиновому) относится каждый атом азота в данных соединениях. Какова биологическая активность этих алкалоидов?

3. Проанализировав строение морфина, объясните, почему он реагирует со щелочами, с кислотами, дает окраску с хлоридом железа (III), может использоваться как азосоставляющая в реакциях азосочетания. Ответ подтвердите уравнениями реакций.

4. Приведите схему образования тимидина (N-гликозида дезоксирибозы и тимина), а затем его 5‑монофосфата. Укажите, какой продукт является нуклеотидом, а какой - нуклеозидом. Дайте определение этим понятиям.

Вариант 6

1. Напишите формулы следующих алкалоидов: а) никотин, б) анабазин, в) папаверин, г) хинин. К каким группам алкалоидов согласно химической классификации относятся эти вещества? Назовите гетероциклы, лежащие в основе данных алкалоидов, укажите, какие из них являются ароматическими, а какие - нет. Ответ объясните.

2. Напишите реакции взаимодействия морфина с: а) избытком уксусного ангидрида, б) эквимолярным количеством разбавленной НСl при комнатной температуре, в) водным раствором гидроксида натрия, г) п-сульфобензолдиазоний хлоридом. Объясните, за счет наличия каких функциональных групп или структурных фрагментов в молекуле морфина возможны эти реакции.

3. Предложите способ получения атропина сульфата, исходя из тропанона-3.

4. Приведите схему образования уридина (N-гликозида рибозы и урацила), а затем его 3‑монофосфата. Укажите, какой продукт является нуклеотидом, а какой - нуклеозидом. Дайте определение этим понятиям. Какова биологическая роль РНК?

Вариант 7

1. Напишите структурные формулы и дайте тривиальные названия следующим алкалоидам: а) 3-(N-метил-2-пирролидил)пиридин, б) 3-(2-пиперидил)пиридин, в) 6,7-диметокси-1-(3¢,4¢-диметокси­бензил)изохинолин, г) 1,3,7-триметил-2,6-диоксопурин. Укажите область применения соединений «г» и «в».

2. Напишите реакции взаимодействия с бромной водой: а)хинина, б)кодеина, в)морфина. Предложите реакции, позволяющие различить эти алкалоиды. Укажите биологическую активность данных соединений.

5. Проанализируйте строение и предскажите химические свойства алкалоида никотина. Ответ подтвердите уравнениями реакций. Найдите центры хиральности в данной молекуле, определите число возможных стереоизомеров.

4. Приведите схему образования дезоксицитидина (N-гликозида дезоксирибозы и цитозина), а затем его 5‑монофосфата. Укажите, какой продукт является нуклеотидом, а какой - нуклеозидом. Дайте определение этим понятиям. Какова биологическая роль ДНК?

Вариант 8

1. Дайте определение понятию «алкалоиды». На каких физико-химических свойствах алкалоидов основано их выделение из растительного сырья и очистка?

2. Приведите для морфина примеры реакций, протекающих а) только по фенольному гидроксилу, б) по фенольному и спиртовому гидроксилам, в) по гетероатому, г) по бензольному кольцу.

3. Проанализировав строение теофиллина, теобромина и кофеина, объясните, для каких из этих соединений возможна: а) лактим-лактамная таутомерия, б) прототропная изомеризация. Приведите схемы таутомерных превращений. Укажите, какие из таутомерных форм и почему будут обладать кислотными свойствами.

4. Приведите схему образования аденозина (N-гликозида рибозы и аденина), а затем его 3‑монофосфата. Укажите, какой продукт является нуклеотидом, а какой - нуклеозидом. Дайте определение этим понятиям.

Вариант 9

1. Напишите формулы следующих алкалоидов: а) никотина, б) папаверина, в) кодеина, г) кофеина, д) атропина. Назовите гетероциклы, лежащие в основе этих алкалоидов. Объясните, для каких из них не применимо понятие p-дефицитная система.

2. Проанализируйте строение и предскажите химические свойства хинина. Ответ подтвердите уравнениями реакций (не менее пяти). Как используется в медицине данный алкалоид?

3. В фармации для испытания подлинности атропина используют реакцию Витали-Морена. Реакция основана на следующем: атропин гидролизуют в кислой среде, далее полученную троповую кислоту нитруют с образованием тринитропроизводного и действуют спиртовым раствором КОН. В результате реакции образуется окращенное в фиолетовый цвет хиноидное соединение. Приведите схемы превращений.

4. Приведите схему образования уридина (N-гликозида рибозы и урацила), а затем его 5‑монофосфата. Укажите, какой продукт является нуклеотидом, а какой - нуклеозидом. Дайте определение этим понятиям. Какова биологическая роль РНК?

ВариАнт 10

1. Перечислите известные вам общеалкалоидные реакции осаждения и окрашивания. Для каких целей они применяются на практике?

2. Заполните схему превращений, назовите конечный продукт и укажите область его применения:

3. При нагревании кокаина с разбавленным раствором серной кислоты реакционная смесь приобрела характерный запах метилбензоата. Объясните этот факт, подтвердите уравнениями реакций.

4. Приведите схему образования гуанозина (N-гликозида рибозы и гуанина), а затем его 5‑монофосфата. Укажите, какой продукт является нуклеотидом, а какой - нуклеозидом. Дайте определение этим понятиям. Какова биологическая роль РНК?

Вариант 11

1. Укажите, какой принцип лежит в основе химической классификации алкалоидов. Напишите формулы следующих алкалоидов: а) хинин, б) морфин, в) кокаин, г) анабазин, д) теобромин. К каким группам алкалоидов относятся эти вещества?

2. Используя в качестве исходного соединения ксантин, предложите способы получения теобромина и кофеина. Назовите их по номенклатуре ИЮПАК. Напишите уравнения реакций последовательного взаимодействия теобромина (лактимная форма) с гидроксидом натрия и нитратом серебра. Укажите, какое значение в фарманализе имеют эти реакции.

3. Определите строение продуктов аминирования анабазина А и Б, если превращения описываются схемой:

4. Приведите схему образования цитидина (N-гликозида рибозы и цитозина), а затем его 3‑монофосфата. Укажите, какой продукт является нуклеотидом, а какой - нуклеозидом. Дайте определение этим понятиям. Какова биологическая роль РНК?

Вариант 12

1. Приведите формулы следующих алкалоидов: а) никотин, б) теофиллин, в) папаверин. Назовите ароматические гетероциклы, входящие в их состав. Определите, к какому типу - «пиррольному» или «пиридиновому» - относятся атомы азота в этих гетероциклах.

2. Заполните схему, назовите конечный продукт и укажите область его применения:

3. Предложите спектральные и химические методы, позволяющие отличить хинин, кокаин, анабазин. Напишите уравнения реакций, укажите аналитические эффекты.

4. Приведите схему образования уридина (N-гликозида рибозы и урацила), а затем его 3‑монофосфата. Укажите, какой продукт является нуклеотидом, а какой - нуклеозидом. Дайте определение этим понятиям. Какова биологическая роль РНК?

Вариант 13

1. Дайте определение понятию «алкалоиды». Назовите группы, на которые делятся общеалкалоидные реакции, перечислите основные из этих реакций, укажите аналитические эффекты.

2. Напишите формулу хинина. Приведите для него уравнения реакций: а) каталитического гидрирования двойной связи, б) озонирования, в) окисления бромной водой. Вспомните, в основе какой качественной реакции лежит последнее превращение? Как выполняется эта реакция?

3. Определите положения в молекуле анабазина, по которые идет аминирование, если известно, что продукты аминирования после последовательных реакций диазотирования, замены диазогрупп на хлор и окисления превращаются в 2‑и 6‑хлорникотиновые кислоты. Ответ подтвердите уравнениями реакций.

4. Приведите схему образования дезоксиаденозина (N‑гликозида дезоксирибозы и аденина), а затем его 5‑монофосфата. Укажите, какой продукт является нуклеотидом, а какой - нуклеозидом. Дайте определение этим понятиям. Какова биологическая роль ДНК?

вариант 14

1. Напишите формулы алкалоидов (по одному примеру), относящихся к группе: а) пиридина, б) хинолина, в) изохинолина, г) пурина. Назовите эти алкалоиды, укажите их применение в медицине.

2. Предложите спектральные и химические методы, позволяющие отличить алкалоиды из задания 1. Опишите ход анализа, укажите аналитические эффекты качественных реакций.

3. Заполните схему, назовите конечный продукт, объясните, будет ли он обладать оптической активностью:

4. Приведите схему образования дезоксиаденозина (N‑гликозида дезоксирибозы и аденина), а затем его 3‑монофосфата. Укажите, какой продукт является нуклеотидом, а какой - нуклеозидом. Дайте определение этим понятиям. Какова биологическая роль ДНК?

вариант 15

1. Дайте определение понятию «алкалоиды». На каких физико-химических свойствах алкалоидов основано их выделение из растительного сырья и очистка? Ответ подтвердите несколькими примерами.

2. Напишите формулу алкалоида папаверина. Используя в качестве исходного соединения 6,7-дигидрокси-1-(3¢,4¢-дигидроксибензил)-изохинолин, получите папаверин и далее его гидрохлорид, какое применение находит продукт реакции в медицине?

3. Предложите спектральные и химические методы, позволяющие отличить кодеин, морфин, атропин. Опишите ход анализа, укажите аналитические эффекты реакций.

4. Приведите схему образования дезоксицитидина (N-гликозида дезоксирибозы и цитозина), а затем его 3‑монофосфата. Укажите, какой продукт является нуклеотидом, а какой - нуклеозидом. Дайте определение этим понятиям.

Вопросы для самоконтроля

В заданиях 1-16 для каждого незаконченного утверждения напишите букву, соответствующую правильному ответу, учитывая, что ответ может быть использован один раз, несколько раз, или не использован совсем.

1. Никотин является производным… 2. Папаверин является производным… 3. Кокаин является производным… 4. Атропин является производным…	а) изохинолина б) тропана в) хинолина г) пиридина д) пурина
5. Аналитическим эффектом взаимодействия никотина с реактивом Вагнера является… 6. Аналитическим эффектом взаимодействия морфина и раствора танина является… 7. Аналитическим эффектом взаимодействия хинина и пикриновой кислоты является… 8. Аналитическим эффектом взаимодействия хинина с бромной водой и аммиаком является…	а) синий раствор б)зеленый раствор в) красный раствор г) белый осадок д) желтый осадок е) коричневый осадок
9. Мурексидную пробу можно применить для обнаружения… 10. Талейохинную пробу можно применить для обнаружения…	а)кофеина б) кодеина в) хинина г) атропина
11. При взаимодействии морфина с гидроксидом натрия реакция идет по … 12. Взаимодействие морфина с соляной кислотой идет по… 13. Взаимодействие морфина с избытком уксусного ангидрида идет по…	а) спиртовому гидроксилу б) фенольному гидроксилу в) спиртовому и фенольному гидроксилам г) двойной связи д) атому азота
14. Одним из продуктов окисления никотина является… 15. Продукт метилирования ксантина называется… 16. В результате последовательного взаимодействия морфина с гидроксидом натрия и метилиодидом образуется…	а) кофеин б) кодеин в) кокаин г) анабазин д) 2-пиридинкарбоновая кислота е) 3-пиридинкарбоновая кислота

В заданиях 17-19 после каждого незаконченного утверждения следует несколько ответов. Выберите один правильный ответ, дайте буквенное обозначение.

17. Химическая классификация алкалоидов основана на: а) природе гетероциклов, лежащих в основе, б) способности к определенному типу химических реакций, в) проявляемой фармакологической активности, г) принадлежности источников выделения к определенному роду.

18. Взаимодействие хинина с эквимолекулярным количеством соляной кислоты идет по: а) азоту хинуклидинового ядра, б) гидроксильной группе, в) метоксигруппе, г) азоту хинолинового ядра, д) двойной углерод-углеродной связи.

19. В нуклеозидах связь между углеводом и пиримидиновым или пуриновым основанием является: а) сложно-эфирной, б) амидной, в) О-гликозидной, г) N-гликозидной, д) пептидной.

В заданиях 20-23 для каждого утверждения один или несколько ответов являются верными. Напишите букву, соответствующую правильной комбинации ответов:

А- если верно 1,3,5

В - если верно 1,3

С - если верно 2,3

Д - если верно 2,4

Е - если верно всё.

20. Для выделения алкалоидов из растительного сырья, где они содержатся преимущественно в виде солей, сырье или водный экстракт обрабатывают: 1) раствором щелочи, 2) разбавленной минеральной кислотой, 3) органическими растворителями, 4) растворами солей органических кислот, 5) растворами солей неорганических кислот.

21. При проведении мурексидной пробы исследуемое вещество:

1) обрабатывают раствором танина, 2) выпаривают с концентрированной азотной кислотой, 3) выпаривают с концентрированной серной кислотой, 4) добавляют раствор аммиака, 5) добавляют раствор пикриновой кислоты.

22. Пиримидиновыми основаниями, входящими в мажорных количествах в нуклеиновые кислоты являются: 1) 2,4‑дигидроксипиримидин, 2) 2,4-диаминопиримидин 3) 4‑амино‑2-гидроксипиримидин, 4) 2-амино-2‑гидрокси­пиримидин, 5) 2,4-дигидрокси-5-метилпиримидин.

23. РНК в отличие от ДНК содержит: 1) урацил, 2) аденин, 3) рибозу, 4) цитозин, 5) гуанин

В заданиях 24-27 каждое предложение представляет собой два утверждения, связанных словами «потому что». Определите достоверность каждого из утверждений и причинно-следственную связь между ними. Напишите букву, соответствующую правильному ответу:

Ответ Утверждение 1 Утверждение II Связь А B С Д Е верно верно верно неверно неверно верно верно неверно верно неверно верно неверно неверно неверно неверно

24. Алкалоиды проявляют основные свойства, потому что образуют соли с основаниями.

25. Хинин обладает оптической активностью, потому что его молекула хиральна.

26. Морфин будет вступать в реакцию диазотирования, потому что в молекуле есть фрагмент, содержащий бензольное кольцо.

27. Нуклеозиды способны гидролизоваться, потому что относятся к сложным эфирам.

В заданиях 28-30 закончить ответы.

28. Реакция между никотином и щавелевой кислотой описывается уравнением...

29. Гидролиз кокаина в среде гидроксида натрия выражается уравнением...

30. Схема образования 5-монофосфата из дезоксицитидина следующая...

Ответы

1. г 2. а 3. б 4. б

5. е 6. г 7. д 8. б

9. а 10.в 11.б 12.д

13.в 14.е 15.а 16.б

17.а 18.а 19.г 20.В

21.Д 22.А 23.В 24.С

25.А 26.Д 27.С

28.
29.
30.

Глава 11. Вопросы к блоку № 5

1. Гетероциклические соединения: определение, классификация, номенклатура. Понятие о p-избыточных, p-дефицитных и p‑амфотерных гетероциклических соединениях. Зависимость реакционных способностей от типа системы. Ответ подтвердить примерами.

2. Пятичленные гетероциклические соединения с одним гетероатомом: пиррол, фуран, тиофен. Электронное строение. Понятие о гетероатоме пиррольного типа и p-избыточных системах. Прогнозирование реакционной способности на основе анализа строения. Ответ подтвердить примерами.

3. Ароматичность и ее особенности в ряду пятичленных гетероциклических соединений с одним гетероатомом (пиррол, фуран, тиофен). Влияние природы гетероатома на ароматичность и реакционную способность указанных гетероциклов.

4. Химические свойства пятичленных гетероциклических соединении с одним гетероатомом (пиррол, фуран, тиофен): кислотные свойства пиррола; ацидофобность фурана и пиррола, особенности проведения реакций электрофильного замещения для ацидофобных циклов, реакции гидрирования.

5. Способы получения пиррола, фурана, тиофена. Превращения пятичленных гетероциклов по Юрьеву.

6. Биологически активные и лекарственные препараты - производные пятичленных гетероциклических соединений с одним гетероатомом: фурацилин (получение, качественная реакция, применение), хлорофилл, гемин. Триптофан и его превращения в организме.

7. 1,2- и 1,3-Диазолы: пиразол, имидазол, тиазол. Электронное строение. Понятие о гетероатомах пиррольного и пиридинового типов, амфотерных гетероциклических системах. Прогнозирование реакционной способности на основе анализа строения. Ответ подтвердить примерами.

8. Химические свойства пиразола, имидзола, тиазола: кислотные свойства, образование ассоциатов, прототропная таутомерия и ее причины. Реакции электрофильного и нуклеофильного замещения для p-амфотерных гетероциклов. Гидрирование пиразола, тиазола.

9. Биологически активные соединения и лекарственные препараты на основе азолов: гистидин и его превращения в организме, антипирин, амидопирин, норсульфазол, пенициллины, дибазол (получение, анализ реакционной способности в зависимости от природы функциональных групп, качественные реакции, применение).

10. Азины: пиридин, хинолин, изохинолин, акридин. Понятие о гетероатоме пиридинового типа и p-дефицитных гетероциклических системах. Электронное строение пиридина. Прогнозирование реакционной способности на основе анализа строения. Ответ подтвердить примерами.

11. Химические свойства пиридина: основные и нуклеофильные свойства, особенности протекания реакций электрофильного и нуклеофильного замещения, таутомерия оксипроизводных пиридина. Гидрирование. Отношение пиридина и его гомологов к окислению.

12. Химические свойстве хинолина: основные и нуклеофильные свойства, особенности протекания реакций электрофильного и нуклеофильного замещения. Синтез хинолина и его производных по Скраупу.

13. Лекарственные препараты на основе пиридина и хинолина: никотинамид, кордиамин, тубазид, фтивазид, оксин, 5-НОК (получение, анализ реакционной способности в зависимости от природы функциональных групп, качественные реакции, применение).

14. Шестичленные гетероциклы с атомом кислорода. a- и g-Пироны. Строение катиона пирилия, его ароматичность. Бензопироны: хромон, кумарин, флавон и их гидроксипроизводные. Биологическое значение гидроксипроизводных флавона.

15. Диазины: пиридазин, пиримидин, пиразин. Электронное строение. Понятие о гетероатоме пиридинового типа и p‑дефицитных системах. Прогнозирование реакционной способности на основе анализа строения. Ответ подтвердить примерами.

16. Биологически активные соединения и лекарственные препараты - производные пиримидина. Гидрокси- и аминопроизводные: урацил, цитозин, тимин - компоненты нуклеозидов. Барбитуровая кислота. Лактим- лактамная и кето-енольная таутомерия в ряду перечисленных соединений. Барбитураты: барбитал, фенобарбитал (получение, качественные реакции, применение).

17. Пурин: строение, ароматичность, прототропная таутомерия. Биологически активные гирокси- и аминопроизводные пурина: гипоксантин, ксантин, мочевая кислота, аденин, гуанин. Лактим-лактамная таутомерия в ряду производных пурина.

18. Нуклеозиды, нуклеотиды. Строение. Отношение к гидролизу. Понятие о нуклеиновых кислотах (ДНК, РНК). Принцип строения.

19. Сравнение электронного строения и химических свойств пиррола и пиразола, пиррола и бензола, пиррола и пиридина, имидазола и пиридина, пиридина и бензола.

20. Алкалоиды: определение, классификация. Анализ реакционной способности на основе строения и природы функциональных групп. Общие и специфические реакции. Алкалоиды группы пурина (теофиллин, теобромин, кофеин), пиридина (никотин), хинолина (хинин), изохинолина (папаверин), изохинолинофенантрена (морфин, кодеин) тропана (атропин, кокаин).