Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Выполнение контрольной работы заключается в раскрытии письменно темы, которая выбирается студентом в соответствии с последней цифрой номера зачетной ...полностью>>
'Публичный отчет'
X. СВЕДЕНИЯ ОБ УЧАСТИИ ОБЩЕСТВА В ДРУГИХ ОРГАНИЗАЦИЯХ, ОКАЗЫВАЮЩИХ УСЛУГИ СВЯЗИ, (В УСТАВНОМ КАПИТАЛЕ КОТОРЫХ ДОЛЯ ОБЩЕСТВА СОСТАВЛЯЕТ НЕ МЕНЕЕ 10%) ...полностью>>
'Закон'
1. В соответствии с Гражданским кодексом Российской Федерации настоящий Федеральный закон устанавливает основания для признания должника несостоятель...полностью>>
'Документ'
В соответствии с постановлениями Правительства Москвы от 22 февраля 2 г. N 144 "Об организации Единой системы экологического мониторинга города ...полностью>>

Методические указания по изучению дисциплины и задания для выполнения контрольных работ для студентов-заочников специальности 1-74 03 01 зоотехния

Главная > Методические указания
Сохрани ссылку в одной из сетей:

1

Смотреть полностью

Министерство сельского хозяйства

и продовольствия республики беларусь

­­­­­­­­главное управление образования, науки и кадров

Учреждение образования

«Белорусская государственная

сельскохозяйственная академия»

Кафедра химии

Органическая

и биологическая химия

Ч а с т ь 1

Методические указания по изучению

дисциплины и задания

для выполнения контрольных работ

для студентов-заочников

специальности 1-74 03 01 – зоотехния

Горки 2005

Одобрено методической комиссией агробиологического факультета 22.03.2005.

Составили: А. Р. ЦЫГАНОВ, И. В. КОВАЛЕВА, И. В. Сучкова.

УДК 547+547.19(072)

Органическая и биологическая химия. Ч а с т ь 1: Методические указания/Белорусская государственная сельскохозяйственная академия; Сост. А. Р. Ц ы г а н о в, И. В. К о в а л е в а, И. В. С у ч к о в а. Горки, 2005. 76 с.

Приведены методические указания по выполнению контрольных работ по органической химии, варианты заданий, рекомендуемая литература и вопросы для самоконтроля при изучении основных тем курса.

Для студентов-заочников специальности 1-74 03 01–зоотехния.

Таблиц 1. Библиогр. 8.

Рецензент М. М. МУРТАЗАЕВ, канд. биол. наук, доцент.

 Составление. А. Р. Цыганов,

И. В. Ковалева, И. В. Сучкова, 2005

 Учреждение образования

«Белорусская государственная

сельскохозяйственная академия», 2005

ВВедение

Настоящее и будущее научно-технического прогресса всецело определяется стремительным развитием различных отраслей современного естествознания. Среди них одно из ведущих мест по праву принадлежит органической и биологической химии.

Перед работниками сельского хозяйства в области животноводства поставлена сложная задача по увеличению приспособленности животных и реализации генетического потенциала продуктивности. Ускоренное решение этой проблемы может быть достигнуто при широком внедрении в практику животноводства новейших достижений биологической науки, в том числе биохимии. Выяснение обменных процессов в организме животного позволит выработать приемы регулирования, интенсивного выращивания, использования животных. Это связано с тем, что продуктивные и племенные качества животного обуславливаются уровнем биохимических процессов в организме. В связи с этим возрастает значимость изучения органической и биологической химии, так как индивидуальные характеристики животного по взаимосвязи хозяйственных показателей с уровнем в организме (например, в крови) тех или иных органических соединений могут быть использованы как тесты для прогнозирования продуктивности животных. Это, в свою очередь, позволит вести эффективную и целенаправленную селекционную работу.

Таким образом, освоение материала по органической и биологической химии даст возможность студентам углубить знания в области химических дисциплин и тем самым окажет положительное влияние на формирование биологического мышления будущего специалиста-животновода высшей квалификации.

Настоящие методические указания составлены в соответствии с программой курса «Органическая и биологическая химия», утвержденной Главным управлением образования и кадров 26 декабря

2000 г. по специальности С 02.01.00 – зоотехния.

Весь материал в соответствии с программой разбит на отдельные темы. В отдельную тему выделены основные теоретические вопросы, касающиеся особенностей соединений углерода, их многообразия и роли в живой природе. В первой теме даны сведения об основных положениях теории строения органических соединений А. М. Бутлерова, типах химических связей и механизмах реакций. В остальные темы включена характеристика отдельных классов органических соединений. Помимо вопросов органической химии, согласно программы дисциплины, в настоящих методических указаниях рассматриваются две темы статической биохимии: «ферменты» и «витамины». Данные темы предполагают изучение строения, физико-химических свойств и поведение в живом организме ферментов и витаминов. Органическая химия является фундаментом для последующего освоения материала по биохимии животных. Поэтому, чтобы приобрести знания по биологической химии, студенту, прежде всего, необходимо хорошо знать теоретические основы органической химии, строение и свойства органических соединений.

В период лабораторно-экзаменационной сессии по общетеоретическим и труднодоступным для понимания вопросам студентам читаются лекции.

Основной формой учебы студента-заочника является самостоятельная работа с рекомендуемой литературой. Приступая к изучению дисциплины, целесообразно вначале ознакомиться с программой и прочитать весь материал, включенный в программу по учебнику. Для основательного освоения материала рекомендуется конспектировать отдельные положения, формулировки, выводы и тренироваться в написании строения формул органических веществ и уравнений реакций.

После изучения каждой темы необходимо ответить на вопросы для самопроверки, приведенные в методических указаниях. Только после этого можно приступить к выполнению контрольной работы. При необходимости студент может получать на кафедре письменные и устные консультации преподавателей.

В соответствии с учебным планом, до вызова на сессию, студенты зооинженерного факультета выполняют две контрольные работы (одну – по органической химии, другую – по биологической химии).

Вопросы и условия задач контрольной работы студент обязан переписывать полностью и указывать номера задач в соответствии с его шифром.

Если контрольная работа преподавателем не зачтена, то студент выполняет ее повторно, учитывая при этом замечания рецензента. Исправлять и удалять замечания рецензента нельзя. Исправленные и доработанные ответы оформляют в этой же тетради.

Учебный процесс в период сессии состоит из лекций, лабораторных занятий, консультаций, зачета (по органической химии) и экзамена (по биологической химии). Курс лекций и лабораторно-практические занятия проводятся согласно учебному плану.

1. Органическая химия

1.1. Теоретические основы органической химии

Органическая химия – химия соединений углерода. В связи с этим необходимо вспомнить из курса общей химии строение атома углерода и его валентное состояние с различными типами гибридизации (sp3, sp2, sp), особенности σ-, π-связей, которые встречаются в органических соединениях. Уяснить основные понятия органической химии: гомологический ряд, гомолог, углеводородный радикал, функциональная группа, изомерия.

Необходимо основательно разобраться в номенклатуре органических соединений (тривиальной, рациональной, систематической) и научиться давать названия различным веществам по систематической номенклатуре.

В молекулах органических соединений встречаются различные типы связей (ковалентная, электровалентная, водородная, семиполярная), необходимо вспомнить способ образования указанных связей.

Для более полного восприятия и глубокого понимания вопросов курса органической химии следует обратить серьезное внимание на основные положения теории строения органических соединений А. М. Бутлерова:

1. В молекулах соединений существует определенный порядок связи атомов, который и носит название строения.

2. Химические свойства соединения определяются составом и строением его молекул.

3. Различное строение при одном и том же составе и молекулярной массе вещества обуславливает явление изомерии.

4. Химический характер атомов, входящих в молекулу, меняется в зависимости от того, с какими атомами они связаны в данной молекуле.

Это изменение химического характера обуславливается главным

образом взаимным влиянием непосредственно связанных атомов. В настоящее время различают две основные формы такого влияния: индуктивный эффект и эффект сопряжения.

Все химические превращения могут осуществляться в строго определенных условиях (температура, давление, катализатор, растворитель), в значительной мере зависящих от механизма реакции. Под механизмом реакции подразумевают способ разрыва имеющихся валентных связей и образование новых, а также совокупность состояний, через которые проходят реагирующие вещества.

По способу разрыва старых связей и образования новых различают гомолитические и гетеролитические реакции, в зависимости от того, разрываются ли связи «симметрично» или «несимметрично». Объясним более подробно.

(1)

А• + •В

А׃ В (2) А׃σ- + Вσ+

(3) Аσ+ + ׃Вσ-

Механизм (1) называется гомолитическим (радикальным). Образующиеся незаряженные частички А• и •В, имеющие неспаренные электроны, называются радикалами. Радикальный механизм характерен, например, для реакций замещения водорода в молекулах предельных углеводородов.

Механизмы (2) и (3) – гетероциклические (ионные) способы разрыва связей. Ковалентные связи разрываются несимметрично: обобщенная пара электронов передается одному атому, обладающему большей электроотрицательностью.

Частицы, несущие положительный заряд (Аσ+, Вσ+), например Н+, N+O2, H3+O, а также молекулы, имеющие центры с пониженной электронной плотностью (H2SO4, BF3, AlCl3), – называются электрофильными реагентами, а реакции, в которых они участвуют – электрофильными. Примером может служить реакция электрофильного замещения в молекулах ароматических углеводородов.

Частицы, несущие отрицательный заряд (А:σ-, В:σ-) –CN-, –OH-,

­–NH2-, HAl, RCOO- и др., а также молекулы, имеющие центры с повышенной электронной плотностью (NH3, NR3), называются нуклеофильными реагентами. Реакции, в которых они принимают участие, – нуклеофильные. Примером может служить щелочной гидролиз галогенпроизводных.

Как правило, электронная плотность в молекулах соединений

располагается несимметрично. Симметричное распределение электронной плотности характерно для соединений с ковалентной неполярной связью (H-H, Cl-Cl). Если же в состав молекулы входят атомы элементов с разной электроотрицательностью, то происходит смещение электронной плотности к атому с большей электроотрицательностью +, -.

Индуктивный эффект (I-эффект) – эффект смещения электронной плотности вдоль σ-связей. Тот атом, который притягивает к себе электронную пару связи, обладает отрицательным индуктивным эффектом (-I-эффект). Например, CH3σ+ Iσ-. Тот атом, который смещает электронную пару связи в сторону другого атома, обладает положительным индуктивным эффектом (+I-эффект). Например, CH3σ- Naσ+. При этом на атомах возникают эффективные частичные долевые заряды, обозначаемые +, -.

Индуктивный эффект может передаваться по цепи атомов с быстрым затуханием:

σ"+ σ'+ σ+ σ- σ+ > σ'+ > σ"+

CH3  CH2  CH2  Cl

π-связи характеризуются большей легкостью смещения электронов, чем σ-связи:

σ+  σ-

CH3CH=CH2 (+I-эффект).

Если в молекуле имеются двойные связи, чередующиеся с простыми, то такие связи называются сопряженными. Например, в молекуле бутадиена-1,3

1 2 3 4

CH2=CH-CH=CH2.

Атомы углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации, т. е. имеют по одной негибридной р-орбитали, которые перекрываются не только у первого и второго, третьего и четвертого атомов, но и у второго и третьего, образуя для всех четырех атомов единое π-электронное облако. Таким образом, образуется общая система разделения электронной плотности.

Эффект сопряжения или мезомерный эффект (М-эффект) – это эффект перераспределения электронной плотности в молекуле, происходящий с участием π-орбиталей. В отличие от индуктивного эффекта мезомерный эффект с расстоянием не затухает. Мезомерный эффект принято считать (как и индуктивный) отрицательным, если замести-

тель оттягивает электроны связи на себя (-М-эффект), и положитель-

ным (+М-эффект), если он отдает их в цепь:

Oσ-

C σ+=C–C C=C-O-CH3

Н

-М – эф. группы С=О +М – эф. группы –О–СН3

Л и т е р а т у р а: [1, с.11-13, 25-82].

Вопросы для самопроверки

1. Приведите электронные конфигурации атома углерода в основном и возбужденном состоянии.

2. Какие виды гибридизации возможны для атома углерода? Охарактеризуйте в каждом случае форму и пространственную направленность атомных орбиталей.

3. Дайте определение σ- и π-связям.

4. Какие частицы называются свободными радикалами? Чем они отличаются от ионов? Приведите примеры органических радикалов.

5. Дайте характеристику основным типам связи в молекулах органических соединений.

6. В чем особенности индуктивного эффекта и эффекта сопряжения?

7. В чем различие между гетеролитическим и гомолитическим способами разрыва ковалентных связей?

Углеводороды

Изучение органической химии необходимо начинать с класса углеводородов. Это объясняется не только тем, что они имеют простой состав, но главным образом тем, что углеводороды являются как бы родоначальниками всех других классов органических соединений.

Углеводороды – класс простейших органических соединений, состоящих из углерода и водорода. Путем замещения атомов водорода различными группами или радикалами из углеводородов можно получить самые разнообразные соединения.

В зависимости от характера строения углеводородного скелета и связи между атомами углерода, углеводороды делятся на предельные, непредельные и ароматические.

В свою очередь соединения перечисленных углеводородов группи-

руются в гомологические ряды, в которых каждый последующий гомолог отличается от предыдущего на группу –СН2–, называемую гомо-

логической разностью. Каждый гомологический ряд объединяет большое количество соединений и имеет свою общую формулу.

По характеру строения углеводородного скелета углеводороды делятся на ациклические (алифатические) и циклические. Ациклические углеводороды имеют открытую неразветвленную или разветвленную цепь:

CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 CH3-CH=CH2-CH3

пентан CH3

2-метилбутан (изопентан)

CH3

CH3-C-CH3

CH3

2,2-диметилпропан (неопентан).

В зависимости от наличия в молекуле алифатических углеводородов одинарных и кратных углерод-углеродных связей они делятся на насыщенные (алканы) и ненасыщенные (алкены, алкины и др.).

Циклические углеводороды в зависимости от строения циклов делятся на алициклические (насыщенные и ненасыщенные) и ароматические.

CH3

циклогексан циклогексен бензол толуол

Общие обозначения и названия наиболее распространенных классов органических соединений, получаемых на основе

углеводородов

R-Hal** R-OH

галогенпроизводные спирты и фенолы

О

R-C R* - H R-NH2

H амины

альдегиды

R-C-R O R-NO2

O R-C нитросоединения

кетоны OH

карбоновые кислоты

R* - остаток углеводорода (радикал)

Hal** - галогены (фтор, хлор, бром, йод)

Л и т е р а т у р а: [1, с. 115-190].

Предельные углеводороды (алканы)

Предельными углеводородами (алканами) называются соединения, состоящие из атомов углерода и водорода, соединенных между собой только σ-связями и не содержащие циклов. В алканах атомы углерода находятся в степени гибридизации sp3. Общая формула ряда СnH2n+2.

Первые углеводороды гомологического ряда получили случайные названия (тривиальные): СН4 – метан, СН3-СН3 – этан, СН3-СН2-СН3 – пропан, СН3-(СН2)2-СН3 – бутан. В основу названий следующих неразветвленных гомологов были положены греческие числительные, соответствующие числу атомов углерода с окончанием – ан: пентан, гексан и т.д.

Если от молекулы предельного углеводорода отнять атом водорода, то остаток называется алкильным радикалом R: CH3 – метил; С2Н5 – этил; С3Н7 – пропил и т.д.

При выведении структурной формулы углеводородов следует обратить внимание на то обстоятельство, что молекулы их могут быть не только с прямой цепью, но и с разветвленной.

Органические соединения, имеющие одинаковый химический состав, но различную структурную формулу , называются изомерами. Для алканов характерна изомерия углеродного скелета (структурная).

C4H10

CH3-(CH2)2-CH3 CH3-CH­-CH3

бутан CH3

2-метилпропан (изобутан)

Углеродные атомы, составляющие цепь в молекулах углеводородов и их производных, могут быть первичными, когда они соединены с одним атомом углерода, вторичными – с двумя атомами углерода, третичными – с тремя атомами углерода и четвертичными – с четырьмя.

I

СH3

I II III IV I

CH3–CH2–CH–C–CH3

I I

CH3 CH3

I – первичный атом

II – вторичный атом

III – третичный атом

IV – четвертичный атом.

Атомы водорода при таких атомах углерода соответственно называются первичными, вторичными, третичными.

С конца прошлого столетия начала разрабатываться международная систематическая номенклатура, которая претерпела ряд преобразований и в конечном варианте получила название номенклатура ИЮПАК (международный союз по чистой и прикладной химии). Согласно этой номенклатуре, все органические вещества рассматриваются как производные неразветвленно построенных углеводородов. За основу выбирается самая длинная и самая сложная углеродная цепь. Нумерацию начинают с того конца, от которого ближе разветвление. Если разные углеводородные радикалы (алкилы) находятся на равном расстоянии от обоих концов цепи, то нумерацию начинают с того конца, к которому ближе радикал с меньшим числом атомов углерода. Несколько одинаковых заместителей обозначают приставками от греческих числительных: ди-, три-, тетра- и т. д. Цифрами показывается положение этих заместителей в главной цепи. В заключение называется нормальная углеводородная цепь:

1 2 3 4 5

CH3-CH-CH-CH2-CH3 2-метил-3-этилпентан

СH3 CH2

CH3

CH3

1 2 3 4 5

CH3-C-CH2-CH-CH3 2,2,4-триметилпентан.

CH3 CH3

Приступая к изучению химических свойств, следует иметь в виду, что предельные углеводороды при обычных условиях обладают большой химической инертностью. Это объясняется тем, что все σ-связи углерод-углерод и углерод-водород в них весьма прочны. К реакциям присоединения они вообще не способны вследствие насыщенности всех связей атомов углерода. Алканы устойчивы к действию кислот, щелочей и даже таких сильных окислителей как хромовая кислота и перманганат калия. При высоких t алканы сгорают с образованием углекислого газа и воды:

CH4 + 2O2  CO2 + 2 H2O.

Для предельных углеводородов характерными реакциями являются реакции радикального замещения (галогенирование, нитрование, сульфирование), обязательными условиями которых являются облучение ультрафиолетовыми лучами или нагревание.

Классический пример – хлорирование алканов. На первой стадии под влиянием света происходит гомолитический разрыв связи в моле-

куле хлора, и она распадается на 2 радикала:

  1. Cl : Cl 2Cl • инициирование цепи

На следующей стадии реакции радикал Cl• атакует молекулу алкана, образуя хлороводород и генерируя алкильный радикал:

2) CH4 + Cl• HCl + CH3• рост цепи

CH3• + Cl2  CH3Cl + Cl•

Течение цепной реакции ограничивается процессами обрыва цепи, при которых радикалы, реагируя между собой, выбывают из процесса:

3) CH3• + CH3•  CH3-CH3

Cl• + Cl•  Cl2 обрыв цепи

CH3• + Cl•  CH3Cl

Общая схема реакции такова:

CH4 + Cl2  CH3Cl + HCl

хлористый метил (хлорметан)

CH3Cl + Cl2  CH2Cl2 + HCl

хлористый метилен (дихлорметан)

CH2Cl2 + Cl2  CHCl3 + HCl

хлороформ (трихлорметан)

CHCl3 + Cl2  CCl4 + HCl

четыреххлористый углерод (тетрахлорметан).

Бромирование и нитрование проходит селективно только по третичному атому углерода:

Br

CH3-CH-CH3+Br-Br CH3-C-CH3

CH3 -HBr CH3

2-бром-2-метилпропан

NO2

CH3-CH-CH3+HO-NO2 CH3-C-CH3

CH3 - HOH CH3

2-нитро-2-метилпропан

(реакция Коновалова)

Л и т е р а т у р а: [1, с. 120-132].

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключаются основные положения теории строения органических соединений?

2. Что такое гомологические ряды и их значение в органической химии?

3. Что такое изомерия? Напишите изомеры гептана.

4. Напишите структурные формулы: а) 4-изопропилгептана;

б) 2,3-диметилбутана; в) 2,2-диметил-3-этилоктана.

5. Какие реакции свойственны предельным углеводородам?

Этиленовые углеводороды (алкены)

Углеводороды, содержащие одну π-связь (т.е. двойную связь), называются алкенами или, по первому члену ряда – этилену, этиленовыми углеводородами. Общая формула гомологического ряда CnH2n. Атомы углерода при двойной связи находятся в состоянии sp2-гибридизации.

Название каждого члена гомологического ряда этиленовых углеводородов соответствует названию предельного углеводорода с тем же числом атомов углерода, но только окончание «ан» замещается на «ен».

CH3-CH3 CH3-CH2-CH3

этан пропан

CH2=CH2 CH2=CH-CH3

этен пропен

При названии этиленовых углеводородов с разветвленной цепью углеродных атомов в качестве главной цепи выбирают цепь, включающую двойную связь, даже если эта цепь и не является самой длинной. Нумерацию проводят так, чтобы атом углерода, от которого начинается двойная связь, получал наименьший номер, этим номером и указывают положение двойной связи.

1

CH2

2CH

1 2 3 4 3 4 5 6 7

CH2=CH-CH-CH3 CH3-CH2-CH2-CH-CH2-CH2-CH2-CH3

CH3

3-метилбутен-1 3-пропилгептен-1

В гомологическом ряду алкенов благодаря наличию двойной связи появляется уже несколько видов изомерии:

1) Изомерия углеродного скелета.

2) Изомерия положения двойной связи.

CH2=CH-CH2-CH3  CH3-CH=CH-CH3

бутен-1  бутен-2.

3) Пространственная геометрическая (цис-, транс-изомерия).

Геометрические изомеры различаются пространственным расположением заместителей по отношению к двойной связи. Если одинаковые заместители расположены по одну сторону плоской двойной связи, то изомеры называются цис-, если по разные стороны, то транс-изомерами.

H CH3 H CH3

C C

C C

H CH3 H3C H

цис-бутен-2 транс-бутен-2

Изучая алкены, необходимо усвоить, что их химические свойства определяются прежде всего наличием π-связи. Эти соединения проявляют непредельный характер, т. е. легко вступают в реакции присоединения с разрывом π-связи и образованием насыщенных соединений.

Присоединение водорода к алкенам приводит к образованию алканов:

R-CH=CH2 + H2 R-CH2-CH3

Галогены присоединяются к алкенам с образованием вицинальных дигалогенпроизводных, т.е. содержащих атомы галогена у соседних атомов углерода:

R-CH=CH2 + Br2 R-CH-CH2.

Br Br

Полярные вещества, такие как галогенводороды, вода и др., в случае несимметричных алкенов присоединяются селективно по правилу Марковникова, т. е. водород присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода (связанному с наибольшим числом атомов водорода), а оставшаяся часть молекулы – к менее гидрогенизированному.

+ -

+HCl

+- R-CH-CH3

R-CH=CH2 Cl

+HOH

R-CH-CH3

OH

Полярность молекулы алкена обусловлена положительным индуктивным эффектом алкильной группы (+I –эф.), сдвигающей π-электронное облако в сторону наиболее обогащенного водородом ненасыщенного атома углерода.

Следует обратить внимание на такие реакции алкенов, как окисление и полимеризация, в результате которых получаются ценные про-

дукты, имеющие большое народнохозяйственное значение.

Л и т е р а т у р а: [1, с. 135-146].

Вопросы для самопроверки

1. Какие виды изомерии характерны для этиленовых углеводородов? Покажите на примере углеводорода C4H8.

2. Напишите структурные формулы следующих соединений: 2-метилпентен-1; 2,3,4-триметилпентен-2, 3-метилбутен-1.

3. Изложите основные химические свойства этиленовых углеводородов и приведите уравнения реакций.

4. В чем заключается правило Марковникова? Напишите уравнение реакции взаимодействия пропена с HBr.

5. Особенности окисления алкенов в нейтральной и кислой средах. Напишите уравнения реакций окисления пропена в нейтральной и кислой средах.

6. Напишите схемы полимеризации этилена, пропилена.

Ацетиленовые углеводороды (алкины)

Ацетиленовые углеводороды относятся к ненасыщенным соединениям, имеют общую формулу CnH2n-2 и характеризуются наличием одной тройной связи между атомами углерода. Тройная связь представляет собой сочетание одной σ-связи и двух π-связей, углерод при этом находится в состоянии sp-гибридизации.

По международной номенклатуре ацетиленовые углеводороды называются алкинами. Каждый член гомологического ряда алкинов называется в соответствии с числом углеродных атомов и добавляется окончание -ин.

HCCH HCC-CH3

этин пропин

Изомерия ацетиленовых углеводородов обусловлена строением углеводородного скелета и местоположением тройной связи:

HCC–CH2–CH2–CH3 HCC–CH–CH3

CH3

пентин-1 3-метилбутин-1

HCC-CH2-CH3 CH3-CC-CH3

бутин-1 бутин-2

Алкины изомерны алкадиенам.

При изучении химических свойств алкинов обратите внимание, что типы реакций для них характерны те же, что и у алкенов: присоединение, оксиление и полимеризация.

У алкинов следует обратить внимание на своеобразие реакции присоединения воды (реакция Кучерова). Разберитесь в механизме этой

реакции. Большое значение имеют реакции присоединения к ацетилену синильной кислоты, спиртов, карбоновых кислот, альдегидов, кетонов, так как продукты этих реакций используются в народном хозяйстве.

В отличие от алкенов для алкинов характерна реакция замещения атома водорода, находящегося у тройной связи, на металлы.

Л и т е р а т у р а: [1, с. 147-154].

Вопросы для самопроверки

1. Какие углеводороды называются алкинами?

2. Напишите структурные формулы следующих соединений: 3-ме-тилпентин-1, этилизопропилацетилен.

3. Напишите уравнения реакций присоединения избытка (одного или двух молей) водорода, хлора, хлористого водорода к ацетилену.

4. Напишите уравнения реакций взаимодействия ацетилена и метилацетилена с водой.

5. Напишите уравнения реакций димеризации, тримеризации ацетилена.

Ди- и полиеновые углеводороды

Диеновыми углеводородами называются углеводороды с двумя двойными связями. Их общая формула CnH2n-2. Названия диеновых углеводородов образуются от названий соответствующих предельных углеводородов с добавлением окончания «диен». Цифрами указывается положение двойных связей:

CH3-CH2-CH2-CH3 ; CH2=CH-CH-CH2

бутан бутадиен-1,3

При изучении диеновых углеводородов обратите внимание на изомерию ненасыщенных связей. В зависимости от местоположения двойных связей диены подразделяются на углеводороды с кумулированными связями (две двойные связи расположены у одного атома

углерода), сопряженными (две двойные связи разделены одной

одинарной), изолированными (двойные связи разделены двумя и более одинарными связями). У диеновых углеводородов имеет место и изомерия углеродного скелета.

При изучении химических свойств диеновых углеводородов обратите внимание на свойства сопряженных диенов. Присоединение к ним реагентов может протекать как в положение 1,4, так и 1,2. В случае присоединения по концам молекулы (1,4) происходит перемещение двойной связи в положение 2,3.

σ+σ-

+HCl

CH2-CH=CH-CH3

Cl

1-хлорбутен-2

CH2=CH-CH=CH2

+HCl

CH2=CH-CH-CH3

Cl

3-хлорбутен-1

При полимеризации алкадиенов-1,3 образуются каучуки:

nCH2=CH-CH=CH2(-CH2-CH=CH-CH2-)n

бутадиеновый каучук

nСH2=C-CH=CH2  (-CH2-C=CH-CH2-)n

CH3 CH3

изопреновый (натуральный) каучук

Структура изопрена очень распространена в природе и входит во многие природные соединения. Все соединения, углеродный скелет которых построен из изопреновых единиц, соединенных последовательно «голова к хвосту», называют изопреноидами.

–С–С = С–С–

СH3

голова хвост

В эфирных маслах растений, растительных смолах, бальзамах находятся терпены – непредельные углеводороды состава C10H16, а также сексвитерпены и дитерпены составов C15H24 и C20H32. Широко распространены в природе каротиноиды C40H56, являющиеся провитамином витамина А.

Л и т е р а т у р а: [1, с. 155-165].

Вопросы для самопроверки

1. Какие углеводороды называются диеновыми?

2. Напишите формулы изомеров пентадиена и укажите типы связи

(кумулированные, сопряженные, изолированные).

3. Напишите уравнения реакций взаимодействия бутадиена-1,3 с бромом и бромоводородом.

4. Напишите уравнение полимеризации изопрена. Как используется полученный полимер в народном хозяйстве.

Ароматические углеводороды (арены)

Характерной особенностью ароматических углеводородов является то, что их молекулы представляют собой плоские циклы, содержащие (4n+2) обобщенных электронов (правило Хюккеля), где n может принимать значения 0, 1, 2, 3 и т.д. Согласно этому правилу, системы, содержащие 2, 6, 10, 14 и т. д. обобщенных р-электронов, являются ароматическими. Важнейшими представителями ароматических углеводородов являются бензол

и его гомологи, образующиеся в результате замещения атомов водорода бензольного кольца алифатическими радикалами, например толуол:

CH3.

Эти соединения содержат делокализованную систему из 6(р)-электронов (n=1).

Общая формула гомологического ряда бензола CnH2n-6. Первый гомолог бензола – толуол не имеет изомеров положения, так как все шесть атомов углерода бензольного кольца равноценны. Второй гомолог может существовать в виде четырех изомеров:

CH2-CH3 CH3 CH3 CH3

CH3

CH3

CH3

этилбензол ортоксилол метаксилол параксилол

(1,2-диметилбензол) (1,3-диметилбензол) (1,4-диметилбензол)

По химическому составу бензол и его гомологи являются непредельными соединениями. Их непредельный характер не проявляется в типичных реакциях. Они не обесцвечивают бромную воду, устойчивы в обычных условиях к действию окислителей. Для ароматических соединений в основном характерны реакции замещения(1, 2, 3, 4), а не присоединения (5, 6).

Важнейшие реакции бензола

к. HNO3 NO2 NO2

[H2SO4]

NO2

1 Br2 Br

2

[FeBr3]

к. HO-SO3H

3 SO3H

4 CH3

CH3Cl

CH3 CH3

5 [AlCl3]

3H2

6 кt, t

3Cl2 Cl Cl

hν Cl Cl

Cl Cl

В реакциях замещения производных бензола следует учитывать, что каждый заместитель в бензольном ядре обладает определенным направляющим действием. Все заместители делятся на 2 группы:

1. заместители первого рода, или орто-пара-ориентанты.

К заместителям этого рода относятся –NH2, - OH, алкильные радикалы, галогены. Эти заместители, обладая положительным индуктивным и мезомерным эффектом, увеличивают электронную плотность бензольного кольца (за исключением галогенов), особенно в орто- и параположениях, в которые и направляются электрофильные реагенты.

CH3 OH

σ - σ- σ- σ-

σ- σ-

+I - эф. гр. –CH3 +M – эф. гр. – OH

Например: при моносульфировании толуола получается 2 изомера:

CH3 CH3 CH3

σ- σ+ SO3H

+ HO-SO3H

-HOH

σ- о-толуолсульфокислота SO3H

n-толуолсуль-

фокислота

2. Заместители второго рода или мета-ориентанты. К ним относятся заместители, обладающие отрицательным индуктивным или мезомерным эффектами:

+ + σ+ σ+ O σ+ O σ+ O

-NH3; -NO2; -SO3H; –C ; –C ; –C .

H R OH

Они оттягивают электронную плотность от бензольного кольца и дезактивируют его. Реакции протекают трудней, чем в бензоле. В наибольшей степени обедняются электронной плотностью орто- и параположения, в метаположениях она несколько выше, что и обусловливает большую реакционную способность мета- положения:

+

NO2

+ +

- -

+

-I-эф. и М-эф. группы NO2.

Например, при моносульфировании нитробензола получается один изомер нитробензолсульфокислоты:

NO2 NO2

+ НО–SO3H

SO3H

м-нитробензолсульфокислота

При окислении гомологов бензола боковые цепи любой длины превращаются в конечном итоге в карбоксильные группы. В результате этого образуются кислоты ароматического ряда, окисление протекает по -атому:

СH2–CH3 СOOH+CO2+H2O

этилбензол бензойная кислота

Л и т е р а т у р а: [1, с. 168-189].

Вопросы для самопроверки

1. Классификация ароматических углеводородов.

2. Напишите формулы изомеров ксилола.

3. Какие типы реакций характерны для аренов?

4. На какие группы делятся заместители по характеру своего направляющего действия?

5. Напишите уравнения реакций нитрования и бромирования бензола, толуола.

6. Что такое гексахлоран, как он получается и где применяется?

Галогенпроизводные углеводородов

Галогенпроизводными углеводородов называются органические соединения, образующиеся при замене атомов водорода в углеводородах на атомы галогенов (фтор, хлор, бром, йод).

В зависимости от числа атомов водорода, замещенных галогеном, различают моно-, ди-, тригалогенпроизводные и т. д. Например:

СН3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4

хлористый хлористый хлороформ четыреххлористый

метил метилен углерод

Галогенпроизводные – продукты многотоннажного производства, среди которых такие ценные вещества, как пестициды, растворители, хладоагенты (фреоны), мономеры для каучуков и пластмасс. Они являются обезболивающими и обеззараживающими веществами. Для названия галогенпроизводных по системе ИЮПАК, нумерацию цепи начинают с того конца, ближе к которому стоит атом галогена.

4 3 2 1

СН3–СН–СН–СН3

СН3 Сl

2-хлор-3-метилбутан

Существует несколько способов получения галогенпроизводных: галогенирование углеводородов, замещение гидроксила на галоген, присоединение галогенов и галогенводородов по кратным связям.

У галогенпроизводных галоген непрочно соединен с углеродом (полярная связь) С+Наl-, поэтому галоген легко отщепляется, замещаясь на различные группы.

Типичные реакции галогеналканов:

Na+OH-

R–OH+ NaHal

спирт

R’O–Na

R–O–R’+NaHal

простой эфир

O

R’C О

O-Na+ R–C + NaHal

О–R

R–Hal cложный эфир

К+CN-

R–CN + KHal

нитрил

Na+NO2-

R–NO2 + NaHal

нитросоединение

избыт. NH3

R–NH2 + HHal

амин

Л и т е р а т у р а: [1, с. 209-221].

Вопросы для самопроверки

1. Какие вещества называются галогенпроизводными? Их классификация и номенклатура.

2. Напишите структурные формулы всех изомеров состава C5H11Br. Назовите их по тривиальной и систематической номенклатурам. Что такое изомерия положения и что такое изомерия углеродного скелета? Какие из этих бромистых алкилов являются первичными, вторичными, третичными?

3. Какими способами можно получить хлорэтан? Напишите соответствующие уравнения реакций.

4. Хлороформ, его получение и применение.

5. Напишите схемы полимеризации хлоропрена и хлорвинила.

Напишите уравнения реакций взаимодействия 2-бромпропана с цианидом калия, с металлическим натрием, с аммиаком, со спиртовым раствором щелочи и с ацетатом серебра.

Спирты

Спирты – это производные углеводородов, где одна или несколько

групп –ОН связаны с углеводородным радикалом.

В зависимости от числа гидроксогрупп спирты делятся на одно-,

двух-, трехатомные и т. д. Общая формула ряда предельных одноатомных спиртов CnH2n+1–OH.

В зависимости от того, с каким радикалом связаны гидроксогруппы, спирты делятся на первичные, вторичные и третичные:

R

R–CH2–OH R–CH–R R–C–R

OH OH

первичный вторичный третичный

спирт спирт спирт

В соответствии с номенклатурой ИЮПАК, при построении названия одноатомного спирта к названию соответствующего предельного углеводорода добавляется суффикс –ол.

CH3–CH2–CH2–OH – пропанол-1 CH3–CH–CH3 – пропанол-2

ОН

При определении начала нумерации гидроксогруппа имеет преимущество перед галогенами, двойной (тройной) связью, алкильными радикалами. Следовательно, нумерацию начинают с того конца цепи, ближе к которому находится гидроксогруппа. Если же в молекуле имеются более старшие группы, то группа –ОН получает название «окси».

4 3 2 1

СН2=СН–СН–СН2–ОН – 2-хлорбутанол-1-ен-3

Cl

1 2 3 4 5

СН3–С–СН2–СН–СН3 – 4-оксипентанон-2

О ОН

В ряде случаев для названия спиртов используется тривиальная номенклатура.

Спирты не обладают ярко выраженными кислотными или основными свойствами, но алкильный радикал в молекуле спирта вызывает смещение электронной плотности к атому кислорода. Диссоциация связи С–ОН проходит в большей степени, чем диссоциация связи О–Н, поэтому легче идут реакции замещения гидроксила.

При изучении химических свойств необходимо обратить серьезное внимание на реакцию окисления первичных и вторичных спиртов, на

реакцию образования алкоголятов, гликолятов, глицератов, сахаратов, а также на получение простых и сложных эфиров.

Наряду с этим надо иметь в виду , что химический характер соединения определяется не только реакциями той группы, которая характе-

ризует данный класс органических веществ, но и реакциями связанного с ней радикала. Этим объясняется различие в химических свойствах предельных и непредельных спиртов жирного ряда.

Типичные реакции спиртов:

Na

R–O-Na+

H–Hal R–Hal

или PHal3

R–OH PHal5

R–COORH Rэ–COOR

180oC

H2C=CH2

(к)H2SO4 140oC

C2H5OH C2H5–O–C2H5

0oC

C2H5–O–SO3H

Реакции окисления:

О О

R–CH2OH  R–C  R–C

H OH

первичный альдегид кислота

спирт

R–CH–R  R–C–R

OH O

вторичный кетон

спирт

полное

Спирты  CO2 + H2O

сгорание

Для многоатомных спиртов характерны реакции одноатомных спиртов с тем лишь различием, что в реакции могут участвовать как одна, так и более спиртовых групп. Строение глицерина С3Н8О3 доказывается тем, что он образует три ряда производных: моно-, ди- и триметаллические производные (глицераты), кроме того, при действии

избытка галогенводородной кислоты (например НBr) он превращается

в вещество состава С3Н5Br3. Следовательно, в его молекуле находятся 3 гидроксильные группы С3Н5(ОН)3.

Получают глицерин гидролизом жиров, брожением сахаристых веществ, а также синтетическим путем из пропилена.

Окисляясь, глицерин образует глицериновый альдегид и диоксиацетон:

О

СН2ОН СН2(ОН)–СН(ОН)–С

Н

СНОН [O]


CH2OH CH2(OH)–C–CH2OH

O

Вопросы для самопроверки

1. Какие вещества называются спиртами? Классификация спиртов. Приведите примеры.

2. Напишите все возможные изомеры спиртов для состава С5Н12О. Укажите среди них первичные, вторичные и третичные спирты. Назовите соединения.

3. Напишите уравнения реакций взаимодействия пропанола-2 со следующими веществами: металлическим натрием, хлороводородом, уксусной кислотой, пентахлоридом фосфора. Какие соединения образуются при окислении пропанола-2 и при дегидратации?

4. Составьте уравнения реакций взаимодействия этиленгликоля и глицерина с азотной кислотой, бромоводородом и гидроксидом меди (II).

5. Какими методами из жиров получают глицерин? Напишите уравнения реакций.

Фенолы

Фенолы – это производные ароматических углеводородов, в молекуле которых один или несколько атомов водорода в ароматическом кольце замещены гидроксильными группами. В зависимости от количества гидроксогрупп, различают фенолы одноатомные, двухатомные и трехатомные. Если же гидроксильная группа находится в боковой цепи, то такие соединения называют ароматическими спиртами.

ОН

СН2–ОН

фенол бензиловый спирт

Кроме различия в строении, следует уяснить различие спиртов и фенолов в характере химических реакций. Различие это, с одной стороны, обусловлено электроотрицательным характером фенильного радикала, который придает фенолу кислые свойства. Поэтому фенолы взаимодействуют со щелочами, а спирты этой реакции не дают, так как являются нейтральными соединениями.

С другой стороны, характерным для фенолов является то, что под влиянием гидроксильной группы атомы водорода в бензольном ядре в орто- и параположениях приобретают большую подвижность и большую способность к реакциям замещения.

Бензол при обычных условиях с бромом не реагирует, но в фенолах, при тех же условиях, под влиянием гидроксильной группы, водородные атомы легко замещаются на галогены.

Важнейшие реакции фенолов:

Na –ONa

или NaOH

СН3СОCl О

–O–C–CH3

[OH-]

PCl5

–Сl

OH

Br

Br2

Br– –OH

Br

разб. HO–NO2

OH + O2N OH

NO2

конц. HO–SO3H

OH + HO3S OH

SO3H

Л и т е р а т у р а: [1, с. 237-242].

Альдегиды и кетоны

К классу оксосоединений относятся органические вещества, содержащие группу –С=О, называемую карбонильной группой или карбонилом. Две валентности атома углерода карбонила могут быть заняты алкильными радикалами R–C–R (кетоны) или алкильным радикалом

О

и атомом водорода R–C–H (альдегиды).

О

Общая формула гомологического ряда предельных алифатических альдегидов и кетонов одинакова CnH2nO.

Называют эти соединения, согласно номенклатуре ИЮПАК, добавляя к названию углеводорода соответствующее окончание –аль для альдегидов и –он для кетонов.

О О

H–C CH3–CH–C CH3–C–CH3.

H CH3 H O

метаналь 2-метилпропаналь пропанон

(формальдегид, (изомасляный (ацетон)

муравьиный альдегид)

альдегид)

Среди альдегидов и кетонов много природных продуктов, они играют важную роль в физиологических процессах и являются очень реакционноспособными соединениями. Их химическая активность обусловлена сильным дефицитом электронов на атоме углерода карбонильной группы.

---

+ О + О + О

Н–С RC RC .

H H R

Наиболее характерны для альдегидов и кетонов реакции присоединения, которые нужно уметь написать. Следует сопоставлять химические свойства альдегидов и кетонов, указать реакции, отличающие эти два вида соединений.

Типичные реакции альдегидов и кетонов

CN

HCN C

OH

Na+HSO3- OH

C

SO3-Na

–C=O H2/Kt OH

–C

H

PCl5 Cl

–C

Cl

NH2OH –C=N–OH

Л и т е р а т у р а: [1, с. 264-285].

Вопросы для самопроверки

1. Какие соединения называются альдегидами и кетонами?

2. Назовите по международной номенклатуре уксусный альдегид, ацетон, изомасляный альдегид, изопропилбутилкетон.

3. Какие соединения образуются при гидратации по Кучерову следующих веществ: ацетилена, этилацетилена?

4. При помощи каких реакций можно отличить альдегиды от кетонов?

5. Напишите уравнения реакций уксусного альдегида и ацетона со следующими реагентами: водородом, гидросульфатом натрия, синильной кислотой, гидроксиламином.

Карбоновые кислоты

Одноосновные предельные (насыщенные) кислоты

К классу карбоновых кислот относятся производные углеводоро-

О

дов, содержащие карбоксильную группу –С . У одноосновных

ОН

карбоновых кислот имеется одна карбоксильная группа. Карбоновые кислоты широко распространены в природе, играют важную роль в физиологических процессах, являются продуктами многотоннажного синтеза, находят применение во всех отраслях народного хозяйства.

Номенклатура ИЮПАК разрешает использовать тривиальные названия карбоновых кислот (муравьиная, уксусная, масляная). При наличии заместителей, их положение обозначают буквами греческого алфавита.

По системе ИЮПАК алифатические кислоты называют, прибавляя к названию соответствующего углеводорода окончание –овая кислота. Нумерацию начинают с карбоксильной группы.

О

СН3–С ; CH3–CH–COOH

ОН СН3

уксусная кислота изомасляная кислота

(этановая кислота) (-метилпропионовая кислота)

В водном растворе кислоты диссоциируют на ионы. Под влиянием карбонильной группы подвижность водорода в гидроксиле настолько увеличивается, что он способен к отщеплению в виде протона. Это объясняется смещением электронной плотности под влиянием атома кислорода карбонильной группы; связь между водородом и гидроксильным кислородом ослабляется, и отщепление атома водорода в виде иона облегчается:

-

+ О О

R–C R–C + H+.

OH O-

Химические свойства одноосновных карбоновых кислот обусловлены свойствами карбоксильной группы и связанного с ней углеводородного радикала, а также их взаимным влиянием. Все реакции, в которые вступают кислоты, можно разделить на четыре группы: реакции атома водорода в карбоксиле (1), реакции гидроксильной группы карбоксила (2), реакции связанного с карбоксилом углеводородного радикала (4) и реакции карбоксильной группы в целом (3).

отщепление карбоксила

 3 О

R–СН2–––С 2 1

4 О––Н замещение Н на металл

2 1

отщепление и замещение ОН-

замещение Н

Карбоновые кислоты легко образуют соли ангидриды, хлорангидриды, амиды, нитрилы, эфиры и взаимодействуют с галогенами, которые замещают атомы водорода радикала, находящиеся в -положении.

Важнейшими представителями одноосновных предельных карбоновых кислот являются: муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная, валериановая, капроновая, пальмитиновая, стеариновая.

Типичные реакции карбоновых кислот

Ме

R–COOMe

NaOH

R–COO-Na+

NH3

R–COO-NH4+

R–OH O

R–COOH R–C

O–R

PCl5

R–COCl

O

P4O10 R–C

O + H2O

R–C

O

Л и т е р а т у р а: [1, с. 286-300].

Вопросы для самопроверки

1. Дайте определение одноосновным предельным карбоновым кислотам.

2. Напишите уравнения диссоциации пропионовой и масляной кислот.

3. Напишите уравнения реакций взаимодействия пропионовой кислоты с магнием, аммиаком, пентахлоридом фосфора, хлором, этиловым спиртом.

4. Напишите уравнение реакции взаимодействия глицерина с тремя молекулами стеариновой кислоты.

5. Напишите уравнения образования: а) ацетата натрия; б) хлорангидрида уксусной кислоты; в) амида уксусной кислоты.

Одноосновные непредельные (ненасыщенные) кислоты

Одноосновные непредельные карбоновые кислоты содержат в своем составе одну карбоксильную группу, а в радикале имеются одна или несколько кратных (ненасыщенных) связей.

По карбоксильной группе эти кислоты проявляют те же свойства, что и предельные одноосновные карбоновые кислоты: диссоциируют, образуют соли, амиды, галогенангидриды, ангидриды, сложные эфиры.

Ввиду того, что в радикале у непредельных карбоновых кислот имеются кратные связи, они могут участвовать в реакциях гидрирования, присоединения галогенов, галогенводородов, воды, полимеризации.

Следует обратить внимание, что у непредельных одноосновных карбоновых кислот кислотные свойства выражены сильнее, чем у соответствующих предельных кислот. Это объясняется влиянием непредельного радикала на карбоксильную группу.

Важнейшими представителями этой группы кислот являются: акриловая, кротоновая, метакриловая, олеиновая, линолевая, линоленовая кислоты. Необходимо изучить распространение этих кислот в природе и их применение.

Л и т е р а т у р а: [1, с. 307-310].

Вопросы для самопроверки

1. Какие соединения называются непредельными одноосновными карбоновыми кислотами? Привести примеры этих соединений.

2. Напишите уравнение диссоциации акриловой кислоты.

3. Напишите уравнения реакций взаимодействия акриловой кислоты с раствором гидроксида натрия, хлором, хлороводородом, раствором перманганата калия и бромной водой.

4. Напишите уравнение реакции образования сложного эфира из акриловой кислоты и пропанола-2.

5. Напишите уравнение реакции взаимодействия глицерина с тремя молекулами линолевой кислоты.

Двухосновные предельные (насыщенные) кислоты

Двухосновными предельными карбоновыми кислотами называются соединения, в молекуле которых содержатся две карбоксильные группы.

При изучении химических свойств двухосновных кислот, следует уяснить, что они проявляют все реакции карбоксильной группы, но в отличие от одноосновных кислот, они могут образовывать два вида производных – полные, когда в реакцию вступают обе карбоксильные группы, и неполные – когда только одна карбоксильная группа вступает в реакцию. Обратите внимание на то, что двухосновные кислоты неодинаково относятся к нагреванию в зависимости от расположения

карбоксильных групп относительно друг друга.

Двухосновные кислоты диссоциируют последовательно:

HOOC–COOH[HOOC–COO]- +H+

[HOOC–COO]- [OOC–COO]2- + H+.

Важнейшие представители двухосновных предельных карбоновых кислот – щавелевая, малоновая, янтарная, глутаровая, адипиновая.

Л и т е р а т у р а: [1, с. 301-303].

Вопросы для самопроверки

1. Какие соединения называются предельными двухосновными кислотами? Напишите уравнение ступенчатой диссоциации малоновой кислоты.

2. На примере янтарной кислоты составьте уравнения реакций, характеризующих химические свойства предельных двухосновных карбоновых кислот.

3. Составьте уравнения реакций образования кислого и среднего эфира из янтарной кислоты и этилового спирта.

4. Как получить ангидрид янтарной кислоты?

5. Напишите уравнения реакций декарбоксилирования малоновой и янтарной кислот.

Двухосновные непредельные (ненасыщенные) кислоты

Двухосновными непредельными карбоновыми кислотами называются соединения, в молекуле которых имеется две карбоксильные группы, а в радикале – одна или несколько ненасыщенных связей.

Основным представителем этой группы кислот является бутендиовая кислота HOOC–CH=CH–COOH. Для этой кислоты возможны две пространственные конфигурации:

H COOH H COOH

C C

С С

Н СООН НООС Н

малеиновая кислота фумаровая кислота

(цис-форма) (транс-форма)

Обратите внимание, что для этой кислоты характерны все реакции карбоксильной группы, но наличие пространственной изомерии влияет на проявление отдельных свойств, например, ангидрид легко получа-

ется у малеиновой кислоты и очень трудно у фумаровой.

Кроме того, для этих кислот характерны реакции и по двойной связи: восстановление, присоединение галогенов, воды и т. д.

Л и т е р а т у р а: [1, с. 310-312].

Вопросы для самопроверки

1. Что такое непредельные двухосновные кислоты? Привести примеры этих соединений.

2. Напишите уравнение реакций образования малеинового ангидрида.

3. Напишите уравнения реакций образования кислого и среднего эфира фумаровой кислоты и этанола.

4. Напишите уравнение реакции присоединения воды к фумаровой кислоте.

Ароматические кислоты

Ароматическими карбоновыми кислотами называют производные бензола, содержащие карбоксильные группы, непосредственно связанные с углеродными атомами бензольного ядра. Кислоты, содержащие карбоксильные группы в боковой цепи, рассматриваются как жирноароматические.

Важнейшими представителями ароматических кислот являются бензойная и фталевая кислоты.

У бензойной кислоты изомеров нет, а фталевая кислота имеет три изомера в зависимости от положения карбоксильных групп.

СООН СООН СООН

СООН НООС

СООН

фталевая изофталевая терефталевая

(орто-) (мета-) (пара-)

Ароматические кислоты вступают во все те реакции, которые свойственны и кислотам жирного ряда: диссоциация, образование солей, ангидридов, амидов, галогенангидридов, сложных эфиров, декарбоксилирование. Но у ароматических кислот большая степень диссоциации, так как бензольное кольцо обладает электрофильным характером и, оттягивая электронную плотность на себя, ослабляет связь водорода с карбоксильной группой.

Л и т е р а т у р а: [1, с. 303-305].

Вопросы для самопроверки

1. Какие кислоты называются ароматическими?

2. Напишите структурные формулы соединений: п-толуиловая кислота, бензоат кальция, п-бензоилхлорид.

3. Напишите уравнение реакции декарбоксилирования бензойной кислоты.

4. Напишите уравнение реакции получения ангидрида из фталевой кислоты.

Оксикислоты

Оксикислоты относятся к соединениям со смешанными функциями: в молекуле оксикислот имеется карбоксильная группа, характерная для кислот, и гидроксильная группа, характерная для спиртов. Общая формула всех оксикислот:

R–(COOH)n,

(OH)m

где n – число карбоксильных групп;

m – число спиртовых гидроксилов.

По номенклатуре ИЮПАК названия оксикислот образуются путем введения префикса гидрокси (окси-). Например, гликолевая кислота – оксиэтановая кислота; - и - оксипропионовые кислоты – соответственно 2- и 3- оксипропановые кислоты:

СН3

СH3–C–COOH CH3–CH–CH–COOH

OH CH3 OH

2-метил-2-оксипропановая 3-метил-2-оксибутановая

кислота кислота

Основные представители оксикислот: гликолевая, молочная, оксимасляная, глицериновая, яблочная, винная, лимонная.

В связи с тем, что в составе молекул оксикислот имеются спиртовая и карбоксильная группы, введены понятия основности и атомности. Основность кислоты определяется числом карбоксильных групп, атомность – общим числом гидроксилов, т. е. свободных и входящих в

карбоксил. Например, CH3–CH–COOH (молочная кислота) является

ОН

одноосновной и двухатомной кислотой.

Изучение оксикислот тесно связано со спиртами и карбоновыми кислотами. При этом необходимо запомнить определение, классификацию, номенклатуру, способы получения и химические свойства.

У оксикислот отмечается как структурная изомерия: изомерия углеводородной цепи, изомерия положения оксигруппы (-, -, - и т. д. оксикислоты), так и стереоизомерия. Стереоизомерия проявляется при наличии в молекуле асимметрического атома углерода (у которого все четыре валентности связаны с различными атомами или группами атомов).

Являясь одновременно кислотами и спиртами, оксикислоты дают реакции как по карбоксильной группе (диссоциация, образование солей, амидов, ангидридов, галогенангидридов, сложных эфиров), так и по спиртовой группе (алкоголяты, окисление, простые эфиры, сложные эфиры). Но, кроме того, во всех превращениях оксикислот следует учитывать взаимное влияние гидроксильной и карбоксильной групп (например, реакция отщепления воды позволяет отличить -, -, - оксикислоты).

Надо уметь дифференцировать строение оксикислот ароматического ряда и фенолокислоты, имея в виду, что гидроксильная группа в ароматических оксикислотах находится в боковой цепи, а у фенолокислот – присоединяется к углеродному атому бензольного кольца. У фенолокислот отмечается изомерия положения гидроксила относительно карбоксила (орто-, мета-, пара-).

Основными представителями фенолкарбоновых кислот являются салициловая и галловая кислоты:

OH OH

СООН НО ОН

СООН

салициловая кислота галловая кислота

Необходимо уяснить общие химические реакции, свойственные как ароматическим оксикислотам, так и фенолокислотам, а также знать реакции, характерные только для тех или иных оксикислот.

Л и т е р а т у р а: [1, с. 326-333].

Вопросы для самопроверки

1. Какие соединения называются оксикислотами? Их общая формула. Какие функциональные группы для них характерны? Что положено в основу классификации оксикислот?

2. Напишите формулы всех изомеров оксимасляной кислоты.

3. На примере оксипропионовой кислоты составьте уравнения реакций, характеризующих химические свойства оксикислот.

4. Как можно отличить друг от друга -, -, - оксикислоты?

5. Какие соединения называются фенолокислотами?

6. Напишите уравнения реакций образования метилового эфира салициловой кислоты, аспирина, реакцию декарбоксилирования галловой кислоты.

Оксокислоты (альдегидо- и кетокислоты)

Оксокислоты – это карбоновые кислоты, в углеводородном радикале которых содержатся карбонильные группы. При наличии альдегидной группы их называют альдегидокислотами, кетонной – кетокислотами.

Необходимо разобраться в изомерии оксокислот и знать формулы основных представителей: глиоксалевой кислоты, пировиноградной, щавелевоуксусной, -кетоглутаровой, ацетоуксусной.

О

С–СООН СН3–С–СООН НООС–С–СН2–СООН

Н О О

глиоксалевая пировиноградная щавелевоуксусная

кислота кислота кислота

Изучая химические свойства оксокислот, уясните реакции, обусловленные наличием карбоксильной и карбонильной групп.

Л и т е р а т у р а: [1, с. 334-341].

Вопросы для самопроверки

1. В чем отличие альдегидокислот и кетокислот по строению?

2. Напишите уравнения реакций с пировиноградной кислотой, характерные для карбоксильной и кетогрупп.

3. Напишите уравнения реакций с глиоксалевой кислотой, характерные для альдегидной группы.

Амины и аминоспирты

Амины – это алкильные либо арильные производные аммиака. Они подразделяются на первичные, вторичные или третичные, в зависимости от того, сколько алкильных или арильных групп присоединено к атому азота:

R–NH2 R–NH R–N–R

первичный R R

амин вторичный третичный

амин амин

Например,

CH3–NH2 CH3–NH CH3–N–CH3

метиламин CH3 CH3

диметиламин триметиламин

СН3

NH2 NH N

СН3

фениламин дифениламин N,N-диметилфениламин

(анилин)

Необходимо уяснить классификацию аминов в зависимости от характера углеводородного радикала (амины жирного и ароматического ряда).

Амины так же, как и аммиак, обладают основными свойствами, которые обусловлены наличием у азота свободной электронной пары, притягивающей протон.

СН3–NH2 + H+OH- CH3–NH3 + OH-

При изучении химических свойств аминов надо знать, как реагируют амины с водой, изучить реакции образования кислых и средних солей.

Амины жирного ряда более сильные основания, чем аммиак. Более сильная щелочная реакция водных растворов аминов объясняется положительным индукционным влиянием алкильных радикалов за счет чего повышается электронная плотность у атома азота. Нужно знать, как ведут себя амины с азотистой кислотой, так как эта реакция является характерной для них и дает возможность отличить первичные, вторичные и третичные амины. У ароматических аминов основные свойства выражены слабее, чем у аминов жирного ряда, так как сказывается влияние бензольного кольца.

Разберитесь в способах получения различных аминов, особенно обратите внимание на реакции Гофмана и Зинина.

Аминоспирты – это соединения, в молекуле которых одновременно содержатся амино- и гидроксильная группы. Основными представителями этой группы соединений являются 2-аминоэтанол (коламин) и гидроокись оксиэтилтриметиламмония (холин).

HO–CH2–CH2–NH2 [HO–CH2–CH2–N+(CH3)3]OH-

коламин холин

Необходимо изучить способы их получения, свойства и биологическую роль. Указанные аминоспирты входят в состав фосфолипидов, а также биологически активных веществ.

Л и т е р а т у р а: [1, с. 251-263].

Вопросы для самопроверки

1. Что такое аминосоединения? Их строение, изомерия, классификация и номенклатура.

2. Почему амины обладают основными свойствами?

3. Напишите уравнения реакций взаимодействия этиламина с соляной кислотой, уксусным ангидридом, хлористым ацетилом.

4. Как реагируют первичные, вторичные и третичные амины с азотистой кислотой?

5. Каковы химические свойства анилина и его гомологов?

6. Что такое аминоспирты? Напишите структурные формулы коламина и холина. Укажите их биологическую роль.

1.2. Гетероциклические соединения

Гетероциклическими соединениями называют органические вещества, молекулы которых содержат цикл, образованный, кроме атомов углерода, атомами других химических элементов, чаще всего азота, серы, кислорода. Такие неуглеродные атомы называют гетероатомами, а содержащие их циклические системы – гетероциклами.

Гетероциклические соединения классифицируются по числу атомов в гетероцикле, по числу колец, входящих в гетероцикл и по характеру и числу гетероатомов. Большинство гетероциклических соединений имеют тривильные названия, от которых образуют названия и их производные. Для обозначения местоположения заместителей, атомы гетероциклов нумеруют, начиная с гетероатома, или же обозначают их буквами греческого алфавита.

Необходимость изучения гетероциклов связана с тем, что они входят в состав многих органических соединений, играющих важную роль в жизнедеятельности растений и животных. Они являются составными компонентами сложных белков, нуклеиновых кислот, ферментов, витаминов, хлорофилла, гемоглобина, гетероауксинов, антибиотиков, алкалоидов, лекарственных веществ и т. д. Наибольшее значение имеют ароматические гетероциклы.

В природных соединениях распространены пяти- и шестичленные гетероциклические соединения. Простейшие пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом – фуран, тиофен и пиррол. Они близки между собой по строению, имеют ряд общих свойств и напоминают бензол, т. е. не проявляют явной ненасыщенности и обладают ароматическим характером. Вступают в реакции электрофильного замещения, при этом, в первую очередь, замещается водород в -положении.

Ароматический характер гетероциклов с точки зрения электронной теории объясняется возникновением единого шестиэлектронного облака, в образовании которого принимают участие 2 пары -электронов от углеродных атомов и одна неподеленная электронная пара от гетероатома. Таким образом, на гетероциклические соединения распространяется правило Хюккеля, выведенное для ароматических систем. Этим обусловлены пониженная активность ненасыщенных пятичленных гетероциклов к реакциям замещения.

Если атом азота отдает свою электронную пару в ароматический цикл, он теряет основные свойства. Например, пиррол основных свойств не проявляет, так как электронная пара атома азота достраива-

ет электронную оболочку гетероцикла до шести. В том случае, когда атом азота находится при двойной связи в цикле, он, являясь акцептором электронов, понижает электронную плотность на атомах углерода ароматического гетероцикла, уменьшает его способность к реакциям электрофильного замещения. При этом основные свойства сохраняются.

N N

H

пиррол пиридин

Так, пиридин является устойчивой ароматической системой с наибольшей электронной плотностью в положениях 3 и 5, в которые направляются электрофильные реакции в жестких условиях:

Вr

+ HBr

С кислотами пиридин дает соли:

+ HBr 

N N

H+Br

бромистоводородный

пиридин

Особое внимание уделите пиримидину и пурину и их производным.

Л и т е р а т у р а: [1, с. 411-438].

Вопросы для самопроверки

1. Какие соединения называют гетероциклическими? Чем они отличаются от карбоциклических?

2. Классификация и ароматичность гетероциклических соединений.

3. Напишите формулы гетероциклов, входящих в состав аминокислот.

4. Биологическая роль пурина и пиримидина.

5. Алкалоиды как представители гетероциклических систем. Токсические и лекарственные их свойства.

6. Какие соединения называют антибиотиками? Каково их строение?

    1. Углеводы, их биологическая роль, классификация,

номенклатура

Углеводы и их производные образуют один из важнейших классов природных органических соединений. Они широко распространены в растительных и животных организмах.

Углеводы образуются растениями в процессе фотосинтеза. Суммарное стехиометрическое уравнение этого процесса имеет вид:

h

6CO2 + 6H2O  C6H12O6 + 6O2.

хлорофилл

Затем глюкоза и другие простейшие углеводы превращаются в более сложные углеводы, например, крахмал и целлюлозу. Приблизительно от 60 до 90 % всего твердого растительного материала состоит из углеводов. Растения используют углеводы как химическую кладо-

вую энергии, полученной от солнечного света, высвобождая ее в процессе дыхания. Этот процесс, в сущности, обратен процессу фотосинтеза:

C6H12O6 + 6 O2  6CO2 + 6 H2O + энергия.

Углеводы, содержащиеся в растениях, служат также источником энергии для животных, питающихся растениями.

Название углеводов связано с тем, что большинство этих соединений имеет общую эмпирическую формулу Cn(H2O)m.

Углеводы принято подразделять на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

1. Моносахариды – углеводы, не способные подвергаться гидролизу. Общая формула моносахаридов CnH2nOn, где n= от 3 до 8. В зависимости от числа атомов углерода их делят на триозы (С3), тетрозы (С4), пентозы (С5), гексозы (С6) и т. д. Важным представителем пентоз является рибоза. Их общая формула C5H10O5. Моносахариды с общей формулой С6Н12О6 называются гексозами. К гексозам принадлежат глюкоза, фруктоза.

2. Олигосахариды представлены молекулами, содержащими от 2 до 10 моноз. Из этой группы углеводов наиболее распространены в природе дисахариды. Дисахариды образуются конденсацией двух моносахаридных фрагментов с одновременным отщеплением молекул воды. К дисахаридам принадлежат: лактоза, сахароза, мальтоза и

целлобиоза. Дисахариды, образующиеся из двух гексозных фрагментов, имеют общую формулу С12Н22О11.

Моносахариды и дисахариды представляют собой белые кристаллические вещества, растворимые в воде и имеющие сладкий вкус. Иначе их называют сахарами. Пищевой сахар представляет собой сахарозу.

3. Полисахариды могут рассматриваться как полимеры моносахаридов. Общая формула полисахаридов, образованных из гексозных фрагментов, имеет вид (С6Н10О5)n. Полисахариды могут состоять из одного или нескольких разных моносахаридных мономеров. Некоторые полисахариды содержат сотни или тысячи моносахаридных фрагментов и поэтому имеют высокие значения относительной молекулярной массы.

Двумя наиболее распространенными полисахаридами в природе являются целлюлоза и крахмал. Как правило, полисахариды нерастворимы в воде либо образуют в ней коллоидные растворы.

Структура углеводов

В первую очередь, необходимо разобраться в строении моноз, уяснить особенности строения ациклических и циклических форм.

Углеводы могут рассматриваться как альдегиды и кетоны, содержащие несколько гидроксильных групп. Моносахариды с альдегидной группой называются альдозы, а моносахариды с кетогруппой – кетозы.

O

C CH2–OH

H C=O

H–C–OH HO–C–H

HO–C–H H–C–OH

H–C–OH H–C–OH

H–C–OH CH2OH

CH2OH

глюкоза фруктоза

Альдозы и кетозы содержат асимметрические атомы углерода. Для них известно большое число стереоизомеров (2n, где n – число асимметрических атомов). Например, альдогексозы имеют четыре асимметрических атома углерода. Существует восемь различных альдогексоз. Каждая из них имеет два оптических изомера. Таким образом, общее количество изомеров альдогексоз насчитывает 16. Наиболее важными из них являются два оптических изомера глюкозы.

CHO CHO

Н–С–ОН HO–C–H

HO–C–H H–C–OH

H–C–OH HO–C–H

H–C–OH HO–C–H

CH2OH CH2OH

D-глюкоза L-глюкоза

Символы D- и L- указывают конфигурацию гидроксильной группы, присоединенной к атому С5.

Для углеводов характерен еще один вид структурной изомерии: циклоцепная таутомерия.

Циклизация моносахаридов происходит в результате того, что атом водорода гидроксильной группы (С5) присоединяется к кислороду альдегидной группы за счет разрыва -связи, образуя так называемый полуацетальный (гликозидный) гидроксил.

О

HO–C–H С Н–C– OH

Н–С–ОН H H–C–OH

HO–C–H О Н–С–ОН HO–C–H О

H–C–OH HO–C–H H–C–OH

H–C– H–C–OH H–C–

CH2OH H–C– OH CH2OH

CH2OH

-D-глюкоза D-глюкоза -D-глюкоза

В результате разрыва -связи С1 образует связь с кислородом гидроксильной группы С5.

Если гликозидный гидроксил расположен так же, как и гидроксил, определяющий принадлежность к D- или L-ряду, то такая форма называется -формой, если с противоположной стороны, то -формой.

При изучении углеводов и их производных обратите внимание, что именно за счет этого гликозидного гидроксила идет образование сложных углеводов, глюкопротеидов, нуклеиновых кислот и других природных соединений.

Более наглядно строение молекулы углевода можно представить, используя так называемые перспективные формулы Хеуорса. атом кислорода расположен в правом верхнем углу. Заместители, которые были слева или справа в проекционных формулах, пишут соответственно сверху или снизу по отношению к плоскости кольца, изменяя положение заместителей у атома углерода за счет которого осуществляется циклизация. Шестичленные циклы называют пиранозами, а пятичленные – фуранозами.

CH2OH CH2OH

H С OH

H H H H

OH H

HO OH H OH

H OH H OH

-D-глюкопираноза -D-глюкофураноза

При изучении химических свойств сахаров следует исходить из химических свойств функциональных групп, входящих в молекулу. Так, если молекула углевода содержит свободный гликозидный гидроксил, то в водном растворе она будет находиться в равновесии с открытой формой и давать реакции карбонильной группы, например, окисление. Следует учесть, что именно наличие или отсутствие свободного гликозидного гидроксила определяет дисахарид в группу восстанавливающих или невосстанавливающих сахаров.

К восстанавливающим дисахаридам относятся вещества, образующиеся при отщеплении воды за счет гликозидного гидроксила одной молекулы моносахарида и спиртового гидроксила другой (мальтоза, лактоза, целлобиоза). Такие дисахариды имеют один свободный гликозидный гидроксил, способный к таутомерным превращениям. Для них характерны типичные реакции на карбонильную группу: образование фенилгидразонов и озазонов, присоединение водорода и синильной кислоты, восстановление гидроксида меди и фелинговой жидкости, реакция серебряного зеркала и т. д.

К невосстанавливающим дисахаридам относятся вещества, образующиеся при отщеплении воды за счет полуацетальных гидроксилов обоих моносахаридов (сахароза). Сахароза состоит из остатков глюкозы и фруктозы. В дисахаридах этого типа нет свободного полуацетального гидроксила, они не способны к таутомерным превращениям, не дают характерных реакций на карбонильную группу и не обладают восстанавливающими свойствами. Они способны только к реакциям, обусловленным присутствием гидроксильных групп – образованию простых и сложных эфиров и сахаров.

Изучение полисахаридов надо начинать со знакомства с их строением, с отличительных особенностей структурных формул крахмала и клетчатки, знать особенности - и - гликозидных связей, а также биологическое и практическое значение этих полисахаридов. Обратить внимание на строение и свойства гетерополисахаридов: гиалуроновой кислоты, хондроитинсульфата, гепарина.

В процессе изучения сахаров обратите внимание на образование сложных эфиров, ибо они играют важную биохимическую роль (фосфорные эфиры в синтезе и распаде углеводов) и имеют большое народнохозяйственное значение (нитроклетчатка, ацетатное волокно, ацетобутират целлюлозы и т. д.).

Л и т е р а т у р а: [1, с. 360-385].

Вопросы для самопроверки

1. Напишите карбонильные формулы D-глюкозы, D-фруктозы, D-галактозы. Укажите, что есть общего в их строении.

2. Что такое L- и D-, - и - формы сахара? Укажите на конкретных примерах моносахаридов.

3. Напишите альдегидные и циклические формы глюкозы.

4. Мутаротация. Объясните это явление на примере глюкозы.

5. Какой гидроксил называется гликозид? Какие реакции свойственны сахарам по этому гидроксилу?

6. Напишите уравнения реакций образования сложных эфиров глюкозы и фруктозы с фосфорной кислотой.

7. Напишите формулы рибозы и дезоксирибозы в карбонильной и циклической формах.

8. Напишите уравнения реакций образования мальтозы и целлобиозы. Чем отличаются структурные формулы этих дисахаридов?

9. Укажите, какие дисахариды относятся к восстанавливающему и невосстанавливающему типу. Приведите примеры восстанавливающих и невосстанавливающих дисахаридов.

10. Гидролиз крахмала и клетчатки. Какие промежуточные и конечные продукты при этом образуются?

11. Строение гликогена и его биологическая роль.

12. Напишите структурные формулы гетерополисахаридов.

1.4. Липиды, их распространение в природе

и биологическая роль

К липидам относятся жиры и жироподобные вещества растительного и животного происхождения. Обычно их подразделяют на две подгруппы: простые липиды – жиры и сложные липиды, к которым часто относят и свободные длинноцепочные кислоты жиров, стеарины, воски.

Природные животные и растительные жиры (масла) представлены,

в основном, сложными эфирами глицерина и высших жирных кислот. В общем случае они называются триацилглицерины. Общая формула триацилглицеринов:

CH2–O–CO–R

CH–O–CO–R

CH2–O–CO–R,

где R, R, R – углеводородные радикалы высших жирных кислот.

Наиболее часто в состав триацилглицеринов входят кислоты с длинной цепи С10–С18, например, олеиновая, линолевая, линоленовая, стеариновая, пальмитиновая.

Изучая этот раздел, обратите внимание на состав жиров, распространение в природе, классификацию жиров, отличие жидких жиров от твердых и превращение первых во вторые (реакции гидрогенизации), реакции гидролиза.

Сложные липиды дают при гидролизе, кроме глицерина и высших монокарбоновых кислот, фосфорную кислоту и аминоспирты, или

другие сложные спирты. Примерами могут быть лецитины, кефалины, серинфосфатиды, фосфосфингозиды, цереброзиды.

Цереброзиды – это сложные липиды, относящиеся к классу гликозидов. Они содержат сфингозин, жирную кислоту и сахар (D-глюкозу или D-галактозу). Фосфорная кислота в их состав не входит. Обратите внимение на строение и биологическое назначение стероидов на примере всего холестерина.

Л и т е р а т у р а: [1, с. 313-324].

Вопросы для самопроверки

1. Классификация липидов.

2. Перечислите основные высокомолекулярные жирные кислоты, входящие в состав жиров.

3. Напишите уравнение реакции получения тристеарина.

4. Охарактеризуйте и сравните физические свойства природных жиров.

5. Дайте аналитическую характеристику жиров.

6. Мыла, их состав, твердые и жидкие мыла.

7. Строение сложных липидов. Напишите уравнение реакции образования лецитина (фосфатидилхолин) и кефалина (фосфатидилэтаноламин).

8. Напишите формулу холестерина и определите его биологическую роль.

    1. Аминокислоты. Пептиды. Белки

Аминокислотами называют соединения, содержащие в молекуле одновременно амино- и карбоксильные группы. Они имеют неоценимое значение в жизнедеятельности организмов, так как из их остатков построены белки. Аминокислоты, входящие в состав белков, являются -аминокислотами и относятся к L-ряду.

O

C

OH

H2N–C–H

R

L-аминокислота

Различаются природные аминокислоты по характеру углеводородного радикала, содержащего разные углеводородные остатки и функциональные группы (–ОН, –SH, –S–CH3 и т. д.).

Для природных аминокислот используют в основном тривиальные названия.

CH2–COOH; CH3–CH–COOH; HO–CH2–CH–COOH.

NH2 NH2 NH2

глицин аланин серин

(аминоуксусная (2-аминопропановая (3-окси-2-аминопропановая

кислота) кислота) кислота)

Среди аминокислот, входящих в состав белков, выделяют заменимые и незаменимые (не синтезируются в организме животных и человека).

При изучении свойств аминокислот следует помнить, что наличие в их молекуле кислотных и основных групп определяет амфотерный характер этих соединений. Они могут давать соли как с кислотами, так и с основаниями, проявляя при этом и другие свойства аминов и кислот.

Аминокислоты имеют солеобразное строение, образуя внутренние соли.

R–CH–COOH R–CH–COO-

NH2 NH3

Это в значительной мере определяет их физические свойства: кристаллическая структура, высокие температуры плавления, хорошая растворимость в воде.

Как бифункциональные соединения, аминокислоты способны вступать в реакцию конденсации:

O O

CH2–C + CH3-CH–COOH CH2–C–NH–CH–COOH

NH2 OH NH2 NH2 CH3

H

В результате образуются ди-, три- и полипептиды, связанные между собой пептидной связью (–C–N–).

O H

Пептиды – это основа белков. Короткоцепочные полипептиды называют по тем аминокислотам, которые его образуют, только у названия аминокислоты, карбоксильная группа которой участвует в образовании пептидной связи, суффикс –ин меняется на –ил.

О О

СH3–CH–C–NH–CH2–C–NH–CH–COOH

NH2 CH2–OH

аланилглицилсерин

Разберитесь в строении природных полипептидов (глутатион, карнозин, ансерин и др.).

Белки входят в состав всех живых организмов и представляют собой биополимеры -аминокислот. Необходимо разобраться в строении

белков, классификации (простые и сложные) и в физических и химических свойствах белков. Знать основные качественные реакции на белки (биуретовая, ксантопротеиновая, нингидриновая и т. д.).

Л и т е р а т у р а: [1, с. 385-411].

Вопросы для самопроверки

1. Как подразделяются аминокислоты в зависимости от углеродного радикала, количества карбоксильных и аминных групп, входящих в молекулы аминокислот?

2. Напишите реакции диссоциации аминокислот. Объясните, почему они обладают амфотерными свойствами.

3. Напишите, какие аминокислоты имеют нейтральную, кислую и основную среду, чем объясняется характер среды.

4. Напишите уравнение реакции взаимодействия аспарагиновой кислоты с NaOH и HCl.

5. Какие соединения называются полипептидами?

6. Номенклатура полипептидов.

7. Напишите уравнение реакции получения трипептида из метионина, валина и серина.

8. Строение глутатиона и его биологическая роль.

9. Классификация белков. Какие белки называются простыми и сложными?

10. Строение белковой молекулы: первичная, вторичная, третичная, четвертичная структуры белков.

11. Назовите основные качественные реакции на белки.

    1. Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты входят в состав растительных и животных клеток, принимают участие в передаче наследственных признаков и синтезе белка.

В основе молекулы нуклеиновой кислоты лежат длинные цепи пентоз: -D-рибофуранозы и 2-дезокси--D-рибофуранозы и молекул фосфорной кислоты, соединенных посредством эфирных связей:

гетероцикл гетероцикл гетероцикл

О О

…–О–– ––О–Р–О–– ––О–Р–О–– ––О–…

сахар ОН сахар ОН сахар

Необходимо разобраться в классификации нуклеиновых кислот. Уясните, чем отличаются по строению ДНК и РНК, нуклеозиды и нуклеотиды.

Нуклеозиды представляют собой N-гликозиды, где неуглеводная часть (агликон) представлена остатками гетероциклов (аденин, гуанин, тимин, цитозин, урацил).

O

HO O CH2OH

N NH

+ H H

N N NH2 H H

H OH OH

гуанин

O

N NH



O N N NH2

CH2OH

H H H H

HO OH

гуанозин (нуклеозид)

Нуклеотиды образуются за счет присоединения фосфорной кислоты к нуклеозиду через гидроксил у пятого углеродного атома пентозы:

O

N NH

O O N N NH2

OH–P –O–H2C

OH

H H H H

HO OH

нуклеотид 5-гуанозилмонофосфат (ГМФ)

Кроме того, что нуклеотиды являются основным строительным блоком НК, они в живой клетке выполняют ряд других функций и имеют свои особенности строения.

Л и т е р а т у р а: [1, с. 438-447].

Вопросы для самопроверки

1. Напишите гетероциклические основания, входящие в состав ДНК, РНК.

2. Нуклеозиды, их химическое строение, номенклатура.

3. Нуклеотиды, химическое строение, номенклатура.

4. ДНК, первичная, вторичная и третичная структуры. Понятие о кодонах и генах.

5. РНК, особенности химического строения. Виды РНК.

6. В чем особенности строения и роль свободных нуклеотидов в живой клетке (АТФ, АМФ и т.д.)?

  1. СТАТИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ

2.1. Ферменты

Ферменты или энзимы – это специфические белки, вырабатываемые всеми живыми клетками и выполняющие роль биокатализаторов.

Вещества, которые в клетке подвергаются превращению при участии ферментов, называют субстратом данного фермента.

По химической природе ферменты являются белками и, как обыч-

ные белки, подразделяются на простые (протеины) или однокомпонентные и сложные (протеиды) или двухкомпонентные. Однокомпонентные ферменты построены только из остатков аминокислот. Двухкопонентные, кроме белковой части (апофермент), содержат небелковую часть (кофактор). Объединяясь, апофермент и кофактор образуют активную молекулу двухкомпонентного фермента, названную холофермент. В качестве кофактора могут выступать вещества неорганической природы – ионы металлов (Zn2+, Mg2+, Fe2+, Cu2+ и другие) и органической природы. В составе последних чаще выступают остатки водорастворимых витаминов. Например, кофермент ацилирования содержит остаток витамина В3, тиаминпирофосфат и пиридоксальфосфат – это фосфорные эфиры соответственно витаминов В1 и В6. Нуклеотиды НАД и ФАД содержат остатки витаминов В5 и В2 . Помимо витаминов, кофакторами могут выступать органические кислоты (липоевая кислота), фосфорные эфиры сахаров, свободные нуклеотиды и т. д.

Большинство природных ферментов относится к сложным белкам и содержат две и более полипептидные цепи или субъединицы, т. е. являются олигомерными. Олигомерные ферменты, катализирующие разные, но взаимосвязанные реакции, объединены в мультиферментные комплексы (системы). Например, синтез жирных кислот в организме осуществляют семь ферментов, объединенных общим названием синтеза жирных кислот. В мультиферментном комплексе продукт первой реакции является субстратом для второй и т.д.

Изучая строение ферментов, определите понятие проферментов и изоферментов и их значение для организма.

В каталитическом акте участвует не вся молекула фермента, а небольшая ее часть, называемая активный центр (АЦ). АЦ представляет собой трехмерное образование (углубление) на поверхности фермента, в котором сконцентрированы радикалы аминокислот, располагающиеся далеко друг от друга в полипептидной цепи при формировании первичной структуры будущего белка на рибосомах. АЦ включает радикалы аминокислот, содержащие полярные группировки (–ОН, –NH2, –COOH, –SH), а у сложных ферментов еще и кофактор.

Для осуществления каталитического превращения субстрата, АЦ и субстрат должны пространственно совпасть или быть комплементарны друг другу (согласно модели «ключ-замок»). У некоторых ферментов форма АЦ становится комплементарной форме субстрата только после связывания этого субстрата. Этот процесс называют индукцией соответствия.

Кроме АЦ молекулы многих ферментов содержат аллостерический центр, связывание с которым некого низкомолекулярного вещества

(модулятора или эффектора) изменяет пространтсвенную структуру АЦ. Если связывание модулятора аллостерическим центром фермента приводит в активное состояние АЦ, то такие вещества называют активаторами, если в неактивное – ингибиторами. Чаще модуляторами выступают субстраты катализируемых реакций, ионы металлов, а в роли эффекторов выступают, в основном, гормоны или конечные продукты реакций. Ферменты, обладающие аллостерическим центром (регуляторные), способны регулировать течение биохимических реакций в клетке.

При изучении метаболических путей превращения аминокислот моносахаридов, липидов необходимо узнавать регуляторные ферменты, ориентироваться, какое вещество выступает в роли модулятора (эффектора).

При протекании любой химической реакции прореагируют лишь те молекулы, которые обладают определенным запасом энергии. Энергия, необходимая для химического взаимодействия, называется энергией активации (Еа), молекулы, обладающие такой энергией – активными. Энергия активации характеризует энергетический барьер, который нужно преодолеть, чтобы привести реагирующие вещества в активное состояние. Чем меньше нужно энергии активации для преодоления энергетического барьера, тем быстрее протекает реакция. Понизить энергию активации можно, изменив условия протекания реакции (t, P, h, встряхивание и т. д.), а также, применив катализатор.

Ферменты как биологические катализаторы работают при низких (физиологических) температурах в нормальных условиях. Механизм ферментативной реакции раскрывает схема, разработанная Л. Мехаэлисом и М. Ментоном (1913г.).

I II III

Е+SESEZEPE+P,

где I, II, III – это выделяемые стадии;

Е – фермент. согласно схеме, из реакции он выходит в неизменном виде, поэтому может использоваться клеткой многократно;

S – субстрат. концентрация субстрата определяет скорость ферментативной реакции, чем больше концентрация, тем быстрее протекает реакция;

ЕS – ферментсубстратный комплекс;

ЕZ –переходный ферментсубстратный комплекс. Это II стадия, она

наиболее медленная. Происходит сам акт катализа: расшатывание связей субстрата, их разрыв и образование новых. ЕZ значительно снижает энергию активации субстрата;

Р – продукт реакции. На III стадии происходит отделение продукта реакции от комплекса фермент-продукт (ЕР). Протекает очень быстро. Выход продукта реакции обычно – 100%.

Для названий ферментов используется тривиальная, рациональная и систематическая номенклатура. тривиальное название следует просто запоминать. они употребимы для ограниченного числа ферментов (пепсин, трипсин, химотрипсин и т. д.). Чаще используется рациональная номенклатура, согласно которой название фермента составляют из корня латинского названия субстрата с прибавлением суффикса –аза. Например, каталитическое расщепление дисахарида мальтозы осуществляет фермент мальтаза, сахарозы – сахараза, крахмала (по латыни амилум) – амилаза и т.д. Иногда в таком названии фермента может быть отражен тип катализируемой реакции. Например, лактатдегидрогеназа (де – отнимаю, гидро – водород), пируватдекарбоксилаза (де – отнимаю, карбоксил – карбоксильную группу) и т. д. Достоинство этой номенклатуры – краткость, недостаток – ограниченная информация о субстрате и типе химической реакции.

С 1961 г. используется международная (систематическая) номенклатура. При составлении систематического названия, кроме названия субстрата, типа катализируемой реакции и окончания -аза, может учитываться и природа химической реакции. Согласно международной номенклатуре, каждый фермент имеет свой шифр, основанный на четырехзначном десятичном коде. Например, фермент с рациональным названием аланиндегидрогеназа имеет шифр

КФ 1. 4. 1. 1.

классификация фермента

номер класса фермента

номер подкласса

номер подподкласса фермента

порядковый номер фермента

Аланиндегидрогеназа катализирует гидролитическое дезаминирование аминокислоты L-аланина до пировиноградной кислоты по схеме.

L-аланин+Н2О+НАД+=пируват+NH3+НАДН2

окисленная восстановленная

форма форма

Систематическое название фермента L-аланин:НАД – оксидоредуктаза (дезаминирующая).

Все известные ферменты в зависимости от типа катализируемой реакции делят на шесть главных классов. Принцип названия фермен-

тов данного класса указан в скобках, двоеточие и тире проставляются

при составлении конкретных названий.

1. Оксидоредуктазы (донор : акцептор – оксидоредуктаза). Катализируют окислительно-восстановительные реакции (ОВР). Окисление в живых клетках осуществляется преимущественно путем отщепления атомов водорода (дегидрированием) или электронов от субстратов. Дегидрирование осуществляют ферменты дегидрогеназы.

Выделяют анаэробные и аэробные дегидрогеназы. Анаэробные осуществляют перенос атомов водорода на любой субстрат, кроме кислорода, по следующей схеме:

Н дегидрогеназы Н

S + S2 ––––––– S1 + S2

H H

субстрат окисленная

(восстановленная форма

форма)

Например, при окислении углеводов образуется молочная кислота, окисление которой осуществляется при участии лактатдегидрогеназы. систематическое название

CH3 CH3

CH–OH лактатдегидрогеназа (НАД+) С=О +НАДН+Н+

СООН СООН

молочная кислота ПВК

L-лактат: НАД-оксидоредуктаза, где НАД является коферментом и выступает как субстрат (акцептор), принимающий водород. НАД в ходе реакции принимает 1 электрон, но в схемах биохимических реакций допускается краткая запись НАДН2.

Реакции ОВР лежат в основе тканевого окисления различных веществ, поэтому важно знать, как осуществляется окисление-восстановление при участии таких оксидоредуктаз, как каталазы, пероксидазы, цитохромоксидазы, оксигеназы и т. д.

2. Трансферазы (донор : акцептор – транспортируемая группа –трансфераза). Катализируют перенос различных групп и остатков молекул. В зависимости от типа переносимой группы различают метилтрансферазы (перенос групп –СН3), гликозилтрансферазы (перенос остатков молекул углеводов), аминотрансферазы (перенос аминогрупп –NH2), фосфатрансферазы (перенос фосфатных групп). Например, реакциям синтеза или окисления предшествует реакция активации

субстратов путем их фосфорилирования или присоединения остатка ортофосфорной кислоты (Н3РО4).

Фосфорные остатки переносятся обычно с АТФ, и данные ферменты называют киназы.

СН2–ОН СН2–О–РО3Н2

Н Н Н Н

гексокиназа

ОН Н + АТФ ОН Н + АТФ

ОН ОН ОН ОН

Н ОН Н ОН

,Д-глюкоза глюкозо-6-фосфат

3. Гидролазы (субстрат – гидролаза). Участвуют в расщеплении внутримолекулярных связей (кроме С–С) гидролитическим путем. К гидролазам относят все пищеварительные ферменты (амилаза, мальтаза, липаза, пепсин и другие пептидазы). Например, пептидазы осуществляют гидролиз пептидных связей в молекуле белка.

О +НОН ОН

СH3–CH–C–NH–CH–COOH дипептидаза СH3 CH2

NH2 CH2 CH–NH2 + CH–NH2

OH COOH COOH

дипептид аланилсерин L-аланин L-серин

4. Лиазы (субстрат – отщепляемая группа – лиаза). Лиазы расщепляют внутримолекулярные связи негидролитическим путем, или катализируют присоединение атомных групп по месту разрыва двойных связей. Например:

COOH COOH

CH фумарат- СН2

CH + H OH гидротаза СН–ОН

СООН СООН

фумаровая кислота L-яблочная кислота

5. Изомеразы (субстрат тип изомеризации – изомераза). Катализируют реакции взаимопревращения изомеров.

Например,

O

C Н CH2–OH

СН–ОН триозофосфат- С=О

СН2–О–РО3Н2 изомераза СН2–О–РО3Н2

глицеральдегид-3-фосфат диоксиацетонофосфат

6. Лигазы или синтетазы (субстрат : субстрат-лигаза). Катализируют реакции синтеза сложных веществ из более простых путем соединения остатков молекул. В реакциях синтеза используется энергия АТФ и других высокоэнергетических соединений. Например, реакция синтеза щавелевоуксусной кислоты (ЩУК) в организме протекает путем удлинения молекулы пировиноградной кислоты (ПВК) на один атом углерода введением в ее молекулу СО2.

CH2–H пируваткарбоксилаза COOH

C=O +CO2 +АТФ CH2

COOH С=О

СООН

ПВК ЩУК

В данной теме следует изучить химическое строение ферментов. Подробно разобраться в общих закономерностях строения активного центра ферментов – той небольшой части молекулы, которая отвечает за связывание, удержание и превращение субстрата в ходе каталитического акта. Осмыслить и понять биологическое и практическое значение наличия у некоторых ферментов аллостерических центров и использования ингибиторов и активаторов для регуляции ферментативной активности. Следует различать строение активного центра простых (однокомпонентных) и сложных (двухкомпонентных) ферментов. Изучить, какие вещества небелковой природы могут выступать в качестве активной части ферментов (кофактора). Необходимо детально изучить материал о механизме действия ферментов, кинетике ферментативной реакции. Каким образом меняется скорость ферментативной реакции в зависимости от температуры, реакции среды, концентрации фермента и субстрата.

Обратите внимание на то, что ферменты являются глобулярными белками, обладающими всеми физико-химическими свойствами обычных белков, не наделенных каталитической функцией. При этом ферменты обладают свойствами, присущими только им. Это – специфичность и обратимость действия, высокая каталитическая активность.

Изучите классификацию и номенклатуру ферментов, применение ферментов в зоотехнической и ветеринарной практике.

Л и т е р а т у р а: [3, с. 292-336].

Вопросы для самопроверки

1. Что такое ферменты, проферменты и изоферменты? Какова их химическая природа, свойства, химическое строение и значение?

2. Какие вещества наиболее часто выступают в роли кофактора? Приведите примеры.

3. Что лежит в основе механизма действия ферментов? Какова кинетика ферментативного катализа?

4. Приведите примеры ферментов всех шести классов наиболее

распространенных в организме животных.

5. Применение ферментов в народном хозяйстве, медицине, ветеринарии и животноводстве.

6. Как зависит каталитическая активность ферментов от температуры, реакции среды, концентрации и сродства субстрата?

2.2. Витамины

Витамины – это биологически активные вещества различной химической природы, необходимые организму в небольших количествах и выполняющие самостоятельно или в составе ферментов каталитическую функцию.

Витамины отличаются от других органических пищевых веществ двумя характерными признаками:

а) они не включаются в структуру тканей;

б) не используются организмом как энергетический материал.

В настоящий момент употребимы три вида номенклатуры. Первая исторически сложилась по названию заболевания, развивающегося при недостатке или отсутствии витамина в пище, с приставкой анти. Например, антиксерофтальмический, антирахитический, антигеморрагический. Эта же номенклатура включает в себя и физиологические названия, такие как витамин роста, витамин размножения (плодовитости)

и т. д. Кроме того, используют обозначения витаминов латинскими буквами: А, D, E, К … . Сходные по химическому строению вещества, обладающие характерным физиологическим действием конкретного витамина, принято называть витамерами и обозначать индексом. Так, витамин А имеет три витамера (А1, А2, А3), витамин D – пять, Е представлен большой группой витамеров, из которых наиболее распространены -, -, -, токоферолы. Согласно третьей номенклатуре, витамину присваивают химическое название. Чтобы ориентироваться в названиях витаминов, рекомендуем составить таблицу следующего образца.

Номенклатура витаминов

п.п.

Буквенное

обозначение

Химическое

название

Физиологическое

название

1

А

ретинол

антиксерофтальмический

2

D

кальциферолы

антирахитный

3

Е

токоферолы

антистерильный

4

К

филохиноны

антигеморрагический

5

В1

тиамин

антиневритический

6

В2

цианкобаламин

антианемический

и т. д.

По физико-химическим свойствам классифицировать витамины затруднительно, в частности, по растворимости выделяют две большие группы витаминов: жирорастворимые и водорастворимые. Отдельно выделяют условную группу витаминоподобных веществ, которые отличаются от витаминов тем, что потребность организма в них выше. Например, суточная потребность взрослого человека в витамине В5 составляет 15-25 мг, в витамине F (условно витаминоподобного вещества) 5-10 г.

Согласно программе курса, необходимо изучить из жирораствори-

мых витаминов витамины : А, Д, Е, К, F, убихинон; из группы водорастворимых: В1, В3, В5, В6, В12, Вс, Н, Р, С и витаминоподобные вещества: парааминобензойную кислоту, липолевую кислоту, холин, ионозит, витамин U, В15.

организм животных и человека практически не синтезирует витамины или синтезирует в недостаточном количестве. Растения и микроорганизмы способны к первичному синтезу витаминов, поэтому основным источником витаминов для животных и человека служит растительная пища, продукты жизнедеятельности микрофлоры, в частности, микрофлоры ЖКТ и, в меньшей степени, пища животного происхождения.

С пищей витамины могут поступать как самостоятельные вещества, так и в форме провитаминов, которые в тканях организма превращаются в активные формы витаминов. В свою очередь провитамины могут быть представлены биохимическим комплексом витамина с другими соединениями, например, белками и липидами, или в виде самостоятельных веществ. Например, каротины являются провитаминами витамина А. поступая в организм, они превращаются в витамин А путем окисления или расщепления. В первом случае из одной молекулы -каротина образуется 1 молекула витамина А, во втором – 2 молекулы витамина А. Нарушение баланса витаминов в организме проявляется в форме недостатка витамина. Это состояние названо гиповитаминоз. крайне выраженный дефицит называют авитаминозом, избыток витамина – гипервитаминоз. Как правило, наиболее распространен гиповитаминоз сразу нескольких витаминов – полигиповитаминоз. Гипервитаминоз встречается редко, характерен для жирорастворимых витаминов и, в основном, при передозировке вводимого витамина. Недостаток или избыток витамина одинаково отрицательно отражается на метаболизме и определяется по специфичным признакам для конкретного витамина.

Основными причинами заболеваний, связанных с витаминами, являются следующие.

1. Недостаточное или полное отсутствие витамина в пище.

2. Неспособность выделить витамин из пищи и усвоить его. Здесь может быть ряд своих причин:

- заболевание ЖКТ и нарушение всасывания;

- прочный биохимический комплекс, который можно разрушить дополнительной обработкой пищи для животных. Это термическая обработка кормов;

- несбалансированный рацион: жирорастворимые витамины требуют присутствия жиров, водорастворимых белков-переносчиков;

- введение медпрепаратов, подавляющих микрофлору ЖКТ и, в частности, преджелудков у жвачных.

3. Физиологически повышенная потребность организма в витаминах во время роста, беременности, болезни.

4. Присутствие в кормах антивитаминов. Это вещества, сходные с витаминами по химическому строению, но не обладающие их свойствами, т. е. они включаются в обмен веществ вместо витаминов и нарушают его. Например, вместо ПАБК у микроорганизмов в метаболизм включаются сульфаниламиды и задерживают рост микроба.

Помимо структурных аналогов, выделяют и различают антивитамины биологического происхождения: ферменты и белки, расщепляющие или связывающие молекулы витаминов. Например, тиаминаза расщепляет В1. ее много в стенке кишечника сырой рыбы, поэтому нежелательно использовать фарш из сырой рыбы в звероводстве, белок сырого яйца – авидин связывает биотин и переводит его в неактивную форму.

Изучите характерные особенности витаминов одной группы, обратите внимание на номенклатуру витаминов и заболевания, связанные с отсутствием, недостатком или избытком витаминов в организме. Разберитесь в причинах, вызывающих эти заболевания.

Изучая отдельные витамины, обратите внимание на наличие витамеров, провитаминов, антивитаминов данного витамина, химическое строение и участие в биологических процессах, а также специфичные признаки заболеваний, связанных с витаминами и источники витамина для животных. При изучении биологической роли витаминов и витаминоподобных веществ необходимо видеть взаимосвязь витаминов и ферментов, как активной части последних.

Обобщая изученный материал по теме «Витамины», рекомендуем составить краткий конспект-схему по каждому витамину согласно следующей схемы:

Все возможные названия витамина

Химические

формы

Участие

в

обмене

веществ

Специфические признаки

недостаточности витамина

в организме

Источники

В5 (РР),

ниацин, антипеллагрический, никотиновая кислота, никотинамид

Неактивная:

поступает с кормом

СООН

никотиновая

кислота

О

С

NH2

никотинамид

Активная: кофермент НАД+ (никотинадениндинуклеотид) кофермент дегидрогеназ

- переносчик водорода в биологических ОВР;

- участвует в матричном синтезе нуклеиновых кислот;

- влияет на процесс деления клеток;

- как аллостерический регулятор ряда ферментов энергетического обмена

- симметричные дерматиты на открытых участках кожи (пеллагра);

- развивается диарея, невриты;

- атрофия и болезненность языка

Отходы мукомольной промышленности: дерть, отруби,

дрожжи,

шроты

Л и т е р а т у р а: [3, с. 238-292].

Вопросы для самопроверки

1. Что такое витамины, провитамины, антивитамины, авитаминозы, гиповитаминозы, гипервитаминозы? Что является источником витаминов?

2. Дать краткую характеристику жирорастворимых (А, D, E, F, K, Q) и водораcтворимых (B1, B2, B3, B5, B6, B12, Bc, H, C, P) витаминов.

3. Дать краткую характеристику витаминоподобным веществам (ПАБК, витамин В15, инозит, коэнзим Q, витамн U, холин, линолевая кислота).

4. Какие мероприятия необходимы для профилактики известных авитаминозов у животных?

3. ВЫПОЛНЕНИЕ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

До начала экзаменационной сессии в соответствии с учебным планом по органической химии выполняется одна контрольная работа. К написанию ее надо приступать после полного изучения курса по учебнику в соответствии с программой и методическими указаниями.

При оформлении работы вопросы контрольного задания переписываются полностью в тетрадь. После каждого вопроса дается четкий и ясный ответ. Уравнения реакций писать структурными формулами и подписывать наименования всех веществ по международной номенклатуре.

В конце работы приводится список учебников, использованных при выполнении контрольной работы, с указанием авторов и года издания, ставится дата окончания работы над контрольной и подпись выполнявшего работу.

Варианты контрольного задания представлены в таблице.

Студент выполняет вариант контрольного задания по двум последним цифрам шифра. Например, для шифра 0564 номера вопросов находятся на пересечении цифры 4 по горизонтали с цифрой 6 по вертикали. Это вопросы: 7, 87, 56, 67, 84, 86, 105, 110, 127, 130, 139.

Номера вопросов для контрольной работы по органической химии

Предпос-

лед-

няя циф-

ра шиф-

ра

Последняя цифра шифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0

1,30,50,

63,75,

86,105,

110,123,129,138, 145

2,31,49,

64,76,

87,104,

111,124,130,139,

146

3,32,62,

65,77,

88,103,

112,125, 131,140, 147

4,33,61,

66,78,

89,102,

113,126,132,141, 148

5,34,60,

67,79,

90,109,

114,127,133,142, 149

6,35,59,

68,80,

91,108,

115,128,134,143, 150

7,36,58,

69,81,

92,107,

116,123,135,144, 151

8,37,57,

70,82,

93,106,

117,124,136,138, 152

9,38,56,

71,83,

94,105,

118,125137,139, 153

10,39,

55,72,

84,95,

104,119126,129

140,154

П р о д о л ж е н и е

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

11,40,

54,73,8596,103,

120,127,130,141, 155

12,41,53

74,75,

97,102,

121,128,

131,142, 156

13,42,52

63,76,98

109,122,

123,132,

143, 157

14,43,51

64,77,99

108,110,

124,133,

144, 158

15,44,5065,78,

100,107, 111,125,134,138, 145

16,45,49

66,79,

101,106,

112,126

135,139, 146

17,46,62

67,80,86

105,113,

127,136

140, 147

18,47,61

68,81,

87,104,

114,128,

137,141, 148

19,48,

60,69,

82,88,

103,115

123,129

142,149

20,30,

59,70,

83,89,

102,116

124,130

143,150

2

21,31,5871,84,

90,109,

117,125,131,144, 151

22,32,

57,72,

85,91,

108,118,126,132,

138, 152

23,33,

56,73,

75,92,

107,119,

127,133,

139,153

24,34,

55,74,76

93,106,

120,128,

134,140, 154

25,35,

54,63,

77,94,

105,121,

123,135,

141, 155

26,36,53

64,78,95

104,122,124,136,142,156

27,87,52

65,79,96103,110,

125,137,

143,156

28,38,51

66,80,97

102,111,

126,129,

144,157

29,39,

50,67,

81,98,

109,112127,130

138,158

1,40,49,

68,82,

99,108,

113,128

131,139 145

3

2,41,62,

69,83,

100,107,

114,123,

132,140, 146

3,42,61,70,84,

101,106,

115,124,

133,141, 147

4,43,60,

71,85,

86,105,

116,125,

134,142, 148

5,44,59,

72,75,87

104,117,

126,135,

143, 149

6,45,58,

73,76,88

103,118,

127,136,

144,150

7,46,57,74,77,89

102,119,

128,137,

138,151

8,47,56,

63,78,90

109,120,

123,129,

139,152

9,48,55,

64,79,91

108,121,

124,130,

140,153

10,30,

54,65,

80,92,

107,122125,131141,154

11,31,

53,66,

84,93,

106,110126,132

142,155

4

12,32,52

67,82,94

105,111,

127,133,

143,156

13,33,51

68,83,95

104,112,

128,134,

144,157

14,34,50

69,84,96

103,113,123,135,

138,158

15,35,49

70,85,97102,114,

124,136,

139,145

16,36,62

71,75,98
109,115,

125,137,

140,146

17,37,61

72,76,99

108,116,

126,129,

141,147

18,38,60

73,77,

100,107,117,127,

130,142,148

19,39,59

74,78,

101,106,

118,128,

131,143,149

20,40,

58,63,

79,86,

105,120123,132144,150

21,41,

57,64,

80,87,

104,121

124,133

138,151

5

22,42,56

65,81,88

103,122,

125,134,

139,152

23,43,55

66,82,89

102,110,

126,135,

140,153

24,44,54

67,83,90

109,111,127,136,

141,154

25,45,53

68,84,91

108,112,128,137,

142,155

26,46,52

69,85,92

107,113,

123,129,

143,156

27,47,51

70,75,93

106,114,

124,130,

144,157

28,48,50

71,76,94

105,115,

125,131,

138,158

29,30,49

72,77,95

104,116,

126,132,

139,145

1,31,62,

73,78,

96,103,

117,127

133,140146

2,32,61

74,79,

97,102,

118,128

134,141147

6

3,33,60,

63,80,98

109,119,

123,135,

142

4,34,59,

64,81,99

108,120,

124,136,

143

5,35,58,65,82,

100,107,

121,125,

137,144

6,36,57,

66,83,

101,106,

122,126,

129,138

7,87,56,

67,84,86

105,110,

127,130
139

8,38,55,

68,85,87

104,111,

128,131,140

9,39,54,

69,75,88

103,112,

123,132,

141

10,40,53

70,76,89

102,113,

124,133,

142

11,41,

52,71,

77,90,

109,114125,134

143

12,42,

51,72,

78,91,

108,115126,135

144

7

13,43,50

73,79,92

107,116,

127,136,

138,148

14,44,49

74,80,93

106,117,

128,137,

139,149

15,45,6263,81,94

105,118,123,129,

140,150

16,46,61

64,82,95104,119,

124,130,

141,151

17,47,60

65,83,96

103,120,

125,131,

142,152

18,48,59

66,84,97

102,121,

126,132,

143,153

19,30,58

67,85,98

109,122,

127,133,

144,154

20,31,57
68,75,99

108,110,

128,134,

138,155

21,32,

56,69,

76,100,

107,111123,135

139,156

22,33,

55,70,

101,106

112,124

136,140157

О к о н ч а н и е

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

8

23,34,54

71,78,86

105,113,

125,137,

141,158

24,35,53

72,79,87

104,114,

126,129,

142,145

25,36,5273,80,88

103,115,

127,130,

143,146

26,37,51

74,81,89

102,116,128,131,144,147

27,38,50

63,82,90

109,117,

123,132,

138,148

28,39,49

64,83,91

108,118,

124,133,

139,149

29,40,62

65,84,92

107,119,

125,134,

140,150

1,41,61,

66,85,93

106,120,

126,135,

141,151

2,42,60,

67,75,

94,105,

121,127

136,142152

3,43,59

68,76,

95,104,

122,128137,143 153

9

4,44,58,

69,77,96

103,110,

123,129,

144,154

5,45,57,70,78,97

102,111,

124,130,

138,155

6,46,56,

71,79,98

109,112,

125,131,

139,156

7,47,55,

72,80,99

108,113,

126,132,

140,157

8,48,54,

73,81,

100,107,

114,127,

133,141, 158

9,30,53,74,82,

101,106,

115,128,

134,142,145

10,31,5263,83,86105,116,123,135,

143,146

11,32,51

64,84,87

104,117,

124,136,

144,147

12,33,

50,65,

85,88

103,118125,137139,148

13,34,

49,66,

75,89,

102,119

126,129

140,150

3.1. Вопросы для контрольной работы

1. Подтвердите примерами основные положения теории химического строения органических соединений А. М. Бутлерова.

2. Какие частицы называются свободными радикалами, углеводородными? Напишите все возможные углеродо-водородные радикалы для углеводорода C5H12.

3. Изомерия предельных и непредельных углеводородов. Напишите формулы всех изомеров гексана и гексена.

4. Гомологические ряды в органической химии на примере углеводородов. Укажите, какие из приведенных соединений являются гомологами, а какие – изомерами:

а) CH2=C–CH3 б) CH3–CH3

CH3

в) CH3–CH–CH2–CH3 г) CH2=CH–CH2–CH3

CH3

д) CH3–CH2–CH3 е) CH2=CH–CH3

5. Электронная природа химических связей в органических соединениях, способы разрыва ковалентной связи.

6. Сколько структурных изомеров отвечает эмпирической формуле С6Н14? Напишите и назовите их по номенклатуре ИЮПАК. На примере углеводорода с двумя третичными атомами углерода рассмотрите реакции, характерные для предельных углеводородов.

7. Напишите все изомеры состава С8Н18, содержащие четвертичные

атомы углерода. Сколько монобромпроизводных будет иметь изомер, содержащий два четвертичных атома углерода? Напишите уравнения реакции бромирования этого изомера.

8. Напишите формулы веществ по их названиям. Выпишите отдельно формулы изомеров и гомологов. Назовите их по тривиальной, рациональной и систематической номенклатурам, дописывая названия по не указанной в условии номенклатуре.

а) 2,2,3-триметилбутан;

б) триметилпропилметан;

в) 2,3,4-триметил-5-этилгептан;

г) 3,3-диметил-6-этилнонан.

9. Напишите уравнение хлорирования этана на свету. Разберите механизм.

10. Напишите уравнения реакций взаимодействия бутана и 2-метилбутана с бромом и с азотной кислотой. Укажите условия проведения этих превращений.

11.Получите 4-метилпентен-2 из 4-метилпентена-1 и окислите концентрированным раствором KMnO4.

12.Напишите структурные формулы изомерных ациклических углеводородов С6Н12. Назовите их по номенклатуре ИЮПАК.

13. Какое соединение получится в результате следующих превращений:

CH3–CH2–CHBr–CH2Br…?

Напишите реакции.

14. Объясните сущность механизма реакции электрофильного присоединения по кратной связи. Напишите уравнения реакций гидратации бутена-1 и 2-метилбутена-2. Назовите образующиеся продукты.

15.Какие кислородсодержащие соединения можно получить при окислении метана? Напишите уравнения соответствующих реакций и укажите условия их проведения.

16. Напишите изомеры диеновых углеводородов состава С5Н8. Назовите их по системе ИЮПАК. Выделите изомеры с сопряженными

двойными связями, напишите уравнения реакций их полимеризации и гидрирования.

17. Напишите уравнения реакций превращения: уголь  метан   ацетилен  ацетальдегид  этиловый спирт бутадиен.

18. Напишите реакции взаимодействия метилацетилена: а) с водородом; б) с бромом; в) с водой; г) с бромистым водородом.

19. Напишите структурные формулы углеводородов бензольного

ряда состава C8H10. Назовите их согласно правилам ИЮПАК.

20. Какое строение может иметь углеводород состава C10H14, если

при его окислении в жестких условиях образуется терефталевая кислота, а в более мягких условиях – п-толуиловая кислота?

21. Ориентация в бензольном ядре. Заместители первого и второго рода. Исходя из бензола, получите: а) м-бромнитробензол; б) о- и п-бромбензол.

22. Напишите уравнения реакций нитрования бензола, толуола, хлорбензола и нитробензола. Сравните реакционную способность этих соединений.

23. В чем проявляется сходство и различие между бензолом и непредельными углеводородами?

24. Установите строение углеводорода С9Н8, обесцвечивающего бромную воду, образующего красный осадок с однохлористой медью в аммиачном растворе, а при окислении дающего бензойную кислоту.

25. Напишите схемы следующих превращений: уголь  метан   ацетилен  бензол  хлорбензол фенол.

26. Какие из двух соединений – толуол или нитробензол легче вступают в реакцию нитрования и почему? Напишите схемы реакций.

27. Назовите следующие галогенпроизводные:

а) CH2Br–CH2–CH2Br б) CH3–CHI

в) CHCl2–CHCl2 г) CHCl3

д) CCl4 е) CF3–CF3

ж) C6H5–CH2I з) C6H5–Cl

Объясните причину различной реакционной способности галогенов (F, Cl, Br, I) в реакциях замещения предельных углеводородов при облучении светом.

28. Какие галогенпроизводные образуются при действии PCl5 на пропанол-1; 2-метил-пропанол-2; бутанол-2?

29. Для хлористого метила напишите уравнения реакций нуклеофильного замещения со следующими реагентами:

а) этилат натрия;

б) диметиламин;

в) уксуснокислый натрий.

30. Спирты, их классификация и номенклатура. Напишите формулы изомеров спирта C5H11OH, укажите первичные, вторичные и третичные спирты.

31. Получите гидратацией соответствующих этиленовых углеводородов следующие спирты: 3,3-диметилбутанол-2; 2-метилпентанол-2; 3-метилгексанол-2.

32. В чем заключается основное различие химических свойств одноатомных и многоатомных спиртов? Напишите соответствующие уравнения реакций.

33. Напишите уравнения реакций взаимодействия 3-метилбутано-ла-2 с PCl5; уксусной кислотой; бромистым водородом; хлорангидридом уксусной кислоты.

34. Напишите реакции окисления следующих спиртов:

а) пропанола-1;

б) 2-метилпентанола-3;

в) 3-метилпентанола-3.

35. Из пропилена получите глицерин и напишите для него реакции с уксусной и азотной кислотами.

36. Напишите уравнение реакции образования сложного эфира (трипальмитина) из пальмитиновой кислоты и спирта, полученного в результате щелочного гидролиза 1,2,3-трихлорпропана. Какова биологическая роль глицеридов?

37. Напишите структурную формулу вещества состава C5H10O, если известно, что оно реагирует с металлическим натрием с выделением водорода, при окислении дает кетон состава C5H10O, а при дегидратации образует триметилэтилен.

38. Химические свойства фенола в сопоставлении со свойствами спиртов.

39. Напишите уравнения реакций фенола со следующими веществами: а) бромной водой; б) разбавленной азотной кислотой; в) хлористым ацетилом; г) формальдегидом. Назовите продукты реакций.

40. Напишите структурные формулы всех изомеров фенола (двухатомных, трехатомных). Назовите их по системе ИЮПАК. Напишите уравнения реакций окисления пирокатехина и гидрохинона в соответствующие хиноны.

41. Напишите структурные формулы изомерных альдегидов и кетонов состава C4H8O, C5H10O и дайте им названия по номенклатуре ИЮПАК.

42. Какие соединения образуются при каталитическом дегидриро-

вании следующих спиртов: пропилового; 3,4-диметилпентанола-2? Для одного из образующихся веществ напишите реакции с цианистым водородом и гидразином.

43. Из этилацетилена получите бутанон. Напишите для него уравнения реакций с пятихлористым фосфором, с синильной кислотой, с бисульфитом натрия.

44. Опишите свойства альдегидов на примере формальдегида.

45. Опишите свойства кетонов на примере ацетона.

46. Электронное строение карбонильной группы. Реакции окисления альдегидов и кетонов. Покажите на конкретных примерах.

47. Напишите уравнения реакций: а) полимеризации формальдегида; б) конденсации формальдегида с пентаноном-3; в) гидрирования фоормальдегида.

48. Получите ацетон окислением соответствующего спирта. Напишите для него уравнения соответствующих реакций с гидразином, цианистым водородом, хлором, пятихлористым фосфором.

49. Какие соединения называются карбоновыми кислотами? Какие особенности строения обуславливают их кислые свойства и почему? Расположите в ряд по возрастанию силы следующие кислоты: нитроуксусную, -нитропропионовую, пропионовую, -нитропропионовую.

50. Карбоновые кислоты. Классификация. Номенклатура. Электронное строение карбоксильной группы.

51. Напишите структурные формулы следующих соединений: изомасляной кислоты; 2,4-диметилпентановой кислоты; метилизопропилуксусной кислоты; метилового эфира изокапроновой кислоты; бромангидрида -бромпропионовой кислоты.

52. Напишите уравнения реакций, отличающих муравьиную кислоту от других карбоновых кислот.

53. Напишите структурные формулы изомерных ароматических кислот состава C8H8O2. Напишите уравнения реакций взаимодействия бензойной кислоты со следующими веществами: а) раствором едкого натра; б) абсолютным этиловым спиртом (в присутствии Н2SO4; в) пятихлористым фосфором. Назовите полученные соединения.

54. Напишите уравнения реакций, характеризующих химические свойства изомасляной кислоты.

55. Осуществите превращения: ацетальдегид  уксусная кисло-

та  хлорангидрид уксусной кислоты  ангидрид уксусной кислоты  изопропиловый эфир уксусной кислоты  ацетамид.

56. Напишите формулы этандиовой; пропандиовой-1,3; бутандио-

вой-1,4; пентандиовой-1,5 кислот и приведите их тривиальные названия. Для каких из указанных кислот характерны реакции внутримолекулярной дегидратации? Приведите примеры.

57. Химические свойства предельных двухосновных карбоновых кислот на примере щавелевой кислоты.

58. Особенности химических свойств непредельных одноосновных карбоновых кислот. Показать на примере акриловой и олеиновой кислот.

59. Изомерия и химические свойства фталевых кислот. Получите фталевый ангидрид, подействуйте на него избытком метанола. Каково химическое строение полученного репеллента (средства, отпугивающего насекомых)?

60. Напишите цис- транс- изомеры бутен-2-диовой кислоты и урав-

нения реакций взаимодействия этих изомеров с хлористым водородом, водородом в присутствии никелевого катализатора, избытком метилового спирта.

61. Предложите схему синтеза малоновой кислоты из уксусной.

62. Напишите уравнения реакций взаимодействия масляной кислоты с аммиаком, пятихлористым фосфором, хлором, этиленгликолем.

63. Амины, определение, классификация и номенклатура. Напишите все возможные структурные формулы аминов C4H11N. Укажите первичные, вторичные и третичные амины.

64. Напишите схему уравнения реакций взаимодействия этиламина, диэтиламина, триэтиламина, хлориданилина с азотистой кислотой.

65. Анилин, химические свойства. В чем выражается взаимное влияние радикала и аминогруппы?

66. Аминоспирты, определение, распространение в природе. Напишите формулы этаноламина (коламина) и холина.

67. Какие соединения называются гидроксикислотами? Их классификация и номенклатура. Напишите проекционные формулы стереоизомеров молочной и яблочной кислот. Какое биологическое значение они имеют?

68. Химические свойства оксикислот, обусловленные карбоксильной группой. Напишите уравнения реакций, подтверждающие эти свойства для молочной кислоты.

69. Химические свойства оксикислот, обусловленные спиртовой группой. Напишите уравнения реакций, подтверждающие эти свойства для молочной кислоты.

70. Напишите уравнения реакций взаимодействия: а) бензойной кислоты с изопропиловым спиртом; б) салициловой кислоты с уксусным ангидридом; в) молочной кислоты с хлорангидридом уксусной кислоты. Укажите условия проведения реакций.

71. Особенности протекания реакции при нагревании с выделением воды у -, - и - оксикислот. Напишите уравнения реакций с оксимасляными кислотами.

72. Какие соединения называются оксокислотами? Их классификация и номенклатура. Напишите структурные формулы глиоксалевой, пировиноградной, ацетоуксусной, щавелевоуксусной, -кетоглута-ровой кислот.

73. Альдегидокислоты. На примере глиоксалевой кислоты напишите уравнения реакций, характерные для альдегидной и карбоксильной групп.

74. Кетокислоты. На примере пировиноградной кислоты напишите основные уравнения реакций, характерные для кето- и карбоксильной групп.

75. Понятие о гетероциклических соединениях. Общая характеристика и классификация.

76. Понятие о строении хлорофилла и гема. Их строение и биологическая роль.

77. Пиррол, нахождение в природе, строение, свойства.

78. Фуран. Медико-биологическое значение производных фурана

(фурациллин, фуразолидон). Получите из фурана: а) пиррол; б) пирролидин. Напишите уравнения реакций, укажите условия их проведения.

79. Медико-биологическое значение тиофена и его производных (ихтиол, биотин), имидазола и его производных (гистидин, гистамин), пиразола и его производных (анальгин). Химическая структура этих соединений.

80. Сопоставьте основные свойства пиридина и пиррола. Проиллюстрируйте соответствующими реакциями.

81. Пиримидин и его природные производные, их биологическое значение.

82. Конденсированные системы гетероциклов. Пурин и его производные. Их биологическое значение.

83. Конденсированные системы гетероциклов. Индол и его производные. Их биологическое значение.

84. Какие вещества называются алкалоидами? Их распространение в природе. Токсические и лекарственные свойства алкалоидов. Кофеин, никотин, атропин, морфин.

85. Антибиотики и их медико-биологическое значение. Пеницил-

лины, цефалоспорины, тетрациклины.

86. Углеводы, их биологическая роль, классификация, номенклатура.

87. Рассмотрите вопрос о циклоцепной таутомерии углеводов на примере D-глюкозы. Напишите уравнение реакции взаимодействия этанола с -D-глюкопиранозой. Назовите образовавшийся продукт.

88. Циклоцепная таутомерия углеводов на примере D-фрукто-зы. Напишите уравнение реакции взаимодействия метанола с -D-фруктофуранозой. Назовите образовавшийся продукт.

89. Какой вид изомерии называется стереоизомерией и какой углерод называют асимметрическим? Напишите проекционные формулы стереоизомеров глюкозы, фруктозы, галактозы D и L-рядов. Отметьте асимметрические атомы углерода.

90. Представители пентоз (рибоза, дезоксирибоза, ксилоза, рибулоза, ксилулоза). Напишите структурные формулы соединений. Реакции окисления и восстановления D-рибозы. Назовите полученные продукты.

91. Какой гидроксил называется полуацетальным (гликозидным) и чем он отличается от других гидроксильных групп в моносахаридах? Напишите уравнение реакции образования гликозида из -D-галактозы и изопропилового спирта.

92. Химические свойства моносахаридов на примере глюкозы.

93. Определение и классификация дисахаридов. Напишите уравнение образования сахарозы.

94. Напишите уравнения реакций гидролиза мальтозы и сахарозы. Возможна ли мутаротация этих дисахаридов? Для дисахарида, обладающего мутаротацией, напишите схему перехода -формы в

-форму.

95. Восстанавливающий тип дисахаридов. Химические свойства дисахаридов данного типа на примере лактозы. Напишите соответствующие уравнения реакций.

96. Напишите структурные формулы целлобиозы и сахарозы и объясните, почему целлобиоза восстанавливает жидкость Феллинга, а сахароза не восстанавливает.

97. Невосстанавливающий тип дисахаридов. Химические свойства дисахаридов данного типа на примере сахарозы. Напишите соответствующие уравнения реакций.

98. Определение и классификация полисахаридов. Какие продукты образуются при гидролизе клетчатки. Какие моносахариды получаются при полном гидролизе? Какова биологическая роль полисахаридов?

99. Крахмал, его строение и свойства, распространение в природе, биологическая роль.

100. Гликоген, его строение и свойства, распространение в природе, биологическая роль.

101. Целлюлоза, ее строение, химическая переработка, биологическая роль. Эфиры на основе целлюлозы и их применение.

102. Характеристика гетерополисахаридов. Показать строение гиалулороновой кислоты, хондроитинсульфата, гепарина. Объяснить свойства, биологическую роль.

103. Что такое липиды? Классификация, номенклатура, методы выделения и разделения липидов.

104. Простые липиды. Строение триацилглицеринов, их номенклатура. Кислоты, входящие в состав жиров. Показать гидролиз триацилглицерида, образованного одним остатком пальмитиновой кислоты и двумя остатками олеиновой кислоты.

105. Что такое мыла? Напишите реакции получения мыла из жира.

106. Физико-химические свойства жиров, температура плавления, растворимость, гидролиз, гидрогенизация, присоединение галогенов, прогоркание жиров.

107. Стеролы и стероиды, их строение, биологическая роль. Холестерин.

108. Воски. Химическая природа. Распространение в природе, биологическая роль. Напишите уравнение реакции образования тристеарина.

109. Что такое сложные липиды? Их функции в живых организмах. Фосфолипиды, холинфосфатиды, коламинфосфатиды, серинфосфатиды, их химическое строение. Напишите уравнение реакции гидролиза кефалина.

110. Цереброзиды, гликолипиды как представители сложных липидов. Их строение, свойства, биологическая роль.

111. Чем обусловлен амфотерный характер аминокислот? Напишите схемы реакций диссоциации при различной реакции среды (нейтральной, кислой, щелочной) следующих аминокислот: аланина, серина, фенилаланина.

112. Что такое аминокислоты? Классификация входящих в состав белков аминокислот. Напишите уравнения реакций взаимодействия валина с NaOH, HCl и хлорангидридом уксусной кислоты.

113. Приведите примеры аминокислот, содержащих ароматические циклы. Напишите схему реакции образования сложного эфира из триптофана и этанола.

114. Напишите схемы реакций декарбоксилирования лизина и орнитина, а также образования сложного эфира из серина и фосфорной кислоты.

115. Напишите уравнения реакций взаимодействия фенилаланина с азотистой кислотой, ангидридом уксусной кислоты, гидроксидом натрия в водном растворе.

116. Напишите: а) реакцию межмолекулярной дегидратации двух молекул глицина с выделением двух молекул воды; б) уравнение реакции образования дипептида из метионина и триптофана.

117. Пептиды, их номенклатура, строение, распространение в природе. Напишите уравнение реакции образования дипептида из лейцина и тирозина.

118. Напишите уравнение реакции образования трипептида из серина, цистина и гистидина. Какое количество различных по структуре трипептидов может быть получено при поликонденсации данных аминокислот при условии, что каждая аминокислота входит в состав трипептида один раз.

119. Белки, их биологическая роль, строение. Напишите уравнение реакции гидролиза валилсерилаланилцистеина.

120. Белки. Первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры. Типы связей в молекулах белков (пептидная, водородная, дисульфидная, ионная, сложно-эфирная, гидрофобная).

121. Физико-химические свойства белков, коллоидные свойства, изоэлектрическая точка. Напишите формулу тетрапептида лизилглицилаланилтирозина и приведите его гидролиз.

122. Растворимость белков, онкотическое давление, коагуляция и денатурация белков. Напишите формулу тетрапептида метионилглицилтриптофилсерина и проведите его гидролиз.

123. Классификация и характеристика отдельных групп белков. Простые белки (альбумины, глобулины, гистоны, протамины, проламины, глютенины, коллагены, эластины); сложные белки (нуклеопротеины, хромопротеины, фосфопротеины, липопротеины, гликопротеины, металлопротеины).

124. Нуклеиновые кислоты и их биологическая роль. Напишите уравнение реакции образования нуклеотида из урацила, -D-рибозы и фосфорной кислоты.

125. Дезоксирибонуклеиновые кислоты, их биологическая роль. Напишите уравнение реакции образования нуклеотида из гуанина, -D-дезоксирибозы и фосфорной кислоты.

126. Рибонуклеиновые кислоты, их биологическая роль. Напишите уравнение реакции образования нуклеотида из аденина, -D-рибозы и фосфорной кислоты.

127. Какие продукты образуются при гидролизе сложных белков нуклеопротеинов? Напишите уравнение реакции образования нуклеотида из цитозина, -D-рибозы и фосфорной кислоты.

128. Какие азотистые основания входят в состав ДНК и РНК? Напишите формулу нуклеотида, входящего в состав ДНК.

129. Аденозинтрифосфат (АТФ), ц-АМФ (аденозинмонофосфат), их строение и биологическая роль.

130. Классификация ферментов. Напишите уравнения реакций, происходящих с участием липазы и мальтазы (подкласс гликозидаз).

131. Опишите строение активного центра однокомпонентных (простых) ферментов. Приведите 2 примера схем реакции с участием простых ферментов.

132. Опишите строение активных центров двухкомпонентных (сложных) ферментов. Напишите две схемы реакций с участием сложных ферментов.

133. Определите понятие кофактор. Какие соединения выступают в роли кофакторов. Приведите примеры. Напишите схему реакции с участием никотинамидадениннуклеотида (НАД).

134. ферменты класса оксидоредуктаз. Строение, номенклатура. Напишите схемы реакций с участием оксидоредуктаз, использующих в качестве кофактора ФАД.

135. Аллостерический центр ферментов. Механизм аллостерической регуляции активности ферментов. Приведите примеры.

136. Основные свойства ферментов: высокая каталитическая активность, специфичность, обратимость действия. Привести примеры.

137. Как зависит каталитическая активность ферментов от реакции среды? Примеры. Понятие оптимум рН. Указать значения оптимум рН для пищеварительных ферментов.

138. Специфичность действия ферментов: абсолютная, относительная, стерическая. Примеры.

139. Механизм действия ферментов. Уравнение Михаэлиса-Ментена. Скорость ферментативной реакции.

140. Как учитывается фактор влияния температуры на активность ферментов в животноводстве, ветеринарии? Технология переработки животноводческой продукции.

141.Опишите специфические признаки витаминной недостаточности у различных видов животных А, Д, Е, К. Укажите основные источники этих витаминов для животных.

142. Опишите клинические признаки витаминной недостаточности у птиц и свиней витаминов В1, В2, В5, В6, В12. Укажите источники этих витаминов.

143. Что такое ферменты? Какова их химическая природа? Охарактеризуйте класс оксидоредуктаз. Напишите уравнения реакций, происходящих с участием различных дегидрогеназ.

144. Основные свойства ферментов. влияние рН, t, концентрации субстрата на каталитическую активность ферментов.

145. Охарактеризуйте класс трансфераз. Напишите уравнение реакции, происходящей с участием аминотрансферазы.

146. Что называется коферментом? Строение коферментов оксидоредуктаз НАД и НАДФ, их роль в окислительно-восстановительных процессах.

147. Какова связь между витаминами и ферментами? Приведите примеры витаминов, входящих в состав коферментов, напишите их формулы.

148. Опишите роль ферментов, относящихся к классу лиаз. Напишите уравнение реакции, происходящей с участием декарбоксилазы.

149. Кинетика ферментативной реакции, влияние температуры,

реакции среды, концентрации фермента и субстрата на скорость ферментативных реакций.

150. Охарактеризуйте класс изомераз. Приведите примеры двух реакций, катализируемых данными ферментами.

151. Охарактеризуйте класс лигаз (синтетаз). Приведите примеры двух реакций, катализируемых данными ферментами.

152. Понятие о витаминах, провитаминах, антивитаминах. Авитаминозы, гиповитаминозы, гипервитаминозы. Дать характеристику жирорастворимого витамина А.

153. Классификация и номенклатура витаминов. Водорастворимые витамины в составе коферментов. Примеры.

154. Дайте характеристику жирорастворимых витаминов группы Д и Е. Источники, строение, участие в обмене веществ.

155. Витамины группы К и F. Химическое строение и свойства, основные источники.

156. Водорастворимые витамины группы В. Что такое коэнзим А? Его роль в обмене веществ. Напишите уравнение реакции превращения уксусной кислоты в ацетилкоэнзим А.

157. Фолиевая кислота (Вс), биотин (витамин Н), рутин (витамин Р), витамин С. Химическая структура и свойства этих витаминов, участие в обмене веществ. Клинические проявления витаминной недостаточности.

158. Витаминоподобные вещества (парааминобензойная кислота, витамин В15, инозит, коэнзим Q, витамин U, холин, линолевая кислота). Химическая структура и свойства этих веществ. Их биологическая роль.

Литература

О с н о в н а я

1. Г р а н д б е р г И. И. Органическая химия / И. И. Грандберг. – М.: Высш. шк., 1987. – 480 с.

2. Биохимия животных / под ред. А. В. Чечеткина. – М.: Высш. шк., 1992.–511 с.

3. К о н о н с к и й А. И. Биохимия животных / А. И. Кононский. – Киев: Вiща школа, 1984. – 415 с.

Д о п о л н и т е л ь н а я

1. С т е п а н е н к о Б. Н. Курс органической химии / Б. Н. Степаненко. – М.: Высш. шк., 1974. – 435 с.

2. Б о х и н с к и С. Современные воззрения в биохимии / С. Бохински. – М.: Мир, 1988. – 544 с.

3. К н о р р е А. Г. Биологическая химия / А. Г. Кнорре, С. Д. Мызина М.: Высш. шк., 1998. – 478 с.

4. С т р о е в Е. А. Биологическая химия / Е. А. Строев. – М.: Высш. шк., 1986. – 479 с.

5. Основы биохимии / под ред. А. А. Анисимова. – М.: Высш. шк., 1986.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

1. Органическая химия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

1.1. Теоретические основы органической химии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

Углеводороды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

Предельные углеводороды (алканы) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

Этиленовые углеводороды (алкены) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13

Ацетиленовые углеводороды (алкины) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

Ди- и полиеновые углеводороды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

Ароматические углеводороды (арены). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

Галогенпроизводные углеводородов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

Спирты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

Фенолы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

Альдегиды и кетоны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

Карбоновые кислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

Одноосновные предельные (насыщенные) кислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

Одноосновные непредельные (ненасыщенные) кислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . .

31

Двухосновные предельные (насыщенные) кислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

31

Двухосновные непредельные (ненасыщенные) кислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

Ароматические кислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33

Оксикислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34

Оксокислоты (альдегидо- и кетокислоты) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

Амины и аминоспирты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37

1.2. Гетероциклические соединения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39

1.3. Углеводы, их биологическая роль, классификация, номенклатура . . . . . . .

41

Структура углеводов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

42

1.4. Липиды, их распространение в природе и биологическая роль . . . . . . . . .

45

1.5. Аминокислоты. Пептиды. Белки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

47

1.6. Нуклеиновые кислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

49

2. Статическая биохимия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

50

2.1. Ферменты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

50

2.2. Витамины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

57

3. Выполнение контрольной работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

61

3.1. Вопросы для контрольной работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

63

У ч е б н о - м е т о д и ч е с к о е и з д а н и е

Александр Риммович Цыганов

Ирина Владимировна Ковалева

Ирина Викторовна Сучкова

Органическая и Биологическая химия

Ч а с т ь 1

Методические указания по изучению дисциплины и задания

для выполнения контрольных работ

Редактор Т. П. Рябцева

Техн. редактор Н. К. Шапрунова

Корректор Л. А. Малеванкина

Подписано в печать ­­­­­­­­ 02.12.2005.

Формат 60х84 1/16. Бумага для множительных аппаратов.

Печать ризографическая. Гарнитура «Таймс».

Усл. печ. л. 4,42 . Уч.-изд. л. 4,26.

Тираж 150 экз. Заказ Цена 5830 руб.

_________________________________________________________________________

Редакционно-издательский отдел БГСХА

213407, г.горки, Могилевской обл., ул. Студенческая, 2

Отпечатано на ризографе копировально-множительного бюро БГСХА

г. Горки, ул. Мичурина, 5

1

Смотреть полностью


Скачать документ

Похожие документы:

  1. Методические указания по изучению дисциплины и задание для контрольной работы студентам-заочникам высших сельскохозяйственных учебных заведений по специальности 1-740301

    Методические указания
    Методические указания разработаны на основании Программы по изучению дисциплины «Охрана труда» для высших сельскохозяйственных учебных заведений по специальностям
  2. Методические указания по изучению дисциплины и выполнению контрольной работы для студентов-заочников агробиологического факультета

    Методические указания
    Приведены методические рекомендации по изучению дисциплины, содержание разделов дисциплины, контрольные вопросы для самопроверки. Представлены вопросы для выполнения контрольного задания.
  3. Методические указания для студентов очного и заочного отделения к самостоятельным работам по

    Методические указания
    Методические указания к самостоятельным работам по дисциплинам "Сельскохозяйственной радиобиология" (специальность 110401 – Зоотехния), “Сельскохозяйственная радиология” (специальность 110305 - Технология производства и
  4. Паказальнік літаратуры, якая прапануецца для пераразмеркавання выпуск 1, 2010 г

    Документ
    Прапануем першы выпуск Паказальніка літаратуры, які змяшчае інфар-мацыю аб новых паступленнях у фонд ўнутрырэспубліканскага дакументаабме-ну і пераразмеркавання аддзела камплектавання фондаў Нацыянальнай біблія-тэкі Беларусі.
  5. 2009 учебно-программная документация нормативные документы в образовании учебно-методическая литература дидактические материалы учебно-наглядные и справочные пособия видеофильмы Москва 2008 г г

    Литература
    Одним из направлений деятельности ФИРО является разработка стандартов профессионального образования, учебно-программной и учебно-методической документации.

Другие похожие документы..