Биоорганическая химия

взаимовлияние
атомов в органических соединениях.
Типы химических реакций.
Поли- и гетерофункциональные
соединения.
Основной учебник – Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия.
Текст лекций и пособие «Биоорганическая химия в
вопросах и ответах» см. на сайте ТГУ http://tgumed.ru вкладка «Помощь студенту», раздел «Лекции по дисциплинам учебного плана». И, конечно, ВК

в связи с познанием их биологических функций.

Основными объектами изучения служат биологические полимеры (биополимеры) и биорегуляторы.
Биополимеры – высокомолекулярные природные соединения, являющиеся структурной основой всех живых организмов и играющие определенную роль в процессах жизнедеятельности. К биополимерам относят пептиды и белки, полисахариды (углеводы), нуклеиновые кислоты. В эту группу включают и липиды, которые сами по себе не являются высокомолекулярными соединениями, но в организме обычно связаны с другими биополимерами.
Биорегуляторы – соединения, которые химически регулируют обмен веществ. К ним относят витамины, гормоны, многие синтетические биологически активные соединения, в том числе лекарственные вещества.

Вещества, образующиеся в клетках, тканях и органах растений и животных в процессе метаболизма, называют метаболитами.

Метаболизм включает два направления – катаболизм и анаболизм.
К катаболизму относят реакции распада веществ, попадающих в организм с пищей. Как правило, они сопровождаются окисле-нием органических соединений и протекают с выделением энергии.
Анаболизм представляет собой синтез сложных молекул из более простых, в результате которого осуществляется образова-ние и обновление структурных элементов живого организма.
Метаболические процессы протекают с участием ферментов, т.е. специфических белков, которые находятся в клетках организма и играют роль катализаторов биохимических процессов (биокатализаторы).

располагаются в определенной последовательности согласно их валентности. Валентность атома углерода в органических соединениях равна четырем.
2. Свойства веществ зависят не только от того, какие атомы и в каких количествах входят в состав молекулы, но и от того, в каком порядке они соединены между собой.
3. Атомы или группы атомов, входящих в состав молекулы, взаимно влияют друг на друга, от чего зависят химическая активность и реакционная способность молекул.
4. Изучение свойств веществ позволяет определить их химическое строение.

к и й р я д

Ряд сходных по строению соединений, обладающих близкими химическими свойствами, в котором отдельные члены ряда отличаются друг от друга лишь количеством групп -СН2-, называется гомологическим рядом, а группа СН2 – гомологической разностью.
У членов любого гомологического ряда подавляющее большинство реакций протекает одинаково (исключение составляют только первые члены рядов). Следовательно, зная химические реакции лишь одного члена ряда, можно с большой степенью вероятности утверждать, что такого же типа превращения протекают и с остальными членами гомологического ряда.
Для любого гомологического ряда может быть выведена общая формула, отражающая соотношение между атомами углерода и водорода у членов этого ряда; такая формула называется общей формулой гомологического ряда.

состав (молекулярную формулу), но отличаются друг от друга последовательностью связывания атомов и (или) расположением их в пространстве, то в общем случае они называются изомерами.
Поскольку строение этих соединений разное, то и химические или физические свойства изомеров отличаются.
Типы изомерии: структурная (изомеры строения) и стереоизомерия (пространственная).
Структурная изомерия может быть трёх видов:
- изомерия углеродного скелета (изомеры цепи),
- изомеры положения (кратных связей или функциональных групп),
- изомеры функциональной группы (межклассовая).
Стереоизомерия подразделяется на конформационную и конфигурационную

вкус

D-аспарагин
(из горошка)
сладкий вкус

энантиомеры

или ионы, способные
отдавать протон (доноры протонов).
Типичные кислоты по Бренстеду – карбоновые
кислоты. Более слабыми кислотными свойствами обладают гидроксильные группы фенолов и спиртов, а также тио-, амино- и иминогруппы.
Основания Бренстеда — нейтральные молекулы или ионы, способные присоединять протон (акцепторы протонов).
Типичные основания по Бренстеду – амины.
Амфолиты – соединения, в молекулах
которых присутствуют и кислотные и
основные группы.

лекарственных препаратов используются для получения их водорастворимых форм. При взаимодействии с кислотами образуются соединения с ионными связями – соли, хорошо растворимые в воде.
Так, новокаин для инъекций
применяется в виде гидрохлорида.

наиболее сильный основный центр,
к которому присоединился протон

всасываются из желудка (pH 1-3), а всасывание лекарств или ксенобиотиков-оснований происходит только после того, когда они пройдут из желудка в кишечник (pH 7-8). В течение одного часа из желудка крыс всасывается почти 60% ацетилсалициловой кислоты и только 6% анилина от введенной дозы. В кишечнике крыс всасывается уже 56% от введенной дозы анилина. Такое слабое основание, как кофеин (рKВH+ 0,8), всасывается за то же время в гораздо большей степени (36%), так как даже в сильнокислой среде желудка кофеин преимущественно находится в неионизированном состоянии.

По электронной природе реагентов.
2. По изменению числа частиц в ходе реакции.
3. По частным признакам.
4. По механизмам элементарных
стадий реакций.

свободнорадикальные

Свободные радикалы – это электронейтральные частицы, имеющие неспаренный электрон, например: Cl∙, ∙NO2. Свободнорадикальные реакции характерны для алканов.
Электрофильные реагенты – это катионы или молекулы, которые сами по себе или же в присутствии катализатора обладают повышенным сродством к электронной паре или отрицательно заряженным центрам молекул. К ним относятся катионы H+, Cl+, +NO2, +SO3H, R+ и молекулы со свободными орбиталями AlCl3, ZnCl2 и т.п.
Электрофильные реакции характерны для алкенов, алкинов, ароматических соединений (присоединение по двойной связи, замещение протона).
Нуклеофильные реагенты – это анионы или молекулы, имеющие центры с повышенной электронной плотностью. К ним относятся такие анионы и молекулы, как
HO-, RO-, Cl-, Br-, RCOO-, CN-, R-, NH3, C2H5OH и т.д.

(элиминирования),
разложения

к реакционному партнеру.
В ходе химического превращения обычно затрагивается не вся молекула, а только ее часть — реакционный центр.
В органическом соединении может присутствовать несколько неравноценных реакционных центров. Реакции могут приводить к изомерным продуктам.
Селективность реакции – качественная характеристика, означающая преимущественное протекание реакции по одному направлению из нескольких возможных.
Различают региоселективность, хемоселективность, стереоселективность реакции.

из нескольких реакционных центров молекулы.
СН3—СН2—СН3 + Вr2 СН3—СНВr—СН3 + НВr
Второй изомер, 1-бромпропан, практически не образуется.
Хемоселективность — предпочтительное протекание реакции по одной из родственных функциональных групп.
Стереоселективность — предпочтительное образование в реакции одного из нескольких возможных стереоизомеров.

функциональных групп.
Гетерополифункциональные
соединения содержат как
различные, так и одинаковые
функциональные группы.

может вступать в те же реакции, что и соответствующая группа в монофункциональных соединениях

групп белков. В результате ингибируются жизненно важные ферменты организма.
Принцип действия антидотов – образование прочных комплексов с ионами тяжёлых металлов.