Лабораторно-практическое занятие № 7

Тема: Основные положения стереоизомерии. Реакционная способность гидрокси- и оксокислот как гетерофункциональных соединений.

Цель: Сформировать знания стереохимии и реакционной способности гидрокси- и оксокислот как гетерофункциональных соединений, составляющих основу биохимических процессов.

Исходный уровень:

1. Кислотные и основные свойства органических соединений.

2. Электронные эффекты.

3. Химические свойства гидроксильной, карбонильной и карбоксильной групп.

4. Механизм реакций нуклеофильного присоединения и замещения. Реакции элиминирования (дегидратации).

Содержание занятия:

1 Контроль выполнения домашнего задания.

2. Практическая часть «Реакционная способность гидрокси- и оксокислот. Стереоизомерия».

2.1. Энантиомерия. Диастереоизомерия. Оптическая активность. Рацематы.

2.2. a,b,g-Гидроксикислоты. Химические свойства по функциональным группам, специфические свойства (реакции циклизации, декарбоксилирования, дегидратации).

2.3. Важнейшие гидроксокислоты – участники обменных процессов. Строение и химические свойства. Кето-енольная таутомерия.

3. Лабораторная работа по теме «Гидрокси- и оксокислоты».

4. Контроль выполнения лабораторной работы.

5. Контроль усвоения темы.

Стереохимия изучает пространственное строение органических соединений. Ее можно назвать химией соединений в трехмерном пространстве. Пространственное строение взаимосвязано не только с физическими и химическими свойствами веществ, но и проявляемой ими биологической активностью. Установление взаимосвязи структуры соединения с механизмом его биологического функционирования является фундаментальной проблемой биоорганической химии и особенно важно для биологии и медицины.

Вопросы для самостоятельной работы
«Стереоизомерия»

1. Дайте определение стереоизомеров и назовите виды стереоизомерии.

2. Какая из молекул является хиральной: а) пропановой кислоты; б) молочной кислоты? Дайте определение хирального центра и назовите условия асимметричности молекулы.

3. Напишите проекционные формулы D- и L-молочной кислоты и стандарта, по которому определяется ее принадлежность к стереохимическому ряду.

4. Дайте определение энантиомеров. Напишите проекционные формулы энантиомеров яблочной кислоты. Отметьте асимметрический атом углерода и укажите принадлежность к D- и L-стереохимическим рядам.

5. Дайте определение диастереомеров, покажите их отличие от энантиомеров. Напишите проекционные формулы:

а) L-винной кислоты и ее диастереомера;

б) D-винной кислоты и ее диастереомера.

6. Что такое рацемат и обладает ли он оптической активностью? Напишите проекционные формулы стереоизомеров винной кислоты, образующих рацемат – виноградную кислоту.

7. Напишите строение мезовинной кислоты. Отметьте асимметрические атомы углерода. Укажите причину отсутствия оптической активности у мезовинной кислоты.

8. Покажите на примере связь биологической активности и пространственного строения вещества.

9. Дайте определение p-диастереомеров, покажите их отличие от оптических изомеров. Напишите формулы цис- и транс -бутендиовой кислоты. Дайте тривиальное название изомеров и покажите их физиологическое действие.

Подавляющее большинство веществ, участвующих в метаболизме, принадлежит к поли- или гетерофункциональным соединениям. Реакционная способность их определяется свойствами соответствующих монофункциональных производных. Однако наличие нескольких функциональных групп в молекуле ведет к появлению определенных различий в свойствах: 1) усиление или ослабление каких-то свойств, характерных для монофункциональных соединений;

2) появление специфических свойств, которые наиболее важны для обеспечения биологических функций, выполняемых этими веществами.

Вопросы для самостоятельной работы
«Реакционная способность гидрокси- и оксокислот»

1. Напишите реакции молочной кислоты: а) с гидроксидом натрия; б) этанолом; в) уксусной кислотой. Укажите принадлежность к классу и дайте названия продуктов реакций.

2. Напишите реакцию окисления молочной кислоты в процессе метаболизма.

3. Напишите специфические реакции, протекающие при нагревании: а) молочной кислоты; б) g-гидроксимасляной кислоты (ГОМК). К какому классу соединений относятся лактиды и лактоны? Покажите действие и применение ГОМК.

4. Дайте понятие кето-енольной таутомерии и напишите таутомерные формы: а) ацетоуксусной кислоты; б) щавелевоуксусной кислоты.

5. Напишите реакции восстановления и декарбоксилирования b-кетомасляной кислоты, приводящие к образованию «кетоновых тел».

6. Что такое «кетоновые тела». Покажите химизм их образования. При каких нарушениях в организме проводится их определение в биологических жидкостях (моче, крови)?

7. Покажите схему биосинтеза лимонной кислоты в цикле трикарбоновых кислот (фрагмент цикла Кребса).

8*. Напишите реакцию дегидратации b-гидроксимасляной кислоты. Объясните подвижность водородных атомов a-CH-кислотного центра. Назовите продукт реакции.

Лабораторная работа по теме
«Гидрокси- и оксокислоты»

Опыт 1. Доказательство наличия двух карбоксильных групп
в винной кислоте

В пробирку поместите 1 каплю 15% раствора винной кислоты, 2 капли 5% раствора KOH и встряхните. Постепенно выделяется малорастворимый белый кристаллический осадок в виде кислой калиевой соли винной кислоты (гидротартрат калия). Для ускорения выпадения осадка пробирку можно охладить под струей воды. Добавьте в пробирку еще 4-5 капель раствора KOH. Кристаллический осадок постепенно растворяется, так как образуется хорошо растворимая в воде средняя калиевая соль винной кислоты (тартрат калия). Раствор тартрата калия сохраните для следующего опыта.

Вопросы:

1. Напишите реакции образования гидротартрата и тартрата калия.

2. О чем свидетельствует образование двух солей винной кислоты?

Опыт 2. Доказательство наличия гидроксильных групп

в винной кислоте

В две пробирки поместите по 2 капли 2% раствора сульфата меди (II) и 10% раствора NaOH. Выпадает голубой осадок гидроксида меди (II). В 1-ую пробирку добавьте раствор тартрата калия, полученный в предыдущем опыте. Осадок гидроксида меди (II) растворяется с образованием синего раствора. Жидкости в обеих пробирках нагрейте до кипения. В первой пробирке цвет жидкости не изменяется, во второй – голубой осадок гидроксида меди (II) превращается в оксид меди (II) черного цвета. Образовавшийся синий раствор называется реактив Фелинга и применяется для обнаружения глюкозы в моче.

Вопросы:

1. Напишите схему взаимодействия гидроксида меди (II) с тартратом калия. Наличием какого структурного фрагмента обусловлена реакция?

2. Объясните, почему не изменяется цвет в первой и изменяется во второй пробирке.

Опыт 3. Разложение лимонной кислоты

В сухую пробирку, снабженную газоотводной трубкой, поместите лопаточку лимонной кислоты и 10 капель конц. серной кислоты, нагрейте. Конец газоотводной трубки опустите в 1-ую пробирку с 5 каплями раствора гидроксида кальция. После того, как раствор помутнеет, перенесите газоотводную трубку во 2-ую пробирку, содержащую две капли раствора йода в йодиде калия, предварительно обесцвеченного 10% р-ром NaOH. Выпадает желтый осадок.

Вопросы:

1. Какой продукт разложения лимонной кислоты обнаруживается в 1-ой пробирке? Напишите схему реакции.

2. Какой продукт разложения лимонной кислоты обнаруживается в 2-ой пробирке? Напишите схему реакции.

Дата добавления: 2014-11-06