Презентация на тему "Введение в биоорганическую химию"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Введение в биоорганическую химию

  Лекция №1. Чуркина Светлана Илларионовна, доцент, к.х.н.

• 
  Слайд 2
  

  БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ изучает строение и свойства веществ, участвующих в процессах жизнедеятельности, в непосредственной связи с познанием их биологических функций. (как самостоятельная дисциплина со 2-й половины ХХ века)

• 
  Слайд 3
  

  «Целью курса«Биоорганическая химия», как учебной дисциплины, является формирование знаний взаимосвязи строения и химических свойств биологически важных классов органических соединений, биополимеров и их структурных компонентов, т.е. платформы для восприятия биологических и медицинских знаний на молекулярном уровне.»

• 
  Слайд 4
  

  « Конечная цельизучения курса «Биоорганическая химия» в медицинских вузах состоит в формировании системных знаний о закономерностях в химическом поведении основных классов органических соединений во взаимосвязи с их строением для использования этих знаний в качестве основы при изучении на молекулярном уровне процессов, протекающих в живом организме.»

• 
  Слайд 5
  

  Объекты биоорганической химии •Биополимеры (и их структурные компоненты) - высокомолекулярные природные соединения - белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, липиды, а также их производные. Являются структурной основой живых организмов и играют определяющую роль в процессах жизнедеятельности.

• 
  Слайд 6
  

  •Биорегуляторы—природные вещества, обладающиебиорегулирующей векторностью (терпеноиды,стероиды,витамины,алкалоиды, простагландины,флавоноидыи др.). •Метаболиты—промежуточные продукты обмена веществ в живых клетках. Многие из них оказывают регулирующее влияние на биохимические и физиологические процессы в организме.

• 
  Слайд 7
  

  «Жизнь – это особая форма существования биополимерных тел (систем), характеризующихся хиральной чистотой и способностью к самоорганизации и саморепликации в условиях постоянного обмена с окружающей средой веществом, энергией и информацией» (акад. В.Гольданский, 1986 г.), Виталий Иосифович Гольданский

• 
  Слайд 8
  

  “Натура тем паче всего удивительна, что в простоте своей многохитростна и от малого числа причин производит неисчислимые образы свойств, перемен и явлений» М.В. Ломоносов 1711-1765

• 
  Слайд 9
  

  2. Систематическая номенклатура ИЮПАК

• 
  Слайд 10
  
• 
  Слайд 11
  

  СТРОЕНие АТОМА

• 
  Слайд 12
  
• 
  Слайд 13
  

  Атомная орбиталь(АО) — это часть атомного пространства, в котором вероятность нахождения электрона максимальна

• 
  Слайд 14
  

  Правило Хунда (Гунда): Орбиталиданного подуровня заполняются сначала по одному электрону. Правило Паули: на орбитали могут располагаться не более двух электроновс противоположными спинами Принцип устойчивости: АОзаполняются электронами в порядке повышения их энергетических уровней: 1s

• 
  Слайд 15
  

  Электронный паспорт Р15 15 Фосфор P 30,974 3s23p3

• 
  Слайд 16
  

  Гибридизация Электронное строение атома углерода, С: основное состояние возбужденное состояние C1s22s22p2 C*1s22s12p3

• 
  Слайд 17
  

  . Гибридизация - смешивание волновых функций различных валентных электронов атома, в результате которого волновые функции всех этих электронов приобретают одинаковый вид

• 
  Слайд 18
  

  sp3-гибридизация атома углерода C sp3 1s22(sp3)4

• 
  Слайд 19
  

  Молекула метана

• 
  Слайд 20
  

  sp2-гибридизация атома углерода

• 
  Слайд 21
  

  C sp2 1s22(sp2)32p1

• 
  Слайд 22
  

  sp sp p

• 
  Слайд 23
  

  Csp1s22(sp)22p2

• 
  Слайд 24
  
• 
  Слайд 25
  

  Молекула ацетилена

• 
  Слайд 26
  
• 
  Слайд 27
  

  Химическая связь в органических соединениях Химическая связь– взаимодействие между 2 атомами, осуществляемое путем обмена электронами и приводящее к образованию молекул. Типы химической связи

• 
  Слайд 28
  
• 
  Слайд 29
  

  молекулярная орбиталь полностью смещена от одного атома (превращающегося в катион) к другому (превращающемуся в анион).

• 
  Слайд 30
  

  В белках ионные связи могут завязываться между остатками моноаминодикарбоновых и диаминомонокарбоновых кислот, стабилизируя третичную структуру белка: Asp Lys

• 
  Слайд 31
  

  Ковалентная связь образуется путём обобществления пары электронов двух связываемых атомов.

• 
  Слайд 32
  
• 
  Слайд 33
  
• 
  Слайд 34
  

  ковалентная связь, образованная при «лобовом» или «осевом» перекрывании АО вдоль оси, соединяющей ядра атомов ковалентная связь, возникающая при «боковом» перекрывании негибридных p-орбиталей.

• 
  Слайд 35
  
• 
  Слайд 36
  

  Молекула этана

• 
  Слайд 37
  
• 
  Слайд 38
  

  Молекула этилена

• 
  Слайд 39
  

  Молекула этилена

• 
  Слайд 40
  

  Кратные связи H2C = CH2

• 
  Слайд 41
  

  Молекула ацетилена

• 
  Слайд 42
  
• 
  Слайд 43
  

  Характеристики ковалентных связей Ι. Энергия связи ΙΙ. Длина связи ΙΙΙ. Полярность IV. Поляризуемость Ι. ΙΙ.

• 
  Слайд 44
  

  Сила притягивания и удерживания электронного облака ядром атома характеризуется как электроотрицательность III. Полярность связи - неравномерноераспределение ( поляризация) электронной плотности

• 
  Слайд 45
  

  доля s-облака ЭО уменьшается по мере удаления внешнего электронного слоя от ядра (F, Cl, Br, J; O, S), а также по мере уменьшения числа электронов на внешнем уровне при неизменности размеров атома (F, O, N, C; Cl, S).

• 
  Слайд 46

  Шкала электроотрицательности по Полингу:

  F O Cl, N Br J C, S H 4,0 3,5 3,0 2,8 2,6 2,5 2,2 .

• 
  Слайд 47
  
• 
  Слайд 48
  

  IV. Поляризуемость Ковалентная связь обладаетполяризуемостью— способностью смещать электроны связи под влиянием внешнего электрического поля. (Определяется подвижностью электронов. Электроны тем подвижнее,чем дальше находятся от ядер). -связи поляризуются гораздо легче, чем -связи >C=C>C=N >>C=O >C=O C=S -СС->>C=C

• 
  Слайд 49
  

  Классификация ковалентных связей по способу образования Обменный механизм. В образовании связи участвуют одноэлектронные атомные орбитали. Каждый атом предоставляет 1 электрон для образования общей пары:

• 
  Слайд 50
  

  Связь между атомами А и В образуется с помощью общей пары электронов. Донорно-акцепторнаясвязь Обменный механизм

• 
  Слайд 51
  

  Донорно-акцепторная связь-ковалентная связь, образующаяся за счет пары электронов одного из партнеров по связи.

• 
  Слайд 52
  

  Семиполярная ковалентная связь

• 
  Слайд 53
  

  Водородная связь – притяжение протонизированного атома водорода, присоединённого к атому электроотрицательного элемента, к любому другому атому, несущему отрицательный заряд или неподелённую электронную пару:

• 
  Слайд 54
  

  Водородная связь

• 
  Слайд 55
  
• 
  Слайд 56
  

  В –α- форме белков каждый первый и пятый остатки аминокислот образуют между собой водородные связи, формируя спираль:

• 
  Слайд 57
  

  Водородные связи между комплементарными основаниями в двойной спирали ДНК: между аденином и тимином образуются две водородные связи, а между гуанином и цитозином завязываются три связи: Ade Thy Gua Cyt

• 
  Слайд 58
  

  Локализованной, двухцентровой, называется двойная связь, в которой электронная плотность -связи охватывает только два ядра связываемых атомов. Делокализованная-связь охватывает более двух атомов. Ковалентная связь

• 
  Слайд 59
  
• 
  Слайд 60
  
• 
  Слайд 61
  

  --сопряжение в системах с углеродной цепью

• 
  Слайд 62
  

  --сопряжение

• 
  Слайд 63
  

  --сопряжение

• 
  Слайд 64
  

  р- сопряжение

• 
  Слайд 65
  
• 
  Слайд 66
  

  Сопряжение в аллильном радикале

• 
  Слайд 67
  
• 
  Слайд 68
  

  Теория резонанса. Распределение электронов в молекулах (в том числе сложных ионах или радикалах), является комбинацией (резонансом) канонических структур

• 
  Слайд 69
  
• 
  Слайд 70
  
• 
  Слайд 71
  
• 
  Слайд 72
  

  Мезомерный эффект (эффект сопряжения)

• 
  Слайд 73

  Биологически важные открытые сопряжённые системы.

  Чем длиннее цепь сопряжения, тем больше выигрыш в энергии при ее образовании

• 
  Слайд 74
  
• 
  Слайд 75

  СОПРЯЖЁННЫЕ СИСТЕМЫ С ЗАМКНУТОЙ ЦЕПЬЮ.

  бензол нафталин пиррол тиофен пиридин круговая делокализация р-электронов фуран

• 
  Слайд 76
  

  Ароматичность — особое свойство некоторых химических соединений, благодаря которому сопряженное кольцо ненасыщенных связей проявляет аномально высокую стабильность; большую чем та, которую можно было бы ожидать только при одном сопряжении.

• 
  Слайд 77
  
• 
  Слайд 78

  Ароматичность

  Эрих Арманд Артур Йозеф Хюккель ( Erich Armand Arthur Joseph Hückel) (9 августа1896, Берлин — 16 февраля1980, Марбург) немецкий физик и химик, один из основоположников квантовой химии

• 
  Слайд 79

  Правило Хюккеля.

  Система ароматична, если она обладает совокупностью следующих признаков: а) все атомы в цикле находятся в sр2-гибридизации (следовательно ,-скелет плоскостной); б) молекула имеет циклическую систему сопряжения; в) в сопряжении участвует (4n+2) -  -электронов, где n — целое число (n=0,1,2,3,4...).

• 
  Слайд 80
  
• 
  Слайд 81
  
• 
  Слайд 82
  
• 
  Слайд 83
  
• 
  Слайд 84
  

  пиридин Шестичленные гетероциклы π-недостаточный цикл

• 
  Слайд 85
  
• 
  Слайд 86
  

  π - избыточные циклы Пятичленные гетероциклы

• 
  Слайд 87
  

  Пиррольный атом азота

• 
  Слайд 88
  

  Пиррольный атом азота

• 
  Слайд 89
  

  Порфин — плоскостная ароматическая система, в которой в сопряжении участвуют 26 - -электронов (n=6) Е сопр.=840 кДж/моль

• 
  Слайд 90
  
• 
  Слайд 91

  Взаимное влияние атомов в молекуле

  Сверхсопряжение (гиперконъюгация) 2-метилбутен-2 2-метилбутен-1 – стабилизация частично заполненной или свободной орбитали путём перекрывания с заполненной связывающей σ-орбиталью.

• 
  Слайд 92
  
• 
  Слайд 93
  
• 
  Слайд 94

  Взаимное влияние атомов в молекулеИндуктивный эффект

  Смещение электронной плотности по цепи -связей называется индуктивным эффектом и обозначается буквой I.

• 
  Слайд 95
  

  Электроноакцепторные заместители X, т.е. атом или группа атомов, смещающие электронную плотность -связи от атома углерода, проявляют отрицательный индуктивный эффект(-I-эффект). C X Электронодонорные заместители X, т. е. атом или группа атомов, смещающие электронную плотность к атому углерода, проявляют положительный индуктивный эффект(+I-эффект). C X Индуктивный эффект

• 
  Слайд 96
  

  –Iэффектпроявляют 1.заместители, которые содержат атомы с большей ЭО, чем у углерода: -F, -Cl, -Br, -OH, -NH2, -NO2, >C=O, -COOHи др.; 2. катионы.

• 
  Слайд 97
  

  +Iэффектпроявляют заместители, содержащие атомы с низкой электроотрицательностью: 1. - насыщенные углеводородные радикалы (-CH3, -C2H5) и т.п., (СН3)3С- > (СН3)2 СН- > СН3 — СН2 - > CН3- трет.бутил изопропил этил метил 2. -металлы (-Mg-, -Li); 3. - анионы

• 
  Слайд 98
  

  I – эффект затухаетпо цепи, распространяется на 3-4 σ- связи –I

• 
  Слайд 99

  Мезомерный эффект

  Мезомерный эффект – передача электронного влияния заместителей по сопряжённой системе

• 
  Слайд 100
  

  +М-эффектомобладают заместители, повышающие электронную плотность в сопряжённой системе. + М: NH2, NHR, NR2, OH, OR, SH, SR, CH=CH2, CCH.

• 
  Слайд 101
  

  - М-эффектпроявляют заместители, которые понижают электронную плотность в сопряжённой системе. - M: C=O, COOH, NO2, CN, CH=NH, N=O, SO3H, SO2H.

• 
  Слайд 102
  
• 
  Слайд 103
  
• 
  Слайд 104

  Спасибо за внимание!

• 
  Слайд 105
  
• 
  Слайд 106
  
• 
  Слайд 107
  
• 
  Слайд 108
  
• 
  Слайд 109
  
• 
  Слайд 110
  
• 
  Слайд 111
  

  2. Систематическая номенклатура ИЮПАК

• 
  Слайд 112
  
• 
  Слайд 113