Тема 27. Стероиды
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ТЕМЫ:
1. Строение циклопентанпергидрофенантрена (стерана). Сквален – биохимический предшественник стероидов.
2. Холестерин: строение, физические и химические свойства. Биологическая роль.
3. Желчные кислоты: холевая, дезоксихолевая, литохолевая. Парные желчные кислоты – гликохолевая, таутохолевая – их поверхностно-активные свойства и биологическая роль.
4. Стероидные гормоны. Их структура, понятие о биологическом действии.
4.1. Гормоны коры надпочечников (кортикостероиды), производные прегнана: глюкокортикоиды – кортизон; минералокортикоиды – альдостерон.
4.2. Половые гормоны: женские – эстрагены, прогестерон; мужские – андростерон, тестостерон.
5. Лекарственные препараты стероидной струкутуры.
5.1. Синтетические аналоги глюкокортикоидов – гидрокортизон, преднизолон, фторсодержащие – препараты противовоспалительного действия.
5.2. Синтетические аналоги женских и мужских половых гормонов – препараты анаболического и противоопухолевого действия.
5.3. Сердечные гликозиды – дигитоксигенин, строфантидин.
ПИСЬМЕННОЕ ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ:
1. Напишите структурную формулу стерана, отметьте буквенное обозначение колец и нумерацию атомов.
2. Напишите структурную формулу холестерина, обозначьте нумерацию атомов. Какие физические и химические свойства холестерина можно предположить, исходя из его строения?
3. При действии серной кислоты на раствор холестерина в хлороформе появляется красное окрашивание (качественная реакция на холестерин). Какими химическими превращениями обусловлена эта реакция?
4. Проанализируйте структурные формулы трех стероидных гормонов: эстрадиола (I), эстриола (II) и андростерона (III):
Какими химическими реакциями можно отличить эти вещества друг от друга?
5. Стероидные гормоны как лекарственные средства часто используются в виде так называемых ацетонидов – циклических ацеталей, образующихся при взаимодействии 1,2- и 1,3-диолов с ацетоном в присутствии кислоты. Какие из приведенных в п.4 веществ могут образовывать ацетониды? Напишите схему этой реакции.
6. В фармацевтическом анализе для идентификации некоторых препаратов используют их реакцию с 2,4-динитрофенилгидразином. Какие из приведенных в п.4 веществ могут вступать в эту реакцию? Напишите схему реакции.
ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ:
Основная:
1.Лекция по теме: «Cтероиды».
1. Н.А.Тюкавкина, Ю.И.Бауков – Биоорганическая химия – ДРОФА, М., 2007 г., с. 469-483.
Дополнительная:
1. В.В.Племенков – Введение в химию природных соединений – Учебное пособие для химических, биологических и медицинских специальностей ВУЗов, Казань, 2001, с. 184-190.
2. Ю.А.Овчинников – Биоорганическая химия – М., Просвещение, 1987 г.,
с. 702-714.
Раздел II. Лабораторные работы
Работа №10: Качественные реакции на аминокислоты и белки
1. Образование комплекса Cu2+ с глицином
В пробирку помещают небольшое количество CuO, приливают 2-3 мл раствора глицина и кипятят на спиртовке ~ 1 мин. Отмечают изменение цвета раствора.
2. Биуретовая реакция на белок
В пробирке к 2-3 мл 10%-го раствора NaOH добавляют 2-3 капли раствора CuSO4, выпадает осадок Cu(OH)2. К полученной массе приливают 1-2 мл раствора яичного альбумина, встряхивают. Отмечают изменение цвета раствора.
3. Ксантопротеиновая реакция на белок
В пробирке к 1 мл раствора яичного альбумина приливают 1 мл (не больше!) азотной кислоты и нагревают на спиртовке ~ 0,5 мин. Отмечают изменение цвета. Добавляют 1-2 мл 10%-го раствора NaOH, встряхивают, отмечают изменение цвета раствора.
По окончании работы составьте отчет и сдайте на проверку преподавателю.
Содержание отчета:
I. Ход работы.
II. Выводы:
Отметьте: 1) Что означает изменение цвета реакционной массы? 2) Напишите схемы химических превращений. 3) Какое практическое значение имеют проведенные реакции?
ЛИТЕРАТУРА:
Н.Н.Артемьева, В.Л.Белобородов и др. (под редакцией Н.А.Тюкавкиной) – Руководство к лабораторным занятиям по органической химии – ДРОФА, М.,2003 г., с. 314-316.
Работа №11: Качественные реакции на моносахариды
1. Качественные реакции глюкозы
а) В пробирке к 2-3 мл 10%-го раствора NaOH добавляют 2-3 капли раствора CuSO4, выпадает осадок Cu(OH)2. К полученной массе приливают 1-2 мл раствора глюкозы, встряхивают. Отмечают изменения реакционной массы.
б) После проведения предыдущего опыта пробирку (верхнюю часть жидкости) нагревают на спиртовке 5-10 сек. Отмечают изменение цвета.
в) В пробирке к 2-3 мл раствора глюкозы приливают 1 мл реактива Фелинга и нагревают верхнюю часть пробирки на спиртовке 5-10 сек. Отмечают изменение цвета.
2. Реакция Селиванова на фруктозу
В пробирку помещают 1 мл раствора фруктозы и 1 мл реактива Селиванова, перемешивают и кипятят на спиртовке 1-2 мин. Отмечают изменение цвета раствора.
По окончании работы составляется отчет и сдается на проверку преподавателю.
Содержание отчета:
I. Название работы.
II. Ход работы.
III.Схемы химических реакций.
IV.Выводы:
Отметьте: 1) Что означает изменение цвета реакционной массы? 2) Напишите схемы химических превращений. 3) Какое практическое значение имеют проведенные реакции?
Работа №12: Качественная реакция на крахмал
В пробирку помещают 1 мл раствора крахмала и добавляют 1 каплю (не больше!) раствора йода. Отмечают изменение цвета. Затем добавляют 2-3 мл воды и нагревают на спиртовке при кипении 1-2 мин. Отмечают изменение цвета. Пробирку охлаждают под струей воды (перемешивание), отмечают изменение цвета.
По окончании работы составляется отчет и сдается на проверку преподавателю.
Содержание отчета:
I. Название работы.
II. Ход работы.
III.Схемы химических реакций.
IV.Выводы:
Отметьте: 1) Что означает изменение цвета реакционной массы? 2) Напишите схемы химических превращений. 3) Какое практическое значение имеет проведенная реакция?
Работа №13: Получение фенилдиазонийхлорида и его реакции
1. Получение фенилдиазонийхлорида
Предварительно приготовляют раствор нитрита натрия: 6 лопаточек нитрита натрия растворяют в 2 мл воды.
В колбу на 25 мл помещают 1 мл анилина, 7-8 мл воды и 3 мл концентрированной соляной кислоты, перемешивают до полного растворения анилина. Смесь охлаждают в бане со льдом до 0-5о. Затем при непрерывном перемешивании по каплям 1 мл приготовленного раствора нитрита натрия, поддерживая температуру не выше 0-5о. Затем сделайте пробу реакционной массы на йодкрахмальную бумагу: если реакция полностью закончилась, то бумага окрашивается в сине-фиолетовый цвет, в противном случае добавьте еще 2-3 капли раствора NaNO2 и вновь сделайте йодкрахмальную пробу.
Полученный раствор фенилдиазонийхлорида сохраните для следующих опытов (держать при 0-5о!).
Вопросы и задания
1. Напишите схему реакции диазотирования анилина, объясните её механизм.
2. Почему меняется окраска йодкрахмальной бумаги (схема реакции)?
2. Разложение фенилдиазонийхлорида при нагревании
Часть полученного раствора фенилдиазония (примерно 3 мл) отделите в чистую пробирку и слегка нагрейте её над пламенем спиртовки, Немедленно начинается выделение пузырьков газа, которое далее продолжается без нагревания. По окончании выделения газа пробирку охладите холодной водой и добавьте в неё 1 каплю раствора хлорного железа (FeCl3) – появляется фиолетовая окраска.
Вопросы и задания
1. Напишите схему реакции разложения фенилдиазонийхлорижа при нагревании, Какой газ при этом выделяется?
3. Получение 4-диметиламиноазобензола
В пробирку помещают 1 каплю N,N-диметиланилина, 3-4 капли воды и добавляют несколько капель концентрированной соляной кислоты до образования прозрачного раствора. Смесь охлаждают в бане со льдом и прибавляют к ней часть (примерно 3 мл) раствора фенилдиазонийхлорида. Энергично встряхивают пробирку и медленно прибавляют к ней раствор ацетата натрия до выпадения желто-оранжевого осадка продукта.
Вопросы и задания
1. Напишите схему реакции азосочетания фенилдиазонийхлорида с диметиланилином. Каков её механизм? Почему HCl в этой реакции берется в избытке?
2. С какой целью добавляется раствор ацетата натрия?
4. Получение α-фенилазо-β-нафтола
В пробирку помещают несколько крупинок β-нафтола и добавляют до растворения 2-3 капли 10%-го раствора NaOH. 1 каплю полученного раствора добавляют к 3 мл раствора фенилдиазония. Азокраситель выпадает в виде осадка оранжево-красного цвета.
Вопросы и задания
1. Напишите схему реакции азосочетания фенилдиазонийхлорида с β-нафтолом.
2. Почему в данном случае реакция азосочетания проводится в щелочной среде?
По окончании работы составьте отчет и сдайте на проверку преподавателю.
Содержание отчета:
I. Название работы.
II. Ход работы.
III. Ответы на вопросы и задания.
Литература
1.Руководство к лабораторным занятиям по органической химии под ред. Н.А.Тюкавкиной – ДРОФА, М, 2003, с. 298-299.
Работа №14: Синтез ацетона
Схема химической реакции:
В двугорлую колбу емкостью 200 мл с обратным холодильником и капельной воронкой 20 мл изопропилового спирта. В стакане растворяют 22,8 г дихромата натрия в 60 мл воды, и к полученному раствору осторожно при перемешивании приливают 20 мл концентрированной серной кислоты. Полученную хромовую смесь переносят в капельную воронку и порциями по 1-2 мл приливают в колбу с изопропиловым спиртом. Реакционная смесь разогревается, поэтому следующие порции хромовой смеси прибавляют постепенно при встряхивании колбы после некоторого остывания реакционной массы. После прибавления всей хромовой смеси колбу нагревают на водяной бане в течение 10 мин. и затем охлаждают до комнатной температуры. Реакционную массу переносят в колбу Вюрца с нисходящим прямым холодильником и отгоняют ацетон на водяной бане, собирая фракцию с т.кип. в интервале 55-58оС. Полученный продукт высушивают безводным хлоридом кальция, затем отделяют от CaCl2 декантацией и замеряют его объем.
Ацетон – бесцветная жидкость с характерным запахом, т.кип. – 56оС, плотность – 0,79 г\мл; с водой и большинством органических растворителей смешивается в любых отношениях.
Содержание отчета:
I. Название работы.
II. Схема реакции.
III. Использованные реактивы.
IV. Ход работы.
V. Полученные результаты:
а) физико-химические константы полученного продукта (температура кипения);
б) количество продукта в граммах;
в) выход продукта в % от теоретического (рассчитать по уравнению реакции).
Литература
1.Руководство к лабораторным занятиям по органической химии под ред. Н.А.Тюкавкиной – ДРОФА, М, 2003, с. 154.
Работа №15: Синтез ацетилсалициловой кислоты
Схема химической реакции:
В коническую колбу на 25 мл помещают 1,5 г салициловой кислоты, 3 мл уксусного ангидрида и 3-4 капли 85%-го раствора фосфорной кислоты. Колбу снабжают обратным холодильником с хлоркальциевой трубкой и нагревают на водяной бане при 70-80о 30 мин. Смесь охлаждают в бане со льдом и приливают в колбу 20 мл холодной воды. Ацетилсалициловая кислота выпадает в виде кристаллического осадка, который отфильтровывают под вакуумом, промывают холодной водой и перекристаллизовывают из водного этанола. Полученный продукт сушат при 50о, определяют его температуру плавления и взвешивают. Оцените качество продукта, сравнив его т.пл. с т.пл.исходной салициловой кислоты (160оС).
Ацетилсалициловая кислота (аспирин) – бесцветные кристаллы с т.пл. 133-136оС. При нагревании свыше 140о разлагается. Растворима в этаноле (20 г в 100 мл 90%-го спирта), плохо растворима в воде. При хранении во влажной атмосфере гидролизуется.
Содержание отчета:
I. Название работы.
II. Схема реакции.
III. Использованные реактивы.
IV. Ход работы.
V. Полученные результаты:
а) физико-химические константы полученного продукта (температура плавления);
б) количество продукта в граммах;
в) выход продукта в % от теоретического (рассчитать по уравнению реакции).
Литература
1.Руководство к лабораторным занятиям по органической химии под ред. Н.А.Тюкавкиной – ДРОФА, М, 2003, с. 152-153.
Работа №16: Кислотные свойства мочевой кислоты
Трудно растворимая в воде аммониевая соль мочевой кислоты является компонентом мочевых камней.
В пробирку помещают на кончике лопатки мочевую кислоту и при встряхивании добавляют 5 – 6 капель воды. Мочевая кислота плохо растворяется в воде. К полученной взвеси добавляют 1 каплю 10%-го раствора NaOH. Раствор становится прозрачным вследствие образования динатриевой соли мочевой кислоты. К этому раствору добавляют 1 каплю насыщенного раствора NH4Cl. Наблюдается появление осадка.
По окончании работы составляется отчет и сдается на проверку преподавателю.
Содержание отчета:
I. Название работы.
II. Ход работы.
III. Схема химических реакций.
IV. Выводы:
1) Напишите схемы происходящих химических реакций.
2) Какое биологическое значение имеют наблюдаемые свойства мочевой кислоты и её солей?
Литература
1.Руководство к лабораторным занятиям по органической химии под ред. Н.А.Тюкавкиной – ДРОФА, М, 2003, с. 340.
Работа №17: Качественная реакция обнаружения кофеина
Для качественного определения производных ксантина, в том числе кофеина, применяется т.н. мурексидная реакция, в результате которой образуются соединения, имеющие фиолетовую окраску.
Кофеин (А) под действием перекиси водорода расщепляется на метилмочевину (В) и диметилаллоксан (С). Последний в присутствии HCl образует димер (D), который под действием аммиака превращается в ярко окрашенную аммониевую соль пурпуровой кислоты (Е):
Полученный в предыдущем опыте продукт помещают в фарфоровую чашку, добавляют 10 капель 3%-го раствора перекиси водорода и 10 капель 10%-й соляной кислоты. Жидкость упаривают на кипящей водяной бане. К остатку добавляют 2-3 капли 10%-го водного раствора аммиака. Появляется пурпурно-фиолетовое окрашивание.
Содержание отчета:
I. Название работы.
II. Ход работы
III. Выводы:
1) Напишите схемы происходящих химических реакций.
2) Какое практическое значение имеют проведенные вами реакции?
Литература
1.Руководство к лабораторным занятиям по органической химии под ред. Н.А.Тюкавкиной – ДРОФА, М, 2003, с. 339.
Работа №18: Качественные реакции на алкалоиды