Министерство здравоохранения Республики Беларусь
Учреждение образования
«Гомельский государственный медицинский университет»
Кафедра общей и биоорганической химии
ВОПРОСЫ
для подготовки к экзамену по биоорганической химии
для студентов 1 курса лечебного факультет и ФПСЗС
в 2009-2010 учебном году
Гомель
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ
ПО БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
1. Биоорганическая химия как область науки, изучающая строение и механизм функционирования биологически активных молекул с позиций теоретической органической химии.
2. Органическая химия природных соединений – фундаментальная основа биоорганической химии. Предмет и задачи биоорганической химии.
3. Теория строения органических соединений А.М.Бутлерова и ее развитие на современном этапе. Специфическое явление органической химии – изомерия – и обусловленное ею многообразие органических соединений. Структурная изомерия.
4. Принципы номенклатуры органических соединений. Основные правила систематической номенклатуры органических соединений: заместительная и радикало-функциональная номенклатура.
1. Теоретические основы строения и факторы, определяющие реакционную способность органических соединений
1. Пространственное строение органических соединений, его связь с типом гибридизации атома углерода: sp3, sp2, sp. Стереохимические формулы. Важнейшие понятия стереохимии – конфигурация и конформация.
2. Конформации открытых цепей. Вращение вокруг одинарной связи как причина возникновения различных конформаций. Энергетическая характеристика конформационных состояний: заслоненные, заторможенные, скошенные конформации. Проекционные формулы Ньюмена.
3. Конформации (кресло, ванна) циклических соединений (циклогексан, тетрагидропиран); их относительная потенциальная энергия. Аксиальные и экваториальные связи. Связь пространственного строения с биологической активностью.
4. Сопряжение (π,π- и р,π-сопряжение). Сопряженные системы с открытой цепью: 1,3-диены (бутадиен, изопрен, аллильный карбкатион); полиены (каротиноиды, витамин А); гетеросопряженные системы (α,β-непредельные карбонильные соединения, карбоксильная группа).
5. Сопряженные системы с замкнутой цепью. Ароматичность. Критерии ароматичности, правило ароматичности Хюккеля.
6. Ароматичность бензоидных (бензол, нафталин, фенантрен), небензоидных (циклопентадиенильный анион) и гетероциклических (фуран, тиофен, пиррол, имидазол, пиридин, пиримидин, пурин) соединений. Энергия сопряжения (делокализации).
7. Пиррольный и пиридиновый атомы азота, π-избыточные и π-не-достаточные ароматические системы. Делокализация электронов как один из важных факторов повышения устойчивости молекул и ионов, ее широкая распространенность в биологически важных молекулах (порфин, гем, хлорофилл, гемоглобин и др.).
8. Поляризация связей. Электронные эффекты – индуктивный и мезомерный – как причина неравномерного распределения электронной плотности и возникновения реакционных центров в молекуле. Электронодонорные и электроноакцепторные заместители.
9. Теория Бренстеда. Общие закономерности в изменении кислотных или основных свойств во взаимосвязи с природой атомов в кислотном или основном центре, электронными эффектами заместителей при этих центрах и сольватационными эффектами.
10. Стабильность аниона кислоты – качественный показатель кислотных свойств. Кислотные свойства органических соединений с водородсодержащими функциональными группами (спирты, фенолы, тиолы, карбоновые кислоты, амины).
11. Основные свойства нейтральных молекул, содержащих гетероатомы с неподеленными парами электронов (спирты, тиолы, простые эфиры, сульфиды, карбонильные соединения, амины).
12. Кислотно-основные свойства азотсодержащих гетероциклов (пиррол, имидазол, пиридин).
13. Классификация органических реакций по результату (замещения, присоединения, элиминирования, перегруппировки, окислительно-восстановительные) и по механизму – радикальные, ионные (электрофильные, нуклеофильные), согласованные.
14. Типы реагентов: радикальные, кислотные, основные, электрофильные, нуклеофильные. Способы разрыва ковалентной связи в органических соединениях и образующиеся при этом частицы: свободные радикалы (гомолитический разрыв), карбкатионы и карбанионы (гетеролитический разрыв). Электронное и пространственное строение этих частиц и факторы, обусловливающие их относительную устойчивость.
15. Реакционная способность углеводородов. Реакции свободнорадикального замещения: гомолитические реакции с участием С-Н связей sp3- гибридизированного атома углерода. Механизм свободнорадикального замещения на примере реакции галогенирования алканов. Региоселективность реакций свободнорадикального замещения. Понятие о цепных процессах.
16. Реакции электрофильного присоединения в ряду алкенов и алкадиенов: гетеролитические реакции с участием π-связи между гибридизированными атомами углерода. Механизм реакций гидрогалогенирования и гидратации. Кислотный катализ. Правило Марковникова.
17. Особенности электрофильного присоединения к сопряженным системам: гидратация α,β-ненасыщенных карбоновых кислот на примере акриловой кислоты.
18. Реакции электрофильного замещения: гетеролитические реакции с участием π-электронного облака ароматической системы. Механизм реакций галогенирования, нитрования, сульфирования и алкилирования ароматических соединений. π- и σ- комплексы. Роль катализаторов в образовании электрофильной частицы.
19. Влияние заместителей в бензольном ядре и гетероатомов ароматических гетероциклов на реакционную способность. Ориентирующее влияние заместителей и гетероатомов.
20. Реакции нуклеофильного замещения у sp3-гибридизованного атома углерода: гетеролитические реакции, обусловленные поляризацией связи углерод – гетероатом (галогенопроизводные, спирты). Легко и трудно уходящие группы; связь легкости ухода группы с ее строением.
21. Реакции гидролиза галогенопроизводных. Реакции алкилирования спиртов, фенолов, тиолов, аммиака и аминов. Роль кислотного катализа в нуклеофильном замещении гидроксильной группы. Галогенопроизводные, спирты, эфиры серной и фосфорной кислот как алкилирующие реагенты. Биологическая роль реакций алкилирования.
22. Реакции элиминирования (дегидрогалогенирование, дегидратация). Повышенная СН-кислотность как причина реакций элиминирования, сопровождающих нуклеофильное замещение у sp3- гибридизованного атома углерода.
23. Реакции нуклеофильного замещения в ряду карбоновых кислот (карбоновые кислоты и их функциональные производные). Электронное и пространственное строение карбоксильной группы.
24. Характеристика кислотных свойств карбоновых кислот: одно-, двухосновных, предельных, непредельных, ароматических.
25. Реакции ацилирования – образования ангидридов, сложных эфиров, сложных тиоэфиров, амидов – и обратные им реакции гидролиза.
26. Ацилирующие реагенты (ангидриды, галогенангидриды, карбоновые кислоты, сложные эфиры, сложные тиоэфиры), сравнительная активность этих реагентов. Ацилфосфаты и ацилкофермент А – природные макроэргические ацилирующие реагенты. Биологическая роль реакций ацилирования. Понятие о реакциях фосфорилирования.
27. Реакции нуклеофильного присоединения: гетеролитические реакции с участием π-связи углерод-кислород (альдегиды и кетоны).
28. Механизм реакций карбонильных соединений с водой, спиртами, тиолами, первичными аминами.
29. Реакции альдольного присоединения. Основной катализ. Альдольное расщепление как реакция обратная альдольному присоединению. Биологическое значение этих процессов.
30. Реакции окисления и восстановления органических соединений. Специфика окислительно-восстановительных реакций органических соединений. Понятие об одноэлектронном переносе. Перенос гидрид-иона в системе НАД+–НАДН.
31. Реакции окисления спиртов, тиолов, сульфидов, карбонильных соединений, аминов. Дисмутация формальдегида (реакция Канницаро-Тищенко), ее механизм. Реакции восстановления карбонильных соединений, дисульфидов, иминов.