Задачи биоорганической химии. Природные источники. Оптическая изомерия на примере глицеринового альдегида

Биоорганическая химия

доцент кафедры органической химии и химии нефти , к.т.н.

2009/2010 уч.год РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина Кафедра Органической химии и химии нефти Положение о рейтинговой системе оценок знаний студентов по дисциплине «Биоорганическая химия и основы биотехнологии» (студенты ФХТЭ, V семестр)

Тесты пишутся в лекционные часы, согласно календарного плана занятий При отсутствии на контрольном мероприятии или написании теста ниже минимального значения предоставляется две возможности для его написания (переписывания) в конце семестра по дополнительному графику. Итоговая оценка за семестр выставляется по следующим критериям: 88-100 баллов - «отлично» 71-87 баллов - «хорошо» 45-70 баллов - «удовлетворительно»

Рекомендуемая литература:

• 1. Б.Д.Березин, Д.Б.Березин Курс современной органической химии.-М.:Высш.шк., 2001, 768 с.
• 2. Петров А.А., Бальян Х.В.,Трощенко А.Т. Органическая химия; Учебник для вузов. СПб.: «Иван Федоров», 2003. –624 с.
• 3. А.И.Артеменко Органическая химия.-М:Высш.шк., 2000, 559 с.
• 4. М.-Г.А.Швехгеймер, К.И.Кобраков Органическая химия: Учеб. для нехимических спец.вузов-М.:Высш.шк.,1994.-543 с.
• 5. Гранберг И.И. Органическая химия: Учебник для с/х и биологических спец.вузов. –М.; Высш.шк., 1987.-480 с.
• 6. Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина Биологическая химия: Учебник для хим.,биол. и мед. спец.вузов. –М.; Высш.школа.2000. –479 с.
• 7. Б.Клик, Дж.Пастернак Молекулярная биотехнология.Принципы и применение.-М.:Мир, 2002.
• 8. Т.А.Егорова, С.М.Клунова, Е.А.Живухина Основы биотехнологии. М:. «ACADEMA», 2006., 208 с.
• 9. Биотехнология : принципы и применение. Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса. М., Мир, 1988

Биоорганическая химия

• это раздел органической химии,
• изучающий органические вещества более сложной организации,
• участвующие в процессах жизнедеятельности, метаболизма:
• - биополимеры (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты и др.);
• биорегуляторы (ферменты, гормоны, витамины и др.);
• синтетические биологически активные соединения (лекарственные препараты, регуляторы роста растений, гербициды и т.п.)

Биополимеры полисахара: целлюлоза

Полимеры полиэтилен – [-CH2-CH2-]n каучук – [-CH2-CH=CH-CH2-]n и др.

Сложные органические вещества (С4Н10, С17Н35СООН и др.)

Сложные неорганические вещества (Н2О, Н2SO4 и др.)

Простые вещества (О2, N2, C и др. )

Задачи биоорганической химии:

• изучение строения природных и синтез искусственных биологически активных соединений;
• изучение их химических превращений внутри и вне организма.

Углеводы (сахара)

• - до 80% массы сухого вещества растений;
• - около 2% массы сухого вещества животных организмов.
• Природные источники:
• - углеводы, синтезируемые растениями;
• - глюкозиды;
• - танины.

свет

6 СО2 + 6 Н2О

С6Н12О6 + 6 О2

хлорофилл

Сn(H2O)n

К л а с с и ф и к а ц и я у г л е в о д о в

С а х а р а

Моносахариды Монозы (простые сахара)

Полисахариды Полиозы (сложные сахара)

Моносахариды Монозы (простые сахара)

Низкомолекулярные сахароподобные (олигосахариды)

Высокомолекулярные несахароподобные

Альдозы

Кетозы

Триозы Тетрозы Пентозы Гексозы Гептозы

Восстанавливающие

Гомополисахариды

Невосстанавливающие

Гетерополисахариды

3-9 атомов С

Моносахариды (монозы)

- соединения, в основе которых лежит неразветвленная углеродная цепочка (не менее 3-х атомов углерода), при одном из атомов которой находится карбонильная группа, а при всех остальных – по одной гидрокси-группе. (СН2О)n

Оптическая изомерия на примере глицеринового альдегида

COH

СОН

*

*

C

С

H

Н

HO

ОН

CH2OH

СН2ОН

C*-хиральный атом

COH

COH

С*

-ОН

НCOH

С*

-ОН

НС*

-ОН

НCOH

С*

-ОН

НС*

-ОН

НС*

-ОН

НС*

-ОН

НС*

-ОН

НС*

-ОН

НС*

-ОН

НСН2ОН

СН2ОН

СН2ОН

СН2ОН

альдотриозы альдотетрозы альдопентозы альдогексозы

Формула Фишера: N = 2n где n –число асимметричных атомов углерода

Пары оптических антиподов – веществ, характеризующихся противоположными по знаку и одинаковыми по величине вращения плоскости поляризации света, при идентичности всех других физических и химических свойств, называются э н а н т и о м е р а м и

Проекционные формулы Фишера

1

СОН

2

Н

ОН

3

НО

Н

4

Н

ОН

5

Н

ОН

6

СН2ОН

L-глицериновый альдегид

D-глицериновый альдегид

СОН

СОН

ОН

Н

НО

Н

СН2ОН

СН2ОН

D(+)

L(-)

Генетический ряд D-глицеринового альдегида

Сахара, отличающиеся по конфигурации только одного из нескольких хиральных центров, называются э п и м е р а м и

Например: D-глюкоза

D-манноза

СОН

СОН

Н

ОН

Н

НО

НО

Н

НО

Н

Н

ОН

Н

ОН

Н

ОН

Н

ОН

СН2ОН

СН2ОН

Наиболее распространены в природе:

• Альдогексозы:
• D-глюкоза;
• D-манноза;
• D-галактоза

• Альдопентозы:
• D-рибоза;
• D-дезоксирибоза;
• D-ксилоза

Большинство природных моносахаридов относится к D-генетическому ряду

Циклические формы моносахаридов. Таутомерия

О

Н

1

1

1

С

С

ОН

Н

НО

Н

С

2

2

2

2

Н

ОН

Н

ОН

Н

ОН

О

О

3

3

3

НО

Н

НО

Н

НО

Н

4

4

4

Н

ОН

Н

ОН

Н

ОН

5

5

5

Н

Н

ОН

Н

6

6

6

СН2ОН

СН2ОН

СН2ОН

α-D-глюкоза

β-D-глюкоза

1%

Переход от формулы Фишера к формуле Хеуорса

α-D-глюкоза

1

С

ОН

Н

6

СН2ОН

2

Н

ОН

Н

Н

5

О

О

3

Н

НО

Н

4

1

ОН

Н

4

Н

ОН

2

3

НО

ОН

5

ОН

Н

Н

6

СН2ОН

Формулы Хеуорса

6

СН2ОН

О

5

ОН

1

ОН

С

4

2

3

НО

Н

ОН

6

6

СН2ОН

СН2ОН

5

ОН

О

5

О

1

4

ОН

1

4

ОН

2

2

3

3

НО

ОН

НО

ОН

ОН

α-D-глюкоза

β-D-глюкоза

Изомеры, отличающиеся расположением гидроксила при полуацетальном атоме углерода относительно плоскости кольца, называются а н о м е р а м и

СН2ОН

СН2ОН

ОН

О

О

ОН

ОН

НО

ОН

НО

ОН

ОН

β-аномер

α-аномер

Физические свойства аномеров

Постепенное изменение угла вращения в растворах сахаров до достижения равновесия называется мутаротацией.

Таутомерное равновесие в растворе глюкозы достигается при 36% α-D-глюкозы, 63% β-D-глюкозы, 1% открытой формы [α]D20= +52,5о

6

6

СН2ОН

СН2ОН

5

5

О

СНОН

6

4

4

1

О

СН2ОН

3

3

2

1

ОН

5

О

ОН

2

1

ОН

1,5

1,4

4

С

α3

2

αН

6

6

СН2ОН

СН2ОН

ОН

5

5

О

СНОН

4

1

4

О

ОН

3

2

3

1

2

ββ-

Пиранозы (δ-окисный цикл)

Фуранозы (γ-окисный цикл)

α-D-глюкопираноза