БАЛ > нарколан > этаноламин.
3) Кислоты легко взаимодействуют с металлами. При острых и хронических отравлениях мышьяковистыми и ртутными ядами предпочтительнее использовать БАЛ, как более сильную кислоту. БАЛ будет легче связывать мышьяк и ртуть и тем самым предохранять от поражения сульфгидрильные группы белка организма.
# Лучшее защитное действие БАЛ по сравнению с нарколаном можно объяснить и с помощью принципа ЖМКО: атом S – мягкое основание, а катионы тяжелых металлов и катионы мышьяка – мягкие кислоты. Мягкое основание более эффективно реагирует с мягкой кислотой.
1.1. 
Расположить в ряд по уменьшению основности следующие вещества: диэтиловый эфир, диэтилсульфид, норадреналин (НА), адреналин (А), анилин.
| Норадреналин |
| Анилин |
| NH2 |
| Диэтиловый эфир |
| Диэтилсульфид |
| Адреналин |
Ответ: В указанных формулах находим все основные центры. Если их несколько, то выбираем самый сильный в каждом соединении, а затем по самому сильному основному центру сравниваем все соединения между собой.
Сравнительная сила основных центров определяется напрямую – по локализации ē-пары в основном центре: чем больше локализация ē-пары, тем сильнее основность. n-Основания сильнее, чем π-основания.
Факторы локализации в ряду n-оснований – те же, что и факторы делокализации, только работают наоборот: электроотрицательность (для одного и того же периода таблицы Менделеева) и поляризуемость (для одной и той же группы таблицы Менделеева) атомов основного центра, участие ē-пары в сопряжении, электронодонорные и электроноакцепторные заместители, участие ē-пары в образовании водородных связей, сольватирующая способность заместителя для сопряженного катиона ВН+.
Следовательно, если кислотность уменьшалась в ряду:
SH- > OH- > NH- > CH - кислот, то основность будет уменьшаться в ряду:
> > > - оснований.
Таким образом, самые сильные основные центры (если их несколько) в каждой молекуле очевидны, и мы их выделим тенью.
Первые три места по силе основности занимают аммониевые основания: анилин, норадреналин и адреналин, затем идут в порядке уменьшения основности диэтиловый эфир и диэтилсульфид. Среди аммонивых оснований самым слабым будет то, у которого наиболее выражен фактор делокализации – участие ē - пары в сопряжении – это анилин. Адреналин, в отличие от норадреналина, наоборот, имеет фактор локализации – электронодонорую (по +I-эффекту) метильную группу у основного центра, значит адреналин – более сильное основание, чем норадреналин.
Вывод:основность вышеуказанных соединений уменьшается в ряду: адреналин, норадреналин, анилин, диэтиловый эфир, диэтилсульфид.
2.В организме имеет место реакция гидратации фумаровой кислоты (транс-бутендиовой):
Транс-бутендиовая кислота
Написать схему реакции. Прогнозировать условия проведения.
Решение:
Схема реакции (учет статического фактора): транс-бутендиовая кислота является симметричным алкеном, у двойной связи которого имеются две электроноакцепторные СООН группы, обладающие -I и -M эффектами. Эти группы понижают нуклеофильность субстрата и затрудняют атаку электрофилом, в роли которого должна выступить вода.
| АЕ |
| Малат (яблочная кислота) |
| Фумарат |
Вода - слабый электрофильный реагент. Поскольку слабый электрофильный реагент со слабым нуклеофильным субстратом эффективно взаимодействовать не может, то необходим катализатор, усиливающий свойства одного из реагирующих веществ. В реакциях гидратации такую роль выполняет Н+.
3.
| О |
| О |
| О |
| ОСН3 |
| О |
| ОН |
| Н3С |
Решение:
Полуацеталем является 2-гидрокси-5-метилтетрагидрофуран. Для его получения необходимо 4-гидроксипентаналь обработать соляной кислотой. В кислой среде будет происходить внутримолекулярная реакция между активированной альдегидной группой и спиртовой группой.
4.При воздействии на организм больших доз гидразина или его производных наблюдаются нервные расстройства. Опишите химизм воздействия гидразина, если известно, что он реагирует с коферментом пиридоксальфосфатом.
Решение:
Альдегидная группа пиридоксальфосфата вступает в реакцию присоединения – отщепления с гидразином (по механизму AN→E (SN)). Образуется гидразон пиридоксальфосфата, который не обладает функциональной активностью (в организме нарушаются процессы переаминирования и окислительного декарбоксилирования аминокислот, лежащего в основе синтеза и катаболизма биогенных моноаминов – медиаторов нервной системы).
5.Формалин, применяющийся как консервант для хранения биологических препаратов, со временем проявляет кислую реакцию. Какое химическое превращение приводит к появлению кислотных свойств?
Решение:
Формалин – это 40 % раствор формальдегида. При хранении раствора формальдегид способен диспропорционировать. В результате одна молекула формальдегида восстанавливается и превращается в спирт, а другая молекула формальдегида – окисляется и превращается в уксусную кислоту.
6.
| СООСН3 |
| ОН |
Решение:
Для получения метилсалицилата используются метиловый спирт (роль реагента) и салициловая кислота (роль субстрата). Схема реакции оформляется на основе статического фактора – нахождения реакционных центров в субстрате (электрофильный углерод в карбоксильной группе) и в реагенте (нуклеофильный кислород в спиртовой группе). Поскольку оба центра слабые, то необходим кислотный катализатор (для усиления электрофильного центра субстрата). Механизм реакции начинают с участия катализатора, а затем идет атака метанолом. Полученная промежуточная частица неустойчива и стабилизируется путем выброса гидроксильной группы в составе воды. Таким образом, реакция протекает по механизму нуклеофильного замещения у тригонального атома углерода в карбоксильной группе.
7.Ацетилсалициловая кислота (аспирин) применяется как ненаркотический анальгетик. Получите ацетисалициловую кислоту, используя реакцию этерификации и объясните необходимость кислотного катализа.
| Ацетилсалициловая кислота |
| СООН |
| О – СОСН3 |
Решение:
Для реакции синтеза ацетилсалициловой кислоты берется салициловая кислота (роль нуклеофильного реагента), где имеется нуклеофильный центр в гидроксильной группе, и уксусная кислота (роль субстрата), где имеется электрофильный центр в карбоксиле. Оформляется по типу SN. Кислотный катализатор требуется для усиления электрофильного центра уксусной кислоты, ибо фенольный гидроксил салициловой кислоты обладает очень слабой нуклеофильностью. Вместо уксусной кислоты можно использовать ее ангидрид. В этом случае кислотный катализатор не потребуется.
8.
| NHСОCН3 |
| С2Н5 О – |
из хлорангидрида уксусной кислоты и укажите в его молекуле амидную группу.
Решение:
Берется п-этоксианилин и хлорангидрид уксусной кислоты. Схема оформляется по известному типу SN у электрофильного центра хлорангидрида уксусной кислоты.
9.Медицинский препарат бепаск, применяемый для лечения туберкулеза, представляет собой пара-бензоиламиносалицилат кальция.
Укажите в молекуле амидную связь и напишите реакцию её гидролиза в кислой среде. Назовите полученные продукты.
| СОО– |
| ОН |
| СОNH |
| Са2+ |
| пара-Бензоиламиносалицилат кальция. (бепаск) |
Решение:
Амидная связь находится между остатком бензойной кислоты и остатком ПАСК. На эти компоненты и распадается бепаск при кислотом гидролизе, относящемся к типу реакций SN у тригонального атома углерода.
10.Если величина pI для какой-то аминокислоты равна 4,9, в какой форме будет находиться эта же аминокислота при следующих значениях рН: 2,0; 4,9; 8,5?
Решение:
При рН 2,0 указанная аминокислота будет находиться в катионной форме (pH < pI), при рН 4,9 – в виде цвиттериона (pH = pI) ,при рН 8,5 – в анионной форме (pH > pI).
11.Какой из белков – пепсин (pI 2,75) или казеин (pI 4,6) – более эффективен во взаимодействии с солями стронция?
Решение:
Число кислотных групп в белке определяет изоэлектрическую точку. Чем больше кислотных групп, тем ниже значение рI. Следовательно, пепсин (pI 2,75) содержит большее количество карбоксильных групп, чем казеин (pI 4,6). Поэтому пепсин будет более эффективно комплексировать ионы стронция, чем казеин.
12.Образование устойчивых нерастворимых меркаптидов является химической основой токсического действия на организм солей свинца, связанного с блокированием ферментных систем, содержащих тиольные группы в активном центре. Написать реакцию взаимодействия белков с солями свинца.
Решение:
2 RS-H + PbSO4 = RS-Pb-SR + H2SO4.
Эту же реакцию можно оформить как кислотно-основное взаимодействие по Льюису в соответствии с принципом ЖМКО: мягкая кислота взаимодействует с мягким основанием.
| .. |
13.Оформить схему фосфоролиза мальтозы с указанием реакционных центров, атаки, типа реакции. Подобный процесс имеет место в организме при фосфоролитическом распаде гликогена.
Решение:
Фосфоролиз мальтозы – это её разрушение с помощью фосфорной кислоты. В отличие от гидролиза здесь получаются только одна молекула глюкозы, а не две; другая молекула глюкозы образуется в виде фосфорного эфира. Фосфорная кислота с помощью своих нуклеофильных центров (атомов кислорода) атакует электрофильные центры мальтозы в области гликозидной связи. Реакция протекает по типу SN-1 у sp3-гибридизованного атома углерода. Уходящей группой является молекула глюкозы.
Схема фосфоролиза:
| SN-1 у Сsp3 |
| О |
| ОН |
| ОН |
| НО |
| НО-СН2 |
| О |
| ОН |
| ОН |
| О |
| НО-СН2 |
| ОН |
| δ+ |
| НО – Р = О |
| ‥ |
| ОН |
| ОН |
| О |
| ОН |
| ОН |
| НО |
| НО-СН2 |
| О – Р = О |
| ОН |
| ОН |
| Глюкозо-1-фосфат |
| О |
| ОН |
| ОН |
| НО |
| НО-СН2 |
| ОН |
| Глюкоза |
Фосфоролитическое расщепление, в отличие от гидролитического, дает фосфорный эфир глюкозы.
14.Основу медицинского препарата линетола, применяемого для лечения и профилактики атеросклероза, составляют этиловые эфиры ненасыщенных высших жирных кислот С16 и С18, а также насыщенные аналоги этих кислот. Написать структурные формулы компонентов линетола и изобразить конформации их углеводородных радикалов.
| С17Н35-2n – С |
| О |
| ОС2Н5 |
| С15Н31-2n – С |
| О |
| ОС2Н5 |
Компоненты линетола: и ,
где n – число двойных связей.
Конформация углеводородных радикалов:
15.При патогенном воздействии ионизирующего излучения наблюдается повреждение клеточных мембран. Объяснить химическую основу повреждения на примере входящего в состав клеточной мембраны фосфатидилэтаноламина, содержащего остатки пальмитиновой и олеиновой кислот.
Решение:
Ионизирующее излучение инициирует процесс образования свободных радикалов, которые приводят к перекисному окислению липидов. В частности, в молекуле фосфатидилэтаноламина происходит разрушение длинноцепочечной непредельной жирной кислоты по соседству с двойной связью. Образуются короткоцепочечные альдегиды и карбоновые кислоты.
16.Написать строение лецитина, включающего пальмитиновую и линолевую кислоты. Оформить схему щелочного гидролиза лецитина.
Решение:
Фосфатидилхолин (лецитин) относится к фосфолипидам. Их общая формула:
| СН2О |
| ОСН |
| СН2О |
| – О – С |
| О |
| R1 |
| – P – X |
| О |
| O– |
| R2 |
| С – |
| О |
| HO–CH2 –CH2 –N(СН3)3 |
| + |
| СН2О |
| ОСН |
| СН2О |
| – P – |
| О |
| O– |
| – О – С |
| О |
| С15Н31 |
| Н31С17 |
| С – |
| О |
| O – CH2 – CH2 – N (СН3)3 |
| + |
| Фосфатидилхолин (лецитин) |
Схема щелочного гидролиза:
Перечень и стандарты практических умений.
1.Уметь оформлять схемы реакций, опираясь на реакционные центры и типы реакций (с прогнозированием условий их проведения) для алкенов, аренов, алкилгалогенидов, спиртов, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот, сложных эфиров и их тиоаналогов, амидов, галогенангидридов, ангидридов и солей карбоновых кислот, а также структурных компонентов белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот и нуклеотидов, липидов. Оформлять реакции гидролиза указанных полимеров. Показывать отношение к окислению.
2.Писать механизмы реакций для алкенов, аренов, алкилгалогенидов, спиртов, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот, сложных эфиров и их тиоаналогов, амидов, галогенангидридов и ангидридов, следя за каждым шагом образования и разрушения ковалентной связи и показывая все промежуточные частицы на этом пути.
3.Объяснять признаки различий классов аминокислот, углеводов, нуклеотидов, нуклеозидов, липидов.
4.Прогнозировать и объяснять свойства биологически активных высокомолекулярных веществ и их роль в организме и медицине.
5.Находить кислотно-основные центры.
6.Писать схему процесса проявления кислотности (основности) в общем виде и конкретно по заданию.
7.Указывать сопряженные кислотно-основные пары.
8.Оценивать сравнительную силу кислот (оснований) количественно (по рКа и рКВН+), а также качественно.