Лабораторный практикум №
Тема: Биологически важные гетероциклические соединения, строение и свойства.
Цели занятия:
Хронометраж практического занятия:
1. Вводная беседа. Тестирование исходного уровня знаний, проверка домашнего задания— 25 мин.
2. Практическая часть – обсуждение теоретического материала, лабораторная работа -25 мин
3. Отработка написания структурных формул и химических реакций- 25мин
подведение итогов занятия — 15 мин.
Продолжительность занятия – 2 часа
Методическое и материально-техническое оснащение
Таблицы по темам, методические разработки для студентов.
Содержание темы
Азотсодержащие гетероциклические соединения с одним и двумя гетероатомами, строение, биологически важные химические реакции, биологическая роль.
Базисные знания
Строение и функции гетероциклических соединений
Студент должен уметь
Писать структурные формулы азотсодержащих гетероциклов, их производных, предсказывать химические свойства на основе строения, воспроизводить биологически важные реакции.
Учебная карта занятия
Вводная беседа
Классификация.
Пиррол, строение. Биологически активные производные пиррола.
Строение линейных (билирубин, биливердин, стеркобилиноген, стеркобилин, уробилиноген, уробилин) и макроциклических тетрапиррольных соединений (порфин, коррин). Реакции синтеза и распада гема.
Пиридин, имидазол, пиримидин, пурин: строение, биологическая роль некоторых производных.
Лабораторная работа «Свойства мочевой кислоты и её солей»
Практические навыки, которыми должен овладеть студент по теме занятия:
Написание формул азотсодержащих гетероциклов и их производных, химических свойств.
|
|
ПРИЛОЖЕНИЕ
Биологически активные гетероциклические соединения
Гетероциклическими называют соединения, молекулы которых содержат циклы, включающие наряду с атомами углерода один или несколько гетероатомов. Более 60% наиболее известных и широко употребляемых лекарственных препаратов являются гетероциклическими соединениями.
Классификация
Гетероциклы классифицируют по следующим основным признакам:
- по природе и числу гетероатомов;
- по размеру цикла;
- по степени ненасыщенности.
Наибольшее распространение в природе имеют пяти- и шестичленные гетероциклы, содержащие в качестве гетероатомов азот, а также кислород и серу.
По степени ненасыщенности различают насыщенные, ненасыщенные и ароматические гетероциклы.
Гетероциклы неароматического характера по своим свойствам сходны с соответствующими ациклическими соединениями (аминами, амидами, простыми и сложными эфирами и т.д.). 5- и 6-членные гетероциклы, замкнутая сопряженная система которых включает (4n + 2) электрона, обладают ароматическим характером. Такие соединения по свойствам родственны бензолу и относятся к ароматическим гетероциклическим соединениям. Именно ароматические гетероциклические соединения широко распространены в природе.
Пятичленные азотсодержащие гетероциклы с одним гетероатомом: строение, характеристика реакционной способности.
Биологически активные производные пиррола.
Тетрапирролы — класс химических соединений, молекулы которых состоят из четырёх пирролльных колец, связанных вместе напрямую или через одноуглеродные мостики (=(CH)- или -CH2-), образуя циклическую или линейную структуру.
|
|
В циклических тетрапирролах неподелённая электронная пара на атоме азота, направленая в центр макроциклического кольца, может образовывать ковалентные или координационные связи с ионами таких металлов как железо, кобальт, или магний.
К линейные тетрапирролам (именуемым биланами) относят продукты распада гема (билирубин (красный), уробилиноген-восстановленный билирубин-бесцветный) уробилин (желтый), биливердин (зеленый), стеркобилиноген (коричневый), стеркобилин (коричневый цвет-конечный продукт распада гема)
К циклическим тетрапирролам, соединённым четырьмя одноуглеродными мостиками относят порфирины, включая гем В, а также хлорины, включая большую часть хлорофиллов
К циклическим тетрапирролам, с тремя одноуглеродными мостиками и одной прямой связи между пирролами относят коррины, включая ядро кобаламина. 
Замещенные порфины называют порфиринами. Из-за высокого количества сопряжённых связей, тетрапирролы проявляют свойства хромофоров и обычно хорошо окрашены. Протопорфиринами называют циклические тетрапирролы, содержащие следующие боковые цепи: метил, остаток пропионовой кислоты,винил.
Гемы разных белков могут содержать разные типы порфиринов. В геме гемоглобина находится протопорфирин IX, который имеет 4 метильных, 2 винильных радикала и 2 остатка пропионовой кислоты. На основе порфиринов созданы катализаторы, сенсоры, лекарственные средства, органические полупроводники, жидкие кристаллы и материалы для нелинейной оптики. Гем, один из представителей порфиринов, является простетической группой гемоглобина, миоглобина, цитохрома c, цитохрома Р450 и др. Порфириновый скелет также лежит в основе структур растительных пигментов (хлорофилла, феофитина, феоборбида).Некоторые производные порфирина вызывают большой интерес с точки зрения терапии онкологических заболеваний.
|
|
Синтез гема:
Постадийно:
В дальнейшем из четырёх молекул порфобилиногена в результате ряда сложных ферментативных реакций образуется протопорфирин IX – непосредственный предшественник гема. При участии митохондриального фермента феррохелатазы двухвалентное железо включается в уже готовую структуру протопорфирина.
Распад гема:
В приведенных структурных формулах здесь и далее в желчных пигментах М – метильная СН3-группа, В – (—СН=СН2) – винильная группа и П – (—СН2—СН2—СООН) – остаток пропионовой кислоты. Дальнейший распад вердоглобина, вероятнее всего, происходит спонтанно с освобождением железа, белка-глобина и образованием одного из желчных пигментов – биливердина. Спонтанный распад сопровождается перераспределением двойных связей и атомов водорода в пиррольных кольцах и метиновых мостиках. 
(билирубинглюкуронид - прямой билирубин) или 
Глюкуроновая кислота отщепляется от комплекса с билирубином и освободившийся билирубин подвергается восстановлению в уробилиноген и далее в стеркобилиноген. Последний легко окисляется под действием света и воздуха в стеркобилин.
Индол
Триптофан – незаменимая (не синтезируется в организме человека) аминокислота, входящая в состав животных и растительных белков.
Серотонин – биогенный амин, продукт метаболизма триптофана. Обладает высокой биологической активностью, является нейромедиатором головного мозга.
Триптамин – токсичный биогенный амин, продукт декарбоксилирования триптофана.
Индольные алкалоиды.
Алкалоиды – гетероциклические азотсодержащие основания растительного происхождения, обладающие ярко выраженным физиологическим действием. Индольное кольцо входит в состав многих алкалоидов – резерпина (содержится в растениях рода раувольфия; используется как успокаивающее и понижающее кровяное давление средство),
стрихнина (содержится в семенах растения чилибухи используется как тонизирующее средство),
; 
лизергиновой кислоты (алкалоид спорыньи; диэтиламид лизергиновой кислоты - ЛСД - сильное галлюциногенное средство)