Тема занятий - Северный государственный медицинский

СТРУКТУРА УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
ДИСЦИПЛИНЫ (по ФГОС)
 Титульный лист УМКД
 Рабочая учебная программа по дисциплине «Органический синтез»;
 Приложение № 1 к рабочей учебной программе «Тематический план
лекций», «Тематический план практических занятий»;
 Приложение № 2 к рабочей учебной программе «Методические рекомендации для преподавателей по дисциплине»;
 Приложение № 3 к рабочей учебной программе «Методические указания для студентов по дисциплине»;
 Приложение № 4 к рабочей учебной программе «Фонд оценочных
средств»
 Лист регистрации изменений
I. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
1. 1. ЦЕЛЬ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ:
 Определить роль органического синтеза как обобщающей дисциплины в создании теоретической и экспериментальной базы современной медицины.
 Достижение задач, сформулированных в п.2 данного раздела.
 Показать взаимосвязь органического синтеза с другими химическими и специальными медико-биологическими дисциплинами,
как представлено в п.3 данного раздела.
1. 2. ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ:
 Освоение теоретического фундамента синтеза органических соединений.
 Получение общих теоретических представлений о гетероциклических соединениях как вершине органического синтеза.
 Получение знаний о взаимосвязи строения, свойств и примениемых синтетических методов.
 Получение навыков практической работы с органическими веществами.
 Изучение основ физико-химических методов исследования органических соединений.
 Формирование навыков организации и проведения самостоятельных исследований.
 Формирование навыков работы с научной литературой.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО
по направлению подготовки 30.05.01 Медицинская биохимия.
Органический
синтез
относится
к
математическому,
естественнонаучному и медико-биологическому циклу ООП. Учебный
цикл имеет базовую часть, представляющую собой совокупность
требований, обязательных при реализации основных образовательных
программ подготовки специалистов по направлению 30.05.01.
Медицинская биохимия. Для успешного освоения органического синтеза
необходимы знания органической химии, некоторых разделов общей
физики, биологии, общих основ математики.
3. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ
ДИСЦИПЛИНЫ
Компетенции, формируемые в результате освоения
дисциплины:
Коды
формируемых
компетенций
ОК-1
ОК-5
ОК-8
ПК-1
ПК-24
ПК-26
Компетенции
Общекультурные компетенции
Способность и готовность анализировать социальнозначимые проблемы и процессы, использовать на
практике методы гуманитарных, естественнонаучных,
медико-биологических и клинических наук в различных
видах профессиональной и социальной деятельности
Способность и готовность к логическому и
аргументированному анализу, к публичной речи,
ведению дискуссии и полемики, к редактированию
текстов
профессионального
содержания,
к
осуществлению воспитательной и педагогической
деятельности, к сотрудничеству и разрешению
конфликтов, к толерантности.
Способность и готовность осуществлять свою
деятельность с учетом принятых в обществе моральных
и правовых норм, соблюдать законы и нормативные
правовые акты по работе с конфиденциальной
информацией.
Профессиональные компетенции
Способность и готовность применять основные методы,
способы и средства получения, хранения, переработки
научной и профессиональной информации; получать
информацию из различных источников, в том числе с
использованием современных компьютерных средств,
сетевых технологий, баз данных и знаний.
Способен и готов прогнозировать направление и
результат физико-химических процессов и явлений,
химических превращений биологических важных
веществ, происходящих в клетках различных тканей
организма человека, решать ситуационные задачи,
моделирующие
физико–химические
процессы
протекающие в живом организме.
Способен и готов работать на персональных
компьютерах, использовать основные пакеты программ,
ПК-28
ПК-48
ПК-49
в том числе по обработке экспериментальных и
клинико-диагностических данных биохимических и
медико–генетических исследований.
Способен и готов проводить аналитическую работу с
информацией – учебной, научной, нормативно
справочной литературой и другими источниками.
Способность и готовность работать с научной
литературой, анализировать информацию, вести поиск,
превращать прочитанное в средство для решения
профессиональных
задач
(выделять
основные
положения, следствия из них и предложения).
Способность и готовность к участию в постановке
научных задач и их экспериментальной реализации.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Студент должен знать:
 теоретические основы органической химии (классификационные
признаки органических соединений, общую систематику, пространственное строение, электронное строение, механизмы реакций);
 строение и закономерности химического поведения органических
соединений разных классов, в том числе и природных соединений;
 лабораторную технику эксперимента;
 технику безопасности и правила работы в химической лаборатории.
Студент должен уметь:
 ориентироваться в классификации, строении, свойствах органических соединений, имеющих биологическое значение;
 писать формулы органических соединений по названиям;
 называть органические соединения по структурным формулам;
 использовать проекционные и перспективные формулы для понимания пространственного строения органических соединений;
 называть органические соединения с учётом их конфигурации;
 делать предположение о наиболее вероятных механизмах реакций,
их направлениях, относительной скорости;
 предсказывать наиболее характерные реакции для органических соединений, распространённых в природе;
 очистить жидкость перегонкой;
 экстрагировать вещество из раствора;
 перекристаллизовать вещество из растворителя;
 провести высушивание жидкого и твёрдого вещества;
 провести отделение твёрдого вещества фильтрованием под вакуумом;
 провести перегонку в вакууме, перегонку с водяным паром;
 определять температуру кипения и плавления, показатель преломления, плотность;
 собирать приборы, состоящие из лабораторной посуды;
 применять качественные реакции для анализа и идентификации
функциональных групп;
 выполнять синтезы органических веществ разных классов по методикам;
 выполнять необходимые для синтеза расчёты по предлагаемым методикам;
 пользоваться справочной химической литературой;
 вести лабораторный журнал, записывать экспериментальные данные,
интерпретировать экспериментальные результаты;
 применять логику химического мышления для объяснения основ
жизнедеятельности;
 соблюдать правила охраны труда и техники безопасности при работе
с органическими веществами.
Студент должен владеть:
 навыками использования теоретических знаний по предмету для
объяснения особенностей различных химических процессов;
 навыками практической работы по постановке химического эксперимента;
 навыками составления отчетной документации;
 навыками работы с научной литературой;
 навыками работы с химическими реактивами и посудой.
4. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы.
Семестр
Вид учебной работы
Всего часов
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции
Практические занятия
Самостоятельная работа
(всего)
Общая трудоемкость (час)
72
3
24
48
36
3
3
3
108
3
5. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
5.1. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
РАЗДЕЛ 1. Органический синтез.
1. Методы разделения и очистки твёрдых и жидких органических соединений.
2. Синтез бромэтана.
3. Синтез сульфаниловой кислоты.
4. Синтез нитробензола.
5. Синтез диэтилфталата.
6. Синтез -нафтолоранжа.
РАЗДЕЛ 2. Гетероциклические соединения.
1. Гетероциклические соединения. Классификация, номенклатура. Трёх- и
четырёхчленные гетероциклические системы: строение, свойства. Циклические простые эфиры.
2. Пятичленные гетероциклы: классификация. Пиррол, фуран, тиофен:
строение, ароматичность. Химические свойства: кислотно-основные
превращения (ацидофобность), реакции замещения, присоединения.
Сравнение реакционой способности в реакциях электрофильного замещения пятичленных гетероциклов, бензола, анилина, фенола. Индол.
Природные соединения, содержащие кольца пиррола, индола, имидазола. Гем. Биологическое и медицинское значение производных пятичленных гетероциклов. Понятие о строении хлорофилла и гемоглобина.
Лекарственные препараты на основе пиразола.
3. Шестичленные гетероциклы: классификация. Пиридин, пиримидин, пурин: строение, ароматичность, основность. Химические свойства пиридина и пиримидина: реакции алкилирования, электрофильного, нуклеофильного и радикального замещения в кольцо, гидрирования, окисления. Природные соединения, содержащие кольца пиридина, пиримидина, пурина. Биологическое значение производных шестичленных гетероциклов. Витамины ряда пиридина. Хинолин, общая характеристика.
Природные соединения хинолина.
4. Нуклеиновые кислоты. Химический состав нуклеиновых кислот. Характеристика пиримидиновых и пуриновых оснований в составе нуклеиновых кислот. Нуклеотиды и нуклеозиды. Два типа нуклеиновых кислот:
дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). Различия в
их составе, молекулярной массе, локализации в клетке и функциям.
Дезоксирибонуклеиновая кислота: нуклеотидный состав, первичная,
вторичная и третичная структура. Понятия о комплементарности. Свойства ДНК. Рибонуклеиновые кислоты, их классификация (тРНК, рРНК,
иРНК, яРНК, вРНК). Сравнительная характеристика видов рибонуклеи-
новых кислот по молекулярной массе, нуклеотидному составу, локализации и функциям. АТФ и её роль в организме.
5. Алкалоиды: определение, классификация. Природные соединения, содержащие алкалоиды. Биологическое и медицинское значение. Важнейшие представители.
6. Стероиды: строение, классификация, биологическая роль. Холестерин,
желчные кислоты, стероидные гормоны.
7. Природные и синтетические физиологически важные органические соединения. Классификация, примеры, строение, физиологическая роль.
Витамины. Гормоны. Антибиотики. Яды. Лекарственные препараты.
Понятие о взаимосвязи строения и физиологической активности соединений.
5.2. РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ
№
п/п
Раздел
Лекции
Практические Лабораторные
(трудоемкость,
занятия
работы
час)
(трудоемкость, (трудоемкость,
час)
час)
1 Гетероциклические
20
13
–
соединения
2 Органический
4
–
35
синтез
Всего
24
13
35
6. ИНТЕРАКТИВНЫЕ ФОРМЫ ПРОВЕДЕНИЯ ЗАНЯТИЙ
№
п/п
Наименование раздела
дисциплины
1.
Гетероциклические
соединения
2.
Побочные процессы в
органическом синтезе
Интерактивные
формы
проведения занятий
Работа в малых группах
с последующим
обсуждением
результатов всей
группой
Взаимодействие
студентов друг с другом
и преподавателем путем
обсуждения ответов на
вопросы преподавателя
Итого (час.)
Итого (% от аудиторных
занятий)
Длительность
(час.)
4
3
7
10
7. ВНЕАУДИТОРНАЯ САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
СТУДЕНТОВ
№
п/п
Перечень вопросов и заданий
Кол-во
часов
Виды
самостояте
льной
работы
Подготовка
доклада
1
Растворитель и катализатор в органических
реакциях. Понятие о протонных и
апротонных растворителях.
6
2
Понятие скорости реакции, переходного
состояния и промежуточных частиц.
Молекулярность
реакции.
Механизм
органической реакции.
5
Подготовка
доклада
3
Методы УФ, ИК и ЯМР-спектроскопии.
4
Подготовка
доклада
4
Общие и специальные методы синтеза
углеводородов.
6
Подготовка
доклада
5
Синтез аминокислот. Методы определения
аминокислотного
состава
и
последовательности аминокислот. Понятие
об основных этапах пептидного синтеза.
Методы получения чистых органических
веществ. Идентификация органических
веществ.
7
Составление презентаций
8
Подготовка
доклада
6
Всего часов
36
Форма
контроля
Коррекци
я
подготовленного
доклада
Коррекци
я
подготовленного
доклада
Коррекци
я
подготовленного
доклада
Коррекци
я
подготовленного
доклада
Контрольная работа
Коррекци
я
подготовленного
доклада
8. ФОРМЫ КОНТРОЛЯ
8.1. Формы текущего контроля
- устный опрос по теме занятия;
- письменный контроль – проверка тестовых заданий, контрольных
работ, задач, конспектов, оформленных лабораторных работ.
8.2. Форма промежуточной аттестации: зачёт
9. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
9.1. ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Органическая химия. Кн.2: Специальный курс / Под ред. Н.А. Тюкав-
киной. М.: Дрофа, 2010. 592 с.
2. Реутов О.А. Органическая химия: В 4 ч. / О.А. Реутов, А.Л. Курц, К.П.
Бутин. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. 624 с.
3. Травень В.Ф. Органическая химия: в 3 т. / В.Ф. Травень. М.: БИНОМ.
Лаборатория знаний, 2013. 520 с.
4. Тюкавкина Н.А. Биоорганическая химия / Н.А.Тюкавкина, Ю.И. Бауков.
М.: ГЭОТАР-Медиа, 2013. 416 с.
9.2. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
Джоуль Дж. Химия гетероциклических соединений / Дж. Джоуль,
К.Миллс. М.: Мир, 2004. 728 с.
Ким А.М. Органическая химия : учеб. пособие для вузов / А.М. Ким.
Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2004. 844 с.
Курц А.Л. Задачи по органической химии с решениями / А.Л. Курц,
М.В. Ливанцов и др.— М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. 264 с.
Резников В.А. Сборник задач и упражнений по органической химии /
В.А. Реутов. С.-П.: Лань, 2014. 288 с.
Щеголев А.Е. Органическая химия / А.Е. Щеголев. Архангельск: Издательский центр СГМУ, 2008. 618 с.
9.3. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ:
1. http:www.nlm.nih.gov – национальная медицинская библиотека
2. http:www.pcweek.ru –медицинские информационные системы.
10. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
Кафедра оснащена
1. Мультимедийным проектором (для презентации лекций;
специализированными химическими лабораториями, оборудованными
лабораторными столами, стульями, вытяжными шкафами.
В лабораторных помещениях имеются:
2. Набор посуды и химических реактивов для всех лабораторных работ.
3. Весы: технические, электронные.
4. Набор шаростержневых моделей молекул.
5. Таблицы, схемы и рисунки по темам:
- правила работы в химической лаборатории;
- периодическая система химических элементов;
- типы химических связей;
- виды гибридизации.
Приложение № 1
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ
№ п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Тема лекции
Методы разделения и очистки твёрдых и жидких
органических соединений.
Методы синтеза органических соединений.
Гетероциклические соединения: классификация,
распространение в природе, медико-биологическое
значение. Трёх- и четырёхчленные циклы и их
производные.
Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом:
строение, ароматичность, свойства. Понятие о строении
хлорофилла и гемоглобина.
Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомомами:
строение, свойства. Лекарственные препараты на основе
пиразола.
Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом:
строение, ароматичность, свойства пиридина. Витамины
ряда пиридина.
Шестичленные гетероциклы с двумя гетероатомомами.
Пиримидин: строение, свойства. Строение
пиримидиновых оснований. Пурин и его производные.
Мочевая кислота Пуриновые основания.
Нуклеозиды, нуклеотиды, нуклеиновые кислоты:
строение, биологическая роль. Строение АТФ.
Алкалоиды: классификация, свойства, нахождение в
природе, биологическая роль, лекарственные препараты
на их основе.
Стероиды: строение, классификация, биологическая роль.
Холестерин, Желчные кислоты, стероидные гормоны.
Природные и синтетические физиологически важные
органические соединения. Классификация, строение,
физиологическая роль.
Взаимосвязь строения и физиологической активности.
Количественный учёт влияния заместителей на
химические и физиологические свойства органических
соединений.
Количество
часов
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
№
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Тема занятий
Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом
Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами
Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом
Шестичленные гетероциклы с двумя гетероатомами
Пиримидин, пурин и их производные. Азотистые
основания нуклеиновых кислот. Алкалоиды.
Нуклеозиды, нуклеотиды, нуклеиновые кислоты. АТФ.
Алкалоиды. Контрольная работа
Методы
разделения,
очистки
и
идентификации
органических веществ.
Синтез бромэтана
Синтез сульфаниловой кислоты
Синтез нитробензола
Синтез -нафтолранжа
Синтез диэтилфталата
Итоговое зачётное занятие
Количество часов
2
2
2
2
2
2
5
5
5
5
5
5
6
Приложение № 2
Методические рекомендации для преподавателей по дисциплине
«Органический синтез» для специальности «Медицинская биохимия»
МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
«СЕВЕРНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Министерства здравоохранения Российской Федерации
Методические рекомендации
для преподавателей
по дисциплине
«Органический синтез»
для специальности
060601
«МЕДИЦИНСКАЯ БИОХИМИЯ»
2014 г.
Методические рекомендации для преподавателей по дисциплине
«Органический синтез» для специальности «Медицинская биохимия»
Современные подходы к проблематике дисциплины
Органический синтез относится к элективам, но, по сути, является
естественнонаучной дисциплиной, предшествующей изучению таких
дисциплин как биохимия, биофизика, физиология, фармакология и,
поэтому является базовой основой для их последующего изучения. От
качества освоения дисциплины «Органический синтез» в конечном итоге
зависит качество освоения последующих дисциплин медикобиологического профиля, а также профессиональных дисциплин, что в
свою очередь может повлиять на качество будущего специалиста.
Современный
рынок
труда
требует
высокообразованных
специалистов, способных и готовых применять современные технологии,
знающих и разбирающихся в новейших достижениях, используемых в
клинико-лабораторной диагностике. Именно поэтому, в процессе
преподавания
дисциплины
«Органический
синтез»,
наряду
с
классическими знаниями по предмету, преподаватель должен обратить
внимание на современные аспекты данной дисциплины, например, при
изучении свойств органических соединений необходимо показать их
биологическую значимость, обратить внимание на выполняемые
физиологические функции и современные методы физической химии,
используемые в клинических лабораториях, а также в научных
изысканиях.
В настоящее время имеется достаточно современной литературы для
качественного изучения проблем дисциплины «Органический синтез», что
позволяет преподавателю рекомендовать студентам современную
литературу по предмету, которая имеется в необходимом количестве в
библиотеке.
Все современные учебные пособия и учебники по органическому
синтезу для студентов медицинских вузов рассматривают теоретические
вопросы по данному предмету в приложении к биологическим системам,
что создает возможность уже с младших курсов помочь студентам освоить
теоретический материал по предмету. Для знакомства студентов с
современными воззрениями на дисциплину, а также возможности
применения современных методов в клинической лабораторной
диагностике, необходимо рекомендовать студентам шире использовать для
подготовки к занятиям и при самостоятельном изучении некоторых
разделов дисциплины
интернет-ресурсы, а также современную
зарубежную литературу по медико-биологическим проблемам.
1. Образовательные технологии
Дисциплина «Органический синтез» изучается в третьем семестре,
именно поэтому так важно привить интерес к ней и к процессу обучения в
целом. Крайне важно заинтересовать студента процессом саморазвития и
самосовершенствования, что, естественно, скажется
на качестве
выпускника.
1.1. Активные и интерактивные формы проведения занятий.
По дисциплине «Органический синтез» можно предложить
следующие активные и интерактивные формы:
N
Интерактивные формы
Наименование раздела дисциплины
п/п
проведения занятий
1
Пиримидиновые и пуриновые
Разбор конкретных ситуаций
нуклеиновые основания, их свойства
(решение проблем,
поставленных в конкретной
задаче)
2
Методы разделения и очистки
Интерактивная лекция с
органических веществ
использованием
мультимедийных средств
3
Методы синтеза органических
Метод коллективног анализа
соединений
ситуаций
1.2.
Организация и контроль самостоятельной работы обучающихся
Самостоятельная работа студентов – важный этап обучения,
способный помочь студенту самостоятельно пользоваться научной
литературой, выбирая основное, главное. Самостоятельная работа поможет
студенту делать самостоятельный выбор, принимать самостоятельные
решения.
Новые федеральные стандарты третьего поколения отводят
достаточно много времени на самостоятельную работу студентов, доля
часов, выделенных на самостоятельную работу, составляет 50% от часов
аудиторной работы. Для повышения её эффективности, необходимо
разнообразить её формы. При изучении дисциплины «Органический
синтез» можно использовать:
- подготовку рефератов по медико-биологическим проблемам;
- подготовку студентами слайд - презентаций по современным методам
исследования;
- проведение самостоятельных исследований по синтезу,
-подготовку групповых (курсовых) учебных конференций по отдельным
темам предмета и др.
При этом рекомендуется контролировать поэтапное выполнение
самостоятельных заданий, студент должен представить преподавателю
план своей самостоятельной работы. Результаты самостоятельной работы
должны быть оценены преподавателем или студентами и обязательно
учитываться при подведении общего балла по предмету.
2. Принципы и критерии оценивания результатов обучения.
Для контроля знаний студентов и степени освоения материала
рекомендуется использовать текущий и итоговый контроль знаний
студентов. Текущий контроль проводится в виде проверки подготовки к
практическим занятиям в виде устного опроса по вопросам, предложенным
студентам для подготовки к занятию. Оценивать качество подготовки к
занятию таким способом можно по традиционной пятибалльной системе.
Для контроля освоения отдельных тем дисциплины, можно
рекомендовать проведение обычных письменных контрольных работ, а
также небольших тестовых заданий в компьютерном классе или обычной
учебной аудитории, поэтому проверяемых преподавателем вручную.
Однако не стоит весь контроль освоения дисциплины проводить только с
помощью тестов. Использование только компьютерной проверки знаний
не всегда даёт преподавателю возможность иметь полное представление о
качестве освоения той или иной темы каждым студентом. Целесообразнее
сочетать различные способы проверки степени освоения учебного
материала.
Например, при изучении дисциплины «Органический синтез» можно
рекомендовать проведение рубежных контролей знаний по следующим
темам дисциплины:
1. Пятичленные гетероциклические соединения.
2. Шестичленные гетероциклические соединения.
3. Нуклеиновые основания, нуклеозиды, нуклеотиды, нуклеиновые
кислоты.
4. Методы разделения и очистки органических веществ.
5. Методы синтеза органических соединений,
Которые могут быть представлены в различном виде (в виде обычных
тестовых заданий с одним или несколькими вариантами ответов,
компьютерных тестов, а также традиционных письменных контрольных
работ). В любом случае, студенты должны быть ознакомлены с
критериями, исходя из которых, будет оценена каждая из его работ.
Можно рекомендовать следующую шкалу оценивания результатов работы:
-оценка «отлично» - 95%-100% правильных ответов
-оценка «хорошо» - от 80% до 94% правильных ответов
-оценка «удовлетворительно» - в случае 60%-79% правильных ответов
-оценка «неудовлетворительно» - менее 60% правильных ответов.
Итоговым контролем знаний является зачёт, который можно
провести в два этапа:
-решение задачи по определению пути синтеза;
-устное собеседование по предмету.
Зачёт считается сданным при правильном варианте решения и при
полном устном ответе.
Приложение № 3
Методические указания для студентов по дисциплине
«Органический синтез»
Федеральное агентство по здравоохранению
Северный научный центр РАМН
Северный государственный медицинский университет
Методические рекомендации
к лабораторно-практическим
занятиям
по органическому синтезу
Издание третье, исправленное
Архангельск
2014 год
Печатается по решению центрального
координационно-методического совета
Северного государственного
медицинского университета
Авторы-составители: А.Е. Щеголев, канд. хим. наук, доцент
кафедры общей и биоорганической химии СГМУ
Т.А. Корельская, канд. хим. наук, доцент кафедры
общей и биоорганической химии СГМУ
Рецензенты:
Е.А. Айвазова, канд. биол. наук, доцент кафедры
общей и биоорганической химии СГМУ;
Н.Б. Чагина, канд. техн. наук, доцент кафедры химии
ПГУ имени М.В. Ломоносова
Методические рекомендации содержат материал для подготовки студентов к
лабораторно-практическим и семинарским занятиям по органическму синтезу.
Сформулированы типовые обучающие вопросы и эталонные ответы на них. Приведены
контрольные вопросы и задачи для самостоятельного решения. В разделе
лабораторного практикума по органическому синтезу содержится теоретический и
практический материал, необходимый для подготовки студентов к занятиям
практикума. В брошюре приведен необходимый минимум работ по синтезу как
завершающей части обучения студентов органической химии.
Методические
рекомендации
предназначены
для
студентов
медикобиохимических и фармацевтических специальностей медицинских вузов. Могут быть
полезны также и студентам химических специальностей других вузов и факультетов.
© Щеголев А.Е.,
Корельская Т.А., 2014
© Северный государственный
медицинский университет, 2014
Весь изучаемый материал по органическму синтезу распределён по
главам, соответствующим тематике лабораторно-практических и
семинарских занятий. Основой для изучения органического синтеза
служат учебники и учебные пособия, приведённые в списке литературы,
и лекции по органическому синтезу, читаемые на данном факультете.
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ
И СЕМИНАРСКИЕ ЗАНЯТИЯ
ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Занятие 1. ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ С ОДНИМ
ГЕТЕРОАТОМОМ
Вопросы для подготовки к занятию
Пятичленные азото-, кислородо- и серосодержащие насыщенные и
ароматические гетероциклические соединения. Строение фурана, пиррола,
тиофена. Кислотно-основные свойства фурана, пиррола, тиофена; ацидофобность; реакции электрофильного замещения, присоединения, окисления, расширения цикла, замены гетероатома. Индол: особенности строения, химического поведения. Медико-биологическое значение пятичленных гетероциклов и их производных.
Содержание занятия
1. Обсуждение вопросов по теме занятия.
2. Контроль усвоения темы.
Типовые обучающие вопросы и эталоны ответов на них
Вопрос 1. Докажите наличие у пиррола кислотно-основных свойств.
Ответ. Пиррольный атом азота, связанный с атомом водорода, может
служить центром кислотности. Пиррол ведет себя как слабая NH-кислота.
Поэтому протон будет отщепляться только при действии только сильных
оснований, таких, как амид натрия NaNH2 или гидроксид калия KOH (при
130C). Щелочные металлы также могут замещать атом водорода у
пиррольного атома азота.
+ KOH
N
H
T
N K+
+ H2O
пиррил-калий
Пиррольный атом азота не склонен присоединять протон, т.е. не является
центром основности. Это объясняется тем, что неподелённая пара
электронов пиррольного атома азота находится на негибридной p-орбитали
и участвует в сопряжении:
N
H
Пиррол в сильнокислой среде неустойчив. Такая неустойчивость в
сильнокислой среде называется ацидофобность (что означает «кислотобоязнь»). Ацидофобность связана с присоединением протона в большинстве
случаев к -углеродному атому, разрушением ароматической системы и
дальнейшим превращением активной диеновой системы:
+
H
+
+ H
N
N
H
H
+
N
H
...
Происходит «осмоление» (олигомеризация и полимеризация).
Вопрос 2. Приведите механизмы превращений фурана, тиофена под
действием
а)
холодной
концентрированной
серной
кислоты,
б) пиридин-сульфотриоксида. Объясните направление реакции в каждом
случае.
Ответ. Фуран и тиофен взаимодействуют с сильными кислотами, в случае
фурана происходит «осмоление» (олигомеризация и полимеризация),
тиофеновое кольцо к разрушению под действием холодных кислот
устойчиво. Фуран ацидофобен. Ацидофобность связана с присоединением
протона в большинстве случаев к -углеродному атому, разрушением
ароматической системы и дальнейшим превращением активной диеновой
системы:
+
H
H
+ H+
...
+
H
H
O
O
O
Сульфировать серной кислотой можно только тиофен:
+ H2SO4
S
S
+ H2O
SO3H
2-тиофенсульфокислота
Для сульфирования фурана по причине его ацидофобности используют
пиридин-сульфотриоксид:
O
S O
N: SO3
+
-
O
O
+
N:
O
O
+
S
O
HO
O
-
+
N:
SO3-
O
+
NH
Вопрос 3. Взаимодействие индола с формальдегидом протекает по схеме:
CH2
o
+ H2CO
2
H2O/80 C
N
H
N
N
H
H
Приведите механизм и объясните направление этого превращения.
Ответ. По отношению к индолу как к субстрату данное взаимодействие
представляет собой реакции электрофильного замещения, в которые
последовательно вступают сначала одна, а затем другая молекула индола:
CH2OH
O
+ H-C-H
N
H
N
H
N
H
CH2
N
N
H
H
Как и другие реакции электрофильного замещения, взаимодействие с
альдегидами протекает по -положению ввиду большей устойчивости
образующегося в этом случае -комплекса:
O

+ H-C-H
CH2-O
+
N
H
-
-
CH2-O
H
H
+
N
H
N
H

CH2OH
CH2 H
N
H

OH
N
H
N
H

N
H
CH2
- H2O
N
H
N
H
Контрольные вопросы и задачи
1. Укажите, по каким критериям пиррол, фуран и тиофен относятся к ароматическим соединениям? Объясните причину неравномерного распределения электронной плотности в кольце.
2. Объясните причины наличия кислотных свойств у пиррола и индола.
Могут ли они вступать в реакцию Чугаева–Церевитинова? Поясните.
Обладают ли эти соединения основными свойствами?
3. Приведите механизмы превращений тиофена под действием а) холодной
концентрированной серной кислоты, б) холодного серного ангидрида, в)
комплекса серного ангидрида с донором. Объясните направление реакции в каждом случае.
4. Какое соединение образуется в результате взаимодействия пиррола с
гидридом натрия и затем с йодметаном?
5. Приведите механизм декарбоксилирования пирролкарбоновых кислот
при нагревании.
6. Приведите реакции с участием фуранов, подтверждающие более низкую
ароматичность фурана по сравнению с тиофеном и пирролом (реакции,
приводящие к образованию неароматических продуктов).
7. Существуют ли 2-гидроксифураны? Ответ мотивируйте.
8. Какие фенилгидразоны необходимы для проведения синтеза следующих
индолов по реакции Фишера: 3-метилиндола, 2-метил-3-этилиндола, 3этил-2-фенилиндола? Приведите необходимые схемы и механизмы превращений.
Занятие 2. ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ С ДВУМЯ
ГЕТЕРОАТОМАМИ
Вопросы для подготовки к занятию
Строение диазолов, оксазола, изоксазола, тиазола, изотиазола. «Пиррольный» и «пиридиновый» атомы азота. Ароматичность в сравнении пятичленными гетероциклами с одним гетероатомом и бензолом. Кислотноосновные свойства имидазола и пиразола, реакции электрофильного замещения, реакции алкилирования. Медико-биологическое значение пятичленных гетероциклов и их производных. Бензимидазол и бензотиазол:
особенности строения, химического поведения; медико-биологическое
значение.
Содержание занятия
1. Обсуждение вопросов по теме занятия.
2. Контроль усвоения темы.
Типовые обучающие вопросы и эталоны ответов на них
Вопрос 1. Приведите механизм реакции сульфирования пиразола.
Объясните направление реакции. Как будет реагировать пиразол с
разбавленной серной кислотой?
Ответ. Механизм реакции сульфирования — электрофильное замещение.
Сульфирование происходит при воздействии концентрированной серной
кислоты:
3 H2SO4  H2S2O7 + H3O+ + HSO4ˉ
H
N:
H2SO4
+
N
H
- H2S2O7
NH HSO4
-
+
N
H
N
H
HO3S
SO3H
HO3S
+
N
-
NH HSO4 - H SO
2
4
N
H
+
NH (HSO4)2 - H2SO4
N
H
4-пиразолсульфокислота
В водном растворе серной кислоты:
H2SO4 + H2O  H3O+ + HSO4ˉ
Разбавленная серная кислота не сульфирует. В результате присоединения
протона образуются стабильный катион:
+
N
H
N
H
NH
+
NH
NH
+
+
N
H
N
H
N
H
катион пиразолия
Вопрос 2. Почему оксазол и тиазол значительно менее активны в
электрофильных реакциях, чем диазолы? Предложите механизм
сульфирования тиазола.
Ответ. Оксазол не подвергается нитрованию и сульфированию. Причину
можно видеть в значительно меньшем электронодонорном эффекте атома
кислорода в этом гетероцикле, чем пиррольного азота, например в
имидазоле. Это проявляется не только в молекулярной форме, но и в
протонированном состоянии. По аналогичной причине тиазол не вступает
в реакцию нитрования.
N
+
NH
H+
N
H
...
N
H
N
+
NH
+
H
O
N
+
E
...
O
+
NH
+
H
S
E+
+
E
...
S
Однако тиазол может быть подвергнут сульфированию (в жёстких
условия, в присутствии HgSO4). Причиной осуществления такой реакции в
случае тиазола может быть взаимодействие мягкого оснόвного центра
(атом серы) в его молекуле с мягким кислотным центром, каким является
катион Hg+. Это исключает протонирование на первой стадии и делает
молекулу более реакционноспособной. Возможный механизм:
N
+
N
N
Hg2+
+
+
S
H
S
Hg+
S
Hg+
HO3S
SO3H
N
+
S
-H
N
N
H2S2O7
+
S
Hg+
- HgSO4
S
+
-H
+
Hg
N
+
S
Занятие 3. ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ С ОДНИМ
ГЕТЕРОАТОМОМ
Вопросы для подготовки к занятию
Шестичленные азото- и кислородосодержащие насыщенные и ароматические гетероциклические соединения и их производные. Строение
пиридина, пиранов, пиронов. Ароматичность пиридина. Хинолин и изохинолин: их строение и ароматичность. Основность пиридина, хинолина и
изохинолина. Реакции электрофильного замещения. Реакции окисления.
Реакции алкилирования. Медико-биологическое значение шестичленных
гетероциклов с одним гетероатомом и их производных.
Содержание занятия
1. Обсуждение вопросов по теме занятия.
2. Контроль усвоения темы.
Типовые обучающие вопросы и эталоны ответов на них
Вопрос 1. Объясните, почему пиридин обладает выраженными основными
свойствами, а пиррол проявляет слабые основные свойства? Сравните
основность пиридина и алифатических аминов.
Ответ. Пиридин имеет свободную пару электронов на sp2-орбитали азота и
поэтому способен реагировать с протоном, т.е. проявляет основные
свойства. Пиридин как основание (Kb = 210-9) значительно сильнее, чем
пиррол (Kb = 2,510-14), и более слабое основание, чем алифатические
амины (Kb 10-14). Пиррольный атом азота не склонен присоединять
протон, т.е. не является центром основности. Это объясняется тем, что
неподелённая пара электронов пиррольного атома азота находится на
негибридной p-орбитали и участвует в циклическом ароматическом
сопряжении.
Более низкую основность пиридина по сравнению с алифатическими
аминами можно объяснить следующим образом. Азот в алифатических
аминах имеет sp3-гибридизацию, а в пиридине — sp2-гибридизацию.
Электроны на р-орбиталях находятся дальше от ядра и поэтому слабее
удерживаются , т.е. легче взаимодействуют с протоном, чем электроны на
s-орбиталях. В тоже время р-характер орбитали алифатических аминах
(доля
р-орбитали в sp3-гибридной орбитали составляет 3/4) больше, чем в
пиридине (доля р-орбитали в sp2-гибридной орбитали — 2/3).
Следовательно, свободная электронная пара в пиридине труднее
взаимодействует с протоном, чем электронная пара азота в алифатических
аминах.
+ HCl
-
N + Cl
H
N
хлорид пиридиния
Вопрос
2.
Как
будет
взаимодействовать
2,3-дихлорпиридин
а) с разбавленной серной кислотой, б) с концентрированной серной
кислотой при нагревании? Для реакций электрофильного замещения
приведите механизмы.
Ответ. В водном растворе серной кислоты сульфирующая частица не
образуется вследствие того, что кислота практически полностью
диссоциирована:
H2SO4 + H2O  H3O+ + HSO4¯,
поэтому разбавленная кислота не сульфирует. Пиридин имеет свободную
пару электронов на sp2-орбитали азота и поэтому способен реагировать с
протоном, т.е. проявляет основные свойства.
Cl
Cl
+ H2SO4
N
Cl
-
+
N
H
HSO4
Cl
2,3-дихлорпиридиния гидросульфат
С концентрированной серной кислотой при нагревании протекает реакция
сульфирования. В молекуле 2,3-дихлорпиридина в положениях 2 и 3
находятся элетроноакцепторные заместители (атомы хлора), но
обладающие +М-эффектом, т. е. ориентирующие вступающий электрофил
в орто- и пара-положения (как в бензольном кольце). Однако их
ориентация несогласованная и поэтому электрофил будет вступать в
свободное -положение (как в незамещённом пиридине), т. е. в положение
5.
Реакции сульфирования протекают в сильнокислой среде, поэтому
первой стадией этих процессов является протонирование, а затем — атака
электрофила.
Cl
+ H2SO4
N
Cl
N+
H
Cl
HO3S
N
Cl
- H2S2O7/ T
HSO4
-HSO4
Cl
- H2SO4
-
HO3S
Cl
+
Cl
N
-H+
Cl
O3S
Cl
H
+N
Cl
H
Вопрос 3. Приведите схему реакции получения амида никотиновой
кислоты из -пиколина.
Ответ. Один из способов получения никотинамида в наиболее мягких
условиях может быть таким: -пиколин (3-метилпиридин) окисляется без
нарушения цикла в никотиновую кислоту; взаимодействие никотиновой
кислоты с тионилхлоридом приводит к образованию хлорангидрида
никотиновой кислоты; затем при его взаимодействии с аммиаком
образуется никотинамид.
COOH
CH3
KMnO4
N
-пиколин
SOCl2
N
COCl
CONH2
NH3
N
никотиновая кислота
никотиновой кислоты
N
хлорангидрид
Контрольные вопросы и задачи
1. По каким критериям пиридин и хинолин относят к ароматическим соединениям?
2. Приведите примеры, характеризующие оснόвные и нуклеофильные
свойства пиридина.
3. Сравните реакционную способность пиридина и бензола в реакциях
электрофильного замещения. Какие факторы способствуют более
сложному течению реакций электрофильного замещения в пиридине по
сравнению с бензолом? Почему для пиридина возможны реакции нуклеофильного замещения, не характерные для бензола?
никот
4. Сравните реакционную способность бромбензола, 2-бром-пиридина и
3-бромпиридина в реакциях нуклеофильного замещения атома галогена
на этоксигруппу при взаимодействии с этилатом натрия.
5. Приведите механизмы реакций взаимодействия 2-хлорметилпиридина
с а) избытком твёрдой щёлочи при нагревании, б) хлором (1 моль) на
свету. Поясните.
6. Приведите основные таутомерные формы для 2-гидрокси-пиридина, 3гидроксипиридина и 2-аминопиридина.
7. Приведите механизмы реакций взаимодействия 2,5-диамино-пиридина
с а) разбавленной соляной кислотой, б) концентрированной серной
кислотой.
8. Что происходит при обработке смеси 1 моля 2-метилпиридина и 1 моля
3-метилпиридина диизопропиламидом лития (1 моль) и затем йодметаном (1 моль)?
9. Приведите механизм реакций нитрования хинолина и изохинолина.
Объясните направление реакций.
10. Какое положение в хинолине и изохинолине наиболее склонно к реакциям с нуклеофильными реагентами и почему? Приведите механизм
реакции Чичибабина для хинолина, изохинолина.
11. Напишите схему реакции получения изоникотиновой кислоты путем
окисления -пиколина.
12. Сравните поведение пиридина и бензола в реакциях окисления цикла и
восстановления цикла.
Занятие 4. ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ С ДВУМЯ
ГЕТЕРОАТОМАМИ
Вопросы для подготовки к занятию
Шестичленные азотосодержащие насыщенные и ароматические гетероциклические соединения с двумя гетероатомами их производные.
Строение и ароматичность пиримидина, пиразина, пиридазина; основность
насыщенных и ароматических гетероциклов. Реакции электрофильного и
радикального замещения для диазинов и их производных, реакции окисления, алкилирования. Медико-биологическое значение шестичленных гетероциклов с двумя гетероатомами и их производных.
Содержание занятия
1. Обсуждение вопросов по теме занятия.
2. Контроль усвоения темы.
Типовые обучающие вопросы и эталоны ответов на них
Вопрос 1. В чём различие взаимодействия при нагревании с
концентрированной серной кислотой а) пиримидина, б) 2,4-дигидроксипиримидина. Приведите механизмы реакций.
Ответ. Незамещённый пиримидин в реакции электрофильного замещения
не вступает, молекула пиримидина при нагревании с концентрированной
серной кислотой протонируется. Присоединение второго протона —
чрезвычайно сложный процесс, и возможен лишь в концентрированных
растворах очень сильных кислот, таких как серная.
+
N
NH
H2SO4
N
+
-
HSO4
NH
H2SO4
+
N
-
2 HSO4
N
H
В кольце молекулы 2,4-дигидроксипиримидина находятся две
гидроксильные
группы
(являющиеся
электронодонорами).
Это
способствует течению реакции по механизму электрофильного замещения;
наиболее активно в молекуле для SE-реакций положение C5.
OH
OH
N
N
HO3S
N
H2S2O7
OH
H
H2S2O7
+
OH
N
OH
-
N
HSO4
OH
N
OH
HO3S
N
- H2SO4
OH
N
Вопрос 2. Какой вид таутомерии характерен для пурина.
Ответ. Для пурина характерна прототропная таутомерия за счет миграции
протона между атомами азота имидазольного кольца. В кристаллическом
состоянии пурин существует в виде 7Н-таутомера, однако в растворе 7Нпурин и 9Н-пурин представлены примерно в равных количествах.
N
N
N
N
H
9H-пурин
H
N
N
N
N
7Н-пурин
Контрольные вопросы и задачи
1. Почему дипротонные соли диазинов трудно образуются?
2. Какой из хлордиазинов вступает в реакции нуклеофильного замещения
в наиболее жёстких условиях? Почему?
3. В чем различие протекания реакции Чичибабина для пиримидина, пиразина. Как будет взаимодействовать с данным реагентом барбитуровая кислота (2,4,6-тригидроксипиримидин)?
4. Какие два вида таутомерии характерны для барбитуровой кислоты?
5. Как исходя из пентандиона-2,4 можно получить следующие соединения: 4,6-диметилпиримидин, 4,6-диметилпиримидинон-2, 2-амино-4,6диметилпиримидин?
6. Докажите соответствие пурина критериям ароматичности.
7. Пурин проявляет амфотерные свойства. Напишите схемы образования
солей пурина с калием и серной кислотой.
8. Приведите механизмы реакций взаимодействия со щёлочью пиридазина, пиримидина, пурина.
9. Приведите механизм реакции превращения 2,6-дигидрокси-пурина
(ксантина) в 1,2,3,6-тетрагидро-1,3,9-триметил-2,6-диоксопурин (кофеин).
10. Изобразите структуру замещённого пурина, образующегося при нагревании 4,5,6-триаминопиримидина с формамидом. Приведите механизм
реакции.
Занятие 5. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ. АЛКАЛОИДЫ
Вопросы для подготовки к занятию
Строение производных пиридина: урацила, тимина, цитозина, барбитуровой и оротовой кислот; их кислотно-основные свойства и отношение к
электрофилам. Строение пурина и его производных: гипоксантина, ксантина, мочевой кислоты, аденина, гуанина; их кислотно-основные свойства.
Таутомерия азотистых оснований нуклеиновых кислот.
Общая характеристика алкалоидов. Химическая классификация и
важнейшие группы алкалоидов. Представители разных групп алкалоидов,
их физико-химические и физиологические свойства и медикобиологическое значение.
Содержание занятия
1. Обсуждение вопросов по теме занятия.
2. Контроль усвоения темы.
Типовые обучающие вопросы и эталоны ответов на них
Вопрос 1. Приведите схему реакций сначала щелочного гидролиза 5'уридиловой кислоты, а затем кислотного гидролиза образовавшегося
продукта. Назовите продукты реакций.
Ответ. Молекулы 5'-уридиловой кислоты образованы сложноэфирными и
гликозидными связями. В условиях щелочного гидролиза необратимо
разрушаются сложноэфирные связи.
O
NH
NH
O
-
OH
5'-уридиловая кислота
CH2OH
N
O
H H
H
H
OH OH
O
+
OH
O P O CH2
N
O
OH
H H
H
H
OH OH
O
-
PO43
уридин
Затем в кислой среде в образовавшемся нуклеозиде гидролизуется
гликозидная связь.
O
NH
O
H2O/H
+
CH2OH
O
H H
H
OH OH
D-рибоза
OH
NH
+
CH2OH
N
O
H H
H
H
OH OH
O
N
H
O
урацил
Вопрос 2. Приведите различные таутомерные формы урацила. Объясните,
почему дилактамная форма является наиболее устойчивой.
Ответ. Урацил, или 2,4-дигидроксипиримидин, может существовать в
нескольких таутомерных формах:
OH
N
OH
N
H
O
N
N
O
NH
OH
NH
N
O
N
H
O
OH
При этом, само название «2,4-дигидроксипиримидин» соответствует
дилактимной форме (изображена слева). Переход дилактимной в
дилактамную форму (справа) осуществляется через промежуточные
лактим-тактамные формы, как показано на схеме. Однако наиболее
устойчивой является дилактамная форма, и именно в такой форме урацил
входит в состав РНК. Причиной этому могут быть более низкие кислотные
свойства NH-кислот по сравнению с ОН-кислотами (лактам является NHкислотой, а лактим — ОН-кислотой), и трудность отрыва протона от атома
азота в NH-кислоте делает эту таутомерную форму более устойчивой.
Контрольные вопросы и задачи
1. Напишите лактим–лактамные таутомерные превращения нуклеиновых
оснований: урацила, тимина, цитозина, гуанина, аденина. Укажите более
устойчивую форму для каждого из них.
2. Какая из комплементарных пар: УА или ТА входит в состав ДНК, приведите её строение.
3. Приведите схему дефосфорилирования нуклеотида 3'-уриди-ловой кислоты. Укажите условия и назовите продукты реакции.
4. Приведите строение нуклеотида, полученного из дезоксирибозы, гуанина и фосфорной кислоты. Назовите его, укажите сложноэфирную и гликозидную связи.
5. Приведите схему кислотного гидролиза гуанозин-5'-фосфата, назовите
продукты реакции.
6. Напишите уравнение окислительного дезаминирования аденина, назовите продукт.
Занятие 6. ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Содержание занятия
1. Контрольная работа.
Вопросы для подготовки к контрольной работе
1. Гетероциклические соединения: понятие, классификация. Ароматические гетероциклические соединения: типы, распространение в природе,
медико-биологическое значение.
2. Пятичленные азото-, кислородо- и серосодержащие насыщенные и
ароматические гетероциклические соединения. Строение фурана, пиррола, тиофена, индола, их кислотно-основные свойства, ацидофобность
3. Реакции электрофильного замещения, присоединения, окисления, расширения цикла и замены гетероатома пятичленных гетероциклов с одним гетероатомом.
4. Строение диазолов, оксазола, изоксазола, тиазола, изотиазола. «Пиррольный» и «пиридиновый» атомы азота. Ароматичность в сравнении
пятичленными гетероциклами с одним гетероатомом и бензолом.
5. Кислотно-основные свойства имидазола и пиразола, их реакции электрофильного замещения и алкилирования.
6. Медико-биологическое значение пятичленных гетероциклов и их производных. Бензимидазол и бензотиазол: особенности строения, химического поведения; медико-биологическое значение.
7. Шестичленные азото- и кислородосодержащие насыщенные и ароматические гетероциклические соединения и их производные. Строение пиридина, пиранов, пиронов. Ароматичность и основность пиридина.
8. Хинолин и изохинолин: их строение, ароматичность и основность.
9. Реакции электрофильного замещения, окисления и алкилирования пиридина, хинолина и изохинолина.
10. Медико-биологическое значение шестичленных гетероциклов с одним
гетероатомом и их производных.
11. Шестичленные азотсодержащие насыщенные и ароматические гетероциклические соединения и их производные. Строение и ароматичность
пиримидина, пиразина, пиридазина. Основность насыщенных и ароматических гетероциклов.
12. Реакции электрофильного и радикального замещения, окисления, алкилирования для диазинов и их производных.
13. Строение производных пиридина: урацила, тимина, цитозина, барбитуровой и оротовой кислот; их кислотно-основные свойства и отношение
к электрофилам.
14. Строение пурина и его производных: гипоксантина, ксантина, мочевой
кислоты, аденина, гуанина; их кислотно-основные свойства.
15. Таутомерия азотистых оснований нуклеиновых кислот.
16. Медико-биологическое значение производных пиримидина и бициклических гетероциклов.
17. Нуклеозиды и нуклеотиды: строение, β-гликозидная и сложноэфирная
связи. Номенклатура нуклеозидов и мононуклеотидов. Гидролиз βгликозидных и сложноэфирных связей.
18. Образование полинуклеотидной цепи. Структура нуклеиновых кислот:
первичная и вторичная структура ДНК. Комплементарность нуклеиновых оснований.
19. Алкалоиды: классификация, представители важнейших групп алкалоидов и их характеристика.
20. Кислотно-основные, физико-химические и физиологические свойства
алкалоидов.
ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ
1. МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ И ОЧИСТКИ
ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Продукты реакции, выделенные из реакционной массы, обычно
содержат примеси и называются сырыми продуктами. В качестве примесей
в них могут присутствовать растворители, исходные вещества, побочные
продукты, возникающие в xoдe синтеза. Сырые продукты, как правило,
подвергаются очистке. Методы очистки зависят от физических и
химических свойств веществ, подвергаемых разделению. В лаборатории
органического синтеза постоянно приходится иметь дело с разделением
суспензий, смесей твердых веществ, выделением веществ из растворов.
Ниже рассмотрены применяемые при этом методы.
1.2. РАЗДЕЛЕНИЕ ТВЕРДЫХ СМЕСЕЙ И ОЧИСТКА ТВЁРДЫХ
ВЕЩЕСТВ
Очистка твердых веществ от примесей является частным случаем
более общей задачи — разделения твердых смесей органических соединений. Применяются различные методы разделения и очистки твёрдых смесей, и выбор метода определяется свойствами веществ, подвергаемых разделению или очистке, характером примесей, степенью требуемой чистоты,
а также экономичностью метода.
Органические соединения, принадлежащие к различным классам,
обладают разной растворимостью. Это обстоятельство используется для
очистки и разделения органических веществ путем кристаллизации, в
частности дробной кристаллизации, а также при проведении экстракции.
Очистка и разделение твердых веществ могут осуществляться также
с помощью возгонки. Для разделения смесей, состоящих из веществ,
весьма близких по химическому строению, широко примeняeтcя
распределительная и адсорбционная хроматография.
Кристаллизация. Кристаллизация является важным методом
очистки органических соединений.
Вещество, которое нужно перекристаллизовать, растворяют при
нагревании в подходящем растворителе. Растворитель следует брать в количестве, достаточном для полного растворения вещества при нагревании
(нерастворимые примеси во внимание не принимаются).
Решающее значение для успешного проведения кристаллизации
имеет правильный выбор растворителя. Одно из основных требований к
растворителю заключается в том, чтобы при нагревании он растворял
кристаллизуемое вещество значительно лучше, чем на холоду.
Растворитель не должен растворять примеси (тогда их можно будет
отфильтровать) или, наоборот, должен растворять их очень хорошо (тогда
при охлаждении раствора они не выпадут вместе с основным продуктом, а
останутся в маточном растворе). Сведения о растворимости органических
соединении находят в справочной литературе, а если такие сведения
отсутствуют, то подбирают соответствующий растворитель на основании
результатов пробирочных опытов. При этом следует иметь в виду, что
«подобное растворяет подобное».
Так как не всегда можно найти растворитель, который позволил бы
избавиться от всех примесей, приходится в ряде случаев проводить
последовательно две и более кристаллизации из различных растворителей.
При необходимости перекристаллизовать большие количества вещества
удобен растворитель, в 1 л которого при нагревании растворяется около
200 г вещества, а при работе с небольшими количествами следует
пользоваться
растворителем,
5–10 мл которого растворяют примерно 0,1–0,5 г вещества.
Если подходящий растворитель подобрать не удается, то пользуются
смесью растворителей, из которых один хорошо, а другой плохо
растворяет очищаемое вещество. При этом чаще всего применяются
разбавленный спирт, смесь бензола и предельных углеводородов, эфира и
хлороформа и др.
Горячий раствор, насыщенный кристаллизуемым веществом, отфильтровывают от нерастворившихся примесей, затем фильтрат охлаждают, выпавший осадок фильтруют, промывают на нутч-фильтре и сушат.
Для более полного выделения осадка охлаждение можно вести в бане с ледяной водой или в холодильнике.
Нутч-фильтр:
1 – колба для отсасывания
(колба Бунзена)
2 – воронка Бюхнера
Органические соединения, как правило, хорошо растворимы в
обычных растворителях. Поэтому вытеснение маточного раствора из
осадка, собранного на фильтре, должно производиться как можно
меньшим количеством пpoмывной жидкости.
Для более полного отделения органических соединений от маточных
растворов и ускорения фильтрования процесс этот проводят, создавая
перепад давления между областями над фильтром и под фильтром, что в
лабораторных условиях достигается преимущественно путем создания
разрежения под фильтром (отсасывание). Фильтр для отсасывания,
называемый нутч-фильтром, состоит из цилиндрической воронки с
сетчатым дном (воронка Бюхнера) и толстостенной конической колбы для
работы под вакуумом (колба Бунзена).
На сетчатое дно воронки накладывают лист фильтровальной бумаги,
по размерам точно совпадающий с площадью дна воронки, а колба
подключается к водоструйному вакуум-насосу.
Перед началом фильтрования фильтровальную бумагу, находящуюся
на дне воронки, смачивают растворителем, включают вакуум-насос (при
этом бумага присасывается к дну воронки) и приступают к фильтрованию.
В процессе фильтрования по мере опорожнения воронки Бюхнера ее
равномерно заполняют.
На нутч-фильтре можно фильтровать только холодные суспензии.
Размеры воронки Бюхнера и колбы Бунзена должны находиться в
соответствии с количеством осадка и объемом фильтрата.
Собранный на фильтре осадок тщательно отжимают стеклянной
пробкой до тех пор, пока не перестанет капать маточный раствор. При
этом происходит устранение трещин в осадке. Затем осадок промывают
растворителем, из которого велось выделение продукта, или каким-либо
другим растворителем, в котором этот осадок плохо растворим. Промывку
производят небольшими порциями. При этом сначала колбу Бунзена
соединяют с атмосферой и пропитывают осадок на фильтре промывной
жидкостью. Затем в колбе создают вакуум и промывную жидкость
тщательно отсасывают. Эту операцию повторяют несколько раз. После
этого осадок снимают с фильтра и сушат.
При фильтровании очень мелких осадков на дно воронки Бюхнера
кладут два–три слоя фильтровальной бумаги. В больших воронках
Бюхнера для предохранения фильтровальной бумаги от разрыва ее
покрывают фильтром из ткани, который, кроме того, облегчает удаление
осадка с фильтра.
При фильтровании горячих растворов, чтобы предотвратить
охлаждение в процессе фильтрования и возможную в связи с этим
кристаллизацию, пользуются специальной металлической воронкой,
которая служит обогревательным кожухом для фильтровальной воронки.
При работе с водными растворами удобно
нагревать
фильтровальную
воронку
парами
фильтруемого раствора. Для этого в стакан наливают
небольшое количество растворителя и вставляют
укороченную воронку, в которую помещают
бумажный фильтр.
1 – укороченная воронка
2 – стакан
3 – растворитель
Диаметр верхнего сечения воронки должен быть лишь ненамного
больше диаметра стакана. Воронку закрывают часовым стеклом и доводят
растворитель в стакане до кипения, нагревая его на бане. После того как
пары растворителя нагреют воронку, часовое стекло снимают и в воронку
наливают горячий раствор, подлежащий фильтрованию. Затем воронку
снова закрывают часовым стеклом. В течение всего фильтрования
растворитель в стакане поддерживают в состоянии слабого кипения.
Горячие растворы фильтруются значительно скорее, чем холодные,
так как вязкость растворов с повышением температуры уменьшается.
Некоторые органические вещества образуют пересыщенные
растворы. Поэтому иногда, для того чтобы началась кристаллизация,
приходится вносить в раствор для затравки кристаллик выделяемого
вещества. Вызвать кристаллизацию можно также, потирая стеклянной
палочкой по стенке сосуда.
При растворении органических соединений, содержащих смолистые
пpимеси, последние могут придать окраску растворам. Окрашенные
примеси, как правило, затрудняют кристаллизацию основного продукта.
Эти примеси по физико-химическим свойствам в большинстве случаев
отличаются от основного продукта и могут быть избирательно извлечены
из раствора при помощи адсорбентов.
Полярные растворители обесцвечивают активированным углем,
который добавляют к горячему раствору в тщательно измельчённом виде,
составляющем 2% до 5% от массы кристаллизуемого вещества.
Температура горячего раствора при добавлении активированного угля
должна быть значительно ниже температуры кипения, чтобы добавление
угля не вызвало бурного кипения жидкости, которое может
сопровождаться выбросом. Затем раствор некоторое время тщательно
перемешивают, кипятят и в горячем виде фильтруют. Если раствор
полностью не обесцветился, то обработку активированным углем
повторяют.
Следует иметь в виду, что при обесцвечивании активированным
углем, особенно при нагревании, некоторые соединения легко окисляются
зa счет кислорода, адсорбированного углем.
Растворы неионизированных растворителей, например гексана,
тетрахлорметана, дихлорэтана, бензола, хлороформа, обесцвечивают
оксидом алюминия. Их фильтруют через слой адсорбента, который
помещают в воронку Бюхнера или на стеклянный фильтр.
При обработке пористыми материалами обесцвечивание достигается
только в том случае, если окрашенные вещества лучше адсорбируются на
поверхности пористого материала, чем основное вещество. Это происходит, например, тогда, когда окрашенные вещества являются сложными высокомолекулярными соединениями, образующимися в результате окисления, полимеризации или конденсации молекул основного вещества или каких-либо сопутствующих ему продуктов.
Возгонка. Возгонка состоит из двух стадий, одна из которых —
испарение твердого вещества, а вторая — конденсация образовавшихся
паров в твердое вещество.
Для очистки органических соединений возгонка удобна в том случае,
когда возгоняется лишь основной продукт, а примеси не испаряются.
Возгонка применяется для очистки хинонов, многоядерных углеводородов
и некоторых других соединений. Её ведут при температуре, которая ниже
точки возгонки данного вещества. Это обеспечивает получение чистого
продукта.
Возгонку можно вести в фарфоровой чашке, закрытой широким концом воронки, диаметр которой несколько меньше диаметра чашки. Узкий конец воронки
неплотно закрывают ватой, а для того чтобы возгон не
попадал обратно в чашку, ее покрывают круглым листком фильтровальной бумаги с несколькими отверстиями
в нём. Вещество, подвергаемое возгонке, должно быть
мелко раздроблено.
Преимущество возгонки по сравнению с кристаллизацией заключается в том, что в результате возгонки,
как правило, сразу же получается чистый продукт и возгонку легко провести даже с очень небольшими количествами вещества.
1.3. РАЗДЕЛЕНИЕ ЖИДКИХ СМЕСЕЙ И ОЧИСТКА ЖИДКОСТЕЙ
Перегонка является весьма удобным способом выделения и очистки
продуктов реакции. Разделение смеси жидкостей перегонкой возможно
тогда, когда образующийся при перегонке пар имеет другой состав по
сравнению с жидкостью. Д.П. Коновалов установил законы,
характеризующие соотношения между составами равновесных жидкостей
и
пара.
Согласно
первому
закону
Д.П. Коновалова, повышение относительного содержания данного компонента в жидкой фазе всегда вызывает увеличение относительного содержания его в парах. При этом в двухкомпонентной системе пар (по
сравнению с находящейся с ним в равновесии жидкостью) относительно
богаче тем из компонентов, прибавление которого к системе повышает
общее давление пара, т.е. понижает температуру кипения смеси при
данном давлении.
Способы перегонки разделяют на две группы: простая перегонка и
ректификация.
Перегонка применяется: для удаления растворителей; для разделения
нескольких продуктов реакции, имеющих различные температуры
кипения; для очистки от примесей.
По условиям проведения различают три вида перегонки:
а) при атмосферном давлении, б) при уменьшенном давлении (перегонка в
вакууме), в) водяным паром.
Первые два вида перегонки могут быть использованы для решения
любой из указанных выше задач. Перегонку с водяным паром применяют
для удаления растворителей и для отделения основного вещества от
примесей.
Простая перегонка. При простой перегонке пары кипящей
жидкости непосредственно из перегонной колбы поступают в холодильник, где превращаются в конденсат. Таким образом, разделение
смеси жидкостей в основном может происходить лишь на стадии
испарения.
Простая перегонка применяется тогда, когда температуры кипения
веществ, входящих в состав перегоняемой смеси, значительно отличаются
друг от друга. Удовлетворительное разделение в процессе простой
перегонки наступает лишь при условии, что разница в температурах
кипения перегоняемых жидкостей составляет не менее 80С. Простая
перегонка удобна для очистки веществ от нелетучих или трудно летучих
примесей.
Установка для простой перегонки при атмосферном давлении:
1 – перегонная колба
(колба Вюрца)
2 – холодильник
3 – алонж
4 – приёмник
В этой установке используется колба с отводной
трубкой — колба Вюрца. Один из видов колбы Вюрца в
месте присоединения отводной трубки имеет небольшое
колено, которое служит для предотвращения попадания в холодильник капель, уносимых парами. При сборке установки следует обратить внимание
на то, чтобы ртутный шарик термометра находился примерно на 0,5 см
ниже отверстия отводной трубки и чтобы шарик термометра хорошо омывался парами перегоняемой жидкости.
Холодильник, из которого конденсат не попадает обратно в
перегонную колбу, а направляется в приёмник, называется прямым, или
нисходящим, холодильником. Если температура перегоняемой жидкости
ниже 120–130С, в качестве прямого холодильника используется
холодильник с водяной рубашкой — холодильник Либиха. Следует строго
следить за тем, чтобы во время перегонки вода непрерывно поступала в
холодильник, так как и противном случае может возникнуть пожар или
взрыв.
При перегонке жидкостей, температура кипения которых выше 120–
130С, применяется воздушный холодильник. (При перегонке жидкостей,
кипящих в интервале 120–160С, ещё можно применять холодильник
Либиха. Однако в этом случае охлаждающим средством служит
непроточная вода).
В качестве приемника могут служить различные плоскодонные
колбы, в том числе и конические (колбы Эрленмейера). Приёмник, в
который собирают легко испаряющиеся жидкости, обычно помещают в
баню со льдом.
Следует строго следить за тем, чтобы внутреннее пространство
приборов, не предназначенных для работы под давлением, всегда было
соединено с атмосферой.
Описанные
выше
установки
применяются
для
отгонки
растворителей и для перегонки сравнительно однородных веществ,
температура кипения которых значительно ниже, чем у примесей, от
которых они отгоняются.
После того, как установка собрана и все её части плотно соединены
друг с другом, вынимают пробку с термометром, вставляют в горловину
колбы Вюрца воронку, нижний конец которой должен располагаться ниже
бокового отвода колбы. Через воронку наливают перегоняемую жидкость.
При этом перегонную колбу нужно заполнять не больше чем на 2 3 .
Воронку вынимают и в находящуюся в колбе жидкость вносят «кипелки»
(«кипятильники»). После окончания загрузки в горловину перегонной
колбы снова вставляют пробку с термометром и жидкость в колбе
начинают нагревать.
Чтобы обеспечить равномерное нагревание и избежать перегрева,
перегонную колбу следует нагревать на одном из видов жидкостных бань
(водяная, масляная, металлическая, солевая), причем всегда нужно следить
за температурой в бане.
Перегонку ведут с такой скоростью, чтобы в течение секунды в приемник попадало не больше 1–2 капель дистиллята. После окончания перегонки использованные «кипелки» выбрасывают.
Простая перегонка широко используется, в частности, для отгонки
растворителей. При отгонке низкокипящих и легковоспламеняющихся
растворителей — ацетона, спирта, бензола и особенно эфира — следует
проявлять большую осторожность. Отгонку эфира лучше вести в
вытяжном шкафу, в котором нет включенных нагревательных приборов и
зажжённых горелок. Нагревание колбы с эфиром можно производить
только на водяной бане, нужную температуру в которой поддерживают,
приливая горячую воду. Не следует собирать в одни приемник больше чем
300–400 мл эфира. Ацетон, спирт, бензол можно отгонять на водяной бане,
подогреваемой электрической плиткой с закрытым обогревом.
Следует иметь в виду, что к концу отгонки растворителя температура кипения раствора повышается настолько, что даже на кипящей
водяной бане не удается отогнать остатки растворителя. Их следует
отгонять при небольшом вакууме. Растворители, кипящие при температуре
выше 100С, как правило, отгоняются на масляной бане, которая
нагревается на 20–30С выше температуры кипения растворителя.
Высококипящие растворители, например нитробензол, целесообразно
отгонять в вакууме и, когда это возможно, с водяным паром.
Если остаток, полученный после отгонки растворителя, занимает
небольшой объем в перегонной колбе и, в свою очередь, подлежит
разгонке, то его следует перелить в перегонную колбу меньших размеров.
Чтобы избежать этого, отгонку растворителя ведут из небольшой колбы, в
которую по мере отгонки приливают из капельной воронки новые порции
перегоняемого раствора. Для этой цели можно, например, использовать
колбу Вюрца, в которую вместо термометра вставляют капельную
воронку.
Следует заметить, что если остаток в колбе кипит при температуре
выше 150С, то после отгонки растворителя, перед тем как начать
перегонку этого остатка, перегонную колбу разъединяют с водяным
холодильником и присоединяют к воздушному.
Перегонка с водяным паром. Перегонка с водяным паром является
эффективным методом очистки органических соединений, не растворимых
или трудно растворимых в воде. Она особенно пригодна в тех случаях,
когда продукт реакции загрязнен большим количеством труднолетучих
смолистых примесей. Этот способ позволяет проводить перегонку веществ
при температуре, значительно меньшей, чем их температура кипения.
Обусловлено это тем, что общее давление паров над смесью воды и
нерастворимой в ней жидкости равно сумме парциальных давлений паров
воды (р1) и этой жидкости (р2): Р = р1 + р2 и, следовательно, р1 = Р - р2 < Р.
1 – круглодонная колба с длинным горлом
2 – перегоняемое вещество и вода
3 – холодильник
4 – приёмник
5 – парообразователь
6 – трубка, по которой поступает пар
7 – пароотводная трубка
8 – предохранительная трубка
9 – тройник
10 – винтовой зажим
11 – алонж
Поэтому температура кипения такой смеси, например, при атмосферном давлении всегда будет ниже 100°С. Для перегонки с водяным паром можно использовать колбу Кляйзена, в которую вставляют трубку, доходящую до дна колбы. По этой трубке из парообразователя поступает
пар. Для того чтобы в процессе перегонки предотвратить переполнение
перегонной колбы водой, ее нужно нагревать.
Перегонку, как правило, ведут до тех пор, пока дистиллят не перестанет разделяться на две фазы.
При перегонке весьма мало летучих веществ применяется перегретый водяной пар. Для получения перегретого водяного пара между
парообразователем и перегонной колбой включается пароперегреватель.
2. МЕТОДЫ СИНТЕЗА
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
2.1. БРОМЭТАН
C2H5OH + KBr + H2SO4→ C2H5Br + KHSO4 + H2O
Реактивы. Этиловый спирт (95%) 30 мл, бромид калия 25 г,
серная кислота (d 1,84 г/мл) 30 мл.
В круглодонную колбу емкостью 250 мл вносят 30 мл
концентрированной серной кислоты и быстро, при помешивании
добавляют 30 мл этилового спирта. Смесь охлаждают до комнатной
температуры и осторожно приливают к ней (при постоянном внешнем
охлаждении) 20 мл ледяной воды, затем прибавляют 25 г
тонкоизмельченного бромида калия.
Колбу с реакционной смесью присоединяют к длинному прямому
холодильнику, соединенному с алонжем. Конец алонжа на 1–1,5 см
опускают в смесь воды со льдом, налитую в колбу-приемник, который в
свою очередь, охлаждают в бане со льдом. Реакционную смесь нагревают
на песчаной или воздушной бане до тех пор, пока в приемник не
перестанут поступать маслянистые капли, опускающиеся на дно. Если
реакционная смесь в колбе начинается пениться, то на короткое время
уменьшают нагревание. В процессе перегонки вода, налитая в приемник,
может подниматься в алонж. В этом случае приемник опускают на
столько, чтобы конец алонжа был лишь немного погружен в жидкость или
можно повернуть аллонж в сторону.
По окончанию реакции содержимое приемника переливают в
делительную воронку и отделяют бромэтан (нижний слой) в коническую
колбу емкостью 100 мл. В колбу добавляют прокалённый хлорид кальция,
охлаждают её водой со льдом (лучше снегом с солью) в течение 10 мин.
Происходит высушивание. Бромэтан отделяют декантацией и перегоняют
на водяной бане. Колбу-приемник охлаждают водой со льдом. Бромистый
этил перегоняют в интервале температур 35–40°С, основная масса — при
38–39°С. Неочищенный бромэтан может быть окрашен примесью брома
(побочного продукта) в желтоватый цвет. Выход бромэтана 20г.
Чистый бромэтан (этилбромид) — бесцветная жидкость со
специфическим запахом, смешивается со спиртом, эфиром, хлороформом;
имеет низкую температуру кипения, поэтому хранить его следует в темной
склянке с притертой пробкой или в запаянной ампуле. При хранении на
свету желтеет вследствие разложения с выделением брома. Молекулярная
масса 108,97; температура кипения 38,4°С; d4201,4555; nD201,4239.
Качественная реакция на присутствие галогена. Проба Бельштейна.
Медную проволоку с загнутым в идее петельки концом прокаливают в
пламени горелки для образования на поверхности слоя оксида меди (П).
По охлаждении конец проволоки смачивают бромистым этилом и
вводят его в несветящееся пламя горелки. Сначала пламя становиться
светящимся (сгорает углерод), а затем оно окрашивается в яркий синезеленый цвет (от испаряющихся бромидов меди). Эта реакция характерна
для галогенопроизводных.
2.2. СУЛЬФАНИЛОВАЯ КИСЛОТА
+
NH2 + H2SO4
NH3HSO4-
HO3S
NH2
Реактивы. Анилин 9 мл, серная кислота (d 1,84 г/мл) 16 мл.
В круглодонную колбу вместимостью 50 мл вносят 9 мл анилина и
небольшими
порциями
при
встряхивании
добавляют
16 мл концентрированной серной кислоты. Смесь сильно разогревается.
Колбу закрепляют в штативе, погружают в неё термометр (ртутный шарик
термометра должен быть полностью в жидкой смеси!). Термометр
закрепляется в штативе отдельно. Нагревают колбу на воздушной бане в
течение
2–2,5
час
при
180°–190°С. Окончание реакции устанавливается по прекращению
выделения водяных паров. В противном случае нагревание продолжают.
После окончания реакции смесь охлаждают до ~150°С и ещё
горячую быстро выливают в стакан со 100 мл холодной воды. Выпадают
кристаллы сульфаниловой кислоты. Смесь охлаждают в бане с ледяной
водой, кристаллы отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают на
фильтре небольшим количеством холодной воды.
Продукт очищают перекристаллизацией из воды. Кристаллы
отфильтровывают, промывая небольшим количеством воды, и
высушивают на воздухе. Получают 12 г продукта.
Сульфаниловая кислота — бесцветные блестящие кристаллы,
температура разложения 280°С; умеренно растворима в этаноле,
диэтиловом эфире, воде.
2.3. НИТРОБЕНЗОЛ
+ HNO3
H2SO4
NO2
+ H2O
Реактивы. Бензол 20 мл, серная кислота (d 1,84 г/мл) 26 мл, азотная кислота 20 мл.
! Работа выполняется в вытяжном шкафу.!
В коническую колбу вместимостью 250 мл, снабженную термометром,
помещают 20 мл концентрированной азотной кислоты и при перемешивании
прибавляют 26 мл концентрированной серной кислоты. Полученную
нитрующую смесь охлаждают в бане с холодной водой до 25–30°С,
закрывают пробкой с обратным воздушным холодильником и при
энергичном перемешивании прибавляют к ней небольшими порциями 20 мл
бензола. В процессе нитрования температура должна поддерживаться в
интервале 50–60°С, что достигается регулированием скорости приливания
бензола и охлаждением колбы с реакционной смесью в бане с холодной
водой.
После прибавления всего количества бензола колбу нагревают в
течение 40–50 мин. на водяной бане при температуре бани 60°С,
продолжая перемешивание. Затем смесь охлаждают до комнатной
температуры и переносят в делительную воронку. Нижний, кислотный,
слой сливают, а верхний слой, содержащий нитробензол, промывают
водой. При этом может образоваться стойкая эмульсия. Для разрушения
эмульсии добавляют 1–2 капли этанола. Нитробензол (нижний слой)
отделяют, промывают 5%-м раствором гидроксида натрия и снова водой.
Промытый нитробензол высушивают хлоридом кальция. Для этого
после прибавления хлорида кальция колбу закрывают пробкой с
небольшим обратным воздушным холодильником и нагревают на водяной
бане до тех пор, пока жидкость не станет прозрачной. Высушенный
нитробензол декантируют от хлорида кальция и перегоняют, собирая
фракцию в интервале 207–211°С.
! Нитробензол нельзя перегонять досуха, так как возможный
побочный продукт реакции м-динитробензол при нагревании может
разлагаться со взрывом.
Нитробензол — маслянистая жидкость желтоватого цвета с запахом
горького миндаля, т. пл. 6°С; т. кип. 211°С; d420 1,2037; nD201,5526; легко
растворим в этаноле, диэтиловом эфире, бензоле, нерастворим в воде.
2.4. β-НАФТОЛОРАНЖ
N2+Cl
NH2
+ NaNO2
SO3H
+ 2HCl
-
+ NaCl
SO3H
+ 2H2O
N2+Cl
-
HO
+
O Na
+
NaOH
-NaCl
NaO3S
N=N
SO3H
Реактивы. Сульфаниловая кислота 2,5 г; нитрит натрия 1 г; β-нафтол 1,8 г;
2 М раствор гидроксида натрия; 2 М раствор соляной кислоты; хлорид
натрия.
Диазотитрование сульфаниловой кислоты проводят следующим
образом: в стакане емкостью 100 мл растворяют при легком нагревании 2,5
г кристаллической сульфаниловой кислоты в 6,5 мл 2 М раствора
гидроксида натрия. После растворения всей кислоты жидкость должна
иметь щелочную реакцию (по лакмусу). К полученному раствору
прибавляют 1 г нитрита натрия в 12 мл воды, охлаждают до 10°С и
приливают его при перемешивании в стакан, содержащий 13 мл 2 М
раствора соляной кислоты. Реакционную смесь охлаждают ледяной водой.
Через несколько минут выделяется белый порошкообразный осадок соли
диазония. Полученный продукт не отделяют, а используют в виде взвеси.
Он более устойчив, чем другие соли диазония, и может храниться
несколько часов.
Затем при комнатной температуре полученную взвесь п-сульфобензолдиазоний хлорида приливают при перемешивании к щелочному
раствору β-нафтола (1,8 г β-нафтола в 22,5 мл 2М раствора гидроксида
натрия). Перемешивание продолжается в течение 30 мин. Для уменьшения
растворимости красителя прибавляют 12,5 г хлорида натрия и оставляют
стоять в ледяной воде 1 час., время от времени перемешивая смесь.
Выпавший краситель отсасывают, промывают небольшим количеством
холодной воды и сушат на воздухе. Выход β-нафтолоранжа около 4 г.
β-Нафтолоранж
(кислотный
оранжевый,
оранж
II)
—
кристаллическое вещество ярко-оранжевого цвета; хорошо растворим в
воде. Молекулярная масса 350, 34.
2.5. ДИЭТИЛФТАЛАТ (АНТИКОМАРИН)
O
C
COOC2H5
O
C
O
+ 2 C2H5OH
+
COOC2H5
H2O
Реактивы. Фталевый ангидрид (или фталевая кислота) 8 г; этанол (95%) 25 мл,
концентрированная серная кислота; насыщенный раствор соды.
В колбу на 100 мл внесите 8 г фталевого ангидрида (или 9 г фталевой
кислоты), прибавьте 25 мл этанола и 3 мл концентрированной серной
кислоты. Полученную смесь нагрейте на воздушной бане с обратным холодильником и кипятите смесь с обратным холодильником в течение 30–
35 мин. После этого перелейте горячую смесь в стакан с 70–80 мл холодной воды.
При помощи делительной воронки отделите осевший на дно
антикомарин. К выделенному сырому антикомарину прибавьте
25–30 мл насыщенного раствора соды и хорошо перемешайте (до полной
нейтрализации серной кислоты).
Снова отделите антикомарин при помощи делительной воронки.
Выход 8 мл.
2.6. ЙОДБЕНЗОЛ
N2+Cl
NH2
+ NaNO2 + 2HCl
N2+Cl
-
+ NaCl
+ 2H2O
I
+ KI
Реактивы.
-
+ KCl
+ N2
Анилин
свежеперегнанный
9,1
мл,
соляная
кислота
(d 1,19 г/моль) 25 мл, нитрит натрия 8 г, йодид калия 20 г, гидроксид
натрия, хлорид кальция, мочевина.
В стакане емкостью 300 мл смешивают 25 мл концентрированной
соляной кислоты с 25 мл воды и к полученному раствору прибавляют 9,1
мл анилина. Стакан помещают в баню с ледяной водой, охлаждают смесь
до 5-10°С и по каплям при перемешивании добавляют раствор 8 г нитрита
натрия в 20 мл воды. По окончании введения нитрита натрия смесь перемешивают при охлаждении еще 1 ч. Полученный раствор соли диазония
переносят в круглодонную колбу емкостью 500 мл, удаляют избыток азотистой кислоты добавлением сухой мочевины (до прекращения выделение
газов). Прибавляют охлажденный раствор 20 г йодида калия в 25 мл воды
и оставляют стоять смесь 1 час. Затем приливают к реакционной смеси
концентрированный раствор гидроксида натрия до сильно щелочной реакции и отгоняют йодбензол с водяным паром. Перегонку ведут до тех пор,
пока из холодильника не перестанут стекать маслянистые капли. Дистиллят из приемники переносят в делительную воронку, и нижний слой —
йодбензол — сливают в маленькую коническую колбу. Сырой продукт
должен быть светло-желтым, если он бурого цвета (от присутствия свободного иода), то его встряхивают с небольшим количеством раствора сульфита или гидросульфита натрия и снова отделяют нижний слой. Йодбензол
сушат хлоридом кальция и перегоняют, собирая фракцию, кипящую при
185—190° С. Выход йодбензола 16 г.
Йодбензол — жидкость со своеобразным запахом, нерастворим в
воде, хорошо растворяется в спирте, эфире. Молекулярная масса 204,01;
температура кипения 188,45 СС; температура плавления –31,35 °С; d415
1,8382; nD18 1,6213.
2.7. 1-БРОМБУТАН
CH3CH2CH2CH2OH + KBr + H2SO4→ CH3CH2CH2CH2Br + KHSO4 + H2O
Реактивы: бутанол-1 23 мл, бромид калия 37 г,
серная кислота (d 1,84 г/мл) 25 мл.
В круглодонную колбу вместимостью 250 мл помещают 37 г тонко
растертого бромида калия, 40 мл воды и 23 мл бyrанола-l. При охлаждении
в бане с водой и перемешивании в колбу порциями по 3–4 мл добавляют
25 мл концентрированной серной кислоты. Колбу снабжают обратным
холодильником и нагревают на асбестовой сетке в течение 2 ч.,
поддерживая слабое кипение жидкости. Вначале содержимое колбы
периодически встряхивают для ускорения растворения бромида калия. В
процессе кипячения реакционная смесь приобретает красно-коричневую
окраску, обусловленную бромом.
Прекратив на некоторое время нагревание, колбу соединяют с прибором для простой перегонки и отгоняют из реакционной смеси lбромбyтан в приемник с 50 мл холодной воды. Перегонку ведут, пока в
приемник не перестанут стекать тяжелые маслянистые капли l-бромбyтана.
Отгон вместе с водой переносят в делительную воронку, нижний слой отделяют. Если продукт окрашен, то его промывают разбавленным раствором гидросульфита натрия. Для очистки продукта от непрореагировавшего
спирта и дибyтилового эфира его встряхивают в делительной воронке с
равным объемом охлажденной до 0°С концентрированной серной кислоты.
Нижний (кислотный) слой сливают, l-бромбyтан промывают последовательно водой, 10%-м раствором гидрокарбоната натрия, снова водой и
высушивают хлоридом кальция. Высушенный продукт перегоняют, собирая фракцию в интервале 99–103°С.
1-Бромбутан — бесцветная жидкость, температура кипения 102°С;
1,299; nD201,4398; растворим в этаноле, диэтиловом эфире, очень мало
растворим в воде (0,06 г в 100 мл воды при 30°С).
d420
2.8. м-ДИНИТРОБЕНЗОЛ
NO2
NO2
+ NaNO3
+ H2SO4
+ NaHSO4 + H2O
NO2
Реактивы. Нитробензол 8,3 мл, серная кислота (d 1,84 г/мл) 25 мл, нитрат натрия 12,5
г, карбонат натрия
! Работа выполняется в вытяжном шкафу.!
В круглодонной колбе ёмкостью 100 мл смешивают 8,3 мл нитробензола с 25 мл концентрированной серной кислоты, погружают термометр в жидкость и нагревают до 80–90°С. Затем небольшими порциями прибавляют 12,5
г тонкорастёртого нитрата натрия, следя за тем, чтобы температура не поднималась выше 130°С. Нитрат натрия растворяется, серная кислота мутнеет,
и наблюдается слабое выделение оксидов азота. Образующийся мдинитробензол всплывает в виде маслянистого слоя. Нагревание продолжают
ещё 30 мин., пока вся реакционная смесь не перейдёт в раствор. После этого
содержимое колбы охлаждают до 70°С и при энергичном перемешивании
выливают в стакан с 120 г толчёного льда.
м-Динитробензол выделяется в виде жёлтой аморфной массы. По
охлаждении кислый раствор декантацией сливают с осадка, добавляют к
последнему 50 мл воды и нагревают до кипения. м-Динитробензол при
этом плавится. Затем воду сливают и повторяют ту же операцию, добавляя
в воду карбонат натрия до резко щелочной реакции. Охладив раствор, сливают воду через фильтр, а оставшийся на дне стакана м-динитробензол (в
виде твёрдой лепёшки) ещё два раза плавят в чистой воде, добавляя каждый раз по 50 мл воды и сливая охлаждённый раствор через тот же фильтр.
Небольшое количество задержанных фильтром кристаллов промывают холодной водой, отжимая между листами фильтровальной бумаги и присоединяют к основной массе м-динитробензола, который вынимают из стакана и высушивают на воздухе. Выход сырого продукта 12–12,5 г. Для получения чистого м-динитробензола его перекристаллизовывают из спирта.
м-Динитробензол — кристаллическое вещество, почти нерастворим
в воде, хорошо растворим в спирте, бензоле, толуоле. Молекулярная масса
168,10; температура плавления 89,8°С; температура кипения 297°С.
м-Динитробензол очень ядовит, надо остерегаться вдыхания выделяющихся паров. При попадании вещества на руки немедленно удалить
его и обмыть кожу спиртом.
ОФОРМЛЕНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
В процессе самоподготовки к лабораторной работе прочитайте описание опытов и частично заполните протокол работы. Форма протокола
представлена таблицей 1, которую следует располагать на развернутом листе тетради. Столбцы 1–4 заполняются при подготовке к занятию, а столбцы
5 и 6 после выполнения опыта.
Таблица 1
Номер
опыта
Название
опыта
1
2
Название темы
Условия реСхема реакции с
акции (темуказанием мехапература, канизма
тализатор и
т.д.)
3
Наблюдаемый
результат (изменение окраски,
выпадение осадка
и т.п.)
Выводы
5
6
4
ОФОРМЛЕНИЕ РАБОТ
ПО ОРГАНИЧЕСКОМУ СИНТЕЗУ
ОТЧЁТ по СИНТЕЗУ_____________
(препарата)
Работа начата______________________ Окончена_________________________
Уравнения основных реакций__________________________________________
____________________________________________________________________
Механизмы основных реакций__________________________________________
____________________________________________________________________
Уравнения побочных реакций__________________________________________
___________________________________________________________________________
_____________________________________________________________
Свойства синтезируемого вещества по литературным данным:
Мол. масса _____________, Темп. пл. ____________, Темп. кип. ____________,
Плотность _______________, Показатель преломления ________________.
Особенности препарата и побочных продуктов, которые необходимо учитывать при
синтезе:_____________________________________________________
Свойства исходных веществ, применяемых в синтезе
Формула
Мол.
масса
Темп.
пл., С
Темп.
кип., С
Плотность,
г/см3
Массовая
доля осн.
вещества,
%
Примечание
Количества исходных веществ, применяемых в синтезе
Назв
ание
вещ
еств
а
Требуется по
уравнению
реакции
Колво,
моль
Требуется по методике
Избыток
Прив пересчёте на
мечан
100%-ное
ие
Объё
в
вещество
Масса, г Масса, г
в %%
м, мл
моль
Масса, Кол-во,
г
моль
Схема прибора:
Главные этапы синтеза:________________________________________________
____________________________________________________________________
Описание хода синтеза (описание операций, наблюдения, объяснения):
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
______________________________________________________
Очистка сырого продукта:_____________________________________________
Константы полученных веществ:________________________________________
____________________________________________________________________
Выход (масса в г)________________________
Выход от теоретического (по уравнению реакции) в %_____________________
Выход от указанного в методике в %_____________________
СПИСОК РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Органическая химия. Кн.2: Специальный курс / Под ред. Н.А. Тюкавкиной. М.: Дрофа, 2010. 592 с.
2. Реутов О.А. Органическая химия: В 4 ч. / О.А. Реутов, А.Л. Курц, К.П.
Бутин. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. 624 с.
3. Травень В.Ф. Органическая химия: в 3 т. / В.Ф. Травень. М.: БИНОМ.
Лаборатория знаний, 2013. 520 с.
4. Тюкавкина Н.А. Биоорганическая химия / Н.А.Тюкавкина, Ю.И. Бауков.
М.: ГЭОТАР-Медиа, 2013. 416 с.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Джоуль Дж. Химия гетероциклических соединений / Дж. Джоуль,
К.Миллс. М.: Мир, 2004. 728 с.
2. Ким А.М. Органическая химия : учеб. пособие для вузов / А.М. Ким.
Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2004. 844 с.
3. Курц А.Л. Задачи по органической химии с решениями / А.Л. Курц,
М.В. Ливанцов и др.— М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. 264 с.
4. Резников В.А. Сборник задач и упражнений по органической химии /
В.А. Реутов. С.-П.: Лань, 2014. 288 с.
5. Щеголев А.Е. Органическая химия / А.Е. Щеголев. Архангельск: Издательский центр СГМУ, 2008. 618 с.
Учебное издание
Щеголев Александр Евгеньевич
Корельская Татьяна Александровна
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
К ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ
ПО ОРГАНИЧЕСКОМУ СИНТЕЗУ
Печатается в авторской редакции
Оригинал-макет выполнил Корельская Т.А.
__________________________________________________________
Подписано в печать 20.01.2014. я.
Формат 60  84 116 . Бумага офисная.
Печ. л. 11,0. Тираж 70 экз. Заказ № 13
__________________________________________________________
Приложение № 4
МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«СЕВЕРНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Министерства здравоохранения Российской Федерации
ФОНД ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ
ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ
Структура и содержание раздела «Фонд оценочных средств»
1. Карта оценки компетенций
Коды
формируемых
компетенций
ОК-1
ОК-5
Наименование
компетенции
Этапы
формирования
компетенций
Общекультурные компетенции
Способность
и - знает
готовность
анализировать
социально-значимые
проблемы
и
процессы,
использовать
на
практике
методы
гуманитарных,
естественнонаучных,
медикобиологических
и
клинических наук в
различных
видах
профессиональной и
социальной
деятельности
Способность
и - знает
готовность
к
логическому
и
аргументированному
анализу,
к
публичной
речи,
ведению дискуссии
и
полемики,
к
редактированию
текстов
профессионального
содержания,
к
осуществлению
воспитательной
и
педагогической
деятельности,
к
сотрудничеству
и
разрешению
конфликтов,
к
толерантности.
Средства
оценки
контрольная
работа, защита
лабораторных
работ, письменное
тестирование,
зачет
контрольная
работа, защита
лабораторных
работ, письменное
тестирование,
зачет
ОК-8
ПК-1
ПК-24
Способность
и - знает
готовность
осуществлять свою
деятельность
с
учетом принятых в
обществе моральных
и правовых норм,
соблюдать законы и
нормативные
правовые акты по
работе
с
конфиденциальной
информацией.
Профессиональные компетенции
Способность
и - умеет
готовность
применять основные
методы, способы и
средства получения,
хранения,
переработки
научной
и
профессиональной
информации;
получать
информацию
из
различных
источников, в том
числе
с
использованием
современных
компьютерных
средств,
сетевых
технологий,
баз
данных и знаний.
Способен и готов - умеет
прогнозировать
направление
и
результат
физикохимических
процессов
и
явлений,
химических
превращений
контрольная
работа, защита
лабораторных
работ, письменное
тестирование,
зачет
контрольная
работа, защита
лабораторных
работ, письменное
тестирование,
зачет
контрольная
работа, защита
лабораторных
работ, письменное
тестирование,
зачет
ПК-26
ПК-28
ПК-48
биологических
важных
веществ,
происходящих
в
клетках различных
тканей
организма
человека,
решать
ситуационные
задачи,
моделирующие
физико–химические
процессы
протекающие
в
живом организме.
Способен и готов - умеет
работать
на
персональных
компьютерах,
использовать
основные
пакеты
программ, в том
числе по обработке
экспериментальных
и
клиникодиагностических
данных
биохимических
и
медико–
генетических
исследований.
Способен и готов - умеет
проводить
аналитическую
работу
с
информацией
–
учебной,
научной,
нормативно
справочной
литературой
и
другими
источниками.
Способность
и - умеет
готовность работать
с
научной
литературой,
контрольная
работа, защита
лабораторных
работ, письменное
тестирование,
зачет
контрольная
работа, защита
лабораторных
работ, письменное
тестирование,
зачет
контрольная
работа, защита
лабораторных
работ, письменное
тестирование,
ПК-49
анализировать
информацию, вести
поиск, превращать
прочитанное
в
средство
для
решения
профессиональных
задач
(выделять
основные
положения,
следствия из них и
предложения).
Способность
и - умеет
готовность
к
участию
в
постановке научных
задач
и
их
экспериментальной
реализации.
зачет
контрольная
работа, защита
лабораторных
работ, письменное
тестирование,
зачет
2. Оценочные средства для проведения текущего контроля
успеваемости студентов:
Перечень заданий для контрольных работ:
Контрольная работа «ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ»
Вариант № 1
1. Приведите механизмы превращений индола и тиофена под действием а) холодной
концентрированной серной кислоты, б) холодного серного ангидрида, в) комплекса
серного ангидрида с донором. Объясните направление реакции в каждом случае.
2. Приведите механизм реакции сульфирования тиазола. Объясните направление реакции. Как будет реагировать тиазол с разбавленной серной кислотой?
3. Приведите превращения, протекающие с 3,4-пиридиндикарбоновой кислотой при а)
нагревании, б) нагревании и последующем взаимодействии с нитрующей смесью,
в) при взаимодействии с разбавленной азотной кислотой. Поясните.
4. В чём различие протекания реакции Чичибабина для а) пиримидина, б) пиразина?
Как будет взаимодействовать с данным реагентом барбитуровая кислота (2,4,6тригидроксипиримидин). Приведите механизмы реакций. Поясните.
5. Приведите строение тимина и гуанина в лактимной и лактамной формах. Обоснуйте возможность комплементарного взаимодействия таутомерных форм. Приведите
строение комплементарных пар.
Вариант № 2
1. Приведите механизмы превращений фурана, пиррола и тиофена под действием а) холодной разбавленной соляной кислоты, б) этилнитрата. Объясните направление реакции
в каждом случае.
2. Приведите механизм реакции взаимодействия пиразола со смесью концентрированных азотной и серной кислот. Объясните направление реакции. Как будет реагировать оксазол с этим реагентом?
3. Приведите механизмы реакций взаимодействия 3,4-дигидроксипиридина с а) разбавленной серной кислотой, б) концентрированной серной кислотой (1 моль), в)
разбавленным раствором гидроксида натрия (1 моль). Поясните.
4. Приведите примеры, характеризующие кислотные и основные свойства а) пиримидина,
б)
4-гидроксипиримидина,
в)
барбитуровой
кислоты
(2,4,6тригидроксипиримидина), г) пурина. Сравните свойства этих соединений. Поясните.
5. Приведите схему гидролиза нуклеозида уридина. Укажите условия, назовите продукты реакции.
Вариант № 3
1.
2.
3.
4.
5.
Приведите механизмы превращений фурана, тиофена и кумарона под действием а)
холодной концентрированной серной кислоты, б) пиридин-сульфотриоксида. Объясните направление реакции в каждом случае.
Приведите механизм реакции взаимодействия имидазола с бромом в щелочной
среде. Объясните направление реакции. Сравните кислотные свойства пиразола,
имидазола и пиррола.
Приведите механизмы реакций взаимодействия 2,5-диаминопиридина с а) разбавленной соляной кислотой, б) избытком нитрита калия в кислой среде, в) концентрированной серной кислотой. Поясните.
Приведите пример любой SE-реакции для а) пиримидина, б) 5-фенилпиримидина, в)
цитозина. Рассмотрите её механизм в каждом случае. Сравните активность субстратов.
Приведите строение таутомерных форм нуклеинового основания, встречающегося
только в РНК, и комплементарного ему основания. Покажите водородные связи
между ними.
Вариант № 4
1. Приведите механизмы превращений индола, пиррола и пирролидина под действием
а) бромида этилмагния, б) бромоводородной кислоты. Объясните направление реакции в каждом случае.
2. Приведите механизм реакции сульфирования пиразола. Объясните направление реакции. Как будет реагировать пиразол с разбавленной серной кислотой?
3. Приведите механизм реакции Чичибабина для пиридина, хинолина, изохинолина,
-трет-бутилпиридина. Какое из этих соединений вступает в эту реакцию легче?
Поясните.
4. В чём различие взаимодействия со щёлочью а) пиримидина, б) пиридазина, в) пурина? Укажите условия их возможного взаимодействия. Приведите механизм реакций. Поясните.
5. Приведите строение нуклеотида, полученного из дезоксирибозы, аденина и фосфорной кислоты. Назовите его, укажите сложноэфирную и гликозидную связи.
Вариант № 5
1. Приведите механизмы превращений тиофена, пиррола и кумарона под действием а)
брома в присутсвии FeBr3, б) ацетилнитрата. Объясните направление реакции в
каждом случае.
2. Приведите механизм реакции взаимодействия тиазола со смесью концентрированной серной кислоты и сульфаиа ртути. Объясните направление реакции. Как будет
реагировать тиазол с разбавленной азотной кислотой?.
3. Приведите механизмы реакций взаимодействия - и -пиколинов с а) разбавленной
серной кислотой, б) концентрированной серной кислотой при нагревании, в) хлором (1 моль) на свету? Поясните.
4. В чём различие протекания реакции Чичибабина для а) пиримидина, б) пиразина?
Как будет взаимодействовать с данным реагентом барбитуровая кислота (2,4,6тригидроксипиримидин). Приведите механизмы реакций. Поясните.
5. Приведите строение аденина и комплементарного ему основания. Назовите его.
Покажите водородные связи, возникающие между ними.
Вариант № 6
1. Приведите механизмы превращений индола, пиррола и пирролидина под действием
а) безводной щёлочи при нагревании, б) холодной смеси соляной и азотистой кислот. Объясните направление реакции в каждом случае.
2. Приведите механизм реакции взаимодействия пиразола с бромом в щелочной среде. Объясните направление реакции. Сравните кислотные свойства пиразола, имидазола и пиррола.
3. Приведите схемы реакций возможного окисления -пиколина, -пиколина, хинолина, изохинолина, -этилпиридина.
4. В чём различие взаимодействия при нагревании с концентрированной серной кислотой а) пиримидина, б) 4-хлорпиримидина, в) 2,4-дигидроксипиримидина. Приведите механизмы реакций. Поясните.
5. Приведите схему реакции полного гидролиза дезоксицитидиловой кислоты. Укажите условия, назовите продукты реакции.
Вариант № 7
1. Приведите механизмы превращений фурана, тиофена и кумарона под действием а)
аммиака,
б) уксусного ангидрида. Объясните направление реакции в каждом случае.
2. Приведите механизм реакции сульфирования тиазола. Объясните направление реакции. Как будет реагировать оксазол с разбавленной серной кислотой?
3. Приведите механизмы реакций взаимодействия 2,3-дигидроксипиридина с а) разбавленной соляной кислотой, б) концентрированной азотной кислотой (1 моль), в)
разбавленным раствором гидроксида натрия (1 моль). Поясните.
4. Приведите примеры, характеризующие кислотные и основные свойства а) пиримидина,
б) 4-гидроксипримидина, в) барбитуровой кислоты (2,4,6-тригидроксипиримидина),
г) пурина. Сравните свойства этих соединений. Поясните.
5. Приведите схему реакции щелочного гидролиза 5'-уридиловой кислоты. Назовите
продукты реакции.
Вариант № 8
1. Приведите механизмы превращений индола, пиррола и пирролидина под действием
а) концентрированной серной кислоты, б) диоксан-сульфотриоксида. Объясните
направление реакции в каждом случае.
2. Как будет взаимодействовать имидазол с бромом в щелочной среде. Сравните кислотные свойства бензимидазола, имидазола и пиррола.
3. Приведите механизмы реакций взаимодействия - и -пиколинов с а) разбавленной
соляной кислотой, б) концентрированной серной кислотой при нагревании, в) хлором (1 моль) на свету? Поясните.
4. Приведите пример любой SE-реакции для а) пиримидина, б) 5-фенилпиримидина, в)
цитозина. Рассмотрите её механизм в каждом случае. Сравните активность субстратов.
5. Приведите схему реакции получения нуклеотида тимидин-5’-фосфата из соответствующего нуклеозида. Укажите гликозидную и сложноэфирную связи.
Вариант № 9
1. Приведите механизмы превращений фурана и пиррола под действием а) малеинового ангидрида, б) уксусного ангидрида, в) серного ангидрида. Объясните направление реакции в каждом случае.
2. Приведите механизм реакции взаимодействия имидазола со смесью концентрированных азотной и серной кислот. Объясните направление реакции. Как будет реагировать имидазол с разбавленной азотной кислотой?
3. Приведите механизмы реакций взаимодействия 2,3-дихлорпиридина с а) разбавленной серной кислотой, б) концентрированной серной кислотой при нагревании,
в)
цианидом
калия
(1 моль). Поясните.
4. В чём различие взаимодействия при нагревании с концентрированной серной кислотой а) пиримидина, б) 4-хлорпиримидина, в) 2,4-дигидроксипиримидина. Приведите механизмы реакций. Поясните.
5. Приведите строение лактамной формы нуклеинового основания, встречающегося
только в ДНК, и строение комплементарной пары с его участием.
Вариант № 10
1. Приведите механизмы превращений индола, пиррола и кумарона под действием а)
холодной концентрированной азотной кислоты, б) ацетилнитрата. Объясните
направление реакции в каждом случае.
2. Приведите механизм реакции взаимодействия пиразола с бромом в щелочной среде. Объясните направление реакции. Сравните кислотные свойства пиразола, имидазола и пиррола.
3. Приведите механизмы реакций взаимодействия 2-хлорметилпиридина с а) избытком аммиака, б) избытком концентрированного раствора щёлочи при нагревании, в)
хлором (1 моль) на свету. Поясните.
4. В чём различие взаимодействия со щёлочью а) пиримидина, б) пиридазина, в) пурина? Укажите условия их возможного взаимодействия. Приведите механизм реакций. Поясните.
5. Приведите схему дефосфорилирования нуклеотида гуанозин-5'-фосфата. Укажите
условия и назовите продукты реакции.
3. Оценочные средства для промежуточной аттестации студентов:
ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ К ЗАЧЁТУ
1. Гетероциклические соединения. Классификация, номенклатура. Трёх- и
2.
3.
4.
5.
6.
7.
четырёхчленные гетероциклические системы: строение, свойства. Циклические простые эфиры.
Пятичленные гетероциклы: классификация. Пиррол, фуран, тиофен:
строение, ароматичность. Химические свойства: кислотно-основные
превращения (ацидофобность), реакции замещения, присоединения.
Сравнение реакционой способности в реакциях электрофильного замещения пятичленных гетероциклов, бензола, анилина, фенола. Индол.
Природные соединения, содержащие кольца пиррола, индола, имидазола. Гем. Биологическое и медицинское значение производных пятичленных гетероциклов. Понятие о строении хлорофилла и гемоглобина.
Лекарственные препараты на основе пиразола.
Шестичленные гетероциклы: классификация. Пиридин, пиримидин, пурин: строение, ароматичность, основность. Химические свойства пиридина и пиримидина: реакции алкилирования, электрофильного, нуклеофильного и радикального замещения в кольцо, гидрирования, окисления. Природные соединения, содержащие кольца пиридина, пиримидина, пурина. Биологическое значение производных шестичленных гетероциклов. Витамины ряда пиридина. Хинолин, общая характеристика.
Природные соединения хинолина.
Нуклеиновые кислоты. Химический состав нуклеиновых кислот. Характеристика пиримидиновых и пуриновых оснований в составе нуклеиновых кислот. Нуклеотиды и нуклеозиды. Два типа нуклеиновых кислот:
дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). Различия в
их составе, молекулярной массе, локализации в клетке и функциям.
Дезоксирибонуклеиновая кислота: нуклеотидный состав, первичная,
вторичная и третичная структура. Понятия о комплементарности. Свойства ДНК. Рибонуклеиновые кислоты, их классификация (тРНК, рРНК,
иРНК, яРНК, вРНК). Сравнительная характеристика видов рибонуклеиновых кислот по молекулярной массе, нуклеотидному составу, локализации и функциям. АТФ и её роль в организме.
Алкалоиды: определение, классификация. Природные соединения, содержащие алкалоиды. Биологическое и медицинское значение. Важнейшие представители.
Стероиды: строение, классификация, биологическая роль. Холестерин,
желчные кислоты, стероидные гормоны.
Природные и синтетические физиологически важные органические соединения. Классификация, примеры, строение, физиологическая роль.
Витамины. Гормоны. Антибиотики. Яды. Лекарственные препараты.
Понятие о взаимосвязи строения и физиологической активности соединений.
ЛИСТ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ В УЧЕБНОМЕТОДИЧЕСКОМ КОМПЛЕКСЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ
НА 20 / 20 УЧЕБНЫЙ ГОД
В учебно-методический комплекс вносятся следующие изменения:
1.
2.
3.
Учебно-методический комплекс пересмотрен и одобрен на заседании
кафедры «___» __________ 20_ г.
Заведующий кафедрой_______________________