ТЕМА: Биологически важные ароматические и гетероциклические соединения

ЦЕЛЬ: Познакомиться сароматическими гетероциклическими соединениями, входящими в структуру важнейших биологически активных веществ (витаминов, гормонов, ферментов…).

ЗНАТЬ:

1. Классификация ароматических пяти- и шестичленных, одно, двух и полигетероатомных гетероциклов: пиррола, тиофена, фурана, индола, пиридина, хинолина, пиримидина, имидазола, пурина.

2. Признаки ароматичности, устойчивость бензола, тиофена, пиррола, фурана энергия делокализации.

3. Природа пиррольного и пиридинового атомов азота.

3. Структура порфина. Устойчивость гема. Продукты окисления гема. Билирубин.

4. Метаболизм триптофана, схема образования серотонина и мелатонина, их биологическое действие.

5. Структура биотина, его биологическая роль. Биотинзависимые реакции переноса карбоксильных групп.

6. Пиридоксальфосфат: Реакции, происходящие с участием пиридоксальфосфата: декарбоксилирование, переаминирование и рацемизация.

7. Лактим-лактамная таутомерия на примере урацила, цитозина, тимина, характер таутомерных превращений у пурина, гипоксантина, ксантина. Метилированные производные ксантина (кофеин, теофиллин, теобромин)

8. Структура тиамина (витамина В₁), его коферментная форма (кокарбоксилаза). Биологическое действие тиамина.

9. Фолиевая кислота. Возможность модификации структуры фолиевой кислоты (подмены остатка ПАБК остатками сульфаниламидных препаратов) для создания лекарственных средств (сульфаниламидных препаратов), способных предотвращать размножение микроорганизмов.

10. Структура рибофлавина (витамина В₂) -фактора роста живых организмов. Структура флавинмононуклеотида (ФМН) и флавинадениндинуклеотида (ФАД).

УМЕТЬ:

1. Доказывать наличие ароматической системы в пирроле, тиофене, фуране, индоле, пиридине, хинолине, пиримидине, имидазоле, пурине.

2. Выделять кислотные и основные центры в молекулах гетероциклических соединений, приводить реакции, доказывающие кислотно-основные свойства.

3. Приводить схемы лактам-лактимной таутомерии для гидроксипроизводных пиримидина и пурина.

4. Ориентироваться в выборе структур триптофана, серотонина. мелатонина, биотина (витамин Н), пиридоксальфосфата, тиамина (витамин В₁), рибофлавина, фолиевой кислоты.

ВЛАДЕТЬ: навыками распознавания ароматических гетероциклов в составе биологически значимых соединений (витаминов, гормонов…).

Обучающие упражнения

Важнейшие биологически значимые гетероциклические и ароматические соединений, их синтезы и биосинтезы

Задание 1. Привести формулы и названия пятичленных гетероциклических соединений.

Ответ.

пиррол тиофен фуран индол

азол тиол оксол бензазол

Задание 2. Привести структуру важных производных пятичленных гетероциклов.

Ответ. Триптофан-предшественник гормонов –серотонина и мелатонина.

фурфурол – определяет запах свежеиспеченного хлеба, используется для синтеза антибактериальных средств

Задание 3. Привести схему биосинтеза серотонина и мелатонина, указать их биологическую роль.

Ответ.

серотонин

ацилирование

гидроксилирование

мелатонин

триптамин

декарбоксилирование

алкилирование

триптофан

Серотонин – синтезируется на свету, является гормоном радости, счастья, локально его концентрация возникает в местах воспаления, ушибов и вызывает боль. Мелатонин синтезируется из серотонина ночью, определяяет сексуальную активность, способствует засыпанию (природное снотворное). Обладает антиоксидантным, геронтологическим, противоопухолевым действием.

Задание 4. Показать схему реакций нитрования бензола, фенола, триптофана. Продукты нитрования окрашены в желтый цвет, в щелочной среде – в оранжевый, поэтому реакция используется как качественная для доказательства ароматической природы соединений.

Ответ.

Для ароматических аминокислот реакция носит название ксантопротеиновой. В реакцию вступают фенилаланин, гистидин, триптофан. По реакции косвенно ценят о качественной ценности белка, содержащего ароматические и гетероциклические аминокислоты.

фурфурол

рибоза

Задание 5. Привести синтез фурфурола и его производных, обладающих антимикробным действием. Ответ:

5-нитрофурфурол

фурациллин

Задание 6. Представить схему окисления гемоглобина с образованием биллирубина, определяющего цвет мочи. Уровень биллирубина в моче используется в качестве диагностического показателя.

гемоглобин

Ответ.

биллирубин

Задание 7. Привести формулы пятичленных двухгетероатомных циклов и их производных. Указать их биологическую роль.

Ответ:

На основе гистидина (производного имидазола) синтезируется гистамин (отвечает за образование ряда биологических жидкостей (слезы, сопли), высокие уровни гистидина вызывают алергизацию организма.

Пиразол (1,2-диазол)

Имидазол (1,3-диазол)

Пиразол используется для синтеза ряда обезболивающих средств (амидопирин, анальгин).

гистидин

амидопирин

анальгин

гистамин

Задание 8. Привести шестичленные одно- и двухатомные шестичленные гетероциклы и их биологически значимые производные..

Ответ. К шестичленным гетероциклам относится пиридин (азин), пиримидин (1,3-диазин), пиразин (1,4-диазин).

Большое значение имеют производные пиридина (никотиновая кислота), витамин В6 (пиридоксальфосфат), а также урацил, тимин, цитозин, входяцие в структуру нуклеиновых кислот.

Никотиновая кислота пиридоксальфосфат (витамин В₆)

Урацил цитозин тимин

Соединения могут находиться в фенольной (лактимной) форме или в виде лактамов, последние в структуре нуклеиновых кислот преобладают.

Лактам-лактимная таутомерия производных пиримидина

Задание 9. Привести гетероциклические соединения с несколькими гетероатомами.

Ответ. К производным пиримидина и тиазола относится витамин В₁ (аневрин), который влияет на работу мышц (сердца, кишечника и др.), деятельность нервной системы. При недостатке возникает болезнь бери-бери. Содержится в оболочке злаковых культур, отруби обогащены витаминами группы В.

Производным птеридина является витамин В_с (фолевая кислота), участвующая в синтезе белка и кроветворении.

Производными пурина являются ряд соединений. Некоторые из них (аденин, гуанин) входят в структуру нуклеиновых кислот.

Продуктами окисления пурина являются гипоксантин, ксантин, мочевая кислота. Мочевая кислота не растворяется в воде и биологических и биологических жидкостях. При нарушении пуринового обмена мочевая кислота может откладываться в суставах, что приводит к подагре, а также в почках (мочекаменная болезнь).

К производным пурина относят теофиллин, теобромин, кофеин. Потребление большого количества шоколада, какао, кофе, чая может усугублять болезни, связанные с нарушением пуринового обмена.