Методические указания c органической химии для студентов II курса специальности „Фармация”
Терпены и терпеноиды, простогландины. Стероиды.
Основные теоретические вопросы
1. Понятие о простагландини.
2. Терпены: строение, классификация, естественные источники и синтетические способы получения.
3. Монотерпени: ациклични (гераниол, нерол, цитраль), моноциклични (лимонен, ментол, терпин) и бициклични (а-пинен, борнилацетат, камфара, бромокамфора), их свойства и применение в медицине.
4. Понятие о тетратерпени (каротиноїди). ?- каротин (провитамин А).
5. Общие представления о строении производных стерану – стероидов. Особенности номенклатуры стероидов. Производные холестану (стерини), холану (желчные кислоты) и прегонимую (кортикостероїди). Холестерол, его значение. Понятие об андрогенни и естрогенни половые гормоны. Стеранове ядро – основа структуры агликонив сердечных
гликозидив и сапогенинив.
Омылительные липиды. Мыла. Воски. Витамины.
Основные теоретические вопросы
1. Классификация липидов.
2. Жиры:
– строение, номенклатура, изомерия;
– получение жиров;
– физическое и химическое свойства;
– аналитические характеристики.
3. Мыла. Синтетические заменители мыла.
4. Понятие о воски и твины.
Домашняя задача: 1, 2, 3, 4, 7, 12, 19, 25, 27, 28
Ситуационные задачи
1. Дайте определение понятию “терпены”. Назовите терпены и прокласификуйте их в зависимости от числа изопренових остатков и количества циклов в их молекулах:
2. Приведите схему каталитического восстановления тимола. Напишите схемы взаимодействия полученного монотерпену с такими реагентами:
1) 3-метилбутановою кислотой в присутствии конц. H2SO4 ;
2) KMn4;
3) Na, а потом с C2H5I. Которые медицинское название и применения врачебного препарата, который содержит 30 % продукта восстановления тимола и 70 % продукта реакции 1) ?
3. Напишите схемы качественных реакций, которыми можно довести:
1) ненасыщенность ?-лимонену и ?-пинену;
2) принадлежность ментолу и борнеолу к вторичным спиртам;
3) наличие в молекуле камфары карбонильной группы.
4. Объясните сущность понятий “терпены”, “терпену углеводные” и “терпеноїди”. Укажите асимметрические атомы карбона в структуре пинану и ?-пинену. Справедливое ли утверждение о том, что в хвойном лесе воздуха обогащенное озоном благодаря ?-пинену, что содержится в смолистом соке деревьев, и чему? Напишите схемы синтеза с ?-пинену: 1) врачебного препарата терпингидрату; 2) борнилхлориду и борнеолу. Что представляет собой скипидар и которое его медицинское применение?
5. Оцимен обуславливает специфический запах листвы базилика благородного. Его строение установлено с помощью реакции озонирования. Какие продукты одержуються в результате озонирования оцимена и следующего восстановления озониду цинковой пылью в ацетатной кислоте? Назовите оцимен (с учетом стереохимии) за замисниковою номенклатурой ИЮПАК.
6. Много терпенов легко окиснюються кислородом воздуха в гидропероксиди за радикальным механизмом. При окисненни ?-пинену образовываются два изомерных гидропероксиди. Привести структуру этих соединений.
7. α- и β-пинени при взаимодействии с 2 моль гидрогенхлориду образовывают один и тот же продукт – 1, n-ментан. Напишите схемы реакций и объясните их результат.
8. Нерол и гераниол в кислой среде превращаются в ?-терпинеол с разной скоростью: нерол – быстрее, гераниол – медленнее. Напишите схемы реакций циклизации и объясните их механизм. Чему эти реакции проходят с разной скоростью?
9. Три изомерных моноцикличних монотерпенив – ?-, ?- и ?-терпинени (соответственно 1,3-, 1(7),3- и 1, 4-ментадиєни) – присоединяют сухой гидрогенхлорид, образовывая одно и то же галогенпохидне. Напишите схемы этих реакций и назовите продукт реакции. Владеют ли оптической активностью его стереоизомеры?
10. Приведите строение всех промежуточных соединений в схеме синтеза ?-терпинеола:
11. Пулегон [ментен-4(8)-вон-3] синтезированный из этилового 2-эфира оксоцикло гексанкарбонової кислоты (А). Напишите строение исходного, промежуточных и конечного продуктов в схеме синтеза пулегона:
12.Один из кортикостероїдних гормонов – дезоксикортикостерон – получают синтетически и используют как лечебное средство. За границей под названием “кортексон” дион-выпускают 3,20, что владеет аналогичной активностью. Идентичные ли эти две врачебные веществ?
13. Два синтетические аналога кортикостероїдив – дексаметазон (11?, 17?, тригидрокси-16?-метил-9?-фторопрегнадиєн-1, дион-3,20) и бетаметазон – проявляют подобное биологическое действие. Идентичные ли эти две веществ? Если они являются изомерами, то которыми?
14. Стероїдни гормоны часто применяются в виде сложных эфиров. Которая с этих двух гидроксильных групп естрадиола (естратриєн-1,3,5(10)-диолу-3,17?) ацилюється при взаимодействии его с еквимолярною количеством бензоїлхлориду в щелочной среде? Какие отличия есть в Ич-спектрах исходного стероида и продукта реакции?
15. Какому химическому преобразованию был подвергнут тестостерон (17β-гидроксиандростен-4-он-3), если в ИЧ-спектри продукта в отличие от спектру исходного соединения отсутствующая широкая полоса в области 3600–3200 см–1 и появляются сильная полоса 1725 см–1 и сильная широкая расщепленная полоса в области 1275–1200 см–1? Положение полос 1648 и 1603 см–1 не изменилось.
16. Синтетический аналог естрогенних гормонов микрофолин (17?-етинилестратриєн-1,3,5(10)-диол-3,17?) способен образовывать соли. За счет какого кислотного центра микрофолин взаимодействует с лугами? Напишите схему реакции.
17. Объясните, чему нельзя готовить врачебные прописи, которые содержат одновременно сердечные гликозиди и вещества, которые владеют сильными кислотными или основными свойствами. Напишите схемы возможных преобразований одного из гликозидив строфанта – цимарину – в кислой и щелочной средах.
18. В фармацевтическом анализе для идентификации метандростенолона (17?-гидрокси-17?-метиландростадиєн-1, она-3) используют его реакцию с 2, 4-динитрофенилгидразином. Какая функциональная группа метандростенолона обуславливает получение соответствующего производного? Напишите схему этой реакции.
19. Стероїдни гормоны в процессе метаболизма гликозилюються глюкуроновою кислотой. Приведите структуру одного из таких метаболитив – 16?-D-глюкуронида естриола (естратриєн-1,3,5(10)-триола-3,16?,17?).
20. Одним из метаболитив минералокортикоїду альдостерона есть альдостерон-18-глюкуронид. Назовите альдостерон за замисниковою номенклатурой. Напишите схему таутомерних преобразований альдостерона и приведите структуру альдостерон-18-глюкуронида.
21. Напишите структурные формулы таких соединений: 1) 1-пальмитоїлдистеароїлглицерину; 2) цетилового спирта; 3) триолеїну; 4) три(9, 10-дийодостеароїл)глицерина; 5) В-ОЛЕЇЛГЛИЦЕРИНУ; 6) натрия я-(децил-3)-бензенсульфонату.
22. Напишите уравнение реакции щелочного гидролиза триацилглицерину, в состав которого входят линоленовая, линолева и пальмитиновая кислоты. Назовите продукты реакции. Объясните, на чем основывается моечное действие мыла.
23. Напишите уравнение реакции триолеїну с такими реагентами: 1) Вг2; 2) НИ (КИ). Объясните значение этих реакций. Что такое кислотное число, йодное число и число омыления?
24. Объясните, что общего в структуре всех жиров как растительного, так и животного происхождения. В чем отличие строения твердых и редких жиров?
25. К какому классу соединений принадлежат жиры и воски? Что представляет собой пчелиный воск?
26. Напишите схему кислотного гидролиза дипальмитостеарину. Назовите продукты реакций.
27. Приведите формулы двух я-диастереомерив олеїнової кислоты.
28. Напишите реакцию гидрогенизации линоленоїлолеолилпальмитоїлглицерину. Какая консистенция исходного и конечного продуктов?
Методика выполнения практической работы
Терпены и терпеноїди, простогландини. Стероиды.
Внимание! Опыты выполняют в вытяжном шкафу!
Опыт 1 Доведение ненасыщенного характера α-пинену
А. В пробирку вмещают 5 капель 0,5 %-вого раствора брома в тетрахлорометани и 5-10 капель скипидара. Содержимое пробирки встряхивают и наблюдают обесцвечивание желто-бурой окраски в растворе что свидетельствует о ненасыщенности ?-пинену – основного компоненту скипидара:
Б. В пробирке смешивают 1 каплю 1 %-вого раствора калия манганату, 3 мл воды и 3-5 капель скипидара. Смесь энергично встряхивают. Наблюдают обесцвечивание розово-фиолетового раствора, который свидетельствует о ненасыщенности а-пинену:
Опыт 2. Выявление пероксидних производных терпеновых углеводородов в скипидаре
В пробирке смешивают по 3 капле свежеприготовленного 0,5 %-ного раствора крахмала и 1 %-вого раствора калия йодида. К полученному бесцветному раствору прибавляют 3-5 капель скипидара и содержимое пробирки встряхивают на протяжении 15-20 с. Наблюдают появление интенсивно-синей окраска раствора, обусловленного видиленнямвильного йода.
На воздухе скипидар окиснюється кислородом, превращаясь в пероксид, который легко раскладывается с образованием атомарного кислорода:
Активный (атомарный кислород определяют за его окислительными свойствами по отношению к калию йодида:
2I– + O → O2- + I2
Опыт 3. Способность камфары к возгонке
В чашку Петре, наполовину заполненную водой, бросают 1-2 кристаллы камфары. Наблюдается обращение и хаотичный рухт кристаллов по поверхности воды.
Камфара улетучивающая, упругость ее паров на разных поверхностях кристалла неодинаковая. Вследствие этого кристалл с разными гранями с разной силой отталкивается от поверхностной пленки воды, которая и вызывает его обращение.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ПРАКТИКУМУ
1. Напишите схемы качественных реакций, которые подтверждают ненасыщенный характер терпенов, которые входят в состав скипидара.
2. Приведите схемы химических преобразований, которые разрешают найти пероксидни производной терпеновых углеводородов в скипидаре
Омилювальни липиды. Мыла. Воски. Витамины.
Опыт 4. Омыление жира водным раствором луга
В испарительную чашку вмещают 1 мл клещевинного масла и 4 капле 35 %-вого раствора натрия гидроксиду. Смесь размешивают стеклянной палочкой и наблюдают образование однородной эмульсии. Клещевинное масло начинает омилюватись уже на холоде. Смесь нагревают, беспрерывно помешивая стеклянной палочкой. Когда масса начнет тужавити, прибавляют 2 мл дистиллированной воды и снова нагревают, помешивая до тех пор, пока не образуется однородная прозрачная желтоватая жидкость – мыльный клей. Продолжая нагревание, выпаривают воду, пока мыльный клей не начнет приставать к палочке все больше и больше и, в конце концов, не станет застывать в виде белых рыхлых пластинок после удаления палочки из чашки.
Снимают чашку из огня и выполняют пробу на полноту омыления. Для этого крупинку мыла вмещают в пробирку, прибавляют 1-2 мл дистиллированной воды и нагревают к кипению. Если мило растворится целиком, то омыление закончено. В противном разе продолжают нагревание еще несколько минут, после чего повторяют
пробу на полноту омыления.
К густой однородной массе при перемешивании прибавляют горячий насыщенный раствор натрия хлорида (высаливание мыла). Смеси дают отстояться и остыть. Пласт мыла уплывает на поверхность водного раствора. Мило вытягивают и отжимают между листами
фильтровальной бумаги.
Жиры есть естерами глицерина и разных высших жирных кислот. Омыление жиров при действии луга происходит по схеме:
Опыт 5. Омыление жиров водно-спиртовым раствором луга
В пробирку вмещают 1 мл клещевинного масла, 1 мл спирта и 1 мл 35 %-вого раствора натрия гидроксиду. Смесь тщательно перемешивают и нагревают на водном куполе к началу кипения. Масса быстро становится однородной, а через 3-5 мин омыление целиком завер
шується.
Проводят пробу на полноту омыления (см. опыт 4).
Для выделения мыла из водно-спиртового раствора при перемешивании прибавляют горячий раствор натрия хлорида (высаливание мыла) так, чтобы пласт мыла поднялся кверху. Смеси дают отстояться. Погрузив пробирку в склянку с холодной водой, смесь охлаждают и собирают верхний пласта мыла.
Жир нерастворимый в водном растворе луга и лишь постепенно емульгується по мере накопления в растворе мыла, поэтому омыление жира водным лугом происходит медленно. Добавление спирта делает смесь однородной, повышая растворимость жира и резко ускоряя омыление.
Продукты омыления жира — глицерин и смесь солей жирных кислот — растворимые как в воде, так и в спирте, причем мило образовывает в воде коллоидный раствор. Глицерин и спирт растворимы в растворе натрия хлорида. Мило же не растворяется и выделяется (висолюється) из раствора в виде полутвердой массы. Высаливание мыла обусловлено уменьшениям его диссоциации при введении в раствор излишка одного из ионов (Nа+) и снятие гидратных оболочек из коллоидных частичек мыла вследствие гидратации ионов введенной соли.
Высаливанием получают более высокосортное, так называемое ядровое мило. Если не проводить высаливания, то при охлаждении полученный в результате омыления водный раствор – «мыльный клей» – застывает полностью. Он содержит, кроме мыла, глицерин, над-
излишек луга и большое количество воды.
Опыт 6. Сравнение ненасыщенности разных жиров
Опыт проводят одновременно с разными жирами. Твердые жиры предварительно переводят в редкое состояние, осторожно нагревая.
В три сухих пробирки вмещают по 1 мл тетрахлорометану. Потом в одну из них прибавляют 1 каплю подсолнечного масла, в друге -1 каплю расплавленного маргарина, в третью – 1 каплю расплавленного сливочного масла. К полученным гомогенным растворам в об-
бирки при стряхивании прибавляют из бюретки или градуированной пипетки 5 %-вей раствор брома в тетрахлорометани к появлению стойкой окраски.
Сравнивают количества раствора брома, необходимого для достижения одинаковой светло-желтой окраски растворов разных жиров.
Редкие растительные жиры (масла) содержат главным образом глицериды ненасыщенных карбоновых кислот, твердые животные жиры – глицериды высших насыщенных карбоновых кислот с примесью глицеридов ненасыщенной олеїнової кислоты.
Опыт 7. Растворимость и обменные реакции мыла
А. Растворение мыла в воде. Кусочек полученного мыла (близко 20-30 мг) растворяют в 3 мл дистиллированной воды. Содержимое пробирки нагревают при постоянном стряхивании. Наблюдают сильное спинення. Раствор мыла сохраняют для проведения дальнейших опытов.
Б. Образование нерастворимых кальциевых и свинцовых солей жирнихкислот. В две пробирки вмещают по 5 капель полученного раствора мыла (см. опыт 7, А). В одну пробирку прибавляют 1 каплю 5 %-вого раствора кальция хлорида, а в друге – 1 каплю 10 %-ного
раствора плюмбуму ацетата. Содержимое пробирок встряхивают и наблюдают образование белых осадков кальциевого и свинцового мыла. Жидкость над полученным осадком в отличие от исходного раствора мыла при стряхивании почти не образовывает пены:
2RCOONa + CaCl2 → (RCOO)2Ca¯ + 2NaCl
2RCOONa + (CH3COO)2Pb →(RCOO)2Pb¯ + 2CH3COONa
Кальцию и свинцовые соли высших жирных кислот плохо ргачинни в воде, поэтому мило не пенится в твердой воде.
Опыт 8. Гидролиз мыла
В пробирку или маленькую колбу вмещают 0,5г полученного насолюванням твердого мыла и растворяют при нагревании в 4 мл дистиллированной воды. Повторно проводят высаливание насыщенным раствором натрия хлорида, охлаждают и
Кусочек очищенного мыла переносят в сухую пробирку и прибавляют 1 каплю спиртового раствора фенолфталеїну. Раствор фталеїну остается бесцветным или слабозабарвленим. При добавлении 3-5 мл воды окраски раствора резко усиливается.
В спиртовом растворе мило ионизированное очень слабо. Разведение спиртового раствора водой увеличивает степень ионизации и ускоряет гидролиз мыла с образованием малодисоцийованих жирных кислот: фенолфталеїн обнаруживает появление в растворе излишка гидроксильных ионов:
RCOONa ↔ RCOO– + Na+
RCOONa + HOH → RCOOH + OH–
Опыт 9. Емульгуючи свойства мыла
В пробирку вмещают 1 каплю подсолнечного масла и 5 капель дистиллированной воды. Содержимое пробирки энергично встряхивают, наблюдают образование мутной жидкости – эмульсии, которая подвижная и быстро расслаивается при стоянии.
При добавлении в пробирку 5 капель раствора мыла и дальнейшем стряхивании образовывается стойкая молочно-белая эмульсия. Мило оказывает содействие образованию стойкой эмульсии, которая объясняется поверхностно-активными свойствами.
Опыт 9. Выделение жирных кислот из мыла
В пробирку вмещают 5 капель приготовленного раствора мыла и 1 каплю концентрированной сульфатной кислоты. Наблюдают выпадение белого хлопьевидного маслянистого осадка свободных жирных кислот:
RCOONa RCOOH + Na+
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ПРАКТИКУМУ
1. Аким химическим методом определяют ненасыщенность жиров?
2. Использование водного или водно-спиртового раствора луга при омылении жира разрешает быстрее получить мило и чему?
3. Как проводят пробу на полноту омыления?
Студент должен знать:
– физическое и химическое свойства омилювальних и неомилювальних липидов
Студент должен уметь:
– проводить реакции, которые характеризуть химические свойства омилювальних и неомилювальних липидов;
– идентифицировать омилювальних и неомилювальних липидов с помощью качественных реакций и физических методов анализа.
Список рекомендованной литературы:
1. В.П. Черных, Б.С. Зименковський, И.С. Грищенко. Органическая химия. В 3-х ч. Харьков “Основа”, 1986. Ч. 2. С. 422-432, 454-461.
2. Ю.О. Ластухин, С.А. Воронов. Органическая химия. Львов “Центр Европы”, 2000. С. 457-479.
3. Б.Н. Степаненко. Курс органической химии. В 2-х. ч. М.: Высш. Шк., 1981. Ч. 1. С. 396-404.
4. А.А. Петров, Х.В. Бальян, А.Т. Трощенко. Органическая химия. Г.: Высш. шк., 1981, С. 252-258.
5. Тексты лекций.
Методическое указание составил: к.х. н., доц. Загричук Г.Я.
асист. Демид А.Е.
Утверждено на заседании кафедры
“___” ___________ 200__ г. Протокол № _____
Пересмотрено на заседании кафедры
“___” ___________ 200__ г. Протокол № _____
