ЗАНЯТТЯ №24 (6 год.)

Тема 35. Терпени та терпеноїди, простагландини. Стероїди. Омилювальні ліпіди. Мила. Воски. Вітаміни. Малий практикум

 

Мета заняття:

Засвоїти:

– знання про будову, класифікацію, номенклатуру, ізомерію, методи добування та хімічні властивості терпенів, терпеноїдів, простагландинів, стероїдів, омилювальних ліпідів, вітамінів.

 

Практичні навички:

Вміти:

– проводити ідентифікацію функціональних груп в структурі терпенів, терпеноїдів, простагландинів, стероїдів, омилювальних ліпідів, вітамінів.

 

Хід заняття:

1.      Контроль виконання домашнього завдання.

2.      Виконання практичних дослідів.

3.      Контроль вхідного рівня знань.

4.      Розгляд на моделях, у комп’ютерних програмах і таблицях просторової будови органічних сполук, конформацій та конфігураційних станів молекул та способів їх зображення.

5.      Розв’язування навчальних вправ.

6.      Визначення вихідного рівня знань.

 

Програма самопідготовки студентів.

1. Поняття про простагландини.

2. Терпени: будова, класифікація, природні джерела та синтетичні способи одержання.

3. Монотерпени: ациклічні (гераніол, нерол, цитраль), моноциклічні (лімонен, ментол, терпін) і біциклічні (α-пінен, борнілацетат, камфора, бромокамфора), їх властивості та застосування в медицині.

4. Поняття про тетратерпени (каротиноїди). β- каротин (провітамін А).

5.   Загальні уявлення про будову похідних стерану — стероїдів. Особливості номенклатури стероїдів. Похідні холестану (стерини), холану (жовчні кислоти) і прегнану (кортикостероїди). Холестерол, його значення. Поняття про андрогенні і естрогенні статеві гормони. Стеранове ядро — основа структури агліконів серцевих глікозидів і сапогенінів.

6. Класифікація ліпідів.

7. Жири:

      — будова, номенклатура, ізомерія;

      — одержання жирів;

      — фізичні і хімічні властивості;

      — аналітичні характеристики.

8. Мила. Синтетичні замінники мила.

9. Поняття про воски і твіни.

10. Поняття про вітаміни.

 

Домашнє завдання: 1, 4, 7, 19, 25, 27, 28

Ситуаційні завдання

1. Дайте визначення поняттю “терпени”. Назвіть терпени і прокласифікуйте їх залежно від числа ізопренових залишків і кількості циклів у їх молекулах:

2. Наведіть схему каталітичного відновлення тимолу. Напишіть схеми взаємодії отриманого монотерпену з такими реагентами:

1)     3-метилбутановою кислотою в присутності конц. H₂SO₄ ;

2)     KMnO₄;

3)     Na, а потім з C₂H₅I. Які медична назва і застосування лікарського препарату, що містить 30 % продукту відновлення тимолу і 70 % продукту реакції 1) ?

3. Напишіть схеми якісних реакцій, якими можна довести:

1)                      ненасиченість α-лімонену і α-пінену;

2)                      належність ментолу і борнеолу до вторинних спиртів;

3)                      наявність у молекулі камфори карбонільної групи.

4. Поясніть сутність понять “терпени”, “терпенові вуглеводні” і “терпеноїди”. Вкажіть асиметричні атоми карбону в структурі пінану і α-пінену. Чи справедливе твердження про те, що у хвойному лісі повітря збагачене озоном завдяки α-пінену, що міститься в смолистому соку дерев, і чому? Напишіть схеми синтезу з α-пінену: 1) лікарського препарату терпінгідрату; 2) борнілхлориду і борнеолу. Що являє собою скипидар і яке його медичне застосування?

5. Оцимен обумовлює специфічний запах листя базиліка благородного. Його будову встановлено за допомогою реакції озонування. Які продукти одержуються в результаті озонування оцимена і наступного відновлення озоніду цинковим пилом в ацетатній кислоті? Назвіть оцимен (з врахуванням стереохімії) за замісниковою номенклатурою ІЮПАК.

6. Багато терпенів легко окиснюються киснем повітря у гідропероксиди за радикальним механізмом. При окисненні α-пінену утворюються два ізомерних гідропероксиди. Навести структуру цих сполук.

7. α- і β-пінени при взаємодії з 2 моль гідрогенхлориду утворюють один і той же продукт – 1,8-дихлоро-n-ментан. Напишіть схеми реакцій і поясніть їх результат.

8. Нерол і гераніол в кислому середовищі перетворюються в α-терпінеол з різною швидкістю: нерол – швидше, гераніол – повільніше. Напишіть схеми реакцій циклізації і поясніть їх механізм. Чому ці реакції проходять з різною швидкістю?

9. Три ізомерних моноциклічних монотерпенів – α-, β- і γ-терпінени (відповідно 1,3-, 1(7),3- і 1,4-ментадієни) – приєднують сухий гідрогенхлорид, утворюючи одне і те ж галогенпохідне. Напишіть схеми цих реакцій і назвіть продукт реакції. Чи володіють оптичною активністю його стереоізомери?

10. Наведіть будову всіх проміжних сполук в схемі синтезу α-терпінеола:

 

11. Пулегон [ментен-4(8)-он-3] синтезований із етилового ефіру 4-метил-2-оксоциклогексанкарбонової кислоти (А). Напишіть будову вихідного, проміжних і кінцевого продуктів в схемі синтезу пулегона:

12.Один із кортикостероїдних гормонів – дезоксикортикостерон – одержують синтетично і використовують як лікарський засіб. За кордоном під назвою “кортексон” випускають 21-гідрокси-прегнен-4-діон-3,20, що володіє аналогічною активністю. Чи ідентичні ці дві лікарські речовини?

13. Два синтетичні аналоги кортикостероїдів – дексаметазон (11β, 17α, 21-тригідрокси-16α-метил-9α-фторопрегнадієн-1,4-діон-3,20) і бетаметазон – проявляють подібну біологічну дію. Чи ідентичні ці дві речовини? Якщо вони є ізомерами, то якими?

14. Стероїдні гормони часто застосовуються у вигляді складних ефірів. Яка з цих двох гідроксильних груп естрадіола (естратрієн-1,3,5(10)-діолу-3,17β) ацилюється при взаємодії його з еквімолярною кількістю бензоїлхлориду в лужному середовищі? Які відмінності є в ІЧ-спектрах вихідного стероїду і продукту реакції?

15. Якому хімічному перетворенню був підданий тестостерон (17β-гідроксиандростен-4-он-3), якщо в ІЧ-спектрі продукту на відміну від спектру вихідної сполуки відсутня широка смуга в області 3600–3200 см^–1 і з’являються сильна смуга 1725 см^–1 і сильна широка розщеплена смуга в області 1275–1200 см^–1? Положення смуг 1648 і 1603 см^–1 не змінилося.

16. Синтетичний аналог естрогенних гормонів мікрофолін (17α-етинілестратрієн-1,3,5(10)-діол-3,17β) здатний утворювати солі. За рахунок якого кислотного центру мікрофолін взаємодіє з лугами? Напишіть схему реакції.

17. Поясніть, чому не можна готувати лікарські прописи, що містять одночасно серцеві глікозиди і речовини, що володіють сильними кислотними або основними властивостями. Напишіть схеми можливих перетворень одного із глікозидів строфанта – цимарину – в кислому і лужному середовищах.

18. У фармацевтичному аналізі для ідентифікації метандростенолона (17β-гідрокси-17α-метиландростадієн-1,4-она-3) використовують його реакцію з 2,4-динітрофенілгідразином. Яка функціональна група метандростенолона обумовлює одержання відповідного похідного? Напишіть схему цієї реакції.

19. Стероїдні гормони в процесі метаболізму глікозилюються глюкуроновою кислотою. Наведіть структуру одного з таких метаболітів – 16β-D-глюкуроніда естріола (естратрієн-1,3,5(10)-тріола-3,16α,17β).

20. Одним із метаболітів мінералокортикоїду альдостерона є альдостерон-18-глюкуронід. Назвіть альдостерон за замісниковою номенклатурою. Напишіть схему таутомерних перетворень альдостерону і наведіть структуру альдостерон-18-глюкуроніда.

21. Напишіть структурні формули таких сполук: 1) 1-пальмітоїлдистеароїлгліцерину; 2) цетилового спирту; 3) триолеїну; 4) три(9,10-дийодостеароїл)гліцерину; 5) 2-О-лінолеїл-З-О-ліноленоїл-1-О-олеїлгліцерину; 6) натрію β-(децил-3)-бензенсульфонату.

22. Напишіть рівняння реакції лужного гідролізу триацилгліцерину, до складу якого входять ліноленова, лінолева і пальмітинова кислоти. Назвіть продукти реакції. Поясніть, на чому ґрунтується мийна дія мила.

23. Напишіть рівняння реакції триолеїну з такими реагентами: 1) Вг2; 2) НІ (КІ). Поясніть значення цих реакцій. Що таке кислотне число, йодне число і число омилення?

24. Поясніть, що спільного в структурі всіх жирів як рослинного, так і тваринного походження. У чому відмінність будови твердих і рідких жирів?

25. До якого класу сполук належать жири і воски? Що являє собою бджолиний  віск?

26. Напишіть схему кислотного гідролізу дипальмітостеарину. Назвіть продукти реакцій.

27. Наведіть формули двох β-діастереомерів олеїнової кислоти.

28. Напишіть реакцію гідрогенізації ліноленоїлолеолілпальмітоїлгліцерину. Яка консистенція вихідного і кінцевого продуктів?

 

Практична частина

Терпени та терпеноїди, простогландини. Стероїди.

   Увага! Досліди виконують у витяжній шафі!

   Дослід 1.  Доведення ненасиченого характеру α-пінену

   Реактиви: Br₂ (CCl₄), скипидар, 1% KMnO₄. 

   Методика виконання.А. У пробірку вміщують 5 крапель 0,5 %-вого розчину брому в тетрахлорометані і 5—10 крапель скипидару. Вміст пробірки струшують  і спостерігають знебарвлення жовто-бурого забарвлення у розчині що свідчить про ненасиченість α-пінену — основного компоненту скипидару:

   Б. У пробірці змішують 1 краплю 1 %-вого розчину калію манганату, 3 мл води і 3—5 крапель скипидару. Суміш енергійно струшують. Спостерігають знебарвлення рожево-фіолетового розчину, що свідчить про ненасиченість α-пінену:

   Дослід 2. Виявлення пероксидних похідних терпенових вуглеводнів у скипидарі

   Реактиви: 0,5 % р-н крохмалю, 1% р-н КІ, скипидар.

   Методика виконання.У пробірці змішують по 3 краплі свіжоприготовленого 0,5 %-ного розчину крохмалю і 1 %-вого розчину калію йодиду. До отриманого безбарвного розчину додають 3—5 крапель скипидару і вміст пробірки струшують протягом 15—20 с. Спостерігають появу інтенсивно-синього забарвлення розчину, зумовленого виділеннямвільного йоду.

   На  повітрі скипидар окиснюється киснем, перетворюючись в пероксид, який легко розкладається з утворенням атомарного кисню:

 

Активний (атомарний кисень визначають за його окисними властивостями по відношенню до калію йодиду: 2I^– + O → O^2- + I₂

  Дослід 3. Здатність камфори до сублімації

  Реактиви: камфора, чашка Петрі.

   Методика виконання. У  чашку Петрі, наполовину  заповнену  водою, кидають  1 —2 кристали камфори. Спостерігається обертання і хаотичний рух кристалів по поверхні води.    Камфора  летка, пружність її парів на різних поверхнях кристала неоднакова. Унаслідок цього кристал з різними гранями з різною  силою відштовхується від поверхневої плівки води, що і викликає його обертання.

 

Омилювальні ліпіди. Мила. Воски. Вітаміни.

Дослід 4. Омилення жиру водним розчином лугу

   Реактиви: рицинова олія, 35 % NaOH.

   Методика виконання. У випарну  чашку вміщують  1 мл рицинової олії і 4 краплі 35 %-вого розчину натрію гідроксиду. Суміш розмішують скляною паличкою  і спостерігають утворення однорідної емульсії. Рицинова олія починає омилюватись уже на холоді. Суміш нагрівають, безперервно помішуючи  скляною паличкою. Коли маса почне тужавіти, додають 2 мл дистильованої води і знову нагрівають, помішуючи доти, поки не утвориться однорідна прозора жовтувата рідина — мильний клей. Продовжуючи нагрівання, випарюють воду, поки мильний клей не почне приставати до палички все більше і більше і, нарешті, не стане застигати у вигляді білих пухких пластинок після видалення палички з чашки.

   Знімають чашку з вогню і виконують пробу на повноту омилення. Для цього крупинку мила вміщують у пробірку, додають 1 —2 мл дистильованої води і нагрівають до кипіння. Якщо мило розчиниться цілком, то омилення закінчене. У іншому разі продовжують нагрівання ще кілька хвилин, після чого повторюють

пробу на повноту омилення.

   До густої однорідної маси при перемішуванні додають гарячий насичений розчин натрію хлориду (висолювання мила). Суміші дають відстоятися й охолонути. Шар мила спливає на поверхню водного розчину. Мило витягають і віджимають між аркушами

фільтрувального паперу.

   Жири є естерами гліцерину і різних вищих жирних кислот. Омилення жирів при дії лугу відбувається за схемою:

   Дослід 5. Омилення жирів водно-спиртовим розчином лугу

   Реактиви: рицинова олія, етанол, 35 % NaOH.

   Методика виконання. У  пробірку вміщують  1 мл рицинової олії, 1 мл спирту й 1 мл 35 %-вого розчину натрію гідроксиду. Суміш ретельно перемішують і нагрівають на водяній бані до початку кипіння. Маса швидко стає однорідною, а через 3—5 хв омилення цілком завершується.   Проводять пробу на повноту омилення (див. дослід 4).

   Для виділення мила з водно-спиртового розчину при перемішуванні додають гарячий розчин натрію хлориду (висолювання мила) так, щоб шар мила піднявся догори. Суміші дають відстоятися. Зануривши пробірку в склянку з холодною водою, суміш охолоджують і збирають верхній шар мила.

   Жир  нерозчинний у водному розчині лугу і лише поступово емульгується в міру нагромадження в розчині мила, тому омилення жиру водним лугом відбувається повільно. Додавання спирту робить суміш однорідною, підвищуючи розчинність жиру і різко прискорюючи омилення.

Продукти  омилення жиру — гліцерин і суміш солей жирних кислот — розчинні як у воді, так і в спирті, причому мило утворює у воді колоїдний розчин. Гліцерин і спирт розчинні в розчині натрію хлориду. Мило ж не розчиняється і виділяється (висолюється) з розчину у вигляді напівтвердої маси. Висолювання мила зумовлене зменшенням його дисоціації при введенні в розчин надлишку  одного з іонів (Nа⁺) і зняття гідратних оболонок з колоїдних частинок мила внаслідок гідратації іонів введеної солі.

   Висолюванням   одержують більш високосортне, так зване ядрове мило. Якщо не проводити висолювання, то при охолодженні отриманий  у результаті омилення водний розчин —  «мильний клей» — застигає повністю. Він містить, крім мила, гліцерин, над-

лишок  лугу і велику кількість води.

 

Дослід 6. Порівняння ненасиченості різних жирів

   Реактиви: жири, Br₂ (CCl₄).

   Методика виконання. Дослід проводять одночасно з різними жирами. Тверді жири попередньо переводять у рідкий стан, обережно нагріваючи.

   У три сухі пробірки вміщують по 1 мл тетрахлорометану. Потім в одну з них додають 1 краплю  соняшникової олії, у другу —1 краплю розплавленого маргарину, у третю — 1 краплю розплавленого вершкового масла. До отриманих гомогенних розчинів у про-

бірки при струшуванні додають з бюретки або градуйованої піпетки 5 %-вий розчин брому  в тетрахлорометані до появи стійкого забарвлення.

   Порівнюють  кількості розчину брому, необхідного для досягнення  однакового світло-жовтого забарвлення розчинів різних жирів.

   Рідкі рослинні жири (олії) містять головним чином гліцериди ненасичених карбонових кислот, тверді тваринні жири — гліцериди вищих  насичених карбонових кислот з домішкою  гліцеридів ненасиченої олеїнової кислоти.

 

Дослід 7. Розчинність і обмінні реакції мила

   Реактиви: мило, 5 % р-н CaCl₂, 10% р-н (CH₃COO)₂Pb.

   Методика виконанняА. Розчинення мила у воді. Шматочок отриманого мила (близько 20—30 мг) розчиняють у 3 мл дистильованої води. Вміст пробірки нагрівають при постійному струшуванні. Спостерігають сильне спінення. Розчин мила зберігають для проведення подальших дослідів.

   Б. Утворення нерозчинних кальцієвих і свинцевих солей жирних кислот. У дві пробірки вміщують по 5 крапель отриманого розчину мила  (див. дослід 7, А). В одну пробірку додають 1 краплю 5 %-вого розчину кальцію хлориду, а в другу — 1 краплю 10 %-ного розчину плюмбуму  ацетату. Вміст пробірок струшують і спостерігають утворення білих осадів кальцієвого і свинцевого мила. Рідина над отриманим  осадом на відміну від вихідного розчину мила при струшуванні майже не утворює піни:

2RCOONa + CaCl₂ → (RCOO)₂Ca¯ + 2NaCl

2RCOONa + (CH₃COO)₂Pb →(RCOO)₂Pb¯ + 2CH₃COONa

   Кальцієві і свинцеві солі вищих жирних кислот погано ргачинні у воді, тому мило не піниться у твердій воді.

Дослід 8. Гідроліз мила

   Реактиви: мило, нас. р-н NaCl, фенолфталеїн, спиртовий р-н мила.

   Методика виконанняУ пробірку або маленьку колбу вміщують 0,5г отриманого насолюванням  твердого мила і розчиняють при нагріванні в 4 мл дистильованої води. Повторно проводять висолювання насиченим розчином натрію хлориду, охолоджують і

   Шматочок  очищеного мила переносять у суху пробірку і додають 1 краплю спиртового розчину фенолфталеїну. Розчин фенолфталеїну залишається безбарвним або слабозабарвленим. При додаванні 3—5 мл води забарвлення розчину різко посилюється.

   У спиртовому розчині мило іонізоване дуже слабко. Розведення спиртового розчину водою збільшує ступінь іонізації і прискорює гідроліз мила з утворенням малодисоційованих жирних кислот: фенолфталеїн виявляє появу в розчині надлишку гідроксильних іонів:    RCOONa ↔ RCOO^– + Na⁺

RCOONa + HOH → RCOOH + OH^–

 

Дослід 9. Емульгуючі властивості мила

   Реактиви: соняшникова олія, мило.

   Методика виконання. У пробірку вміщують 1 краплю соняшникової олії і 5 крапель дистильованої води. Вміст пробірки енергійно струшують, спостерігають утворення мутної рідини — емульсії, що рухлива і швидко розшаровується при стоянні.

   При додаванні в пробірку 5 крапель розчину мила і подальшому струшуванні утворюється стійка молочно-біла емульсія. Мило сприяє утворенню стійкої емульсії, що пояснюється поверхнево-активними властивостями.

 

Дослід 10. Виділення жирних кислот з мила

   Реактиви: р-н мила, H₂SO₄ конц.

   Методика виконанняю. У пробірку вміщують 5 крапель приготовленого розчину мила й 1 краплю концентрованої сульфатної кислоти. Спостерігають випадання білого пластинчастого маслянистого осаду вільних жирних кислот:

RCOONaRCOOH + Na⁺

 

Контрольні питання:

1. Напишіть схеми якісних реакцій, які підтверджують ненасичений характер терпенів, що входять до складу скипидару.

2. Наведіть схеми хімічних перетворень, що дозволяють знайти пероксидні похідні терпенових вуглеводнів у скипидарі

3. Яким хімічним методом визначають ненасиченість жирів?

4. Використання водного чи водно-спиртового розчину лугу при омиленні жиру дозволяє швидше одержати мило і чому?

5. Як проводять пробу на повноту омилення?

 

Студент повинен знати:

–         фізичні та хімічні властивості омилювальних та неомилювальних ліпідів

Студент повинен вміти:

–        проводити реакції, що характеризуть хімічні властивості омилювальних та неомилювальних ліпідів;

–        ідентифікувати омилювальних та неомилювальних ліпідів за допомогою якісних реакцій та фізичних методів аналізу.

 

 

Список рекомендованої літератури:

Основна:

1. Черних В.П., Зіменковський Б.С., Гриценко І.С. Органічна хімія /За заг. ред. В.П. Черних. – 2-ге вид., випр. і доп. – X: Вид-во НФаУ; Оригінал, 2008. – 752 с.

2. Ю.О. Ластухін, С.А. Воронов. Органічна хімія. – Львів “Центр Європи”, 2006. – 864 с. 3. В.П.Черних, I.С.Гриценко, М.О.Лозинський, З.І.Коваленко Загальний практикум з органічної хімії: Навч. посіб. для студ. ВНЗ III -IV рівнів акредитації /Під загальн. ред. В.П.Черних. – X.: Вид-во НФаУ; Золоті сторінки, 2003. – 592 с.

4. В.Л. Белобородов, С.Е. Зурабян, А.П.Лузин, Н.А. Тюкавкина. Органическая химия. – Москва «Дрофа», 2003. – 639 с.

5. Н.Н. Артемьева, В.Л. Белобородов, С.Е. Зурабян, А.А.Кост, А.П.Лузин, В.Е. Ручкин, И.А.Селиванова, Н.А. Тюкавкина  Руководство к лабораторным занятиям по органической химии. – Москва «Дрофа», 2002. – 384 с.

6. Матеріали підготовки до лекцій та тексти лекцій http://intranet.tdmu.edu.ua/data/kafedra/internal/index.php?&path=pharma_2/classes_stud/uk/pharm/prov_pharm/ptn/%CE%F0%E3%E0%ED%B3%F7%ED%E0%20%F5%B3%EC%B3%FF/2%20%EA%F3%F0%F1/

Додаткова:

1. Березин Б. Д. Курс современной органической химии. – М.: Высшая школа, 2003.–768 с.

2. Робертс Дж., Касерио М. Основы органической химии: В 2 кн. /Пер. с англ. /Под ред. А.Н. Несмеянова. – М.: Мир. 1968.

3. Марч Дж. Органическая химия: В 4 т. – М.: Мир, 1987,

4. Гауптман З., Грефе Ю., Ремане Х. Органическая химия. – М.: Химия, 1979. – 832 с.

5. Шабаров Ю.С. Органическая химия: В 2 кн. – М.: Химия, 1996. – 847 с.

6. Физер Л., Физер М. Органическая химия: В 2 кн. – М.: Химия, 1969.

7. Найдан В.М. Органічна хімія (Малий лабораторний практикум). – Київ, 1994. – 336 с.

8. Некрасов В.В. Руководство к малому практикуму по органической химии. – М.: Химия, 1964.

9. Голодников Г.В., Мандельштам Т.В. Практикум по органическому синтезу. – Издательство ЛГУ имени А.А. Жданова, 1976.

 

Методичну вказівку склали:                                                      к. х. н., доц. Г.Я. Загричук

                                                                                                          к.х.н. А.Є.Демид

Затверджено на засіданні кафедри

“___” ___________ 200__ р. Протокол № _____

Переглянуто на засіданні кафедри

“___” ___________ 200__ р. Протокол № _____