Биоорганическая химия

Учебные курсы по химии
для студентов нехимических факультетов МГУ

Биоорганическая химия

Программа курса

для студентов фармацевтического отделения
факультета фундаментальной медицины МГУ им. М.В. Ломоносова

III семестр

I. Основные классы органических веществ. Классификационные признаки органических соединений – функциональная группа и строение углеродного скелета. Их роль в обеспечении физиологической активности вещества. Номенклатура органических соединений. Основные принципы номенклатуры ИЮПАК.

II. Гибридизация атома углерода. Типы химических связей в органических соединениях. Ковалентные s- и p-связи. Донорно-акцепторные взаимодействия. Водородные связи в биологических молекулах. Сопряженные системы и делокализованная химическая связь. Примеры сопряженных систем в фармакологии и биохимии. Ароматичность. Правило Хюккеля.

III. Взаимное влияние атомов в молекулах органических соединений. Полярность связи. Индуктивный эффект. Мезомерный эффект. Электронодонорные и электроноакцепторные заместители. Пространственные эффекты.

IV. Основы стереохимии. Конфигурация и конформация. Способы изображения пространственного строения молекул (проекционные формулы Ньюмена и Фишера). Хиральные и ахиральные молекулы. Хиральность без хирального центра (на примере физиологически активной молекулы). Оптическая активность энантиомеров. Рацематы. D,L- и R,S-формы. Геометрические (Е,Z) изомеры. Связь пространственного строения с биологической активностью. Представления о стереоспецифичности биохимических процессов и стереоспецифичности действия лекарственных веществ.
Конформации. Факторы, затрудняющие вращение. Энергетическая характеристика заслоненных и заторможенных конформаций открытых цепей. Конформации циклических систем. Примеры "конформационно жестких" структур лекарственных веществ.

V. Классификация органических реакций (реакции замещения, присоединения, элиминирования, оксилительно-восстановительные процессы). Реакционный центр, субстрат, тип реагента. Основные интермедиаты: карбокатионы, карбанионы, радикалы.

VI. Радикальные реакции в алканах. Стабильность радикалов. Роль заместителя у sp³-гибридизованного атома углерода. Радикальное α-галогенирование карбоновых кислот. Антиоксиданты в фармакологии.

VII. Электрофильное присоединение к кратным углерод-углеродным связям. Присоединение галогенов, галогеноводородов, гидратация, гидрирование. Электрофильное присоединение к сопряженным системам. Понятие о кинетическом и термодинамическом контроле. Представление о формировании стероидной структуры в живом организме.

VIII. Нуклеофильное замещение у sp³-гибридизованного атома углерода. Понятие об S_N1 и S_N2 реакциях. Влияние природы субстрата, реагента и растворителя на механизм реакции замещения. Конкуренция реакций нуклеофильного замещения и элиминирования, и факторы, способствующие каждому из процессов. Нуклеофильность и основность реагента. О, N, C-содержащие нуклеофилы. Примеры нуклеофильного замещения в спиртах и алкилгалогенидах, создание хорошо уходящей группы. Наиболее распространенные уходящие группы в биохимических процессах.

IX. Нуклеофильное присоединение по карбонильной группе. Реакционная способность альдегидов и кетонов. Обратимость реакций присоединения. Реакции образования полуацеталей, полукеталей, ацеталей и кеталей и их тио-аналогов. Гидраты. Восстановление альдегидов и кетонов алюмогидридом лития и боргидридом натрия. Восстановление карбонила в биологических системах. Циангидрины. Взаимодействие альдегидов и кетонов с реактивами Гриньяра и ацетилидами. Имины и енамины.
Кето-енольная таутомерия. Нуклеофильные реакции с участием енолят-анионов (галогенирование, алкилирование, альдольно-кротоновая конденсация).

X. Нуклеофильное присоединение с отщеплением (взаимные переходы между производными кислот). Получение галогенангидридов, ангидридов, амидов, сложных эфиров, солей. Лактамы и лактоны как структурные фрагменты физиологически активных веществ.

XI. Кислотные и основные свойства органических соединений. Примеры органических кислот и оснований. Факторы, определяющие кислотность и основность. Важность параметра кислотности для фармакокинетических свойств лекарственного вещества.

XII. Окислительно-восстановительные процессы. Окисление спиртов, карбонильных соединений, кратных углерод-углеродных связей. Восстановление карбонильной и карбоксильной групп (H₂/Pt, LiAlH₄, NaBH₄). Окислительно-восстановительные процессы в живых организмах.

IV семестр

I. Электрофильное ароматическое замещение (механизм). Ориентирующее влияние заместителей, согласованная и несогласованная ориентация. Реакции галогенирования, нитрования, сульфирования, алкилирования и ацилирования по Фриделю-Крафтсу. Синтез нестероидного противовоспалительного препарата ибупрофена с использованием реакции Фриделя-Крафтса. Примеры электрофильного замещения в полициклических ароматических соединениях.

II. Нуклеофильное ароматическое замещение. Важнейшие интермедиаты – комплексы Мейзенгеймера и дигидробензол. Примеры реакций нуклеофильного ароматического замещения.

III. Химические реакции, важные для синтеза биологически активных веществ. Реакция Манниха (использование реакции для синтеза/биосинтеза природных соединений). Реакции енолят-анионов карбоновых кислот (на примере получения лекарственных веществ). Реакция Михаэля. Причина возможной канцерогенности акцепторов Михаэля.

IV. Неароматические гетероциклы (примеры структур и простейшие химические реакции). Примеры лекарственных веществ с неароматическими гетероциклами.

V. Пятичленные и шестичленные ароматические гетероциклы с одним гетероатомом. Пиррол, тиофен, фуран. Пиридин. Строение и химические свойства. Реакции электрофильного замещения, ориентация замещения. Кислотно-основные свойства пиррола и пиридина. Реакция Чичибабина. Превращение никотина в никотинамид. Порфирины и понятие об их физиологической роли в различных организмах. Флавоноиды.

VI. Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами. Пиразол, имидазол, тиазол, оксазол. Кислотно-основные свойства. Примеры лекарственных веществ, содержащих пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами.

VII. Гетероциклы, конденсированные с бензольным кольцом. Индол, его химические свойства и примеры индол-содержащих лекарственных веществ. Хинолин и изохинолин, их химические свойства. Антибиотики хинолинового ряда.

VIII. Моносахариды (рибоза, глюкоза, фруктоза и др.). Открытые и циклические формы (пиранозы и фуранозы). Образование простых и сложных эфиров. О-Гликозидная связь.Представление о строении и свойствах олиго- и полисахаридов. Аскорбиновая кислота (витамин С). Аминогликозидные антибиотики.

IX. Пурин и пиримидин. Таутомерия гидрокси- и амино-диазинов. Пуриновые и пиримидиновые нуклеозиды. Нуклеотиды. Рибонуклеиновые и дезоксирибонуклеиновые кислоты (РНК и ДНК). Гидролиз нуклеиновых кислот. 5-Фтороурацил, 3-азидотимидин как лекарственные средства. Представление об интеркаляторах в ДНК и ДНК-алкилирующих соединениях и их физиологической активности.

X. a-Аминокислоты. Получение и свойства. Природные аминокислоты, входящие в состав белков. Строение пептидной группы. Общая схема синтеза полипептидов. Направленный синтез дипептидов. Первичная структура пептидов и белков. Гидролиз. Ферменты. Понятие о лекарственных веществах – пептидомиметиках и стратегиях их создания.

XI. Триацилглицерины (жиры, масла). Высшие жирные кислоты (пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая) как структурные компоненты триацилглицеринов. Гидролиз, гидрогенизация, окисление жиров и масел. Фосфолипиды. Представление о структурах ионофорных и каналообразующих антибиотиков. Синтетические ионофоры.

XII. Основы дизайна лекарственных веществ. Взаимосвязь "структура – свойство". Классические приемы дизайна лекарств: ограничение конформационной подвижности, биоизостерическая замена, создание пролекарств.

Биоорганическая химия

Программа курса

Рекомендуемая литература