Практикум по орг. химии. Черных.. Практикум по органической химии Учеб пособ для студ вузов IIIIV уровней аккредитации В. П. Черных
 Скачать 18.52 Mb.
|
|
Как называют это явление и в чем его суть? 10. Из каких моносахаридных звеньев построены макромолеку- лы амилозы, амилопектина, целлюлозы и гликогена? Изобразите фрагменты молекул и укажите тип гликозидной связи. Что пред- ставляют собой декстраны, инулин и пектиновые вещества? 11. К какому типу полисахаридов относятся хондроитинсуль- фат, гиалуроновая кислота, гепарин и растительные камеди? 12. На примере амилозы, амилопектина и целлюлозы охаракте- ризуйте влияние пространственного строения цепи на свойства соединений. 13. Приведите схемы полного гидролиза крахмала и целлюлозы. Назовите продукты. 14. Напишите схемы получения: 1) моно- и динитратов целлю- лозы; 2) триацетилцеллюлозы. 15. Объясните, что происходит при взаимодействии крахмала с йодом. 16. Осуществите схемы химических превращений и назовите продукты: Под каким названием и с какой целью применяется в меди- цинской практике соединение № 3? Каковы сферы практического использования продуктов № 1, 6? С какой целью в промышленности осуществляют цепь превращений № 2 № 4 № 5? ПРАКТИКУМ Опыт 157. Реакция Барфеда (отличие восстанавливающих диса- харидов от моносахаридов) В две пробирки помещают по 3 капли реактива Барфеда (6 %-ный раствор меди (II) ацетата в 1 %-ном растворе уксусной кислоты). В одну из пробирок добавляют 1 мл 1 %-ного раствора глюкозы, в другую — 1 мл 1 %-ного раствора лактозы. 390 В пробирке с глюкозой при нагревании наблюдают выделение осадка меди (I) оксида красно-коричневого цвета. Следует избе- гать длительного кипячения растворов сахаров, так как в кислой среде возможен гидролиз дисахаридов и последующее восстанов- ление реактива Барфеда. Опыт 158. Восстанавливающая способность лактозы В пробирку помещают 1 каплю 1 %-ного раствора лактозы, 4 капли 10 %-ного раствора натрия гидроксида и 1 каплю 2 %-ного раствора меди (II) сульфата. Выделившийся ярко-голубой осадок меди (II) гидроксида растворяется при последующем встряхива- нии пробирки. Образуется прозрачный синий раствор комплекс- ной соли меди (II) с лактозой: Затем в пробирку приливают 2 мл воды, взбалтывают и осторож- но нагревают верхнюю часть раствора. Наблюдают образование осад- ка, окраска которого изменяется от желтой до красно-коричневой: Опыт 159. Отсутствие восстанавливающей способности у сахарозы В пробирку помещают 1 каплю 1 %-ного раствора сахарозы, 4 капли 10 %-ного раствора натрия гидроксида и 1 каплю 2 %-ного 391 раствора меди (II) сульфата. Выделившийся ярко-голубой осадок меди (II) гидроксида растворяется при последующем встряхива- нии пробирки. Образуется прозрачный синий раствор комплекс- ной соли меди (II) с сахарозой. Содержимое пробирки нагревают. Никаких видимых изменений в пробирке не происходит, так как сахароза не обладает восстанавливающей способностью. Опыт 160. Качественная реакция на крахмал В пробирку помещают 5 капель 0,5 %-ного раствора крахмаль- ного клейстера и 1 каплю раствора йода в калия йодиде. Наблюда- ют появление интенсивно-синей окраски раствора. Предполагается, что крахмал с йодом образует соединения- включения (клатраты), окрашенные в характерные цвета — синий ( ? макс = 620—680 нм) для амилозы и красный ( ? макс = 520—555 нм) для амилопектина. Молекулы амилозы в этих комплексах образуют вокруг молекулы йода спираль, каждый виток которой содержит 6 остатков глюкозы. При нагревании окрашенного раствора крах- мала с йодом окраска исчезает, а при охлаждении появляется вновь, что связано, по-видимому, с раскручиванием спирали амилозы. Опыт 161. Кислотный гидролиз крахмала В пробирку помещают 1 мл 0,5 %-ного раствора крахмального клейстера, 10 капель 10 %-ного раствора серной кислоты и нагре- вают на водяной бане в течение 20 мин. Раствор становится про- зрачным. Каплю раствора наносят на предметное стекло и смешивают с 1 каплей раствора йода в калия йодиде. Отсутствие интенсивно- синего окрашивания свидетельствует о полном гидролизе крахмала: Наличие глюкозы, образовавшейся в результате гидролиза крах- мала, доказывают реакцией восстановления Cu 2+ . Для этого в про- бирку добавляют 8 капель 10 %-ного раствора натрия гидроксида и 1 каплю 2 %-ного раствора меди (II) сульфата. Наблюдают образование прозрачного раствора комплексной соли меди (II) с глюкозой синего цвета (см. опыт 149). Если содер- жимое пробирки осторожно нагреть, образуется красно-коричне- вый осадок меди (I) оксида (см. опыт 150). КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ПРАКТИКУМУ 1. Почему лактоза в отличие от сахарозы проявляет восстанавливающую способность? 2. На примере мальтозы объясните явление мутаротации. Будет ли прису- ща мутаротация свежеприготовленному раствору сахарозы? 3. За счет каких компонентов крахмал дает синюю окраску с йодом? Чем обусловлено исчезновение этой окраски при нагревании? 4. Напишите схему кислотного гидролиза крахмала. 392 ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ Для доказательства структуры углеводов чаще всего используют ИК-, ПМР-спектроскопию и определение величины удельного вращения. Во многих случаях целесообразно получать ИК-спектры углеводов в таблетках КВr, а ПМР-спектры — в тя- желой воде (D 2 O). Иногда спектральный анализ можно упростить, если использовать для этого не сами углеводы, а их производные, такие как ацетониды. В ИК-спектрах углеводов наблюдаются валентные колебания ОН-, СН- и СО-групп: ? ОН = 3600—3000 см –1 ; ? СН = 2915—2000 см –1 ; ? С — О = 1103, 1073, 1008 см –1 ( ? С — О — первичные и вторичные спирты). По данным ПМР-спектров углеводов и их производных можно установить пространственное строение молекулы ( ?- или ?-кон- фигурацию): По своему строению ?- и ?-аномеры отличаются расположе- нием группы OR, находящейся в одном из двух аномерных поло- жений у атома С в положении 1. Сигнал аномерного протона у атома углерода проявляется в слабом поле и хорошо выделяется среди других сигналов, поскольку такой протон испытывает дез- экранирующее влияние сразу двух атомов кислорода, находящих- ся рядом с ним. С помощью ПМР-спектров довольно легко отли- чить ?-изомер от ?-изомера, так как аномерный протон в ?-изо- мере находится в экваториальном положении, и его сигнал обычно слегка сдвинут на 0,3—0,9 м. д. в слабое поле по сравнению с сиг- налом аксиально расположенного аномерного протона в ?-изомере. Большинство углеводов являются оптически активными веще- ствами, поэтому для их идентификации широко используют опре- деление величины удельного вращения [ ?]. Задание 1. О чем в спектре сахарозы (рис. 3.22) свидетельствует уширенный контур полос поглощения, соответствующих валент- ным колебаниям ОН-групп ( ? ОН )? Задание 2. Определите удельное вращение глюкозы в воде при 20 °С. Как изменяется удельное вращение глюкозы во времени? Ход работы. В поляриметр поместите трубку, заполненную дистиллированной водой, и определите поправку прибора (см. разд. I.4.7). Приготовьте раствор глюкозы, заполните им трубку поляри- метра и определите угол вращения: 1) после приготовления; 393 2) спустя 10 мин и 30 мин. Затем определите угол вращения рас- твора глюкозы, приготовленного накануне. На основе полученных результатов рассчитайте удельное вра- щение свежеприготовленного раствора глюкозы и раствора глю- козы, приготовленного накануне. Сравните полученные значения со справочными данными. III.36. ? ?? ??-АМИНОКИСЛОТЫ. БЕЛКИ ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ 1. ?-Аминокислоты как структурные единицы белков. Клас- сификация, номенклатура и стереоизомерия ?-аминокислот. 2. Физические свойства ?-аминокислот. 3. Способы получения ?-аминокислот. 4. Химические свойства ?-аминокислот. 5. Классификация белков. Строение белков. Образование пер- вичной, вторичной, третичной и четвертичной структуры белка. Синтез белков. 6. Сложные белки. Протеиды. 7. Идентификация ?-аминокислот и белков. 8. Значение ?-аминокислот и белков. КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ Аминокислоты заменимые, Протеиды незаменимые Протеины Белки Реакция биуретовая Изоэлектрическая точка Реакция ксантопротеиновая Пептидная связь ?-Складчатая структура протеинов Пептиды ?-Спираль протеинов Простетическая группа Цвиттер-ион КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ 1. Напишите структурные формулы следующих соединений: 1) глицин; 2) серин; 3) аспарагиновая кислота; 4) орнитин; Рис. 3.22. ИК-спектр сахарозы (КВr) 394 5) аргинин; 6) цистин; 7) метионин; 8) фенилаланин; 9) трип- тофан; 10) гистидин; 11) пролин; 12) глутаминовая кислота. 2. Назовите приведенные соединения по международной и три- виальной номенклатуре: В приведенных соединениях укажите асимметрический атом углерода и напишите их проекционные формулы Фишера. 3. Напишите структурные формулы всех незаменимых ?-амино- кислот. 4. Напишите возможные проекционные формулы стереоизо- меров треонина и назовите их. 5. Напишите схемы взаимодействия ?-аминовалериановой кислоты (валина) со следующими реагентами: 1) NaOH (H 2 O); 2) HCl; 3) CH 3 OH (H + ); 4) CH 3 COCl; 5) С 6 H 5 COCl; 6) C 6 H 5 CH 2 OCOCl (бензоксикарбонилхлорид); 7) CH 3 I; 8) 2,4-ди- нитрофторбензол. Назовите полученные соединения. 6. Назовите пептиды, указав N- и С-концевые аминокислоты: Укажите пептидную связь. 7. Напишите структурные формулы: 1) изомерных дипепти- дов, состоящих из глицина и аланина; 2) изомерных трипепти- 395 дов, состоящих из валина, фенилаланина и цистеина. Назовите соединения. 8. Напишите структурную формулу трипептида, при полном гидролизе которого образуются глицин, аланин и цистеин, а при частичном гидролизе — аланилглицин и глицилцистеин. 9. Какие соединения называют белками? Что собой представ- ляют первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура белка? Как определяется первичная структура белка? 10. Как классифицируют белки в зависимости от природы про- стетической группы и пространственной формы? 11. Охарактеризуйте свойства молекул белка. Какие белки на- зывают гормонами и ферментами? Как осуществляется синтез бел- ков в живых клетках? ПРАКТИКУМ Опыт 162. Отсутствие кислой реакции раствора глицина С помощью полоски универсальной индикаторной бумаги определяют рН 1 %-ного раствора глицина. Отсутствие кислой реакции растворов глицина объясняют образованием внутримо- лекулярной соли (цвиттер-иона): Опыт 163. Образование медной комплексной соли глицина В пробирку помещают по 0,5 мл 2 %-ного раствора меди (II) сульфата и 1 %-ного раствора глицина. Медная соль глицина легко образует устойчивое внутрикомплексное соединение синего цвета: Выделяющаяся в ходе реакции серная кислота не разрушает комплекс. При последующем добавлении в пробирку 5—10 капель 10 %-ного раствора натрия гидроксида видимых изменений не про- исходит. Комплексная медная соль глицина устойчива в кислой и в щелочной средах. Опыт 164. Взаимодействие ? ?? ??-аминокислот с формальдегидом В пробирку помещают 3 капли 40 %-ного водного раствора формальдегида и 1 каплю индикатора метилового красного. На- 396 блюдают появление красной окраски раствора, указывающего на наличие кислой среды (причина этого явления рассмотрена в опыте 80). С помощью тонкого стеклянного капилляра по каплям в про- бирку добавляют 10 %-ный водный раствор натрия гидроксида до нейтральной реакции. Наблюдают появление желтой окраски раствора (нейтральная среда). Полученный нейтрализованный раствор формальдегида сме- шивают с 3 каплями 1 %-ного водного раствора глицина и наблю- дают появление красного окрашивания (кислая среда): Реакция основана на блокировании формальдегидом амино- группы кислоты. Данная реакция лежит в основе формольного тит- рования (метод Серенсена). Опыт 165. Взаимодействие ? ?? ??-аминокислот с нингидрином В пробирку помещают 2 капли 0,1 %-ного раствора нингидри- на и 4 капли 1 %-ного раствора ?-аминокислоты. Смесь нагревают до кипения и наблюдают появление сине-фиолетового окрашива- ния раствора: 397 Нингидринная реакция используется для качественного опре- деления ?-аминокислот. Опыт 166. Свертывание белков при нагревании В одной пробирке над пламенем горелки в течение 1 мин кипя- тят 2 мл раствора яичного белка, а в другой — столько же раствора желатина. В пробирке с яичным белком выпадает белый хлопье- видный осадок, что указывает на термическую денатурацию бел- ка, в пробирке с желатином изменений не наблюдается. Причина различий заключается в том, что яичный белок (аль- бумин) содержит в своей структуре водородные связи и дисуль- фидные мостики, поддерживающие его четвертичную, третичную и вторичную структуру. Эти связи непрочны и могут разрушаться при воздействии ряда факторов, в том числе высокой температу- ры, что приводит к осаждению белка. Желатин — гелеобразный полипептид, получаемый при кипя- чении в воде фибриллярного белка коллагена. Вторичная и тем более третичная структура у него выражены слабо, поэтому же- латин в значительно меньшей степени способен к термической денатурации. Опыт 167. Осаждение белков концентрированными минеральны- ми кислотами В пробирку с 1 мл раствора яичного белка прибавляют 1 мл концентрированной азотной кислоты и перемешивают. Выпадает белый хлопьевидный осадок. Это обусловлено понижением рН раствора ниже значения, при котором число карбоксилатных групп соответствует количеству аммонийных групп. Возникающий дисбаланс в соотношении чис- ла основных и кислотных групп и является причиной нарушения естественной пространственной структуры белка, что приводит к его осаждению. Содержимое пробирки используют в опыте 169. Опыт 168. Осаждение белков солями тяжелых металлов В одну пробирку к 1 мл раствора яичного белка по каплям, при встряхивании, до выпадения осадка прибавляют насыщенный вод- ный раствор меди (II) сульфата, а в другую, к такому же количе- ству белка, аналогичным способом прибавляют 20 %-ный водный раствор свинца (II) ацетата. В обеих пробирках происходит образо- вание осадков. Причина денатурации белка в этом случае вызвана образова- нием малодиссоциированных солей тяжелых металлов по тиоль- ным группам, участвовавшим до этого в образовании водородных связей, а также разрушением дисульфидных связей, поддержива- ющих молекулы белка в естественном растворимом состоянии. Опыт 169. Ксантопротеиновая реакция Смесь белка и концентрированной азотной кислоты (см. опыт 167) кипятят в течение 2 мин. Наблюдают образование желтого 398 осадка нитропроизводного альбумината. Это связано с нитровани- ем ароматических ядер остатков аминокислот фенилаланина, ти- розина и триптофана: Смесь охлаждают и по каплям прибавляют 2 мл концентриро- ванного раствора натрия гидроксида. Выпавший осадок нитрофор- мы нитропроизводного альбумината образует с избытком щелочи ярко-оранжевое окрашивание, обусловленное возможностью тау- томерии и образованием хиноидной структуры: Опыт 170. Биуретовая реакция В пробирку помещают 1 мл 10 %-ного раствора яичного аль- бумина, 1 мл 30 %-ного раствора натрия гидроксида и 1 каплю насыщенного раствора меди (II) сульфата. Наблюдают появление фиолетовой окраски. Взаимодействие белков с солями меди (II) в щелочном раство- ре связано со способностью любых веществ, содержащих повторя- ющуюся группировку — CO — NH — , к образованию хелатного комп- лекса соединений типа биурета H 2 N — CO — NH — CO — NH 2 с ка- тионами меди (II) (см. опыт 119). При проведении биуретовой реакции необходимо избегать избытка меди (II) сульфата, так как образующийся меди (II) гид- роксид синего цвета может маскировать появление фиолетовой окраски хелатного комплекса. Опыт 171. Проба на наличие серы в белках В пробирку помещают 0,5 мл 10 %-ного раствора яичного аль- бумина, 0,5 мл 30 %-ного раствора натрия гидроксида и 3—4 кап- ли 10 %-ного раствора свинца (II) ацетата. При кипячении рас- твора наблюдают образование коричнево-черного осадка свин- ца (II) сульфида: 399 При нагревании серосодержащих белков с растворами щело- чей выделяется сероводород, который обнаруживают реакцией со свинца (II) ацетатом: КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ПРАКТИКУМУ 1. Объясните, почему водные растворы гликокола имеют нейтральную среду. 2. Напишите схемы общих качественных реакций на ?-аминокислоты. 3. Напишите схему реакции ?-аланина с меди (II) сульфатом. 4. В чем суть формольного титрования? 5. Напишите схему взаимодействия глицина с нингидрином. Какое зна- чение имеет эта реакция? 6. Напишите структурные формулы аминокислот, которые определяют положительную ксантопротеиновую реакцию. Почему при добавлении раствора аммиака или щелочи желтая окраска раствора переходит в оранжевую? Напишите соответствующие уравнения реакций. 7. От чего зависит различная окраска образующихся медных комплексов в условиях биуретовой реакции? Приведите соответствующие примеры. 8. Как определяют наличие серосодержащих ?-аминокислот в составе бел- ков? Напишите соответствующие уравнения реакций. 9. В чем химическая сущность и каково использование в медицине про- цессов: 1) термической денатурации белков; 2) осаждения белков со- лями тяжелых металлов; 3) «дубящего» действия фенола и формалина? III.37. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ 1. Понятие о строении нуклеиновых кислот. 2. Рибонуклеиновые (РНК) и дезоксирибонуклеиновые (ДНК) кислоты, различия в их строении и роль в биосинтезе белка. 3. Образование, строение и номенклатура нуклеозидов. Функ- циональная природа связи остатков нуклеинового основания и пентозы. 4. Нуклеотиды. Строение и номенклатура нуклеозидофосфатов. Отношение к гидролизу. 5. Нуклеотидполифосфаты, их значение. Кофермент аденозин- трифосфат (АТФ). КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИН Вторичная структура ДНК Нуклеотидполифосфаты N-Гликозиды Нуклеотиды Дезоксирибозид Первичная структура ДНК Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) Пиримидиновые основания Комплементарность Пуриновые основания Нуклеиновые основания Рибозид Нуклеозиды Рибонуклеиновая кислота (РНК) 400 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ 1. Какие две группы азотистых оснований называют нуклеи- новыми? Приведите схемы таутомерных превращений урацила и аденина. В каких таутомерных формах эти соединения участвуют в образовании нуклеозидов? Укажите виды таутомерии. Назовите соединения по номенклатуре ИЮПАК. 2. Каков химический состав смеси веществ, образующихся в результате полного гидролиза рибонуклеиновых кислот? Напи- шите схемы лактам-лактимной таутомерии цитозина и гуанина. При- ведите названия таутомерных форм обоих нуклеиновых оснований и в каждой паре таутомеров укажите тот, который участвует в образовании нуклеозидов. Назовите цитозин и гуанин по номен- клатуре ИЮПАК. 3. Какие продукты получаются при частичном и полном гид- ролизе дезоксирибонуклеиновых кислот? Напишите схему лактам- лактимной таутомерии тимина, назовите возможные таутомерные формы и укажите из них ту, которая учитывает в образовании со- ответствующего нуклеозида. Назовите тимин по номенклатуре ИЮПАК. Приведите формулу и название изомера тимина, приме- няемого при лечении ожогов, ран, переломов и др. 4. Дайте определение понятию «нуклеозиды». Укажите N-гли- козидные связи в формулах уридина и аденозина. Какой из этих нуклеозидов легче гидролизуется? Приведите схему, укажите ус- ловия и назовите продукты его гидролиза. 5. Какое общее название имеют следующие природные соеди- нения: тимидин, дезоксицитидин, дезоксигуанозин? Какие из этих веществ гидролизуются труднее? Напишите схемы, укажите усло- вия и назовите продукты их гидролиза. 6. Дайте определение понятию «нуклеотиды». Приведите фор- мулы и названия нуклеотидов, содержащих в молекулах остатки урацила, цитозина, аденина, гуанина. Приведите схему постадий- ного гидролиза тимидин-5'-фосфата. 7. В какую группу природных соединений объединяют 5'-де- зоксиадениловую, 5'-дезоксигуаниловую, 5'-дезоксицитидило- вую и 5'-тимидиловую кислоты? В формулах этих веществ ука- жите N-гликозидные и сложноэфирные связи. Приведите схемы частичного и полного гидролиза 5'-дезоксиадениловой кис- лоты. 8. Изобразите строение участка молекулы РНК, образованно- го 5'-цитидиловой и 5'-адениловой кислотой. Что называют комп- лементарной парой? Приведите формулу комплементарного фраг- мента молекулы ДНК. |