Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Кемеровский государственный университет»
Химический факультет
Рабочая программа дисциплины
Спецпрактикум
Специальность подготовки
020201.65 «Фундаментальная и прикладная химия»
Специализация подготовки
Медицинская химия
Квалификация выпускника
Специалист
Форма обучения
очная
Кемерово
2013
1. Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Спецпрактикум» по медицинской химии
являются:
 владение основными лабораторными операциями по синтезу, очистке и
идентификации лекарств и других биологически активных соединений;
 умение планировать и осуществлять синтез конкретных биологически
активных органических соединений,
 владение навыками качественного анализа лекарств и других
биологически активных соединений.
2. Место дисциплины в структуре подготовки специалиста
специальности «Фундаментальная и прикладная химия»
Спецпрактикум по медицинской химии является дисциплиной
профессионального цикла специальности «Фундаментальная и прикладная
химия» специализации «Медицинская химия», изучается в седьмом семестре
студентами четвертого курса химического факультета.
Для освоения дисциплины необходимы знания, сформированные при
изучении следующих дисциплин базового цикла:
- «Неорганическая химия» (состав, строение и химические свойства
основных простых веществ и химических соединений, связь строения вещества
и протекания химических процессов, навыки описания свойств веществ на
основе закономерностей, вытекающих из периодического закона и
Периодической системы элементов);
- «Органическая химия» (владение теоретическими представлениями
органической химии, знаниями о составе, строении и свойствах органических
веществ- представителей основных классов органических соединений; владеть
основами органического синтеза и физико-химическими методами анализа
органических соединений).
- «Теоретические основы органической химии» (представления о взаимном
влиянии атомов в молекулах,
реакции нуклеофильного замещения у
насыщенного атома углерода и реакции электрофильного и нуклеофильного
замещения в ароматическом ряду).
Освоение данной дисциплины необходимо как предшествующее для
дисциплин, изучаемых в восьмом и девятом семестрах, и для выполнения
выпускной
квалификационной
работы
специалиста
специализации
«Медицинская химия».
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины
В результате освоения дисциплины «Спецпрактикум» по медицинской
химии
обучающийся
должен
обладать
общепрофессиональными
компетенциями:
2
ПК-7
понимает необходимость и способен приобретать новые знания с
использованием современных научных методов и владеет ими на уровне,
необходимом для решения задач, имеющих естественнонаучное содержание
и возникающих при выполнении профессиональных функций;
а так же профессионально-специализированными компетенциями (ПСК):
ПСК 7.3
понимает взаимосвязь между строением и свойствами биологически
активных соединений и умеет прогнозировать свойства соединений по их
структуре;
ПСК 7.4
владеет методологией научного исследования, включающей в себя
разработку стратегии целевого органического синтеза биологически важных
веществ с заданными свойствами.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
знать физико-химические характеристики основных соединений (кислот,
оснований, растворителей), используемых в спецпрактикуме;
источники информации, содержащие сведения об описанных в настоящее
время методиках органического синтеза биологически активных
органических веществ вообще и лекарств, в частности;
основные методы идентификации функциональных групп биологически
активных соединений;
уметь выбирать на основе полученных знаний необходимое
оборудование, инструменты, методики, исходные соединения для
осуществления лабораторных синтезов;
осуществлять
планирование
синтеза
целевого
лекарственного
соединения;
выдвигать гипотезы о возможных путях синтеза практически ценного
органического соединения и устанавливать границы их применения;
владеть средствами планирования и организации лабораторных
исследований биологически активных соединений;
навыками работы с выбранным оборудованием и инструментами для
осуществления органического синтеза этих соединений.
4. Структура и содержание дисциплины «Спецпрактикум»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72часа.
3
4.1. Объём дисциплины и виды учебной работы (в часах)
4.1.1. Объѐм и виды учебной работы (в часах) по дисциплине в целом
Вид учебной работы
Общая трудоемкость базового модуля дисциплины
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции
Лабораторные
Самостоятельная работа
В том числе:
Подготовка к защитам лабораторных работ
Оформление лабораторных отчетов
Вид итогового контроля
Всего часов
72
54
54
18
12
6
зачет
4
Общая
трудоѐмкость
(в часах)
Раздел
Дисциплины
Неделя семестра
№
п/
п
Семестр
4.1.2. Разделы базового обязательного модуля дисциплины и трудоемкость по видам занятий (в часах)
1.
Качественные реакции
биологически активных
веществ
7
1,2
всего
10
2.
Идентификация
биологически активных
веществ методом
тонкослойной
хроматографии
Синтез лекарств и
других биологически
активных соединений
7
3,4
6
7
5-18
56
Всего
7
3.
4.
72
Виды учебной работы, включая
самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)
Формы текущего
контроля
успеваемости (по
неделям семестра)
Форма
Учебная работа
В т.ч. в
Самостоя
промежуточной
активных тельная
аттестации (по
лекции лабор. формах
работа
семестрам)
6
6
4
Защиты
лабораторных
работ.
Оформление
отчетов.
4
4
2
Защиты
лабораторных
работ.
Оформление
отчетов.
44
44
12
Защиты
лабораторных
работ.
Оформление
отчетов.
зачет
54
54
18
Наименован
№ ие раздела
дисциплины
1 Качественны
е реакции
биологическ
и активных
веществ
3.
1
1
2
4.2 Содержание разделов спецпрактикума
Результат обучения,
Содержание раздела дисциплины
формируемые
компетенции
1. Получение тартрата и гидротартрата ПК-7, ПСК-7.3, ПСКкалия
7.4
2. Комплексообразующие свойства винной
Должны
знать:
кислоты
1.физико-химические
3. Разложение лимонной кислоты
характеристики
основных
4.Декарбоксилирование салициловой
соединений (кислот,
кислоты.
оснований,
5. Цветные реакции салициловой кислоты растворителей),
и ее эфиров с хлоридом железа (Ш)
используемых
в
спецпрактикуме;
6. Кето-енольная таутомерия
2.основные методы
ацетоуксусного эфира
идентификации
7. Кетонное расщепление ацетоуксусного функциональных
эфира
групп
природных
8. Цветные реакции антипирина
соединений;
9. Доказательство пуриновой структуры в
уметь: выбирать на
мочевой кислоте
основе полученных
10. Общие реакции на алкалоиды
знаний необходимое
11. Реакция обнаружения флавоноидов
оборудование,
(цианидиновая проба)
инструменты,
12. Амфотерные свойства -аминокислот
методики, реагенты
13. Образование внутрикомплексных солей для осуществления
задач качественной
-аминокислот
идентификации
14. Образование оснований Шиффа
заданных веществ,
15. Обнаружение ароматических
владеть: средствами
-аминокислот
планирования
и
(ксантопротеиновая реакция)
16. Обнаружение меркаптогруппы в организации
лабораторных
цистеине
исследований
17. Обнаружение пептидной группы
биологически
(биуретовая реакция)
активных
18. Реакция Селиванова на фруктозу
соединений
19. Обнаружение каротиноидов
в моркови
Идентифика
1. 1. 1.1. Обнаружение аскорбиновой кислоты и
ПК-7, ПСК-7.3, ПСКция
(витамина С) во фруктовых соках
7.4
природных
Должны знать:
2. Обнаружение лимонной кислоты в основы
веществ
метода
лимоне и махорке
методом
тонкослойной
тонкослойно
хроматографии;
Наименован
Результат обучения,
№ ие раздела
Содержание раздела дисциплины
формируемые
дисциплины
компетенции
3. Обнаружение кофеина в чае и кофе
й
уметь: пользоваться
хроматограф
этим методом для
4. Обнаружение масляной кислоты в идентификации
ии
сливочном масле
веществ;
5. Идентификация -аминокислот
владеть:
навыками
хроматографического
анализа
биологически
активных веществ.
3 Синтез
1. Аспирин (ацетилсалициловая кислота)
ПК-7, ПСК-7.3, ПСКлекарств
7.4
2. Теброфен (противовирусный препарат)
Должны знать:
источники
3.Сульфамонометоксин
информации,
(антимикробный препарат)
содержащие
сведения
об
4. Пармидин (антисклеротический
описанных
в
препарат)
настоящее
время
методиках
синтеза
лекарств и других
биологически
активных
органических
веществ;
уметь 1.осуществлять
планирование
синтеза
целевого
биологически
активного
соединения;
2.выдвигать гипотезы
о возможных путях
синтеза практически
ценного
органического
соединения
и
устанавливать
границы
их
применения;
владеть:
навыками работы с
выбранным
7
Наименован
№ ие раздела
дисциплины
Содержание раздела дисциплины
Результат обучения,
формируемые
компетенции
оборудованием
и
инструментами для
осуществления
синтеза
лекарства
или
другого
биологически
активного
органического
вещества.
4.2 Содержание лабораторных занятий
А. Качественные реакции
1. Получение тартрата и гидротартрата калия
Винная кислота существует в виде трех индивидуальных стереоизомеров и
одного рацемата. В природе встречается D-винная кислота, кислая калиевая
соль которой выпадает в осадок при выдерживании вина (винный камень).
Получают винную кислоту из винного камня. Применяют в пищевой и
текстильной промышленности. В аналитической химии винную кислоту
используют в качестве реагента для обнаружения ионов калия; гидротартрат
калия — одна из немногих нерастворимых солей калия.
НООС—СН(ОН)—СН(ОН)—COOH +KOH
НООС—СН(ОН)—СН(ОН)—СООК + Н20
НООС—СН(ОН)—СН(ОН)—СООК + NaОН
NaООС—СН(ОН)—СН(ОН)—СООК + Н20
В пробирку поместите 2 капли 10%-го раствора винной кислоты и 2 капли
5%-го раствора гидроксида калия и встряхните. Постепенно начинает
выделяться белый кристаллический осадок малорастворимой в воде кислой
калиевой соли винной кислоты (гидротартрата калия). Если осадок не
выпадает, то охладите пробирку под струей воды и потрите внутреннюю
стенку пробирки стеклянной палочкой. Добавьте в пробирку 4-5 капель 10%-го
раствора гидроксида натрия. Кристаллический осадок постепенно
растворяется, так как образуется хорошо растворимая в воде смешанная
калиево-натриевая соль винной кислоты. Раствор тартрата калия-натрия
сохраните для следующего опыта.
2. Комплексообразующие свойства винной кислоты
Комплекс тартрата калия-натрия с ионом меди (II) называется реактивом
Фелинга. Структура комплекса окончательно не установлена, но вероятно она
8
имеет сходство с хелатными комплексами глицерина и этиленгликоля. Реактив
Фелинга используется для обнаружения альдегидов и моносахаридов.
В две пробирки поместите по 2 капли 2%-го раствора сульфата меди (II) и
10%-го раствора гидроксида натрия. Выпадает голубой осадок гидроксида
меди(II). В пробирку 1 прибавьте раствор тартрата калия-натрия, полученный в
предыдущем опыте, осадок гидроксида меди(II) растворится с образованием
ярко-синего раствора. Обе пробирки нагрейте в пламени горелки, в пробирке 1
изменения не наблюдаются, в пробирке 2 голубой осадок гидроксида меди(II)
превращается в оксид меди(II) черного цвета.
3. Разложение лимонной кислоты
Лимонная (2-гидроксипропан-1.2,3-трикарбоновая) кислота - бесцветные
кристаллы, т. пл. 153,5°С, хорошо растворима в воде. Основной
промышленный
способ
получения
лимоннокислое
брожение
сахаросодержащего сырья с помощью грибка Aspergillus niger. Около 65%
производимой лимонной кислоты используется в пищевой промышленности.
Натриевая соль лимонной кислоты - цитрат натрия - применяется в качестве
антикоагулянта. Лимонная кислота - важный метаболит, участвует в цикле
Кребса.
Под действием минеральных кислот лимонная кислота распадается на
оксосоединение (ацетондикарбоновую кислоту) и муравьиную кислоту.
Ацетондикарбоновая кислота, как
-оксокарбоновая кислота, легко
подвергается декарбоксилированию с образованием ацетона, который
обнаруживается с помощью иодоформной пробы.
лимонная кислота
Ba(OH)2 + CO2
HCOOH
2CO + O2
ацетондикарбоновая кислота
BaCO3 + H2O
CO + H2O
2CO2
9
(!) Соблюдайте осторожность при работе с серной кислотой.
В сухую пробирку 1, снабженную газоотводной трубкой , поместите 2—3
лопаточки лимонной кислоты и 10 капель концентрированной серной кислоты
(в вытяжном шкафу). Осторожно нагрейте пробирку на слабом пламени
горелки, масса начинает пениться. Поднесите конец газоотводной трубки к
пламени горелки: выделяющийся оксид углерода(II) горит голубым пламенем.
Не прекращая нагревания, опустите конец газоотводной трубки сначала в
пробирку 2 с 5 каплями раствора гидроксида бария. После того как раствор
помутнеет, перенесите газоотводную трубку в пробирку 3, содержащую 2
капли раствора иода в иодиде калия, предварительно обесцвеченного
добавлением нескольких капель 10%-го раствора гидроксида натрия. В
пробирке 3 выпадает бледно-желтый осадок.
4. Декарбоксилирование салициловой кислоты.
Салициловая (2-гидроксибензойная) кислота - бесцветные кристаллы, с т.
пл. 159,5°С, хорошо растворима в этаноле, диэтиловом эфире и в горячей воде,
плохо — в холодной воде. Основной промышленный способ получения прямое карбоксилирование феноксида натрия оксидом углерода (IV).
Салициловая кислота используется в медицине для лечения заболеваний
кожи и в качестве консерванта в пищевой промышленности.
При нагревании до 230—250°С салициловая кислота декарбоксилируется.
В сухую пробирку поместите несколько кристалликов салициловой кислоты
и осторожно нагрейте нижнюю часть пробирки. Салициловая кислота начинает
возгоняться и оседает в виде белого налета в холодной верхней части
пробирки. Если нагревание проводить энергично, прогревая пробирку по всей
длине, то происходит декарбоксилирование салициловой кислоты с
образованием фенола, который обнаруживается по характерному запаху.
5. Цветные реакции салициловой кислоты и ее эфиров
с хлоридом железа (III)
10
Эфиры салициловой кислоты находят широкое применение в медицине.
Ацетилсалициловая кислота, аспирин - бесцветное кристаллическое
вещество, т.пл. 133-136,5°С, мало растворима в этаноле, диэтиловом эфире и
воде. Получают ацилированием салициловой кислоты уксусным ангидридом.
Применяют в качестве анальгетика-антипиретика.
Метилсалицилат - вязкая бесцветная жидкость с приятным запахом, т.кип.
223°С, хорошо растворяется в спирте и эфире, нерастворим в воде.
Используется наружно в виде мазей и линиментов.
Фенилсалицилат, салол — бесцветное кристаллическое вещество со
специфическим запахом, т.пл. 42°С, т.кип. 172-173°С, относительная плотность
1,2614, нерастворим в воде. Получают действием фосфорилхлорида на сплав
фенола и салициловой кислоты. Применяют в качестве антисептика.
Салициловая кислота и фенилсалицилат имеют свободные фенольные
гидроксильные группы, поэтому дают цветную реакцию с хлоридом железа
(Ш). Очень чистый аспирин не дает окрашивания с хлоридом железа (Ш)
однако практически любой купленный в аптеке аспирин содержит небольшое
количество свободной салициловой кислоты и будет давать положительную
пробу с ионом Fе3+.
В три пробирки № 1 ,2 ,З поместите по нескольку кристалликов
фенилсалицилата , салициловой кислоты и ацетилсалициловой кислоты . В
пробирку 1 прибавьте 2 капли этанола, в пробирку 2 и пробирку 3 - по 3-4
капли воды. В каждую из трех пробирок прибавьте по 1 капле 1%-го раствора
хлорида железа (Ш). В пробирках 1 и 2 появляется фиолетовое окрашивание.
Нагрейте пробирку 3 до кипения, при этом появляется фиолетовое
окрашивание.
6. Кето-енольная таутомерия ацетоуксусного эфира
Ацетоуксусный эфир (этилацетоацетат) - бесцветная жидкость с приятным
запахом, т.кип. 181°С, относительная плотность 1,0284, ограниченно растворим
в воде. Получают действием металлического натрия на этилацетат
(сложноэфирная конденсация).
11
этилацетат
ацетоуксусный эфир
Ацетоуксусный
эфир
используют
для
синтеза
некоторых
гетероциклических соединений, например, анальгина. В пищевой
промышленности ацетоуксусный эфир применяется в качестве ароматизатора.
Енольная форма ацетоуксусного эфира обнаруживается с помощью цветной
реакции с хлоридом железа(III), количественное определение енольной формы
осуществляют титрованием ацетоуксусного эфира раствором брома.
кетонная форма
енольная форма
ацетоуксусного эфира
Поместите в пробирку 1 каплю ацетоуксусного эфира и 1 каплю 1%-го
раствора хлорида железа(III), появляется красно-фиолетовое окрашивание.
Прибавьте 1 каплю бромной воды, окрашивание исчезает, но через некоторое
время появляется вновь. Это явление может повториться несколько раз при
добавлении очередной капли бромной воды.
7. Кетонное расщепление ацетоуксусного эфира
Ацетоуксусный эфир под действием разбавленных кислот или щелочей
подвергается кетонному расщеплению с образованием ацетона. Вначале
происходит гидролиз сложного эфира и образуется ацетоуксусная кислота,
которая затем декарбоксилируется. Реакция используется для получения
метилкетонов.
12
Ba(OH)2 + CO2
BaCO3 + H2O
В пробирку, снабженную газоотводной трубкой поместите 5 капель
ацетоуксусного эфира и 5 капель 10%-го раствора серной кислоты . Пробирку
нагрейте, а конец газоотводной трубки опустите в пробирку с 5 каплями
насыщенного раствора гидроксида бария, наблюдается образование белого
мелкодисперсного осадка. Затем перенесите конец газоотводной трубки в
пробирку , содержащую 2 капли раствора иода в иодиде калия , предварительно
обесцвеченного добавлением нескольких капель 10%-го раствора гидроксида
натрия, наблюдается выпадение бледно-желтого осадка йодоформа.
8. Цветные реакции антипирина
Антипирин - бесцветное кристаллическое соединение без запаха,
слабогорького вкуса, легко растворим в воде и этаноле. Антипирин
принадлежит к группе лекарственных средств, производных пиразолона-5 и
оказывает умеренное жаропонижающее и болеутоляющее действие.
Качественные реакции с хлоридом железа (III) и азотистой кислотой
используют в фармацевтическом анализе для доказательства подлинности
антипирина.
Проба с хлоридом железа (III). В пробирку поместите несколько кристаллов
антипирина. Добавьте в нее 2 капли воды и 1 каплю 1%-го раствора хлорида
железа (III). В пробирке появляется стойкое оранжево-красное окрашивание,
обусловленное образованием комплексного соединения - ферропирина.
Проба с азотистой кислотой. В пробирку поместите несколько кристаллов
антипирина. Добавьте в нее 2 капли воды, 1 каплю 10%-го раствора серной
13
кислоты и 1 каплю 5%-го раствора нитрита натрия. В пробирке появляется
изумрудно-зеленое
окрашивание,обусловленное
образованием
нитрозоантипирина.
9. Доказательство пуриновой структуры в мочевой кислоте
Соединения, содержащие пуриновое ядро, способны образовывать мурексид
(аммониевую соль пурпурной кислоты), имеющий пурпурно-фиолетовую
окраску. Мурексид используется как комплексонометрический индикатор для
определения некоторых катионов в аналитических целях. Мурексидная проба
применяется при анализе мочевых камней, а также для открытия пуриновых
алкалоидов (кофеина, теобромина) в химико-токсикологической практике.
На предметное стекло с помощью пипетки поместите 1 каплю раствора
динатриевой соли мочевой кислоты. Добавьте 1 каплю концентрированной
азотной кислоты (на общем столе) и полученную смесь выпаривайте досуха до
появления слабого покраснения на месте бывшей капли. Когда стекло остынет,
сбоку от пятна поместите 1 каплю 10%-го раствора аммиака. На месте
соприкосновения наблюдается появление пурпурно-фиолетового окрашивания
(мурексидная проба).
10. Общие реакции на алкалоиды
Хинин - бесцветное кристаллическое соединение горького вкуса,
малорастворимое в воде, легко растворимое в этаноле, хлороформе,
диэтиловом эфире, гигроскопичное. Хинин является основным алкалоидом,
содержащимся в коре различных видов хинного дерева. В медицинской
практике используется в виде солей с серной и хлороводородной кислотами в
качестве противомалярийного средства.
Для обнаружения алкалоидов применяют специальные реагенты, с
которыми алкалоиды дают осадки. К числу общих реактивов на алкалоиды
относятся водно-спиртовый раствор таннина, водный раствор пикриновой
кислоты, раствор иода в иодиде калия и др.
В пробирку поместите 1 каплю 1%-го раствора хинина гидрохлорида и 5
капель воды. Возьмите два предметных стекла и на каждое стекло нанесите с
помощью пипетки по 1 капле раствора гидрохлорида хинина. На первое стекло
рядом с первой каплей поместите 1 каплю 5%-го раствора таннина. На второе
стекло - 1 каплю насыщенного раствора пикриновой кислоты. Отметьте
окраску осадков, появляющихся в местах соприкосновения капель.
11. Реакция обнаружения флавоноидов (цианидиновая проба)
Диквертин - светло-желтый аморфный порошок, плохо растворим в
холодной воде, растворим в горячей воде и спирте. Диквертин - отечественный
фитопрепарат
флавоноидной
природы
капилляропротекторного
и
антиоксидантного действия, выделяемый из древесины сибирской
лиственницы.
14
Водородом, образующимся при взаимодействии цинка с хлороводородной
кислотой, флавоноиды восстанавливаются в соответствующие антоцианидины,
которые окрашены в малиновый цвет (цианидиновая реакция). Цианидиновая
проба используется для обнаружения флавоноидов в лекарственном
растительном сырье и фитопрепаратах.
дигидрокверцетин
цианидин
В пробирку поместите несколько крупинок диквертина и добавьте 2-3 капли
этанола (на общем столе) до получения прозрачного раствора. К полученному
раствору добавьте 3-4 капли концентрированной хлороводородной кислоты (на
общем столе) и небольшой кусочек металлического цинка (на общем столе).
Отметьте появление малинового окрашивания.
12. Амфотерные свойства -аминокислот
Алании (2-аминопропановая кислота) - кристаллическое вещество белого
цвета, растворимое в воде, малорастворимое в этаноле, нерастворимое в
большинстве органических растворителей. Существует в виде двух
стереоизомеров.
L-Аланин («природная» аминокислота) в количестве от 2 до 8% входит
почти во все белковые молекулы. В отдельных случаях, например фиброине
шелка, откуда L-аланин был впервые выделен, его содержание весьма
значительно и составляет 26,4%. В организме L-аланин синтезируется в
результате реакций аминирования и переаминирования пировиноградной (2оксопропановой) кислоты или
-декарбоксилирования аспарагиновой
(аминобутандиовой) кислоты.
D-Аланин («неприродная» аминокислота) обнаружен только в бактериях и
пептидах, выделенных из кожи южноамериканских лягушек. D-Аланин, в
отличие от L-изомера, имеет сладкий вкус.
катионная форма
диполярный ион
анионная форма
15
(кислая среда)
(нейтральная среда)
(щелочная среда)
1. На полоску универсальной индикаторной бумаги нанесите стеклянной
палочкой 1 каплю 1%-го раствора аланина. Изменилась ли окраска
индикаторной бумаги?
2. В две пробирки поместите по 3 капли 1%-го водного раствора аланина . В
пробирку 7 добавьте по каплям 0,1%-й раствор хлороводородной кислоты,
подкрашенный индикатором конго в синий цвет (на общем столе), а в пробирку
2 - 0,1%-й раствор гидроксида натрия, подкрашенного фенолфталеином (на
общем столе). Какие изменения наблюдаются в окраске растворов?
13. Образование внутрикомплексных солей -аминокислот
-Аминокислоты образуют с медью и некоторыми другими металлами
(ртуть, свинец, цинк, серебро и др.) устойчивые окрашенные хелатные
комплексы. Так, например, комплекс глицина с медью окрашен в темно- синий
цвет и не разлагается гидроксидом натрия.
Реакция является качественной и позволяет отличить -аминокислоты от ( , - и -изомеров, так как -аминокислоты образуют менее стойкие комплексы,
а - и -аминокислоты не образуют подобных соединений.
Глицин (аминоэтановая кислота) - кристаллическое вещество белого цвета,
растворимое в воде, нерастворимое в большинстве органических
растворителей. В составе белков встречается чаще, чем другие аминокислоты.
Биосинтез осуществляется переаминированием глиоксиловой (оксоэтановой)
кислоты, а также ферментативного расщепления серина и треонина. Глицин
улучшает метаболические процессы в тканях мозга и используется в
медицинской практике как лекарственное средство. Триметилированное
производное глицина, так называемый бетаин глицина (СН3)3N+СН2СОО-,
содержится в растительных источниках, например в свекле.
В пробирку поместите 1 лопаточку сухого карбоната меди (II) и добавьте
1 мл 1%-го раствора глицина. Пробирку нагрейте, отметьте появление
окрашивания. Полученный раствор осторожно слейте с осадка в другую
пробирку и добавьте в нее 1-2 капли 10%-го раствора гидроксида натрия.
16
14. Образование оснований Шиффа
Реакция
-аминокислот с формальдегидом является основой метода
формольного титрования (метод Сѐренсена). Этот метод используется в
фармацевтическом анализе для количественного определения лекарственных
средств аминокислотной природы.
Возьмите две пробирки. В пробирку 1 поместите 5 капель 1%-го раствора
глицина и 1 каплю раствора индикатора метилового красного (на общем
столе). Раствор приобретает желтую окраску (нейтральная среда). В пробирку 2
поместите 5 капель формалина и 1 каплю раствора индикатора метилового
красного. Раствор в пробирке 2, имеющий красную окраску (кислая среда),
осторожно нейтрализуйте добавлением 10%-го раствора гидроксида натрия с
помощью капилляра до появления желтого окрашивания. Смешайте
содержимое двух пробирок. Отметьте появление красного окрашивания.
15. Обнаружение ароматических -аминокислот
(ксантопротеиновая реакция)
Тирозин (2-амино-3-(4-гидроксифенил)пропановая кислота) - бесцветное
кристаллическое соединение растворимое в воде, мало растворимое в спирте,
нерастворимое в большинстве органических растворителей. Тирозин входит в
состав почти всех белков, в частности инсулина, пепсина, казеина и др. Из
казеина (основной белковой фракции коровьего молока) он и был впервые
выделен. В организме тирозин образуется путем гидроксилирования
фенилаланина. Тирозин принимает участие в синтезе многих жизненно важных
веществ, в том числе гормона щитовидной железы - тироксина. Окислительное
дезаминирование при нарушениях обмена тирозина, приводящее к
образованию 3-(4-гидроксифенил)пировиноградной кислоты, вызывает
наследственное заболевание олигофрению.
Реакция с концентрированной азотной кислотой, протекающая по
механизму электрофильного замещения, позволяет идентифицировать
ароматические фрагменты в составе -аминокислот. Если при выполнении
опыта азотная кислота попала на кожу, то кожные покровы рук окрашиваются
в желтый цвет, так как структурные белки кожи содержат ароматические аминокислоты.
17
Возьмите две пробирки. В пробирку 1 поместите 5 капель 1%-го раствора
тирозина , а в пробирку 2 - такой же объем раствора яичного белка (на общем
столе). В каждую пробирку добавьте по 3 капли концентрированной азотной
кислоты (на общем столе) и нагрейте. Отметьте появление окрашивания.
Пробирки охладите и в каждую по каплям добавьте концентрированный
раствор аммиака (на общем столе).
16. Обнаружение меркаптогруппы в цистеине
Цистеин
(2-амино-З-меркаптопропановая
кислота)
бесцветное
кристаллическое соединение со слабым специфическим запахом, легко
растворимое в воде. Цистеин входит в состав многих белков. Особенно много
остатков цистеина в кератинах - структурных белках, на долю которых
приходится почти вся сухая масса волос, ногтей, наружного слоя кожи, перьев,
рогов, копыт и т. п. Самые жесткие кератины, например в панцире черепахи,
содержат до 18% остатков цистеина. Механическая прочность кератинов
обусловлена дисульфидными мостиками, которые возникают при окислении
цистеина в цистин. Из вещества рога цистеин в виде цистина и был впервые
выделен. В организме цистеин синтезируется из метионина и участвует в
биосинтезе глутатиона, кофермента А, таурина. Цистеин применяется в
медицинской практике для профилактики и лечения катаракты. В клинической
лабораторной диагностике с его помощью можно обнаружить антитела у
больных
некоторыми
инфекционными
заболеваниями
(бруцеллез,
сальмонеллез и др.). В фармации цистеин используют в качестве стабилизатора
лекарственных препаратов.
В щелочной среде цистеин разлагается с образованием сероводорода.
Добавление ацетата свинца к продуктам разложения приводит к образованию
черного осадка сульфида свинца(II). Реакция служит доказательством
подлинности цистеина в фармацевтическом анализе.
(СН3СОО)2Рb + Nа2S
PbS + СН3СОONa
18
ацетат свинца
сульфид
свинца
Возьмите две пробирки. В пробирку 1 поместите 5 капель 1%-го раствора
цистеина (102), а в пробирку 2 - такой же объем раствора белка. В каждую
пробирку добавьте по 3 капли 10%-го раствора гидроксида натрия.
Содержимое пробирок нагрейте до кипения и в каждую пробирку добавьте по 3
капли раствора ацетата свинца(II). Отметьте окраску образующегося осадка.
17. Обнаружение пептидной группы (биуретовая реакция)
Биуретовая реакция позволяет обнаружить структурный фрагмент, содержащий не менее двух амидных групп. В условиях биуретовой реакции с
белками появляется фиолетовое окрашивание, что используется для их
качественного анализа.
Возьмите две пробирки. В пробирку 1 поместите 5 капель 1%-го раствора
глицина, а в пробирку 2 - 5 капель раствора яичного белка (на общем столе). В
каждую пробирку добавьте равный объем 10%-го раствора гидроксида натрия,
а затем по 2-3 капли 25%-го раствора сульфата меди(II). В какой из пробирок
появляется красно-фиолетовое окрашивание?
18. Реакция Селиванова на фруктозу
Фруктоза - самый сладкий из моносахаридов - присутствует в плодах и
фруктах, но особенно много ее (до 50%) в пчелином меде.
Моносахариды при нагревании в сильнокислой среде подвергаются
дегидратации и циклизуются в производные фурана - фурфурол и 5(гидроксиметил)фурфурол, которые далее конденсируются с резорцином
(реакция Селиванова), давая окрашенный продукт. Первоначально в реакции
образуются 1,2-ендиолы, как схематично показано на примере альдоз.
В реакцию Селиванова кетозы (например, фруктоза) вступают легче гексоз,
и на этом основано определение фруктозы в присутствии других сахаров.
Реакция используется в клинических лабораторных исследованиях для
выявления нарушений обмена веществ.
В две пробирки поместите по 2 капли 1%-го раствора резорцина и
концентрированной хлороводородной кислоты (на общем столе). В пробирку 1
добавьте 2 капли 0,5%-го раствора фруктозы, в пробирку 2 - 2 капли 0,5%-го
раствора глюкозы. Обе пробирки погрузите в кипящую водяную баню на 3-5
19
мин. В пробирке 1 раствор приобретает красную окраску, в пробирке 2 за это
время заметное окрашивание не появляется (оно может возникнуть только при
длительном нагревании).
19. Обнаружение каротиноидов в моркови
Каротиноиды (от лат. carota - морковь) - многочисленная группа природных
пигментов тетратерпенового ряда. Каротиноиды представляют собой
кристаллические вещества различных оттенков красного цвета (окраска
обусловлена большим числом сопряженных двойных связей), на воздухе
довольно быстро окисляются в неокрашенные соединения. Каротиноиды легко
растворимы в неполярных растворителях, нерастворимы в воде.
Каротиноиды присутствуют во всех фотосинтезирующих организмах
(растениях и водорослях), в грибах, бактериях. В растениях каротиноиды
участвуют в процессе фотосинтеза, они защищают фотосинтетический
комплекс от вредного воздействия, образующегося в процессе фотосинтеза
синглетного кислорода. В организмах животных каротиноиды не
синтезируются, а поступают с пищей. У прокариотов каротиноиды входят в
состав клеточных мембран, заменяя собой стерины, которые прокариоты
синтезировать не способны. Каротиноиды, а их из природных источников
выделено более 600, делятся на две группы: каротины (сравнительно
немногочисленная группа углеводородов) и ксантофиллы - производные
каротинов с различными кислородсодержащими функциональными группами.
Небольшой кусочек моркови (на общем столе) измельчите, поместите в
пробирку 1 и добавьте 10 капель тетрахлорометана (на общем столе). Пробирку
энергично встряхивайте в течение 30 - 40с. Отметьте изменение окраски
экстрагента. Полученный экстракт перелейте в пробирку 2 и прибавьте в нее 1
каплю 5%-го раствора брома в тетрахлорометане. Через несколько секунд
окраска брома исчезает.
Б. Хроматографические методы
1. Обнаружение аскорбиновой кислоты
(витамина С) во фруктовых соках
На пластинке силуфола (закрепленный слой силикагеля с добавкой
крахмала) размером 7х5 см на расстоянии 1см от нижнего края наметьте линию
старта. На стартовую линию капилляром нанесите пробы отфильтрованного
сока апельсина (лимона, мандарина, рябины, граната и др.) и 1%-го раствора
аскорбиновой кислоты так, чтобы расстояние между пятнами и от боковых
краев было не менее 1см. Когда пятна подсохнут, пластинку поместите в чашку
Петри, на дно которой налито 5 мл элюентной смеси этанол-гексан (3:1). После
достижения растворителем верхней границы (приблизительно 1см от края
пластинки), на что требуется около 10 мин, выньте пластинку из чашки Петри,
отметьте линию фронта растворителя и высушите пластинку. Для обнаружения
соединений поместите пластинку в эксикатор с парами иода на несколько
20
минут, затем выньте ее, подержите некоторое время на воздухе для испарения
иода. Отметьте проявившиеся пятна. Рассчитайте значение Rf аскорбиновой
кислоты и определите ее наличие в соке.
2. Обнаружение лимонной кислоты в лимоне и махорке
Аналогично предыдущему опыту на пластинку силуфола нанесите пробы
сока лимона, водного настоя махорки и раствора лимонной кислоты
(«свидетель»). Выполните хроматографирование в чашке Петри в элюентной
смеси этанол-гексан (3:1), проявите пятно лимонной кислоты с помощью паров
иода. Определите значение Rf лимонной кислоты и ее наличие в лимоне и
махорке.
3. Обнаружение кофеина в чае и кофе
На линию старта пластинки силуфола размером 7 5 см нанесите по 1 капле
водных экстрактов чая и кофе и водного раствора кофеина (вещества«свидетеля»). Пластинку поместите в чашку Петри с 5мл этанола. Для
обнаружения кофеина обработайте пластинку парами иода. Вычислите
значение Rf кофеина и определите его наличие в чае и кофе.
4. Обнаружение масляной кислоты в сливочном масле
Пробу раствора сливочного масла (лучше прогорклого) в бензоле и
масляной кислоты (вещества-«свидетеля») нанесите на пластинку силуфола и
проведите хроматографирование в 5 мл элюентной смеси этанол - аммиак вода (20:1:4). Для обнаружения пятен обработайте пластинку парами иода.
Определите, содержит ли исследуемый образец сливочного масла масляную
кислоту (значение Rf масляной кислоты в этой элюентной смеси равно 0,65).
Хроматография на бумаге. Пробу раствора исследуемой смеси веществ и
растворов веществ-«свидетелей» наносят капилляром на стартовую линию
полоски специальной бумаги для хроматографии, подсушивают и помещают в
хроматографическую камеру с элюентом (подвижная фаза). Элюент,
поднимаясь по бумаге вверх (восходящая хроматография) или стекая вниз
(нисходящая хроматография), производит многократное распределение смеси
между подвижной и неподвижной (вода в порах бумаги) фазами.
Хроматографирование продолжают, пока фронт элюента не поднимется почти
до верха полоски бумаги. Для выявления пятен бесцветных веществ
хроматограмму после высушивания опрыскивают из пульверизатора раствором
обнаруживающего реагента, рассчитывают значение Rf и идентифицируют
вещества смеси.
5. Идентификация -аминокислот
На полоске хроматографической бумаги (4,5 х 1см) проведите простым
карандашом линию старта на расстоянии 7-8мм от нижнего края и капилляром
21
нанесите исследуемый раствор смеси -аминокислот и контрольный раствор,
содержащий смесь лейцина (Rf 0,5), триптофана (Rf 0,4), треонина (Rf 0,15) и
лизина (Rf 0,1) (смесь веществ-«свидетелей»). Пятна наносимых растворов (в
диаметре не более 2 мм) расположите на расстоянии 3 мм друг от друга. После
высыхания пятен полоску бумаги поместите в пенициллиновый флакон с 1 мл
элюента, в качестве которого используется органическая фаза смеси бутанол уксусная кислота - вода (4:1:5), и закройте пробкой. Полоска не должна
касаться стенок флакона во избежание искажения линии фронта элюента.
После достижения элюентом верхнего края полоски бумаги выньте бумагу
пинцетом и высушите на воздухе, а затем над электроплиткой. Детектирование
проведите путем погружения бумаги на 1 с в ацетоновый раствор нингидрина с
последующим высушиванием на воздухе и нагреванием над плиткой.
-Аминокислоты проявляются в виде фиолетовых (или вишневофиолетовых) пятен. Вычислите значения Rf компонентов анализируемой смеси
и, сравнивая их с Rf «свидетелей», определите состав анализируемой смеси аминокислот.
В. Синтезы
1. Аспирин (ацетилсалициловая кислота)
2-(Ацетилокси)бензойная кислота
Салициловая
кислота
Уксусный
ангидрид
Толуол
1,3г
1,2г
5мл
В конической колбе емкостью 10-15 мл, снабженной небольшим обратным
холодильником, растворяют 1.3 г салициловой кислоты в 1.2 г уксусного
ангидрида при слабом нагревании и прибавляют 1 каплю конц. серной
кислоты. Реакционную смесь нагревают 1 час на водяной бане при 60 °С.
После этого доводят температуру бани до 90-95 °С и продолжают нагревание
еще 1 час. Затем реакционную смесь охлаждают при помешивании, продукт
реакции отфильтровывают1 и промывают сначала ледяной водой, а затем
небольшим количеством холодного толуола. Выход 1.5г (88% от
22
теоретического), т.пл.135-1380С (с разложением)2 . Для дополнительной
очистки препарат может быть перекристаллизован из бензола или хлороформа.
1
Из маточного раствора выпариванием и кристаллизацией можно получить еще некоторое
количество аспирина.
2
Бесцветные иглы.
2. Теброфен
3,5,3', 5'-Тетрабром-2,4,2',4'-тетраоксидифенил
Мол. масса 533,85
Белый с серовато-кремовым оттенком кристаллический порошок,
практически нерастворим в воде, растворим в кипящей уксусной кислоте
(1:36), ацетоне (1:3), этиловом спирте (1:27, при нагревании 1:13),
изопропиловом спирте (1:100), в водных растворах щелочей, нерастворим в
хлороформе и хлористом метилене. Растворы в ацетоне, спирте, щелочах
неустойчивы, быстро темнеют; т. пл. 2830-285 °С разл..
Теброфен - оригинальный противовирусный препарат. Активен в отношении
герпеса простого, герпеса зостер и аденовирусов.
Применяют теброфен при лечении эпидемического аденовирусного
конъюнктивита и кератоконъюнктивита, вирусного кератита, а также
заболеваний кожи вирусной или предполагаемой вирусной этиологии (простой
пузырьковый и рецидивирующий герпес, опоясывающий лишай, красный
плоский лишай, контагиозный моллюск и др.). Может быть использован при
плоских вульгарных бородавках у детей.
Выпускается в виде глазной мази 0,25%, 0,5% и 1% и мази 2%, 3% и
5% по 30 г для применения в дерматологии.
Метод синтеза теброфена осуществляют по схеме:
23
Бромированием
резорцина
(I)
в
водной
среде
получают
пентабромрезорцин (II). Нагревание II в бромбензоле при 143-145°С
приводит
к
бис-(3,5,5-трибром-4,6-диоксоциклогексен-2-илидену)
(трибромрезохинону) (III) с более высокими и стабильными выходами,
чем аналогичная реакция, проведенная без растворителя, или получение
III путем окисления трибромрезорцина бромом. Восстановлением III
гидросульфитом натрия в 45% водном изопропиловом спирте получают
3,5,3',5'-тетрабром-2,4,2',4'-тетраоксидифенил (теброфен) (IV).
Пентабромрезорцин (II). К охлажденным до 4°С 5,78л воды
приливают в течение 15 мин 2,9 кг брома и затем по каплям, поддерживая
температуру не выше 10°С, при перемешивании раствор 385г I в 770мл
воды (обратный порядок прибавления приводит к загрязнению II другими
продуктами бромирования резорцина), перемешивание продолжают еще
15 мин при 10°С. К полученной суспензии II приливают 5л перегнанного
бромбензола (неперегнанный продукт содержит примесь дибромбензола,
которая загрязнит II) и перемешивают 20мин. Бромбензольный слой,
содержащий II, отделяют, промывают 2 раза по I л воды, чистят 50г угля
и передают на следующую стадию без выделения II.
Бис-(3,5,5-трибром-4,6-диоксоциклогексен-2-илиден)(трибромрезохи
нон)(III). Бромбензольный раствор II, полученный на предыдущей стадии,
нагревают 30мин при перемешивании и температуре 143-145°С (реакция
сопровождается выделением брома), после чего растворитель полностью
отгоняют в вакууме (сначала при остаточном давлении 400мм, затем при
20-25мм). К охлажденному остатку приливают 4,5л хлористого метилена,
раствор перемешивают и охлаждают 30 мин при —5°С. Осадок III
отфильтровывают, промывают 2 раза по 0,5 и 0,35л охлажденного до
(-)5°С хлористого метилена, высушивают при 20°С. Получают 550 г III с
содержанием основного вещества 99,89%; т. пл. 197-200°С. Выход 45,7%,
считая на I.
3,5,3',5'-Тетрабром - 2,4,2',4'-тетраоксидифенил (теброфен) (IV). К
суспензии 500 г III в 3,31 л 44,5% водного изопропилового спирта при
24°С и энергичном перемешивании прибавляют в один прием 473г
24
гидросульфита натрия (прибавление восстановителя порциями приводит
к получению некачественного IV); обратный порядок прибавления
вызывает образование вместо IV другого вещества неустановленного
строения. Реакция экзотермична и температура повышается до 43-45°С.
Дают выдержку при этой температуре с перемешиванием 15 мин
(выделяется сернистый газ, масса из оранжево-красной становится
сначала темно-зеленой, затем белой) и выливают при перемешивании в
14,5л воды. Через 5 мин осадок IV отфильтровывают, промывают водой
(5 раз по 0,5л) до отсутствия кислой реакции в промывной воде и
растворяют в смеси 2,5л ацетона и 1,5л воды с добавкой 35г угля и 8г
гидросульфита натрия. Раствор фильтруют и выливают в 12,5л, нагретой
до 45°С воды, при этом IV выпадает в осадок. Массу перѐмешивают 10
мин, осадок IV отфильтровывают, промывают 2 раза по 0,25л
дистиллированной воды, снова растворяют в 2,5л ацетона. Раствор
обрабатывают 20 г угля, фильтруют и выливают в 14 л нагретой до 45°С
дистиллированной воды. Суспензию перемешивают 10 мин. Осадок IV
отфильтровывают, промывают 2 раза по 0,25л дистиллированной воды и
сушат при 80°С. Выход 320 г (82%, считая на I I I ) .
3. Сульфамонометоксин
4-(п-Аминобензолсульфамидо) -6-метоксипиримидин:
Мол. масса 280,29
Основные синонимы: дайметон и др.
Белый или белый с кремовым оттенком кристаллический порошок,
без запаха, очень мало растворим в воде, мало - в спирте и ацетоне, легко
- в разбавленных минеральных кислотах и в водных растворах едких и
углекислых щелочей; т. пл. 203-208°С (в интервале 2°С).
Сульфамонометоксин - антимикробный препарат широкого спектра
действия, активный при бактериальных инфекциях, вызванных
стрептококком, стафилококком, кишечной палочкой, дизентерийной
палочкой, палочкой Фридлендера. Относится к группе длительно
действующих сульфаниламидов. Быстро всасывается, проникает через
гематоэнцефалический барьер. Относительно малотоксичен.
Применяется сульфамонометоксин при инфекциях дыхательных путей,
гнойных заболеваниях уха, горла, носа, дизентерии, энтероколитах,
инфекциях желчевыводящих и мочевыводящих путей, гнойничковых
заболеваниях
кожи,
раневой
инфекции,
генерализованной
менингококковой инфекции, гнойных менингитах, гонорее, для
25
профилактики гнойных бактериальных инфекций в послеоперационном
периоде. Выпускается в таблетках по 0,5 г N. 10. Метод синтеза
сульфамонометоксина осуществляется по схеме:
Малоновый эфир (I) обработкой аммиачной водой переводят в
малондиамид (II), который путем конденсации с формамидом в
присутствии метилата натрия с последующей обработкой соляной
кислотой превращают в 4,6-диоксипиримидин (III). (Использование в
реакции с II этилформиата или ортомуравьиного эфира дало худшие
результаты.). Замену оксигрупп в III на хлор осуществляют с хлорокисью
фосфора в присутствии диметиланилина, добавка которого ускоряет
процесс. Полученный 4,6-дихлорпиримидин (IV) путем аммонолиза
превращают в 4-амино-6-хлорпиримидин (V), который кипячением с
метанольным раствором едкого натра переводят в 4-амино- 6метоксипиримидин(VI).
Взаимодействием
VI
с
пфенилуретилансульфохлоридом (VII) в среде пиридина синтезируют 4карбометоксисульфаниламидо-6-метоксипиримидин(VIII),
который
подвергают щелочному гидролизу с последующим выделением 4-(паминобензолсульфамидо)-6-метоксипиримидина (сульфамонометоксина)
(IX) из его натриевой соли соляной кислотой. Указанный метод имеет
преимущество по сравнению с ранее описанными, в основе которых
лежат:
26
1) конденсация сульфаниламида, используемого в виде натриевого
производного или в смеси с безводным карбонатом калия, с 4,6дихлорпиримидином (IV) с дальнейшей заменой в 4-(п-аминобензолсульфамидо)-6-хлорпиримидине атома хлора на метоксигруппу,общие выходы 35,2-53,7%;
2) взаимодействие сульфаниламида с 4-хлор-6-метоксипиримидином выход25%;
3) реакция N-ацетилсульфаниламида с 4,6-дихлор- пиримидином (IV)
в диметилформамиде с последующей обработкой метилатом натрия и
гидролизом N-ацетильной группы нагреванием с 8% раствором едкого
натра - выход не приводится;
4) конденсация N-ацетилсульфаниламида с обладающим сильным
кожно-нарывным действием 2,4,6-трихлорпиримидином, при которой
образуется смесь 2-ацетилсульфаниламидо-4,6-дихлорпиримидина и 4ацетилсульфаниламидо-2,6-дихлорпиримидина; обработка последней
метилатом натрия, дальнейшие дегалогенирование с палладиевым
катализатором и дезацетилирование, приводящие к смеси 4сульфаниламидо-2-метокси-и-4-сульфанил-амидо-6-метоксипиримиди
нов, разделенных методом дробной перекристаллизации.
Малондиамид(II). К 1,9л 25% водного раствора аммиака, охлажденным
до 8-10°С, приливают 800г I; массу перемешивают 2ч при 8-15°С
(уменьшение концентрации аммиака или повышение температуры до 2630°С приводит к снижению выхода II на 10-15%). Дают выдержку без
перемешивания 3 ч при 8-12°С и 1ч с перемешиванием при 0-(+3 °С).
Осадок II отделяют, промывавают 200 мл охлажденного до 0-3°С
этилового спирта, сушат при 65-70°С. Получают 380г II. Метанольные
растворы упаривают до объема 300 мл, охлаждают 1ч при 0-(4-5 с С).
Осадок II отфильтровывают, промывают 2 раза по 15 мл охлажденного до
0°С этилового спирта, сушат при 65-70°С. Общий выход II 421 г (84%).
4,6-Диоксипиримидин (III). Смесь 1,955кг 19% раствора метилата
натрия в метаноле, 220г II и 234г формамида в течение 2ч постепенно при
перемешивании нагревают, до кипения и кипятят 2 ч. Охлаждают до 1015°С, прибавляют 1,14л воды и полученный раствор подкисляют конц.
соляной кислотой до рН 2,8-3,1. Дают выдержку 1ч при 5-10°С с
перемешиванием. Осадок отделяют, промывают 3 раза по 200 мл воды и
сушат при 60-70°С. Получают 182г III с содержанием основного вещества
95%. Выход 72%, считая на II.
4,6-Дихлорпиримидин (IV). К 2,21 кг I I I и 6,44л хлорокисифосфора
постепенно в течение 30 мин при перемешивании и температуре не выше
35°С приливают 1,28 л диметиланилина. Затем массу постепенно в
течение 1 1/ 2 -2 ч нагревают до кипения, кипятят 3 1 /2 ч, охлаждают до 20-25
°С и в течение 2 1 / 2 ч при перемешивании выливают в охлажденные до
10°С 38 л воды. Перемешивание продолжают без охлаждения еще 1ч; при
этом температура массы повышается до 19-21°С. Осадок IV отфильтро
вывают, промывают 2 раза по 1 л воды. Из водного фильтата дихлорэтаном (2
раза по 3 л) дополнительно экстрагируют IV, который объединяют с отфильт
27
рованным продуктом (IV легко возгоняется, поэтому отгонку дихлорэтана ве
дут при температуре не выше 60°С). Общий выход IV 2,094 кг (75%).
4-Амино-6-хлорпиримидин ( V) . Смесь 510 мл водного аммиака и 216 г IV
нагревают в закрытой системе 1ч до 50°С и 41/2ч при 50-60°С (давление 1-2
атм), охлаждают до 20 °С. Контролируют методом ТСХ содержание в реак
ционной массе IV (должно быть менее 0,5%), охлаждают до 8-12°С и дают
выдержку 1ч. Осадок V отфильтровывают, высушивают при 65-70°С. Выход V
116 г (83%).
4-Амино-6-метоксипиримидин ( VI ) . К раствору 513 г едкого натра в 6,21 л
метанола прибавляют 1,161 кг V. Массу кипятят 7ч, охлаждают до 20°С,
контролируют методом ТСХ отсутствие V, отгоняют 5,16 л метанола. К остатку
приливают 2,61 л воды и отгоняют водный метанол до температуры в парах 98100°С. Массу охлаждают до 0-3°С с перемешиванием, дают выдержку 1ч.
Осадок отфильтровывают, промывают 1,3 л охлажденной до 1-3°С воды (VI
достаточно хорошо растворим в воде, поэтому полностью отмывать едкий натр
и хлористый аммоний нецелесообразно). Слабощелочная реакция (рН 8) не
является препятствием для проведения следующей стадии; сушат при 60-70°С.
Выход 847 г (80%).
4-Карбометоксисульфаниламидо-6-метоксипиримидин ( VI I I ) . К смеси
4,4 л пиридина и 1,103 кг VI при 18-20°С (охлаждение) прибавляют порциями в
течение 30-35 мин 2,512 кг перекристаллизованного из дихлорэтана VII
(содержание влаги во всех продуктах не должно превышать 0,1%). Массу
перемешивают 2ч при 18-20°С. При этом происходит образование 4,4-ди(карбометоксисульфаниламидо)-6-метоксипиримидина), затем постепенно
нагревают до 55°С и дают выдержку 2ч при перемешивании и температуре 55600С [4,4-ди-(карбометоксисульфаниламидо)-6-метоксипиримидин реагирует с
оставшимся VI, превращаясь в VIII]. Охлаждают до 20°С и выливают в 5,1 л
воды, после чего постепенно в течение 2ч при 18-23°С добавляют 14,8 л 10%
соляной кислоты до рН 2,8-3,1. Осадок VIII отфильтровывают, промывают 3
раза по 1,5л воды и сушат при 65-70°С. Выход 3,227 кг (93%). Технический
продукт с содержанием основного вещества 84,9% без дополнительной очистки
используют на следующей стадии.
4-(п-Аминобензолсульфамидо)-6-метоксипиримидин (сульфамонометоксин)
(IX).К смеси 23,9л воды и 1,606л 44% раствора едкого натра прибавляют
3,227кг VIII. Массу нагревают 1ч при 88-90°С. Контролируют конец реакции
по полному растворению отобранной пробы в избытке разбавленной соляной
кислоты, после чего охлаждают до 50-60°С, присыпают 274г угля,
перемешивают 30мин при 50-60°С и фильтруют. К фильтрату при 60-70°С
постепенно (вспенивание за счет выделения CO2!) приливают 10% соляную
кислоту до рН 5,3-6, охлаждают до 20°С (выдержка 30мин при перемешива
нии). Осадок отделяют, промывают водой 3 раза по 1л, растворяют в смеси
18,93 л воды и 3,118 л 10% раствора едкого натра, осветляют 218 г угля при 5060°С (30 мин), фильтруют. К фильтрату при 50-60°С приливают 10% соляную
кислоту до рН 5,3-6,0. Суспензию охлаждают до 20°С (выдержка при
перемешивании 30мин). Осадок отделяют, промывают 80л дистиллированной
воды, высушивают при 70-75°С. Выход 1,939кг (85,5%).
28
4. Пармидин
Бис-N-метилкарбаминовый эфир 2,6-бисоксиметилпиридина:
Мол.масса 253,25
Основные синонимы: пиридинолкарбамат, ангинин, продектин, ангиоксин,
соспитан.
Белый или белый кристаллический порошок, без запаха, слегка
горьковатого вкуса, растворим в метиловом спирте (1:20), 95% этиловом
спирте (1:30), хлороформе (1:20), малорастворим в воде (1:700),
негигроскопичен; т. пл. 139-141 °С.
Пармидин - антисклеротический препарат. В отличие от других
антисклеротических средств, действие которых направлено на регуляцию
липидного обмена, эффект пармидина связан главным образом с его
антибрадикининовой активностью; он препятствует повышению
проницаемости стенок сосудов и предупреждает проникновение в стенки
сосудов атерогенных липидов. Препарат уменьшает или предотвращает
изменения эндотелия артерий, уменьшает агрегацию тромбоцитов,
улучшает микроциркуляцию, ослабляет воспалительные реакции,
способствует улучшению кровообращения в органах, пораженных
склеротическим процессом.
Применяют пармидин для лечения атеросклероза сосудов мозга,
сердца, конечностей, при атеросклеротической и диабетической
ретинопатии, тромбозе вен сетчатки, при облитерирующем эндартериите,
трофических язвах конечностей. Препарат хорошо переносится, не
вызывает выраженных побочных явлений, оказывает как лечебное, так и
профилактическое действие и может применяться при лечении лиц
пожилого возраста, когда другие антисклеротические средства
малоэффективны.
Выпускается в таблетках по 0,25 г N. 100.
Метод синтеза пармидина осущесатвляется по схеме:
29
2,6-Лутидин (I) окисляют до дипиколиновой кислоты (II),
восстановлением дибутилового эфира которой (III) получают 2,6бисоксиметилпиридин (IV), образующий при взаимодействии с
метилизоцианатом пармидин (V).
Этот метод имеет преимущества перед другими способами,
предусматривающими окисление 2,6-лутидина до 2,6-диформилпиридина,
превращение 2,6-лутидина в его N-окись с двукратным повторением
реакции Бекельхайде, синтез через 2,6-бисгалогенметилпиридины.
При окислении I во II перманганат калия дал лучшие результаты, чем
двуокись селена и ее комплексы, окислы азота в присутствии двуокиси
селена или бихромат натрия при высокой температуре под давлением.
Этерификация кислоты II бутанолом в присутствии катионитов с
последующим восстановлением III (без его выделения) боргидридом
натрия дали наилучшие результаты по сравнению с осуществлением
процессов этерификации через дихлорангидрид, калиевые или
серебряные соли, спиртом с конц. серной кислотой или диазометаном, а
также восстановлением III алюмогидридом лития или смесью боргидрида
натрия с хлористым кальцием.
Реакция с метилизоцианатом в дихлорэтане в присутствии
каталитических количеств октоата олова оказалась преимущественной по
сравнению с обработкой IV фосгеном или его фтораналогами и затем
метиламином, превращением IV с хлоругольными эфирами в карбонаты с
дальнейшей обработкой метиламииом или через азидоформиаты, а также
с использованием в качестве ацилирующих агентов различных
производных N-метилкарбаминовой кислоты.
Дипиколиновая кислота ( I I ) . К 76,3 г 40,2% 2,6-лутидина (30,6 г 100%
I ) , растворенного в 690 мл воды, при 70-75°С и интенсивном
перемешивании добавляют 9 порций перманганата калия (по 23,5г), внося
каждую следующую порцию после полного раскисления предыдущей.
Температуру реакционной массы поддерживают 70-75°С. Двуокись
марганца отфильтровывают при 70-75°С, промывают нагретой до 80°С
водой. Объединенные фильтраты подкисляют конц. соляной кислотой.
Для более полного перевода монокалиевой соли дипиколиновой кислоты
30
в свободную кислоту первоначально выпавший осадок растворяют при
нагревании реакционной массы до 90°С, после чего раствор с рН от -0,2
до -0,25 медленно охлаждают и дают выдержку 1 ч при 10-12°С. Осадок
дипиколиновой кислоты отфильтровывают, высушивают и определяют
процентное содержание титрованием едким натром (по фенолфталеину) и
полярографически (по обоим методам содержание II не ниже 98%).
Щавелевая кислота
(перманганатометрически) и несгораемый остаток
(примесь монокалиевых солей дипиколиновой и щавелевой кислот)
отсутствуют. Выход 29 г (60%); т. пл. 243-244°С разл.
2,6-Бисоксиметилпиридин (IV). К 440 мл безводного бутилового спирта
(влаги не более 0,2%) прибавляют 35 г II и 35 г сухого катионита КУ 2X8 в Н +
форме. Кипятят с отгонкой воды по принципу Дина-Старка, контролируя конец
реакции по определению титрометрически содержания в реакционной массе
монобутилового эфира дипиколиновой кислоты (конец реакции—при его
содержании 0,007г/мл). Массу оставляют охлаждаться до 90-95°С, декантируют
с катионита. Катионит промывают 3 раза по 85 мл безводного бутанола и
используют на следующей операции этерификации (катионит без регенерации
может быть использован не менее 10 раз). К объединенным бутанольным
растворам III прибавляют порциями 13,45 г боргидрида натрия, поддерживая
температуру массы 35-40°С. Дают выдержку 5ч. Проверяют по ТСХ отсутствие
в растворе бутилового эфира 6-оксиметилпико-линовой кислоты, после чего
прибавляют 220 мл воды. Бутанольный слой отделяют, из водного слоя диол IV
дополнительно извлекают бутанолом. Объединенные бутанольные экстракты
упаривают в вакууме. Остаток кристаллизуют из воды в соотношении 1:1,55 с
углем, используя маточный раствор на следующих операциях: при
кристаллизации диола IV и при разложении комплекса после восстановления
боргидридом натрия диэфира III. Выход 16,85 г (57,8% на II).
Бис-N-метилкарбаминовый эфир 2,6-бисоксиметилпиридина (V). К взвеси
54,49г IV в 450 мл безводного дихлорэтана прибавляют несколько капель 21%
раствора октоата олова в дихлорэтане и приливают 49 г метилизоцианата.
Перемешивают 1 ч при кипении, контролируя течение процесса по ТСХ (конец
реакции - при содержании монокарбаминового эфира не более 0,5мг/мл).
Реакционную массу охлаждают до 15-20°С. Осадок V отфильтровывают,
промывают 45 мл дихлоэтана и перекристаллизовывают из 1900 мл воды с
углем. Выход 90,8 г (91%).
5. Образовательные технологии
При реализации дисциплины «Спецпрактикум «Медицинская химия»
используются различные формы лабораторных занятий, такие как качественная
и хроматографическая идентификация биологически активных соединений; а
также – дискуссии, мозговой штурм, которые позволяют находить решение
предлагаемых студентам многостадийных синтетических задач.
31
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
На
самостоятельную
подготовку
дисциплины
«Спецпрактикум
«Медицинская химия» предусмотрено 18 часов. Самостоятельная работа
студентов
подразумевает
проработку
материала
с
использованием
рекомендуемой литературы для подготовки к лабораторным занятиям по
решению синтетических задач.
В качестве текущего контроля успеваемости используются защиты
лабораторных работ по теоретическим вопросам. В итоговой аттестации по
итогам освоения дисциплины проводится зачет.
6.1. Вопросы к защитам лабораторных работ
Раздел А
1. Написать проекционные формулы изомеров винной кислоты.
2. Написать схему реакции образования хелатного комплекса меди(II) с
2- аминопропанолом-1.
3. Какое вещество образуется в виде бледно-желтого осадка при
взаимодействии ацетона с иодом в щелочной среде?
4.Какие продукты образуются при декарбоксилировании салициловой
кислоты? Как можно обнаружить и доказать их наличие?
5. Какой структурный фрагмент обусловливает появление фиолетового
окрашивания при добавлении раствора хлорида железа (III) к салициловой
кислоте и фенилсалицилату?
6. Какие факторы способствуют стабилизации енольной формы ацетоуксусного эфира?
7. Что является причиной появления оранжево-красного окрашивания в
результате взаимодействия антипирина с хлоридом железа(Ш)?
8. Какое практическое значение имеет реакция антипирина с хлоридом
железа(Ш)?
32
9. По какому механизму протекает реакция взаимодействия антипирина с
азотистой кислотой?
10. Какой структурный фрагмент в молекуле органического соединения
определяется с помощью мурексидной пробы? Какое практическое значение
имеет эта реакция?
11. Какой структурный фрагмент молекулы -аминокислоты выявляется с
помощью ксантопротеиновой реакции?
12. По какому механизму осуществляется реакция ароматических аминокислот
с азотной кислотой?
13 Какой структурный фрагмент белковой молекулы обнаруживается с
помощью биуретовой реакции?
14. Будет ли положительной проба Селиванова для галактозы и ксилозы?
15. Чем обусловлена экстракция каротиноидов неполярными растворителями?
Раздел Б
1. Хроматографические методы разделения и очистки органических веществ.
Разновидности хроматографии.
2. Тонкослойная хроматография и ее возможности.
3. Какое соединение используют в качестве «свидетеля» при анализе сока
лимона?
4. Как отличить смесь веществ от индивидуального вещества?
Раздел В
1. Какие производные салициловой кислоты применяются как лекарства?
Опишите их синтез.
2. Приведите схему синтеза теброфена. Где он применяется?
3. Приведите общую схему получения сульфаниламидных препаратов.
4. Привести механизм нуклеофильного замещения в ряду ариилгалогенидов.
5. В качестве каких препаратов применяются производные пиридина?
33
6. Назвать преимущества пармидина перед другими антисклеротическими
средствами.
6.2. Примерные вопросы к зачету
1. Классификация биологически активных соединений.
2. Основные функциональные группы биологически важных соединений.
Качественные реакции на эти функциональные группы.
3. Понятие о природных, искусственных и синтетических лекарственных
препаратах.
4. Понятие «лекарство». Химическая классификация лекарственных
веществ.
5. Примеры лекарственных веществ алифатической, ароматической и
гетероциклической структуры.
6. Использование в медицине галогеналканов. Приведите схемы синтеза
таких препаратов.
7. Как получаются и используются биологически активные аминоспирты?
8. Опишите синтез используемых в медицине аминокислот.
9. Приведите схемы синтеза адреналина и норадреналина.
10.Какие производные салициловой кислоты применяются как лекарства?
Опишите их синтез.
11.Фармакологически значимые соединения ряда пиридина.
12.Производные хинолина и индола как лекарственные препараты.
13.Как получают барбитураты и как их применяют?
14.Строение и получение пенициллина.
34
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература с указанием количества экземпляров в
библиотеке
Практикум по органической химии [Текст] / В. Я. Денисов, А. 88
А. Мороз, Д. Л. Мурышкин, Т. Б. Ткаченко ; Кемеровский гос.
ун-т. - Кемерово : Кузбассвузиздат, 2008. - 95 с.
Румянцев, Евгений Владимирович. Химические основы жизни 21
[Текст] : учеб. пособие для вузов / Е. В. Румянцев, Е. В. Антина,
Ю. В. Чистяков. - М. : Химия : КолосС, 2007. - 559 с.
Комов, Вадим Петрович. Биохимия [Текст] : учебник для вузов 31
/ В. П. Комов, В. Н. Шведова. - 3-е изд., стер. - М. : Дрофа, 2008.
- 639 с.
Смит, Вильям Артурович. Основы современного органического 10
синтеза [Текст] : учебное пособие / В. А. Смит, А. Д. Дильман. Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. - 750 с.
Дополнительная литература
1. Комов В.П., Шведова В.Н. Биохимия.-М.: Дрофа, 2004 Под ред.
Н.А.Тюкавкиной.
Руководство
к
лабораторным
занятиям
по
биоорганической химии: пособие для вузов- М.: Дрофа, 2006.-318с.
2. Москвичев Ю.А., Фельдблюм В. Ш. Продукты органического синтеза и
их применение/ - М.: Проспект науки, 2009.- 376с.
3. Вартанян, Р.С. Синтез основных лекарственных средств/ Р.С. Вартанян.М: Медицинское информационное агентство, 2004.- 845 с.
4. Невоструев В.А. Теоретические основы спектральных методов в химии
[Текст]: учеб. пособие / 2006. - 70 с. (61 экз)
5. Солдатенков, А.Т. Основы органической химии лекарственных веществ/
А.Т. Солдатенков, Н.М. Колядина, И.В. Шендрик.-М: Химия, 2001.- 192с.
6. Яхонтов Л.Н., Глушков Р.Г. Синтетические лекарственные средства./под
ред.Натрадзе А.Г.-М.:Мендицина, 1983.-272с.
7. Потапов В.М., Розенман М.И., Кочетова Э.К., Покровский Б.И. Поиск
химической информации. - Изд-во МГУ, 1990. - 174с.
35
8. Пейн Ч., Пейн Л. Как выбирать путь синтеза органического соединения.
- М.: Мир, 1973. - 159с.
9. Мандельштам Т.В. Стратегия и тактика органического синтеза. - Изд-во
ЛГУ, 1989. - 212с.
10.Потапов В.М., Кочетова Э.К. Химическая информация: Что, где и как
искать химику в литературе. - М.: Химия, 1979. - 304с.
11.Кэри Ф., Сандберг Р. Углубленный курс органической химии. Книга
вторая. Реакции и синтезы. - М.: Химия, 1981. - 456с.
12.Маки Р., Смит Д. Путеводитель по органическому синтезу. - М.: Мир,
1985. - 352с.
13.Колхаун Х.М., Холтон Д., Томпсон Д., Твиг М.
органического
синтеза.
Практическое
Новые пути
использование
переходных
металлов. - М.: Химия, 1989. - 400с.
Программное обеспечение и Интернет-ресурсы
Наименование
разработки в
электронной форме
Электронные
медицинские книги. В
http://www.medliter.ru/?page=get&id=
том числе – Яхонтов
1
Л.Н.
«Синтетические
013272
лекарственные
средства»
http://booksonchemistry.com/index.ph
Книги по химии.
3 p
Органические синтезы.
№
п/п
Ссылка на информационный
ресурс
http://edu.kemsu.ru/res/res.htm?id=9944
4
Лабораторный
практикум
по й
органической
химии:
учебное пособие по
направлению
подготовки 020100.62
Химия,
по
специальности
020201.65
Фундаментальная
и
прикладная химия.
Доступность*
свободный
свободный
авторизованны
36
8. Материально-техническое обеспечение спецпрактикума
Минимально
необходимый
для
реализации
дисциплины
перечень
материально-технического обеспечения включает в себя:
учебно-исследовательская лаборатория кафедры органической химии (1524,
1525), в которой имеется вытяжная вентиляция и необходимое лабораторное
оборудование:
химическая
посуда,
термометры,
электронагревательные
приборы, электрические мешалки ПЭ-8300, ES-8300 MSR-1; весы ВЛА-200-М
№ 471 1966; весы ВЛА-200-М № 211 1972; весы ВЛК-500№ 68 1975;
вакуумные насосы, наборы реактивов для синтеза, выделения и идентификации
веществ.
Для исследования физико-химических свойств синтезируемых соединений
и их идентификации предполагается использовать научно-исследовательское и
аналитическое оборудование ЦКП КемНЦ СО РАН на базе совместной научноисследовательской
Лаборатории
синтеза
наноматериалов
на
основе
углехимического сырья (ауд. 1528).
37
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом
рекомендаций и ПрООП ВПО по специальности 020201.65 «Фундаментальная
и прикладная химия» и специализации подготовки «Медицинская химия».
38