1 Оптическая изомерия. Гидрокси – и оксокислоты.

Скачать презентацию 1 Оптическая изомерия.  Гидрокси – и оксокислоты. Скачать презентацию 1 Оптическая изомерия. Гидрокси – и оксокислоты.

4._opticheskaya_izomeriya.ppt

  • Размер: 13.1 Мб
  • Автор:
  • Количество слайдов: 116

Описание презентации 1 Оптическая изомерия. Гидрокси – и оксокислоты. по слайдам

1 Оптическая изомерия.  Гидрокси – и оксокислоты. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса Кафедра общей1 Оптическая изомерия. Гидрокси – и оксокислоты. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса Кафедра общей и медицинской химии Лекция

2 Оптическая изомерия. Оптическая активность  - это свойство отклонять плоскость поляризованного света, 2 Оптическая изомерия. Оптическая активность — это свойство отклонять плоскость поляризованного света, а вещества которые проявляют оптическую активность называются оптически активными. Призма Николя

3 Оптической активностью обладают вещества, которые представляют собой хиральные  объекты.  (Термин был3 Оптической активностью обладают вещества, которые представляют собой хиральные объекты. (Термин был предложен лордом Кельвином в конце XIX века. ) Cheir (греч. ) рука. ( Хирург, хиромантия) Хиральными — называют объекты, для которых отсутствуют ось и плоскость симметрии. Они оказываются несовместимыми со своим зеркальным изображением.

ХИРАЛЬНОСТЬ свойство молекулы быть несовместимой со своим зеркальным отражением любой комбинацией вращений и перемещенийХИРАЛЬНОСТЬ свойство молекулы быть несовместимой со своим зеркальным отражением любой комбинацией вращений и перемещений в трёхмерном пространстве.

5 В органических  молекулах хиральным объектом является am ом С,  окруженный 45 В органических молекулах хиральным объектом является am ом С, окруженный 4 -мя различными заместителями (С в sp 3 гибридизации). Этот атом называется асиметрическим (Вант-Гофф, конец XIX в. )

Якоб Хендрик Вант-Гофф (1852— 1911) Был первым Нобелевским лауреатом(1901) по химии за открытие законовЯкоб Хендрик Вант-Гофф (1852— 1911) Был первым Нобелевским лауреатом(1901) по химии за открытие законов химической динамики и осмотического давления Лорд Кельвин (Вильям Томсон) (1824 — 1907 ) В круг научных интересов Томсона входили термодинамика, гидродинамика, электромагнетизм, теория упругости, теплота, математика, техника.

7 Если молекула  имеет один такой атом,  то она хиральна,  а7 Если молекула имеет один такой атом, то она хиральна, а растворы такого вещества, проявляют оптическую активность. Хиральные молекулы всегда имеют своих зеркальных «двойников» — оптических антиподов , по строению являющихся их зеркальным отображением.

8 зеркало 8 зеркало

9 Изомеры,  относящиеся друг к другу как предмет  и зеркальное отображение и9 Изомеры, относящиеся друг к другу как предмет и зеркальное отображение и имеющие одинаковые химические и физические свойства ( одинаковые температуры кипения и плавления, растворимость, теплопроводность ) называются энантиомерами (оптические изомеры). Энантиомер, отклоняющий луч света по часовой стрелке, называют правовращающим и обозначают (+), а его антипод – левовращающим (-). Количество энантиомеров определяется по формуле N = 2 n , где n – количество хиральных атомов в молекуле.

10 Право (+) – и лево (-) – вращающие изомеры  отличаются между собой10 Право (+) – и лево (-) – вращающие изомеры отличаются между собой следующими свойствами: в жидком, газообразном состояниях и в растворах они отклоняют плоскость поляризованного света на одинаковый угол, но в противоположных направлениях: (-) оба изомера кристаллизуются в энантиоморфных (зеркально противоположных ) формах один относительно другого эти изомеры проявляют разное физиологическое действие на живые организмы обладают разной реакционной способностью относительно других оптически активных реагентов (используется для разделения рацемической смеси) (+)

11 RCHCOOH OH* Общая формула  - гидроксикислот. Классы органических соединений,  среди которых11 RCHCOOH OH* Общая формула — гидроксикислот. Классы органических соединений, среди которых много оптически активных соединений – — гидроксикислоты, — аминокислоты (кроме глицина ) углеводы R CH COOH NH 2 Общая формула — аминокислот. Структурная формула моносахарида-глюкоз ы

Оптическая изомерия гидроксикислот 12 CH 3 CHCOOH OH  2 –гидроксипропановая кислота  Оптическая изомерия гидроксикислот 12 CH 3 CHCOOH OH 2 –гидроксипропановая кислота α -гидроксипропионовая, молочная, соли – лактаты. Молочная кислота-одна из важнейших — гидроксикислот Известны три разновидности молочной кислоты два оптических изомера (число энантиомеров N =2 1 ) : L (+)- правовращающая молочная кислота и D (-) – левовращающая оптически неактивная рацемическая молочная кислота —

13 Для изображения оптических изомеров на плоскости используют проекционные формулы Фишера.  Ребро Н-ОH13 Для изображения оптических изомеров на плоскости используют проекционные формулы Фишера. Ребро Н-ОH (Th) занимает горизонтальное положение, а противоположное ребро COOH-СН 3 (Th) принимает вертикальное положение. Асимметрический атом углерода находится на пересечении обеих линий. HO COOH H CH 3 D (-) = — 3 , 82 о L (+) = + 3 , 82 о левовращающая молочная кислота ( D( -)молочная) Правовращающая молочная кислота ( L(+) -молочная) -мясомолочная

14 Правовращающая L (+)-молочная кислота открыт а Либихом (1847) и получила название мясомолочной 14 Правовращающая L (+)-молочная кислота открыт а Либихом (1847) и получила название мясомолочной кислоты Она всегда присутствует в организме человека, является конечным продуктом гликолиза – распада глюкозы с образованием молочной кислоты и источника энергии – АТФ. Образуется в мышцах при физической нагрузке. Молочная кислота – это показатель обмена углеводов, отражающий степень насыщения мышц и тканей кислородом

15 Чистая левовращающая  молочная D(-) кислота  может быть получена брожением сахаристых веществ15 Чистая левовращающая молочная D(-) кислота может быть получена брожением сахаристых веществ при посредстве особого возбудителя брожения ( Bacillus acidi laevolactici) Рацемическая молочная кислота — оптически неактивная , не вращает плоскость поляризации, так как она состоит из смеси равных количеств двух зеркальных изомеров. Один из них вызывает правое вращение, второй — на такой угол-левое. Такой является молочная кислота, полученная под действием молочнокислых бактерий при скисании молока, квашении капусты, солении огурцов, помидоров.

16 Принципиальное различие между синтезами органических веществ, происходящими в живой клетке и в лабораторных16 Принципиальное различие между синтезами органических веществ, происходящими в живой клетке и в лабораторных условиях : Продукт биосинтеза представляет собой определенный оптический изомер (+) или (-) вращающий В лабораторном синтезе — продуктом реакции является рацемическая смесь обеих оптических форм синтезированного вещества.

17 Способы разделения рацемической смеси:  Биохимический – (+) и (-) антиподы оказывают разное17 Способы разделения рацемической смеси: Биохимический – (+) и (-) антиподы оказывают разное физиологическое действие на микроорганизмы, которые избирательно поглощают один энантиомер. Хроматографический – расщепление рацематов на оптически активных сорбентах (афинная хроматография). Химический — основан на химической реакции антипода с оптически деят е льным веществом. Механический – отбор кристаллов по внешнему виду (кристаллы имеют зеркально-скошенные грани ).

18 Оптическая изомерия гидроксикислот H O O C C H O H C H18 Оптическая изомерия гидроксикислот H O O C C H O H C H 2 C O O H 2 — гидроксибутандиовая ( — гидроксиянтарная) — Яблочная кислота, соли -малаты Впервые выделена шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле в 1785 году из незрелых яблок Яблочная кислота существует в виде двух оптических изомеров и рацемической смеси. Относится к дикарбоновым (2 СООН) и трехатомным (по суммарному количеству гидроксильных групп -3 ОН) кислотам.

19 Формулы Фишера для энантиомеров яблочной кислоты. COOH CH 2 COOH HOH L (-)19 Формулы Фишера для энантиомеров яблочной кислоты. COOH CH 2 COOH HOH L (-) природная яблочная кислота D (+) яблочная кислота Содержится в кислых плодах : в незрелых яблоках , рябине, в ревене и др. , в виде Са-соли в табаке, а также в небольшом кол-ве в вине. D-Яблочная кислота образуется с небольшим выходом при восстановлении D-винной к-ты.

20 Яблочная кислота- один из важных промежуточных продуктов обмена веществ в живых организмах. Участие20 Яблочная кислота- один из важных промежуточных продуктов обмена веществ в живых организмах. Участие яблочной кислоты в цикле Кребса: Дегидрирование янтарной кислоты — (с участием кофермента ФАД) Гидратация фумаровой кислоты Окисление в щавелевоуксусную кислоту коферментом НАД +HOOCCH 2 COOH E -2 HHOOCCHCHCOOH янтарная фумаровая +H 2 O, E H O O C C H 2 C O O HO H O O C C C H 2 C O O H O яблочная щавелевоуксусная

Применение яблочной кислоты Применяется как пищевая добавка (Е 296) при изготовлении фруктовых вод иПрименение яблочной кислоты Применяется как пищевая добавка (Е 296) при изготовлении фруктовых вод и кондитерских изделий. В медицине для производства слабительного и лекарств от хрипоты; Один из компонентов косметических препаратов.

22 Оптическая изомерия гидроксикислот. HOOCCHCHCOOH OHOH – 2, 3 -дигидроксибутандиовая –  дигидроксиянтарная _22 Оптическая изомерия гидроксикислот. HOOCCHCHCOOH OHOH – 2, 3 -дигидроксибутандиовая – дигидроксиянтарная _ винная кислота. Соли-тартраты Винная кислота содержит 2 асимметрических атома углерода и должна существовать в виде четырех энантиомеров N =2 2 Однако известны только 2 оптически активных изомера D (+) и L (-) – винные кислоты , рацемическая смесь — виноградная кислота и их диастереомер — мезовинная кислота, оптически неактивная.

Формулы Фишера для оптически активных изомеров винной кислоты 23 COOH HOH COOH OHH HOHФормулы Фишера для оптически активных изомеров винной кислоты 23 COOH HOH COOH OHH HOH COOHD (+) [ ] 20 = + 12 t пл. = 170 о о L (-) [ ] 20 = -12 о , t пл. = 170 о Природная винная кислота L (-) винная кислота) не встречается самостоятельно в природе; химические свойства — точное повторение свойств D(+). Отличается, отношением к низшим организмам и к органическим основаниям, обладающим оптической деятельностью. В значительном количестве D(+)-винная кислота содержится в винограде, рябине. При изготовлении и выдержке виноградных вин в бочках осаждается винный камень (гидротартрат калия)- НOOC-СН(ОН)-СООК. энантиомеры HHOHOO HO

Образуется мезовинная кислота при продолжительном кипячении всех форм винной кислоты в растворах едких щелочей,Образуется мезовинная кислота при продолжительном кипячении всех форм винной кислоты в растворах едких щелочей, при окислении малеиновой кислоты КМn. О 4 24 Мезовинная кислота – оптически неактивная форма Отсутствие оптической активности связано с появлением в молекуле плоскости симметрии: 2 асимметрических атома С* имеют одинаковую конфигурацию. Внутри молекулы как бы происходит внутренняя компенсация вращения. Плоскость симметрии Мезоформа — конфигурация молекулы с двумя одинаковыми центрами хиральности и потому имеющей плоскость симметрии и не обладающей оптической активностью

Применение винной кислоты В пищевой промышленности в качестве консерванта и подкислителя вкуса(Е 334) Применение винной кислоты В пищевой промышленности в качестве консерванта и подкислителя вкуса(Е 334) Является компонентом многих кремов и лосьонов для тела и лица; В фармацевтической промышленности, где ее широко применяют при производстве различных растворимых медикаментов, а также шипучих таблеток и некоторых других лекарств; В аналитической химии – для обнаружения альдегидов и сахаров.

26 Виноградная кислота - рацемическая смесь винных кислот Виноградная кислота  была открыта в26 Виноградная кислота — рацемическая смесь винных кислот Виноградная кислота была открыта в 1822 как побочный продукт при получении винной кислоты В 1830 году Берцелиус установил, что она имеет тот же элементный состав, что и винная кислота. . Йенс Якоб Берцелиус (1779 -1848 ) экспериментально подтвердил закон кратных отношений разработал современную химическую нотацию , электрохимическую теорию сродства, открыл церий селен, торий и впервые выделил в чистом виде кремний, титан , тантал и цирконий.

27 Виноградная кислота - рацемическая смесь винных кислот Луи Пастер (Louis Pasteur) (1822 -27 Виноградная кислота — рацемическая смесь винных кислот Луи Пастер (Louis Pasteur) (1822 — 1895) — выдающийся французский микробиолог и химик Луи Пастером были проведены классические исследования с виноградной и винной кислотами. Он выяснил природу рацемических соединений. Разработал методы их разделения на составляющие их оптические изомеры.

(-) энантиомер остается неизменным.   Луи Пастер впервые расщепил рацемическую виноградную кислоту, (-) энантиомер остается неизменным. Луи Пастер впервые расщепил рацемическую виноградную кислоту, обнаружив , что грибок плесени Penicillium glaucum использует для своей жизнедеятельности только (+)- винную кислоту (биохимический метод ). COOH OHH HOH COOH HO L (-) винная кислота

29 Виноградная кислота получается длительным нагреванием  водных растворов D  - или L-винной29 Виноградная кислота получается длительным нагреванием водных растворов D — или L-винной кислоты ( рацемизация). В промышленных масштабах виноградную кислоту выделяют из отходов виноделия: винного камня, виннокислой извести , сушёных винных дрожжей. Свойства виноградной кислоты отличаются от свойств чистых оптических изомеров винной кислоты t пл. =205 0 С. Очевидно, что это не просто смесь изомеров, а молекулярное соединение (рацемическое ). Виноградная кислота — рацемическая смесь винных кислот

30 Механизм действия биологически активных веществ обычно заключается в их соединении со специфическими рецепторами30 Механизм действия биологически активных веществ обычно заключается в их соединении со специфическими рецепторами . Каждый рецептор обладает характерной пространственной структурой участка, взаимодействующего с биологически активным веществом , и их структуры должны соответствовать другу по принципу ключ-замок. ОПТИЧЕСКАЯ ИЗОМЕРИЯ И ФАРМАКОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ

  31 Структуры взаимодействующих соединений должны соответствовать другу по принципу  ключ – 31 Структуры взаимодействующих соединений должны соответствовать другу по принципу ключ – замок.

32 У большинства лекарственных препаратов существует тесная взаимосвязь между пространственной структурой  и фармакологической32 У большинства лекарственных препаратов существует тесная взаимосвязь между пространственной структурой и фармакологической активностью, то есть стереоспецифичность действия . (-)- адреналин (+)- адреналин. ОПТИЧЕСКАЯ ИЗОМЕРИЯ И ФАРМАКОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ

33 Многие синтетические лекарственные препараты существуют в виде смеси двух пространственных изомеров, являющихся энантомерами33 Многие синтетические лекарственные препараты существуют в виде смеси двух пространственных изомеров, являющихся энантомерами и отличающихся своим биологическим действием. Последствия таких различий не всегда безопасны. фермент рецептор. Распознавание стереоизомеров вводимого в организм вещества может осуществляться на разных стадиях: Клеточная мембранапри связывании с ферментами при связывании с рецепторами при транспорте через мембраны. ОПТИЧЕСКАЯ ИЗОМЕРИЯ И ФАРМАКОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ

34 Основная фармакологическая активность рацемических лекарственных препаратов обычно связана с действием лишь одного энантиомера.34 Основная фармакологическая активность рацемических лекарственных препаратов обычно связана с действием лишь одного энантиомера. Известны примеры использования в терапевтической практике рацемических препаратов, когда один из стереоизомеров обладал сильным токсическим эффектом. Это приводило к трагическим случаям. (+)Талидомид вызывал недоразвитие конечностей у новорожденных ( -)Талидомид — мощный транквилизатор. ОПТИЧЕСКАЯ ИЗОМЕРИЯ И ФАРМАКОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ

Левовращающий морфин (растительное сырье) – сильный анальгетик. Правовращающий лишен этих свойств. Морфин. ОПТИЧЕСКАЯ ИЗОМЕРИЯЛевовращающий морфин (растительное сырье) – сильный анальгетик. Правовращающий лишен этих свойств. Морфин. ОПТИЧЕСКАЯ ИЗОМЕРИЯ И ФАРМАКОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ

36(-)-5 -(1, 3 -диметилбутил)-5 -этилбарбитуровая кислота  проявляет обычное для барбитуратов успокаивающее действие, в36(-)-5 -(1, 3 -диметилбутил)-5 -этилбарбитуровая кислота проявляет обычное для барбитуратов успокаивающее действие, в то время, как (+)-антипод вызывает конвульсии N HM e M e E t O O OОПТИЧЕСКАЯ ИЗОМЕРИЯ И ФАРМАКОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ

37 ОПТИЧЕСКАЯ ИЗОМЕРИЯ И ФАРМАКОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ  Напроксен :  один энантиомер37 ОПТИЧЕСКАЯ ИЗОМЕРИЯ И ФАРМАКОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ Напроксен : один энантиомер лечит артрит , но другой вызывает отравление печени без анальгетического эффекта. Этамбутол: один энантиомер используется при лечении туберкулёза, другой вызывает слепоту.

38 В течение  нескольких последних десятилетий велись интенсивные исследования по развитию методов предпочтительного38 В течение нескольких последних десятилетий велись интенсивные исследования по развитию методов предпочтительного синтеза одного из энантиомеров. . В 2001 году Нобелевская премия была присуждена японскому ученому Риоджи Нойори , и двум американским – Уильяму Ноулзу и Бэрри Шарплессу. Ученые разработали хиральные катализаторы для двух важных классов реакций органической химии: гидрирования и окисления. Нобелевские луреаты сделали возможным промышленный синтез таких фармакологических продуктов, как антибиотики, противовоспалительные и сердечные средства , а также других веществ, среди которых кондитерские отдушки, подсластители и инсектициды ОПТИЧЕСКАЯ ИЗОМЕРИЯ И ФАРМАКОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ

Нобелевская премия 2001 года Открытия ученых в области хиральных катализаторов позволили наладить производство болееНобелевская премия 2001 года Открытия ученых в области хиральных катализаторов позволили наладить производство более безопасных лекарств. Риоджи Нойори Уильям Нойлес Барри Шарплесс

40   Гидроксикислоты - гетерофункциональные соединения 40 Гидроксикислоты — гетерофункциональные соединения

41 Схема введения 2 - ой функциональной группы в карбоновую кислоту. R C H41 Схема введения 2 — ой функциональной группы в карбоновую кислоту. R C H 2 C O O H Cl 2, , h Br 2 , P red -HCl or -HBr R C H C O O H N H 2 + H 2 O (OH — ) R C H C O O H O RCHCOOH NHCNH 2 O — галогенокислота — аминокислота — гидроксикислота — оксокислота — уреидокислота R C C O O H O

42 Гомологический ряд гидроксикислот: Гидроксикислоты. HOC O OH Гидроксиметановая кислота Гидроксимуравьиная Угольная ( H42 Гомологический ряд гидроксикислот: Гидроксикислоты. HOC O OH Гидроксиметановая кислота Гидроксимуравьиная Угольная ( H 2 CO 3 ) C H 2 O H C O O H Гидроксиэтановая кислота Гидроксиуксусная Гликолевая Содержится в незрелых плодах винограда, сахарном тростнике и свекле. Используется в косметологической практике в качестве отшелушивающего средства для химического пилинга

43 CH 3 CHCOOH OH 2 -гидроксипропановая  α -гидроксипропионовая молочная кислота 3 -43 CH 3 CHCOOH OH 2 -гидроксипропановая α -гидроксипропионовая молочная кислота 3 — гидроксипропановая — гидроксипропионовая — молочная кислота. Гидроксипропановая кислота существует в виде двух структурных изомеров СН 2 СООН ОН

44 Гидроксибутановая (гидроксимасляная) кислота существует в виде трех структурных изомеров. Из изомеров гидроксимасляной кислоты44 Гидроксибутановая (гидроксимасляная) кислота существует в виде трех структурных изомеров. Из изомеров гидроксимасляной кислоты особый интерес представляет — изомер: — гидроксимасляная кислота или 4 – гидроксибутановая кислота) C H 2 C O O H -гидроксимасляная кислота выполняет важную роль в центральной нервной системе человека, — гидроксимасляная кислота может применяться как анестетик и седативное средство, часто- в виде соли — гидроксибутирата натрия. Однако во многих странах она находится вне закона. Встречается в вине, цитрусовых и др.

2 – метоксипропановая  (простой эфир)2 - хлорпропановая к-та пировиноградная 45 Химические свойства гидроксикислот.2 – метоксипропановая (простой эфир)2 — хлорпропановая к-та пировиноградная 45 Химические свойства гидроксикислот. CH 3 CHCOOH OH Химическое поведение гидроксикислот к ак гетерофункциональных соединений складывается из свойств ОН- и СООН — функциональных групп и специфических реакций , обусловленных их взаимным влиянием. . Химические реакции ОН гр. МОЛОЧНАЯ КИСЛОТА [ O ] + H C l , H +- H 2 0 — H 2 O C H 3 O H H 2 S O 4 , t — H 2 O C H 3 C O O H , H + — H 2 O C H 3 C C O O H O C H C O O H C l. C H 3 CH 3 CHCOOH OC O CH 3 сложный эфир

46 Химические реакции СООН гр. CH 3 CHC OH OH O -  N46 Химические реакции СООН гр. CH 3 CHC OH OH O — N a O H — C O 2 S Nкислотные свойства декарбоксилирование реакция C H 3 C H C O N a O H O + R O H , H + N H 3 — H 2 OP C l 5 — P O C l 3 , — H C l. C H 3 C H 2 O H обр. сложных эфиров галогенангидрид амид C H 3 C H C O R O H O C H 3 C H C C l O H O C H 3 C H C N H 2 O H O

47 Специфические реакции  ,  ,  , - гидроксикарбоновых кислот при нагревании.47 Специфические реакции , , , — гидроксикарбоновых кислот при нагревании. — гидроксикарбоновые кислоты при нагревании образуют межмолекулярные циклические сложные эфиры — лактиды. O CH 3 C CH OH OH HO HO CH C CH 3 O t — 2 H 2 O C C H 3 C H O C O O C H 3 O + – УСТОЙЧИВЫЙ ШЕСТИЧЛЕННЫЙ ЦИКЛ — лактид молочной кислоты

48  - гидроксикарбоновые кислоты при нагревании в присутствии разбавленной Н 2 SO 448 — гидроксикарбоновые кислоты при нагревании в присутствии разбавленной Н 2 SO 4 образуют НСООН и альдегид. CH 3 CC OH H O t , H 2 S O 4 H C O O H C H 3 C HO

49      - ОН карбоновые кислоты  при температуре образуют49 — ОН карбоновые кислоты при температуре образуют непредельные кислоты ( реакция дегидратации). C H 3 C H O H C H 2 C O O H t — H 2 Ot — H 2 O — гидроксимасляная кислота Кротоновая кислота. C H 3 C H C O O HН при С атоме обладает подвижностью и при нагревании может отщепляться, образуя с соседним ОН молекулу воды. Транс-бутен-2 -овая кислота

50  - и - гидроксикарбоновые кислоты – образуют внутримолекулярные сложные эфиры – лактоны.50 — и — гидроксикарбоновые кислоты – образуют внутримолекулярные сложные эфиры – лактоны. ГОМК – в анестезиологии применяется как неингаляционный наркоз. C H 2 O HC H 2 C O O H t — H 2 OCH 2 C O O — гидроксимасляная кислота — бутиролактон

51 Одно из основных веществ в человеческом рационе необходимо для нормального функционирования с оединительной51 Одно из основных веществ в человеческом рационе необходимо для нормального функционирования с оединительной и костной ткани выполняет биологические функции восстановителя и кофермента некоторых метаболических процессов является антиоксидантом. Витамин С — L -аскорбиновая кислота — — лактон – лактон 2, 3 –дегидро L — гулоновой кислоты

52 Химические свойства винной кислоты Винная кислота – дигидроксиянтарная кислота  содержит Кроме двух52 Химические свойства винной кислоты Винная кислота – дигидроксиянтарная кислота содержит Кроме двух СООН групп , 2 г идроксильные (ОН ) группы. Свойства СООН –групп — все характерные для карбоновых кислот 1. Наиболее интересные — образование солей : калия (гидротартрата К) C C H O H C O HO O + KOH C C H O H C O K O HO O + Н 2 О нерастворимый осадок (качественная реакция на К + ). Винный камень имеет тот же химический состав

53  Образование солей тартрата калия-натрия (Сегнетова соль) Тартрат натрия-калия является компонентом Фелинговой жидкости,53 Образование солей тартрата калия-натрия (Сегнетова соль) Тартрат натрия-калия является компонентом Фелинговой жидкости, в составе которой он используется для определения углеводов C C H O H C O K O HO O + Na 2 CO 3 C C H O H C O K O N a. O O — Na. HCO 3 гидротартрат калия-натрия Сегн това сольее — тетрагидрат тартрата калия-натрия Na. KC 4 H 4 O 6 · 4 H 2 O. Названа по имени французского аптекаря Пьера Сеньета (фр. Pierre Seignette) получившего её около 1655 г.

54 Свойства 2 -х гидроксильных ОН  - образование соли меди. в щелочной среде54 Свойства 2 -х гидроксильных ОН — образование соли меди. в щелочной среде винная кислота растворяет Сu(ОН) 2 с образованием прозрачного ярко-синего р-ра – реактива Фелинга. C C H O H C O K O N a. O OCu. SO 4 + Na. OH — H 2 O C C H C O K O N a. O O C u Реактив Фелинга служит для обнаружения альдегидной группы в альдегидах и углеводах.

55 Качественные реакции обнаружения альдегидной группы с помощью реактива Фелинга (реакция медного зеркала) 55 Качественные реакции обнаружения альдегидной группы с помощью реактива Фелинга (реакция медного зеркала)

56 Качественные реакции обнаружения альдегидной группы  в углеводах с помощью реактива Фелинга 4256 Качественные реакции обнаружения альдегидной группы в углеводах с помощью реактива Фелинга 42 +

57 Лимонная кислота. HOOCCH 2 C OH COOH CH 2 COOH - 2 -гидроксипропан-1,57 Лимонная кислота. HOOCCH 2 C OH COOH CH 2 COOH — 2 -гидроксипропан-1, 2, 3 трикарбоновая — кислота, 3 -гидрокси-3 -карбоксипентандиовая к-та. (C 6 H 8 O 7 ) — слабая трёхосновная кислота ( трикарбоновая). Соли и эфиры лимонной кислоты называются цитратами. Содержится в больших количествах в плодах цитрусовых, вишне, хвое, стеблях махорки, китайском лимоннике.

58 Химические свойства лимонной кислоты: 1) при t 0 с Н 2 S О58 Химические свойства лимонной кислоты: 1) при t 0 с Н 2 S О 4 разлагается — происходят процессы декарбоксилирования и декарбонилирования

59 Получение лимонной кислоты Лимонную кислоту раньше получали из сока лимона и биомассы махорки.59 Получение лимонной кислоты Лимонную кислоту раньше получали из сока лимона и биомассы махорки. В настоящее время основной путь промышленного производства — биосинтез из сахара или сахаристых веществ (меласса) промышленными штаммами плесневого гриба Aspergillus niaer

Лимонная кислота , являясь главным промежуточным продуктом метаболического цикла трикарбоновых кислот , играет важнуюЛимонная кислота , являясь главным промежуточным продуктом метаболического цикла трикарбоновых кислот , играет важную роль в системе биохимических реакций клеточного дыхания множества организмов. 60 Биосинтез лимонной кислоты в цикле Кребса происходит по типу альдольной конденсации ЩУК и ацетилкофермента А- CH 3 O S K o AC Биохимическая роль лимонной кислоты

61 Фенолокислоты. Салициловая кислота – 2 – гидроксибензойная кислота, ароматическая,  содержит  261 Фенолокислоты. Салициловая кислота – 2 – гидроксибензойная кислота, ароматическая, содержит 2 разные функциональные группы: ОН- (гидроксильную ) и СООН -(карбоксильную). COOH OH В природе встречается в растениях в виде производных , салициловая кислота была впервые выделена из коры ивы , откуда и происходит название Свободная салициловая кислота наряду с салициловым альдегидом в небольших количествах содержится в эфирном масле, выделяемых из цветов некоторых видов спиреи.

62 Химические свойства салициловой кислоты Химические свойства ОН - - группы  (характерны все62 Химические свойства салициловой кислоты Химические свойства ОН — — группы (характерны все реакции фенольного гидроксила) COOH OH F e C l 3 — H C l ( C H 3 C O )2 O — C H 3 C O O H O F e C l C O O H O C H 3(качественная реакция на фенол интенсивное фиолетовое окрашивание Ацетилсалициловая кислота (аспирин )

63 Химические свойства СООН - - группы (характерны все реакции карбоксильной группы). C O63 Химические свойства СООН — — группы (характерны все реакции карбоксильной группы). C O O H + N a 2 C O 3 — N a H C O 3 C H 3 O H , H + — H 2 O C 6 H 5 O H , H + — H 2 O C O O N a O H C O HO O C H 3 C O HO O C 6 H 5 Салицилат натрия Метилсалицилат Фенилсалицилат (салол)Длительное время фенилсалицилат широко применяли при заболеваниях кишечника (колиты, энтероколиты), при циститах, пиелитах, пиелонефритах.

(p. K = 4. 17 )  64 С пецифические реакц ии, обусловленные вл(p. K = 4. 17 ) 64 С пецифические реакц ии, обусловленные вл и яни ем 2 х групп д руг на д руга : Д ек а рбо кс илиро вание Боле е с ильные к ис лот ные с во йс т ва C O O H t — C O 2 OH C O O H Усиление кислотных свойств (p. K = 2. 98) по сравнению бензойной кислотой. Салициловая кислота фенолдекарбоксилирование Бензойная кислота

65 Пара-аминосалициловая кислота (ПАСК).  ПАСК  (пара-аминосалициловая кислота и ее натриевая соль -65 Пара-аминосалициловая кислота (ПАСК). ПАСК (пара-аминосалициловая кислота и ее натриевая соль — пара-аминосалицилат натрия) — противотуберкулезный бактериостатический препарат. антагонист n ара – аминобензойной кислоты, необходимой для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов.

66 ОКСОКИСЛОТЫ кизил 66 ОКСОКИСЛОТЫ кизил

67  Оксокислоты  – карбоновые кислоты,  СОДЕРЖАЩИЕ  ОКСО  группу: 67 Оксокислоты – карбоновые кислоты, СОДЕРЖАЩИЕ ОКСО группу: альдегидо – кетокислоты Альдегидок ислоты — органические соединения, совмещающие в себе свойства альдегидов и кислот из-за присутствия в их молекуле как альдегидной , так и карбоксильной групп. Альдегидокислот известно немного. C O

68      Альдегидокислоты    Простейший представитель - глиоксалевая68 Альдегидокислоты Простейший представитель — глиоксалевая (глиоксиловая ) кислота. В природе содержится в винограде, сахарной свекле, сахарном тростнике, кизиле и др. Она обладает всеми свойствами альдегида и одноосновной кислоты Глиоксиловая кислота часто содержится в недозрелых фруктах, по мере их созревания она постепенно исчезает. кизил

69   Альдегидокислоты. Химические свойства Глиоксалевая кислота как кислота  образует соли, 69 Альдегидокислоты. Химические свойства Глиоксалевая кислота как кислота образует соли, эфиры и другие функциональные производные, а с другой стороны, как альдегид она дает реакцию серебряного зеркала с реактивом Толленса, присоединяет бисульфит натрия, синильную кислоту, образует оксим, гидразон и пр. Глиоксалевая кислота легко окисляется и восстанавливается , превращаясь в щавелевую и гликолевую кислоту. OHOOCCOOH C H 2 O H C O O H Щавелевая кислота Гликолевая кислота HH O C C O O H

70 С использованием глиоксалевой  кислоты производится  широкий спектр антибиотических препаратов (пенициллины, 70 С использованием глиоксалевой кислоты производится широкий спектр антибиотических препаратов (пенициллины, ампицилины, амоксициллины), а также свободных добавок для кальция пантотената ( широкая область применения )Альдегидокислоты. Биохимическая роль. Использование в медицине. Глиоксиловая кислота-участник цикла трикарбоновых кислот

71 Кетонокислоты  являются более устойчивыми, чем альдегидокислоты.  Значительную роль в биохимических процессах71 Кетонокислоты являются более устойчивыми, чем альдегидокислоты. Значительную роль в биохимических процессах играют следующие кетонокислоты: C H 3 C C O O H O C H 3 C O C H 2 C O O HO HO C O CH 2 C O OH C O O H C O C H 2 C O O HC — Пировиноградная к-та (ПВК) — 2 – оксопропановая — Ацетоуксусная к-та (АУК) — 3 – оксобутановая — Щавелевоуксусная к-та (ЩУК) — 2 – оксобутандиовая — — оксоглутаровая к-та — 2 – оксопентандиовая

72 • 2 -оксопропановая кислота • α-оксопропионовая кислота • Соли, эфиры- пируваты  72 • 2 -оксопропановая кислота • α-оксопропионовая кислота • Соли, эфиры- пируваты Это жидкость, t кип. = 165 0. C H 3 C C O O H OПировиноградная к 9 (ПВК) Пировиноградная кислота Впервые получена нагреванием винной (и виноградной) кислоты ПВК -центральный продукт углеводного обмена. Пировиноградная кислота играет важную роль в обмене веществ , являясь связующим звеном обмена углеводов, жиров и белков. Пировиноградная кислота содержится во всех тканях и органах. В крови человека в норме находится 1 мг%, а в моче 2 мг%.

73 C пособы получения пировиноградной кислоты: 1). Окисление молочной кислоты (2 – гидроксипропановой). C73 C пособы получения пировиноградной кислоты: 1). Окисление молочной кислоты (2 – гидроксипропановой). C H 3 C C O O H OC H 3 C H C O O H + O KMn. O 4, H 2 SO 4 -H 2 O 2)гидролиз — оксонитрилов CH 3 C O Cl К CN + CH 3 C O CN + 2 Н 2 О C H 3 C C O O H O-NH 4 + -KCl

74 CH 3 CCOOH Cl Cl ( OH- ) -2 HCl C H 374 CH 3 CCOOH Cl Cl ( OH- ) -2 HCl C H 3 C C O O H O 3). Гидролиз (щелочной) дигалогенокислот: C пособы получения пировиноградной кислоты: + 2 Н 2 О 2, 2, -дихлорпропановая кислота 2 -оксопропановая кислота В организме пировиноградная кислота ( и пируваты) являются конечным продуктом метаболизма в процессе гликолиза. Одна молекула глюкозы превращается при этом в две молекулы пировиноградной кислоты. Образование ПВК в организме

75 Химические свойства оксокислот:  С=О -СООН Химические свойства оксокислот определяются наличием 2 -х75 Химические свойства оксокислот: > С=О -СООН Химические свойства оксокислот определяются наличием 2 -х различных функциональных групп. Реакции декарбоксилирования протекают легче, чем в карбоновых кислотах Для карбонильной группы характерны реакции А N , восстановления. Для карбоксильной группы характерны реакции S N , образования солей. Более сильные кислотные свойства, чем у карбоновых кислот. Специфические реакции – обусловлены взаимным влиянием 2 х групп :

761) Реакция  С=О - AN CH 3 CCOOH O A N HCN OH761) Реакция > С=О — AN CH 3 CCOOH O A N HCN OH — — следы Na. HSO 3 H 2 , Pd NH 2 – NHC 6 H 5 C H 3 C O HC N C O O H C H 3 C S O 3 N a. O H C O O H C H 3 C H O H C O O H 2 — циано-2 — гидроксипро- пановая кислота белый осадок – кач. реакция на >C=O Молочная кислота фенилгидразон ПВКХимические свойства пировиноградной кислоты

772) Реакции – СООН группы. C H 3 C C O O H O772) Реакции – СООН группы. C H 3 C C O O H O C H 3 C O O N a C H 3 C O O C 2 H 5 S N+Na. OH — H 2 Oкисл. св-ва, обр-е солей + NH 3 + C 2 H 5 O H , H + N H 2 C O N H 2 t, P 2 O 5 PCl 5 ангидрид ПВК галогенангидрид ПВК уреид ПВКамид ПВК Пируват Na Этилпируват (сложный эфир)

78 Реакции A N и S N  протекают легче,  чем в отсутствии78 Реакции A N и S N протекают легче, чем в отсутствии второй функциональной группы: Кислотные свойства ПВК выражены значительно сильнее , чем у пропановой кислоты из-за присутствия ЭА — СО группы. (Кд (пропионовой кислоты) = 0, 00134, К д( пировиноградной кислоты) =0, 56 C H 3 C C O O H O > C H 3 C C H 3 O+ 1 +I eff + 2 C H 3 C C O O O H C H 3 C H 2 C O O H + 3 + 4>

79 Специфические реакции пировиноградной кислоты Декарбоксилирование  in vitro При нагревании в присутствии H79 Специфические реакции пировиноградной кислоты Декарбоксилирование in vitro При нагревании в присутствии H 2 SO 4 разбавленной протекает декарбоксилирование C H 3 C O O H t. CO 2 + C H 3 C HO При нагревании в присутствии H 2 SO 4 концентрированной протекает декарбонилирование C H 3 C O O H t CO CH 3 C O OH+ декарбонилирование in vitro

80 Метаболизм пировиноградной кислоты возможен двумя путями — аэробным и анаэробным. Аэробное расщепление: При80 Метаболизм пировиноградной кислоты возможен двумя путями — аэробным и анаэробным. Аэробное расщепление: При клеточном дыхании в присутствии кислорода ( аэробном ) она в конечном итоге сгорает, превращается в СО 2 и Н 2 О: Декарбоксилирование пировиноградной кислоты в организме протекает в присутствии фермента декарбоксилазы и соответствующего кофермента. CH 3 CCOO H O E Декароксилаза + кофермент C H 3 C HO + CO 2 Декарбоксилирование пировиноградной кислоты в организме ( in vivo )

81  Образующийся  ацетальдегид  далее может :  присоединяться к кетонокислотам 81 Образующийся ацетальдегид далее может : присоединяться к кетонокислотам с образованием α -ацето- α -гидроксикислоты или окисляться в присутствии кофермента А в ацетилкофермент А. Ацетил. Ко. А используется при синтезе жирных кислот , ацетилхолина Ацетил. Ко. А может передать свой ацил на щавелевоуксусную кислоту для дальнейшего окисления до CO 2 и H 2 O. Декарбоксилирование пировиноградной кислоты в организме ( in vivo )

82 Анаэробное расщепление   В отсутствии кислорода под действием ферментов ПВК восстанавливается в82 Анаэробное расщепление В отсутствии кислорода под действием ферментов ПВК восстанавливается в молочную кислоту. Пировиноградная кислота Молочная кислота накапливается в мышцах при интенсивных физических нагрузках, связанных с большими затратами О 2. C H 3 C O O H, EH CH 3 CH OH COOH Молочная кислота. Декарбоксилирование пировиноградной кислоты в in vivo

83 CH 3 C O H [ H ] C 2 H 5 OH83 CH 3 C O H [ H ] C 2 H 5 OH C H 3 C C O O H O E C H 3 C HO + CO 2 Далее происходит восстановление альдегида в спирт • Декарбоксилирование пировиноградной кислоты Если кислорода недостаточно, пировиноградная кислота подвергается анаэробному расщеплению с образованием этанола у растений. В клетках некоторых микроорганизмов (в дрожжах при спиртовом брожении )- ферментативное декарбоксилирование. Анаэробное расщепление

84 Ацетоуксусная кислота. CH 3 C O CH 2 COOH - 3 - оксобутановая84 Ацетоуксусная кислота. CH 3 C O CH 2 COOH — 3 — оксобутановая кислота — β- оксомасляная кислота — ацетоуксусная Особенность β — оксомасляной кислоты- неустойчивость. Она легко декарбоксилируется : даже при слабом нагревании (в водном растворе) распадается на ацетон и СО 2. CH 3 C O CH 2 C O OH C H 3 C O C H 3 CO 2 +

85 Ацетоуксусная кислота в организме При нормальном обмене АУК в тканях и мышцах последовательно85 Ацетоуксусная кислота в организме При нормальном обмене АУК в тканях и мышцах последовательно окисляется в СО 2 , Н 2 О и выделяющаяся при этом энергия идет на образование АТФ. Ацетоуксусная кислота образуется in vivo в процессе метаболизма высших жирных кислот ( продукт окисления β -гидроксимасляной кислоты ) В организме у больных сахарным диабетом ацетоуксусная кислота и продукты её превращения ( «ацетоновые» или «кетоновые» тела ) накапливаются. CH 3 C O CH 2 C O OH N Н 2 О + СО 2 + АТФ CH 3 C O CH 2 C O OH C H 3 C O C H 3 CO 2 + Сахарный диабет

86 Ацетоновые тела:  ацетон,  ацетоуксусную кислоту,  соли ацетоуксусной кислоты , 86 Ацетоновые тела: ацетон, ацетоуксусную кислоту, соли ацетоуксусной кислоты , которые могут содержаться в моче при сахарном диабете, в клиническом анализе определяют галоформной реакцией.

87 Большой теоретический интерес в связи с изучением таутомерии  и  двойственной реакционной87 Большой теоретический интерес в связи с изучением таутомерии и двойственной реакционной способности имеет этиловый эфир ацетоуксусной кислоты – ацетоуксусный эфир. Ацетоуксусный эфир. CH 3 CCH 2 COC 2 H 5 OO Строение этого эфира долгое время не могли установить, так как он проявлял двойственную реакционную способность, причиной которой является кето- енольная таутомерия C H 3 C C H C O C 2 H 5 O H O CH 3 CCH 2 COC 2 H 5 OO Кетонная форма — 92. 5 % t кип = 78 º % содержание кетонных форм зависит от растворителя Енольная форма – 7. 5 % t кип = 44 º

88 Енольная форма стабилизируется за счет сопряжения двойной углерод-углеродной связи с карбонильной группой и88 Енольная форма стабилизируется за счет сопряжения двойной углерод-углеродной связи с карбонильной группой и образования внутримолекулярной водородной связи Ацетоуксусный эфир Как кетон ацетоуксусный эфир восстанавливается Н 2 до этилгидроксибутирата; присоединяет HCN, Na. HSO 3 с образованием соответственно циангидрина и гидросульфитного производного.

89  Как  енол  ацетоуксусный эфир мгновенно обесцвечивает раствор Вг 2 89 Как енол ацетоуксусный эфир мгновенно обесцвечивает раствор Вг 2 (реакция служит для количественного определения енола)Ацетоуксусный эфир с Fe Cl 3 , образует комплекс – интенсивного фиолетового окрашивания. C H 3 C C H C O C 2 H 5 O H O + C H 3 C C H C O C 2 H 5 O O F e C l Fe. Cl 3 — H C l Эта реакция характерна для енольных соединений и совершенно отсутствует у кетонов.

90 При добавлении избытка Fe. Cl 3  появляется фиолетовая окраска (реакция енола). 90 При добавлении избытка Fe. Cl 3 появляется фиолетовая окраска (реакция енола). При приливании Br 2 фиолетовый цвет исчезает, так комплекс разрушается, бром присоединяется по двойной связи, но появляется желтая окраска вследствие отщепления Fe. Cl 3 Через некоторое время окраска вновь постепенно появляется в результате превращения новых порций кетонной формы в енольную. Таутомерия ацетоуксусного эфира Реакции с бромом в присутствии Fe. Cl 3 используются для изучения скорости установления таутомерного равновесия.

91 Кето-енольная таутомерия Кнорр,  Людвиг  (2 декабря 1859 — 4 июня 192191 Кето-енольная таутомерия Кнорр, Людвиг (2 декабря 1859 — 4 июня 1921 года) — немецкий химик-органик. Учился (с 1878 г. ) в Мюнхенском, Гейдельбергском, Эрлангенском, Вюрцбургском университетах. Работал в Эрлангенском (1885 г. ), затем в Вюрцбургском университетах, с 1889 г. — профессор Йенского университета. Президент Немецкого химического общества (1915— 1916 г. ). Основные научные работы Людвига Кнорра посвящены изучению кето-енольной таутомерии и синтезам на основе ацетоуксусного эфира. Выделил (1911) обе формы этого соединения. Незадолго до смерти синтезировал Анальгин (метамизол натрия). Изучал (с 1889) строение алкалоидов — кодеина, морфина, тебаина.

92 Щавелевоуксусная кислота. HOC O CCCH 2 O OH O Щавелевоуксусная кислота является промежуточным92 Щавелевоуксусная кислота. HOC O CCCH 2 O OH O Щавелевоуксусная кислота является промежуточным соединением в цикле Кребса и глюконеогенезе. Она образуется при окислении яблочной кислоты. Далее ЩУК взаимодействует с ацетил-Ко. А, и превращается в лимонную кислоту2 — оксобутандиовая Относится одновременно к и — оксокислотам

93 Для щавелевоуксусной кислоты характерна кето-енольная таутомерия, причем енольная форма более устойчива. HOC O93 Для щавелевоуксусной кислоты характерна кето-енольная таутомерия, причем енольная форма более устойчива. HOC O CCCH 2 O OH O HOC O CCCH OH OH O Кето – форма 20% Енольная форма 80% Устойчивость енольной формы обусловлена более длинной цепью сопряжения. Щавелевоуксусная кислота, кето-енольная таутомерия

94α -оксоглутаровая кислота H O O C C H  2 C O O94α -оксоглутаровая кислота H O O C C H 2 C O O H C O 2 -оксопентандиовая кислота, α- кетоглутаровая кислота Ключевой продукт цикла Кребса, образуется в результате декарбоксилирования изолимонной кислоты.

95α -оксоглутаровая кислота -  предшественник глутаминовой кислоты 95α -оксоглутаровая кислота — предшественник глутаминовой кислоты

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса 96 Спектроскопия ядерного магнитного резонанса

ЯМР • Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) является наиболее мощным инструментом выяснения структуры органическихЯМР • Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) является наиболее мощным инструментом выяснения структуры органических веществ. • Она основана на магнитных свойствах ядер, имеющих спиновое квантовое число I , отличное от нуля. • Не обладают магнитным моментом ядра с четным числом протонов и нейтронов ( 12 С, 16 О , 32 S и др) • Ядра с нечетным числом обладают магнитным моментом ( 1 Н, 13 С 15 N, 31 P и др. )

В органической химии наибольшее распространение получили:  • Спектроскопия протонного магнитного  резонанса В органической химии наибольшее распространение получили: • Спектроскопия протонного магнитного резонанса (ПМР) с использованием ядер 1 Н (протонов) • В последнее время используют ядра 13 С 98 Ядро атома водорода состоит из одного протона. Этот протон вращается вокруг своей оси и представляет собой магнит.

 В отсутствие внешнего магнитного поля спины протонов ориентированы беспорядочно. 99 Но в магнитном В отсутствие внешнего магнитного поля спины протонов ориентированы беспорядочно. 99 Но в магнитном поле возможны лишь две ориентации спина, которые называются спиновыми состояниями.

 • При помещении вещества в сильное магнитное поле Н 0 ядра ориентируются вдоль • При помещении вещества в сильное магнитное поле Н 0 ядра ориентируются вдоль силовых линий. • Спиновые состояния, в которых магнитный момент (показан стрелкой) ориентирован по полю, имеют несколько меньшую энергию, чем те, которые – против поля. • Н 0 100 Эта энергетическая разница соответствует энергии фотона радиочастотного излучения

 • Под действием относительно  слабого переменного магнитного поля  радиочастотной области (40 • Под действием относительно слабого переменного магнитного поля радиочастотной области (40 -500 МГц) перпендикулярно силовым линиям поля Н 0 при определённой частоте происходит переориентация спинов ядер. Наблюдается явление резонанса. • Поглощение энергии регистрируется в виде резонансного пика.

Спектроскопия ЯМР • Атомы водорода в молекуле находятся в различном химическом окружении. Одни входятСпектроскопия ЯМР • Атомы водорода в молекуле находятся в различном химическом окружении. Одни входят в состав метильных групп, другие соединены с атомами кислорода или бензольным кольцом, третьи находятся рядом с двойными связями. Этой небольшой разницы в электронном окружении оказывается достаточно для изменения разности энергий между спиновыми состояниями. • Спектр ЯМР возникает как результат поглощения радиочастотного излучения веществом, находящимся в магнитном поле. • Спектроскопия ЯМР позволяет различить атомы водорода в молекуле, находящиеся в различном химическом окружении.

    Химический сдвиг в ЯМР • Зная , в какой области Химический сдвиг в ЯМР • Зная , в какой области спектра находятся пики поглощения тех или иных типов атомов водорода, можно сделать определённые выводы о структуре молекулы. 103 Резонансный сигнал протона каждого типа наблюдается при различных напряженностях магнитного поля. Разность между резонансными частотами определенного сигнала и сигнала стандартного вещества называется химическим сдвигом.

104 Стандартным веществом часто служит тетраметилсилан или ТМС. Положение сигналов протона ТМС принимается за104 Стандартным веществом часто служит тетраметилсилан или ТМС. Положение сигналов протона ТМС принимается за нулевую точку отсчёта.

Химический сдвиг в ЯМР • Шкала химических сдвигов называется шкалой δ.  • СдвигХимический сдвиг в ЯМР • Шкала химических сдвигов называется шкалой δ. • Сдвиг резонансной частоты Δν ( в герцах) зависит от напряженности приложенного поля Н 0 , но если его отнести к рабочей частоте прибора ν 0 , то он становится константой, измеряемой в миллионных долях (м. д. ) от частоты радиоизлучения • δ = 10 6 Δν / ν 0 105 Обычно все сигналы расположены в области 0 -10 м. д.

Спектры ЯМР • Правая часть спектра называется сильнопольной областью, а левая – слабопольной. ВСпектры ЯМР • Правая часть спектра называется сильнопольной областью, а левая – слабопольной. В спектрах ЯМР пики по традиции направлены вверх, а не вниз, как в ИК- спектрах.

107 ПМР-спектр этилового спирта. Спектры ЯМР 107 ПМР-спектр этилового спирта. Спектры ЯМР

Спектры ЯМР • Для интерпретации спектра и получения из него структурной информации имеют значенияСпектры ЯМР • Для интерпретации спектра и получения из него структурной информации имеют значения три типа спектральных параметров: • 1) Положение сигнала в δ шкале ( характеризует тип атома водорода) • 2) Площадь сигнала (характеризует число атомов водорода данного типа) • 3) Мультиплетность (форма ) сигнала ( характеризует число близко-расположенных атомов водорода других типов)

ЯМР в исследовании белков • Получение 3 D изображений молекул ЯМР в исследовании белков • Получение 3 D изображений молекул

Использование ЯМР в медицине Использование ЯМР в медицине

Метод ядерного магнитного резонанса • При воздействии на исследуемую область электромагнитным излучением определённой частоты,Метод ядерного магнитного резонанса • При воздействии на исследуемую область электромагнитным излучением определённой частоты, часть протонов поменяют свой магнитный момент на противоположный, а потом вернутся в исходное положение. При этом системой сбора данных томографа регистрируется выделение энергии во время «расслабления» , или релаксации предварительно возбужденных протонов.

МР-диффузия • Позволяет определять движение внутриклеточных молекул воды в тканях МР-диффузия • Позволяет определять движение внутриклеточных молекул воды в тканях

МР-перфузия  Метод позволяющий оценить прохождение крови через ткани организма. МР-перфузия Метод позволяющий оценить прохождение крови через ткани организма.

МР-ангиография • Метод получения изображения кровеносных сосудов при помощи магнитно-резонанс ного томографа.  МР-ангиография • Метод получения изображения кровеносных сосудов при помощи магнитно-резонанс ного томографа.

Другие виды МРТ:  • МР спектроскопия • Функциональная МРТ • МРТ термометрия Другие виды МРТ: • МР спектроскопия • Функциональная МРТ • МРТ термометрия

116 Спасибо за внимание! 116 Спасибо за внимание!