Глюкоза – самый распространенный природный сахарид. Конфигурация и конформация молекулы α- и β- D-глюкопиранозы. Промышленные способы получения глюкозы и ее применение. Аскорбиновая кислота (витамин С). Стадии химического и биохимического промышленного производства витамина С.
β- D-Маннопираноза, нахождение ее в природе. Конфигурация и конформация ее молекулы. D-Галактоза. Восстановление галактозы до дульцита и ее окисление до слизевой кислоты. β- D-Фруктофураноза, нахождение ее в природе. Восстановление фруктозы до D-маннита и D-сорбита.
Дисахариды. Восстанавливающие и невосстанавливающие биозы. Методы установления строения дисахаридов. Сахароза, распространение ее в природе и промышленное производство. Строение молекулы сахарозы. Инвертированный сахар. Карамель. Мальтоза (солодовый сахар), нахождение ее в природе и строение ее молекулы. Реакции, подтверждающие, что мальтоза является восстанавливающей биозой. Целлобиоза, строение ее молекулы. Лактоза (молочный сахар), нахождение в природе и ее строение. Гликозиды биоз.
Полисахариды (гликаны) – источник энергии и структурные элементы организмов. Гомогликаны и гетерогликаны. Крахмал, нахождение в природе и способы его промышленного получения. Ферментативный и кислотный гидролиз крахмала. Декстраны и их применение. Гидролиз крахмала с помощь. Иммобилизованных ферментов. Строение крахмала. Амилоза и амилопектин, строение их макромолекул. α-(1→4) и α-(1→6) связи. Промышленное производство фруктозно-глюкозного сиропа из крахмала. Гликоген, строение его макромолекулы и биологическое значение.
Целлюлоза (клетчатка) – основной структурный элемент растений. Физические свойства целлюлозы, строение его макромолекул. Гидролиз целлюлозы. Целлюлозно-бумажная промышленность. Получение из целлюлозы фибры. Простые и сложные эфиры целлюлозы. Оксиэтиловый, карбоксиловый и карбоксиэтиловый эфиры целлюлозы; их промышленное производство и применение. Нитроцеллюлоза. Коллоксилин, его строение и применение в производстве нитрошелка. Тринитроцеллюлоза – пироксилин. Ацетатный т аммиачный шелк. Ксантогенатный способ промышленного производства вискозного шелка.
Природные полиозы – хитин, пектины, камеди, маннаны и гиалуровая кислота. Распространение в природе и строение их макромолекул. Гликопротеиды и связь их с группами крови человека. Спиртовое брожение. Стадии спиртового брожения, значение аденозинтрифосфата и кофермента – никотинамидадениндинуклеотида.
Альдопентозы D-ряда – ксилоза, арабиноза, рибоза и ликсоза, строение их молекул. Пентозаны и их гидролиз. 2-Дезоксирибоза и рибоза – структурные элементы, ДНК и РНК. Промышленное получение фурфурола из альдопентоз и ксилата из D-ксилозы. Тетрозы. Синтез энантиомеров эритрозы и треозы из энантиомеров глицеринового альдегида. Окисление энантиомерных эритроз до мезовинной кислоты, а энантиомерных треоз – до виноградной кислоты.
Фотосинтез. Световая и темновая стадии фотосинтеза. Цикл Кельвина.
Тема 21. Аминокислоты и белки.
I. Аминокислоты
Классификация и номенклатура аминокислот. Синтез α-аминокислот. Метод Габриэля. Химизм реакции образования α-аминокислот из карбонильных соединений, цианида натрия и хлористого аммония. Получение α-аминокислот из циангидринов. Восстановительное аминирование α-кетокислот. Синтез α-аминокислот из малонового эфира и из ацетоуксусного эфира. Азлактонный метод синтеза α-аминокислот. Промышленное производство метионина. Получение β-аминокислот из α, β-непредельных кислот по методу Родионова. Промышленный способ получения ε-аминокапроновой кислоты. Выделение α-аминокислот из продуктов гидролиза белков.
Физические свойства аминокислот. Биполярная (цвиттер-ионная) структура аминокислот. Реакция аминокислот с сильными основаниями и с сильными кислотами. Изоэлектрическая точка. Реакции аминокислот по аминогруппе. Алкилирование аминокислот. Бетаин, получение и строение. Ацилирование аминокислот. Гиппуровая кислота. Комплексное строение медных солей α-аминокислот. Сложные эфиры, амиды и галогеноангидриды аминокислот. Превращения при нагревании: α-аминокислот в дикетопиперазины; β-аминокислот в α, β-непредельные кислоты; γ- и δ-аминокислот в лактамы. Капролактам и синтетическое волокно капрон.
Стереохимия α-аминокислот. Превращения α-аминокислот в природных условиях под влиянием микроорганизмов: Валина – в изопентиламин; орнитина – в путресцин; лизина – в кадаверин; лейцина – в изоамиловый спирт.
Алифатические диазосоединения. Получение диазометана из N-нитрозометилмочевины; химизм реакции. Физические свойства диазометана. Строение молекулы диазометана. Реакция диазометана с карбоновыми кислотами и фенолами. Термолиз и фотолиз диазометана. Взаимодействие диазометана с олефинами. Получение диазоуксусного эфира из эфира глицина. Взаимодействие диазоуксусного эфира с водой и галогеноводородами.
II. Полипептиды
Олигопептиды и полипептиды. Строение полипептидов. Пептидная связь. Номенклатура полипептидов. Изомерия полипептидов. Методы синтеза пептидов. Твердофазный пептидный синтез. Защита аминогруппы и активирование карбоксильной группы α-аминокислот. Биуретовая реакция. Природные пептиды – гормоны окситоцин и вазопрессин. Пантотеновая кислота.
III. Белковые вещества
Полипептидная теория строения белков (Э.Фишер). Протеины и протеиды. Методы выделения индивидуальных белков. Гидролиз белков. Молекулярная масса белков. Физические свойства белков. Обратимое и необратимое высаживание белков. Обратимое и необратимое высаживание белков из коллоидных растворов. Денатурация белков. Качественные реакции на белки: биуретовая, ксантопротеиновая и нингидринная.
Функции белков в живых организмах. Многообразие белков. Первичная структура белков. N-Концеая и С-концевая аминокислоты. Фенилизоцианатный метод установления аминокислотной последовательности (Эдман). Аминокислотные анализаторы. Вторичная структура белков. α-Спираль и складчатые структуры. Водородные связи в белковых молекулах. Третичная и четвертичная структуры белков. Глобулярные и фибриллярные белки.
Ферменты – высокоспециализированные природные катализаторы биохимических процессов. Белки как необходимый компонент пищи. Незаменимые аминокислоты. Натуральные шелк и шерсть. Изготовление кож. Коллаген. Казеин молока. Биотехнологические методы получения белково-витаминного концентрата. Синтетические полиамидные волокна : капрон, найлон, энант.
Циклические гетеродентные пептиды – депсипептиды. Антибиотик валиномицин.
Тема 22. Производные угольной кислоты и соединения циана.
Хлоругольная кислота и ее эфиры. Фосген, способ получения и его свойства. Гидролиз фосгена. Карбаминовая кислота и ее эфиры (уретаны). Получение уретанов из изоцианатов и спиртов. Гидролиз уретанов (Курциус). N-Алкил- и N-нитрозоуретаны. Физиологические свойства уретанов. Эйфорин. Карбамид (мочевина). Мочевина – продукт метаболизма белков в организме. Содержание мочевины в моче. Синтез мочевины Велером. Промышленное получение карбамида из диоксида углерода и аммиака, а также из цианамида. Синтез N, N-дизамещенной мочевины из первичного амина и фосгена. Химизм реакции. Физические свойства мочевины. Гидролиз мочевины. Действие на мочевину азотистой кислоты. Промышленное получение из мочевины гидразина.
Биурет, химизм реакции его образования. Биуретовая реакция . N-Ацилпроизводные мочевины – уреиды, механизм реакции их образования. Циклические уреиды. Оксалилмочевина – парабановая кислота. Конденсация мочевины с малоновым эфиром. Бабритуровая кислота. Производные барбитуровой кислоты. Физиологические действие бурбитуратов. Фенобарбитал, веронал, пентобарбитал. Производство мочевиноформальдегидных смол (аминопластов). Клатратные соединения карбамида с парафинами нормального строения и их техническое применение. Мочевина – азотистое удобрение и добавка в корм жвачных животных.
Сероуглерод, получение и физические свойства. Ксантогеновые кислоты и ксантогенаты. Разложение ксантогенатов кислотами. Получение из ксантогенатов сложных эфиров дитиоугольной кислоты и их пиролиз (Чугаев).
Тиомочевина. Гуанидин. Получение мочевины, тиомочевины и гуанидина из цианамида. Семикарбазид и тиосемикарбазид.
Соединения циана. Дициан, получение и физические свойства. Гидролиз дициана. Цианистый водород. Окислительный аммонолиз метана – промышленный метод получения синильной кислоты. Получение цианистого водорода из оксида углерода и аммиака. Соли синильной кислоты. Получение цианида натрия из аммиака, натрия и угля. Цианид кальция. Физические свойства синильной кислоты. Галогеноцианы. Бромциан, получение и свойства. Циагамид. Цианамид натрия и кальция.
Циановая, изоциановая, тиоциановая и изотиоциановая кислоты. Соли и эфиры этих кислот и их взаимные превращения. Аллилгорчичное масло. Диизоцианаты, получение их из фосгена и диаминов. Конденсация диизоцианатов с диолами. Промышленное производство полиуретанов.
Циануровая и изоциануровая кислоты. Получение циануровой кислоты из мочевины. Хлористый цианур. Меламин. Промышленное получение меламина из цианамида и его конденсация с формальдегидом. Производство карбамидных смол.
Тема 23. Алициклические (карбоциклические) соединения.
1. Циклоалканы. Классификация и номенклатура. Изомерия циклов. Изомерия строения заместителей и их взаимного положения в цикле. Нафтены. Нафтеновые нефти – природный источник нафтенов.