CNAA Comisia de atestare Comisia de acreditare Comisiile de experţi Dispoziţii, instrucţiuni Acte normative

PREGĂTIREA CADRELOR Nomenclator Instituţii Consilii Seminare Teze

POTENŢIALUL ŞTIINŢIFIC Conducători de doctorat Deţinători de grad Doctoranzi Postdoctoranzi

 română | русский | english

Recomandări metodice generale

Scopul studierii disciplinei „chimia bioorganică, chimia compuşilor naturali şi fiziologic activi” constă în familiarizarea competitorului de grad ştiinţific în domeniul respectiv cu realizările contemporane şi starea chimiei bioorganice, chimiei compuşilor naturali şi fiziologic activi, cît şi a chimiei organice moderne: teoria structurii compuşilor organici, stereochimia, principalele tipuri de reacţii în chimia organică şi mecanismele acestor reacţii, clasificarea compuşilor organici, proprietăţile lor, metodele de sinteză şi metodele de stabilire a structurii compuşilor organici, principalele grupe de metaboliţi primari ai celulei vii: proteine şi peptide (fermenţi, hormoni, rolul lor biologic), acizii nucleici (ADN şi ARN, replicaţia, transcripţia şi translarea, nucleozide şi necleotide, funcţiile); hidraţii de carbon (mono-, oligo- şi polizaharide, glicoproteine, glicozide, structura, metodele de sinteză, reprezentanţii mai importanţi, funcţiile biologice); lipide (structura, clasificarea, proprietăţile şi funcţia biologică, sinteza, membranele biologice). Metaboliţii secundari: steroide (clasificarea, structura, funcţiile biologice, sinteza); terpenoide (structura, clasificarea, proprietăţile, sinteza); alcaloizi (tipurile de bază, clasificarea, răspândirea în natură, proprietăţile, utilizarea practică); prostaglandine, tromboxani, leucotriene (structura, proprietăţile, funcţiile biologice). Regulatori biologici cu masă moleculară mică: vitamine (clasificarea, proprietăţile biologice, sinteza); antibiotice (structura, clasificarea, acţiunea biologică, sinteza compuşilor mai importanţi); regulatorii de creştere a plantelor (clasificarea tipurilor, proprietăţile, obţinerea pe cale sintetică), fitoncide (noţiune, exemple); feromoni (exemple, funcţiile biologice), pesticide (fungicide, insecticide, erbicide, exemple, activitatea biologică, sinteza); toxine (noţiuni generale, exemple, activitatea biologică).
Spectrul abilităţii profesionale: activitate ca cercetător ştiinţific în instituţiile şi laboratoarele chimice de profil biorganic şi organic, cât şi în instituţiile biologice, microbiologice, fiziologice şi de botanică; lucrul pedagogic în instituţiile superioare şi medii de învăţământ; specialist în domeniul farmaceuticii şi în tehnologiile de sinteză bioorganică fină, specialist pentru aşa domenii ale industriei alimentare ca industria zahărului, uleiurilor eterice, uleiului de floarea soarelui, industria tutunului, ş.a.

Conţinutul cursului

Bazele teoretice ale chimiei bioorganice

Cuvinte-cheie: legături chimice, stereochimie, conformaţie, compuşi optic activi, stare de tranziţie, solvatare, carbocationi, carbanioni, radicali liberi, substituţie nucleofilă, substituţie electrofilă, reacţii de eliminare, reacţii de adiţie, condensare aldolică, tautomerie, fotochimie.

1. Teoria electrochimică a legăturilor chimice, legătura covalentă, ionică, coordonativă, semipolară. Polaritatea legăturii covalente. Efectul inductiv. Deplasări de conjugare (mezomerie).
   Orbitali atomici şi de legătură. Metode de calcul aproximativ (metoda Huckel ş.a.).
   Teoria orbitalilor moleculari şi teoria legăturilor de valenţă. Principiul întrepătrunderii maxime a orbitalilor (concordanţa simetrică, integrala de întrepătrundere, disocierea nivelurilor de energie). Orbitalii în moleculele metanului, etanului, benzenului, ciclopropanului. Hibridizarea.
2. Stereochimia. Geometria moleculelor organice. Interacţiunea grupelor şi atomilor nelegaţi direct, raze Van der Waals.
   Conformaţia moleculelor organice. Rotaţia în jurul legăturilor, bariera de energie. Rolul stereochimiei factorilor polari. Influenţa efectelor de conjugare asupra conformaţiei. Nomenclatura conformerilor.
   Conformaţia etanului, butanului, ciclohexanului, şi mono-, bi-derivaţilor lui. Tensiunea angulară în sistemele ciclice. Teoria tensiunii în ciclu după A. Baezer. Alte tipuri de tensiune. Ciclioalcani cu inele medii şi acţiunea transanulară.
   Relaţii între conformaţie şi reactivitate. Factorul steric şi stereoelectronic asupra mersului reacţiei în diferite tipuri de reacţii.
   Structura spaţială a sistemelor nesaturate şi dienice. Nomenclatura E,Z- a izomerilor geometrici. Conformaţia dienelor. Izomeria atropică, noţiuni relative de confirmaţie şi configuraţie.
   Enantiometria. Noţiuni despre configuraţie. Elementele de simetrie a moleculelor. Asimetria şi chiralitatea. Grupele echivalente, enantiotopice şi diastereotopice. D,L- şi R,S-nomenclatura antipozilor optici.
   Metode de obţinere a compuşilor optic activi. Scindarea racemicilor, sinteze asimetrice. Noţiune despre atomul asimetric diferit de carbon. Amine chirale, săruri de amoniu, sulfoxide, săruri de sulfoniu. Alchene chirale. Determinarea configuraţiei relative şi absolute. Noţiuni despre dispersie optică rotatorie şi dicroism circular.
3. Teoria stării e tranziţie. Conceptul stării de tranziţie. Complexitatea reacţiilor în multe etape. Energia liberă de activare, entalpia şi entropia de activare. Cinetica reacţiilor simple, metodele experimentale de studiere a cineticii şi mecanismului reacţiilor.
4. Acizi şi baze. Determinarea acizilor şi bazelor în teoria disociaţiei electrolitice după J.P.Bronsted. Cataliza generală şi specifică prin acizi şi baze. Acizii Lewis.
5. Solvatare. procesul de dizolvare şi fenomenul lui fizic. Tipurile de solvatare. Clasificarea dizolvanţilor. Procesul de disociere a substanţelor dizolvate. Perechi de ioni de diferite tipuri, ionizarea. Metode experimentale ce dovedesc existenţa perechilor de ioni organici. Influenţa solvatării mersului reacţiilor chimice în diferiţi dizolvanţi şi echilibrului protolitic. Aciditatea şi bazicitatea substanţelor în soluţie ţi în stare gazoasă. Crown-esterii şi utilizarea lor.
6. Tipurile principale de intermediari. Carbocationilor. Formarea de carbocationi în soluţie (prin acţiunea acizilor tari, prin solvoliza tozilaţilor, halogenurilor, descompunerea aminelor) şi în fază gazoasă (mass-spectrometria). Structura carbocationilor, noţiune despre carbocationi neclasici după exemplul cationului de norbornil.
   Carbanionii. Aciditatea legăturii C-H. Reacţiile de bază a carbanionilor, regrupări anionice. Stabilizarea anionilor prin acţiunea ilidelor vecine sulfoniu, fosfoniu şi sulfoxoniu. Obţinerea lor şi tipurile de reacţii.
   Carbene. Structura lor electrolitică, starea singlet şi triplet a carbenelor. Metodele de generare a carbenelor.
   Radicali liberi. Metodele de formare a radicalilor liberi (des compuneri termice, fotochimice, radioliză). Tipurile de stabilizare a radicalilor liberi. Reacţiile radicalilor liberi. Reacţiile în lanţ a radicalilor. Polimerizarea, telomerizarea. Autooxidarea hidrocarburilor, eterilor, aldehidelor. Importanţa practică a acestor procese.
   
7. Reacţii de substituire nucleofilă. Mecanismul S 1 şi S 2, mecanismul perechilor de ioni. Asistenţă anchimetrică, accelerare sinantetică, participarea grupelor vecine, transpoziţiile substituţiei nucleofile.
8. Subsituţia electrofilă. Mecanismele substituţiei la atomul de carbon saturat S 2, S 1.
   Substituţia electrofilă în inelul aromatic. Tipurile de mecanisme (prin p- şi s-complecşi, adiţie eliminare). Orientarea: rolul efectelor sterice şi electronice. Substituţia electrofilă a altor grupe (afară de hidrogen). Tipurile de reacţii de substituţie electrofilă în inelul benzenic şi heterociclic, mecanismul şi cinetica.
   Efectul izotopic cinetic: primar, secundar.
9. Reacţii de eliminare. Mecanismul eliminării E1 şi E2. stereochimia reacţiilor de eliminare, condiţia stereochimică în eliminarea E2.
10. Reacţii de adiţie la legătura dublă. Adiţia electrofilă: electrofili tarişi slabi, mecanismul şi stereochimia reacţiilor de adiţie, regioselectivitatea adiţiei (regula Marcovnicov). Reacţia Michael. Reacţii de cianoetilare.
    Adiţia nucleofilă la legătura C=O. Tipurile de reacţii: adiţia bazelor, pseudoacizilor, compuşilor organometalici.
    Condensarea aldolică şi crotonică a aldehidelor şi cetonelor, mecanismele lor. Condensarea derivaţilor acizilor (de esteri, aciloinică).
    
11. Procese sincronizate. Regula Woodward-Hofmann, noţiune de diagrame corelative, teoria orbitalilor învecinaţi, metoda orbitalilor moleculari. Reacţii electrociclice, transpoziţii sigmatrope.
    Procesul conrotatoriu şi disrotatoriu de închidere a ciclului. Cicloadiţia, clasificarea, noţiune de cicloadiţie supra- şi antrifacială. Cicloadiţia [2+2] şi [2+4]. Cicloadiţie 1,3-dipolară.
12. Dublă reactivitate şi tautomeria. Corelaţia acestor noţiuni. Echilibrul cetonă-enol.
13. Fotochimia: absorbirea luminii de substanţe, stările singlet şi triplet, fluorescenţă, fosforescenţă, conversia intercombinată. Tipurile principale de reacţii fotochimice: disocierea legăturilor, cicloadiţia [2+2], reacţiile fotochimice a compuşilor carbonilici.
14. Utilizarea metodelor chimice de stabilire a structurii. Proprietăţile fizice a compuşilor organici. Relaţii proprietăţi de structură. Spectre de absorbţie ale moleculelor organice. Spectroscopie empirică în infraroşu, ultraviolet, rezonanţă magnetică electronică, rezonanţă magnetică nucleară, spectroscopia de masă, moment dipolar, spectroscopia electronică. Principiile fizice a metodelor şi utilizarea lor în chimia organică, posibilităţile fiecărei metode.

Aminoacizi, peptide, proteine

Cuvinte-cheie: aminoacizi, peptide, proteine, enzime, hormoni.

1. Aminoacizi. Nomenclatura, proprietăţile chimice, stereochimia.
2. Peptide. Peptide liniare şi ciclice. Peptide-antibiotice, chinine, toxine, ionofori. Neuropeptide. Sinteza chimică a peptidelor. Metodele de protejare a grupelor funcţionale şi formarea legăturilor peptidice. Sinteza peptidelor în fază solidă.
3. Proteine. Răspândirea. Rolul biologic. Complecşi proteici: glicoproteine, lipoproteine, nucleoproteine, cromo- şi metaloproteine. Determinarea conţinutului de aminoacizi în proteine. Structura primară a proteinelor. Fragmentarea chimică şi enzimatică a proteinelor. Determinarea grupelor marginale cu atomi de azot şi carbon. Degradarea prin metoda Edman. Determinarea numărului şi poziţiei legăturilor S-S. Metoda spectrometriei de masă de determinare a succesiunii aminoacizilor.
   Structura spaţială a peptidelor şi proteinelor. Legătura peptidică. Tipurile de interacţiune ce determină împachetarea catenei peptidice în spaţiu.
   Structuri secundare a peptidelor şi proteinelor a-spirală, b-strutura. Dicroismul şi dispersia ca metode de determinare a structurilor secundare a peptidelor şi proteinelor în soluţie. Structura terţiară a proteinelor.
   Structura cuaternară a proteinelor. Metodele de cercetare. Exemple. Proteine cu funcţie contractilă. Miosina.
   
4. Enzimele şi reacţiile enzimatice. Noţiuni de biocataliză. Activitatea catalitică a enzimelor. Cinetica reacţiilor enzimatice, viteza reacţiilor. Teoria Michaelis-Menten. Substrat şi inhibitor, tipurile inhibiţiilor.
   Centre active a enzimelor. Formarea unui compus între enzimă şi substrat. Grupele funcţionale a centrelor active a enzimelor pe exemplul chimotripsinei.
   Structura imunoglobulinelor, relaţii între structură şi funcţii. Complexul antigen-anticorp. Sistemul imun al organismului.
   Hormoni proteinopeptidici. Scleroproteine. Colagenul, elastina, fibroina, keratina.

Acizi nucleici şi nucleotide

Cuvinte-cheie: baze nucleice, nucleozide, mononucleotide, oligo- şi polinucleotide, structură primară, RNA, DNA.

1. Bazele nucleice, nucleozide, mononucleotide. Structura, proprietăţile fizice, reacţiile bazelor, monozaharidelor şi restului de acid fosforic.
2. Acidul adenosintrifosforic un acumulator de energie în celulă. Nucleozid-2,3-ciclofosfaţii. Rolul biologic al denosin-3,5-ciclofosfaţilor.
3. Structura primară a RNA şi DNA. Analiza conţinutului nucleotidic şi grupelor marginale. Metodele de stabilire a succesiunii nucleotidelor.
4. Metode de sinteză a oligo- şi polinucleotidelor (în soluţii şi stare solidă). Grupe de protejare. Utilizarea polimerilor RNA şi DNA. Liaze RNA şi DNA. RNA şi DNA şi funcţiile lor. Codul genetic. Structura secundară şi terţiară a acizilor nucleici. Replicarea şi transcripţia DNA. DNA-polimeraza. Noţiuni de inginerie genetică, clonare. Însemnătatea pentru biotehnologie. Nucleoproteidele.

Hidraţi de carbon

Cuvinte-cheie: monozaharide, centru anometric

1. Monozaharidele. Clasificarea şi nomenclatura. Aldoze şi cetoze. Formele liniare şi ciclice a monozaharidelor. Centrul anometric: stereochimia şi structura specifică.
2. Oligozaharide. Structura şi nomenclatura. Metodele de determinare a structurii oligozaharidelor: chimice, fizico-chimice, enzimatice. Oligozaharidele răspândite în regnul vegetal, zaharoza. Oligozaharidele laptelui.
3. Polizaharidele răspândite în vegetale: celuloza, amidonul (amilaza, amilopectina). Polizaharide răspândite în regnul animal: glicogenul, chitina. Funcţiile biologice a polizaharidelor.
4. Glicoproteinele şi proteoglicanii.> Structura catenei şi funcţiile biologice. Legăturile glicozidice a glicosfingolipidelor.
5. Enzimele de disociere şi sinteză a legăturii glicozidice . utilizarea lor în studierea structurii şi funcţiilor hidraţilor de carbon.

Lipide

1. Acizii din grăsimi (graşi). Clasificarea. Proprietăţile fizice şi chimice. Acidul palmitic, linolic, liolenic, oleic, arachidonic.
2. Lipide neutre (grăsimi). Ceruri. Fosfolipide. Sfingolipide, erebozide, gangliozide.

Membrane biologice

1. Structura moleculară a membranelor biologice. Modele de membrane. Citocrom P-450, sistem adenilatciclazic. Bazele transportului de membrană. Transportul metaboliţilor. Ionoforii. Valinomicina.
2. Modele de canal, gramicidina A.
3. Mediatori. Neurotoxinele ca inhibitori de aplicare a impulsului nervos. Noţiune de recepţie. Mirosul şi gustul. Sistem adenilatciclazic şi recepţia hormonilor. Colinoreceptor. Receptori ai sistemului imun.

Terpenoide

1. Monoterpenoide aciclice. Structura şi comportarea chimică a terpenoidelor aciclice. Ciclizarea terpoenoidelor aciclice. Reprezentanţii mai principali. Alcooli şi aldehide cu o singură legătură şi două duble legături (citronelolul, citronelatul, nerolul, geraniolul, citralul).
2. Terpenoide monociclice. Principalii reprezentanţi. Structura lor. Alcooli din grupa terpenoidelor monociclice (mentolul, a-terpinolul, izopulegolul). Cetone din grupa monoterpenoidelor monociclice (mentona, pulegona, carbona, piperitona).
3. Monoterpenoide biciclice. Clasificarea după scheletul lor. Grupe mai importante (grupa tuionului, carvonului, pinanului, bornanului, nerolidolul), biciclice şi triciclice (endesmolul, santonina), macrociclice (cariofilena, humulena, germacrona).
4. Azulene. Comportarea chimică.
5. Diterpenoide. Fitolul. Acidul abietic, levopimaric.
6. Triterpenoide. Squalenul. Terpenoide tetraciclice. Înrudirea cu steroidele. Lanosteronul.
7. Carotinele. Licopina. b-Carotina.

Bioregulatori

1. Hormoni steroizi. Biosinteza sterolilor din acizii mevalonic şi acetic. Transformările colecterolului în hormoni steroizi. Însemnătatea biologică a hormonilor steroizi. Hormoni sexuali: estradiolul, testosterona, progesterona. Hormoni corticosteroizi: cortizona, hidrocortizona, aldosterona. Sinteza totală a steroizilor. Estrona. Mecanismul de bază al acţiunii steroizilor. Ecdizoni şi brasinosteroizi.
2. Prostoglandine şi prostacicline. Tromboxani şi leucotrieni, structura lor, biosinteza din acidul arahidonic, importanţa biologică.
3. Bioregulatori. Feromoni, bambicol. Hormoni juvenili şi antijuvenili. Derivaţi ai acidului crizantemic. Erbicidele.
4. Vitaminele, rolul lor. Vitaminele ca coenzime, exemple: vitamine din seria A,B,C (cunoştinţe generale a structurii lor).
   Vitamina C: importanţa, sinteza chimică. Acidul nicotinic. Vitaminele A,E,K.
5. Regulatori de creştere a plantelor: acidul indolilacetic, auxine, gibereline, acidul abscisic. Structura şi importanţa biologică.
6. Antibiotice: penicilina, cefalosporina, tetraciclinele (structura şi acţiunea), clovamfenicolul (sinteza).
7. Alcaloizi. Nicotina, cocaina: structura, acţiunea biologică; chinina, stricnina, papaverina (noţiuni generale a structurii şi acţiunii).
   Alcaloizi derivaţie de la acidul lisergic. Narcoticele şi acţiunea lor: marijuana, morfina, heroina (noţiuni generale).
8. Adrenalina, nonadrenalina, catecolamina. Acetilcolina, pilocarpina. Toxine. Mitotoxine: aflatoxina, faloidina, amanitina, psilocibina. Veninul broaştelor, bufotoxine, batahotoxina. Noţiuni generale a structurii şi acţiunii lor.

Literatura de specialitate

1. C.D.Neniţescu. Chimie organică, vol.1. Bucureşti. 1966
2. C.D.Neniţescu. Chimie organică, vol.2. Bucureşti. 1968
3. James B. Hendrikson, Donald J.Cram, George S.Hammond. Chimie organică. Ed. ştiinţifică şi enciclopedică. Bucureşti-1976
4. Ю.А. Овчинников “Биорганическая химия” М., “Просвещение”, 1987.
5. Марч Джери. Органическая химия. Реакции, механизмы и структура в 4-х томах М., Мир-1987
6. Х. Беккер и др. Органикум в 2-х томах (перев. с немецк.) М. Мир.1992
7. Rabeja M., Rabeja C., Biochimia. Bucureşti-1979
8. Nomenclatura biochimiei. După regulile elaborate de Uniunea Internaţională de Chimie Pură şi Aplicată. Bucureşti-1984
9. Bioorganic Chemistry. Ed. By E.E. van Temelen. New York, Academic Press-1977
10. Bioregulators. Chemistry and Uses. Ed. by L.Ory, F.R.Rittig-ACS, Washington, D.C.-1984
11. The Chemistry of Natural Products. Ed. by R.H.Thomson
12. Д.Мецлер, Биохимия. М., Мир-1980
13. А.Уайт, Ф.Хендлер. Основы биохимии. М., Мир-1981
14. Э.Гросс, И.Майенхофер. Пептиды. М., Мир-1983
15. Р.П.Евстигнеева и др. Химия липидов. М., Химия.1983
16. Zeno Garban “Biochimie. Tratat comprenhensiv” v.1, Ediţia didactică şi pedagogică, Bucureşti, 1999.

Bibliografie suplimentară

1. Modern reaction in organic synthesis. Ed. by C.J.Timmons. New York-1970
2. Ж.Матье, Р.Панико. Курс теоретических основ органической химии. М. Мир-1973
3. Сайкс Питер. Механизмы реакций в органической химии. М. Химия.1991
4. В.М.Потапов. Стереохимия. М. Химия.1988
5. Джилкрист Р.Сторр. Органические реакции и орбитальная симметрия. М. Мир-1976
6. А.С.Днестровский, Т.И.Темникова. Теоретические основы органической химии. Л. Химия-1991
7. Surpătescu Gheorghe. Bazele teoretice ale reactivităţii chimice- Bucureşti-1992
8. Э.Илиел. Стереохимия соединений углерода. М. Мир-1965
9. N.Barbă, G.Dragalina, P.Vlad, Chimie organică. Chişinău, Ştiinţa-1997
10. А.А. Семенов. Очерк химии природных соединений, Новосибирск, Наука, 2000.
11. Г.А. Толстиков, М.С. Мифтахов и др.. Простагландины и их аналоги в репродукции животных и человека, БНЦ УрО АН СССР, 1989.
12. V.A. Khripach, V.N. Zhabinskii, A.E. de Groot. Brassinosteroids. A new class of plant hormones, San-Diego, London, New-York, Academic Press, 1999.
13. В.А. Хрипач, Ф.А. Лахвич, В.Н. Жабинский. Брассиностироиды. Минск, Наука и техника, 1993.
14. С.А. Блинкин, Т.В. Рудницкая. Фотонциды вокруг нас, М., Знание, 1981.

Specialitatea

02.00.10 – Chimie bioorganică; chimia compuşilor naturali şi fiziologic activi