Преподавател(и):

гл. ас. Кирил Кирилов  д-р

Описание на курса:

Компетенции:

1) знаят:

- Основни понятия от химията – атом, строеж на атома, химична връзка, свойства на химичните елементи и техните съединения;

- Понятия, свързани с основни химични закони, теории и хипотези, описващи различните видове химични реакции и процеси;

- Органичните съединения изграждащи живата природа.

- Ролята на функционалните групи и изомерите за превръщането на веществата в живата материя.

- Взаимовръзката между всички научни клонове на химичната наука и връзката с останалите природни науки;

2) могат:

Успешно завършилите курса студенти получават необходимите фундаментални познания по Химия

• умения да боравят с основна терминология в областта;

• използват придобитите знания в следващите образователни курсове.

Предварителни изисквания:
• знания по обща химия и биология от средния курс на обучение

Форми на провеждане:
Редовен

Учебни форми:
Лекция

Език, на който се води курса:
Български

Теми, които се разглеждат в курса:

1. Химията в центъра на природните науки. Материя и атоми. Важни понятия. a) Химията – природна наука. Значение b) Какво е материя? Свойства на материята. c) Таблицата на Менделеев - d) Метали, металоиди и неметали.
2. Структура на веществото. Атоми, йони и молекули. a) Строеж на атома. b) Електрони. Орбитали. c) Йони и йонни съединения d) Молекулни съединения e) Електроотрицателност.
3. Природа на химическата връзка. a) Електроотрицателност b) Йонна връзка. c) Метална връзка. d) Образуване на ковалентна връзка. i. атомни и молекулни орбитали. ii. припокриване и хибридизация. iii. сигма (? ) и пи (? ) връзки
4. Вода, водородни връзки и хидрофобни взаимодействия. Киселини, основи и буфери. a) Водата: животът на планетата; свойства на водата. b) Водородни връзки, солватация - хидратация. c) Водата като разтворител - d) Хидрофобни взаимодействия и структури. e) Мицели и липозоми. Приложение. f) Киселини и основи. g) Буферни разтвори.
5. Концентрации на веществата в разтвори и смеси. Киселини и основи. Буфери. a) Молекулна маса, мол, моларна и нормална концентрации - b) Киселини и основи - c) Полипротни киселини d) Спрегнати киселини и основи e) Равновесни константи
6. Семинар 1: Водата
7. Химични реакции: равновесни реакции. Реакции на утаяване. a) Разтваряне на електролити. b) Равновесни реакции. Р c) Принцип на Льо Шателие Браун d) Утаечни реакции. Произведение на разтворимост. e) Утаяване при биологични системи.
8. Окислително-редукционни процеси. a) Окислително-редукционни реакции b) Окислително число c) Ред на активност на металите d) Балансиране на редокс реакции - Задачи e) Галванични, горивни и електролизни клетки - б f) Примери за редокс-процеси в биологията. - никотинамид аденин динуклеотид NAD
9. Координационни съединения. a) Централен атом – координационно съединение, координационен комплекс. b) Лиганд – донор на електронна двойка c) Монодентатен, бидентатен и полидентатен лиганд d) Хелатен комплекс e) Реакции – заместване на лиганди f) Макроцикли и матричен (template) ефект g) Биологични комплекси – Хлорофил, хемоглобин, витамини
10. Химическа термодинамика. a) Термодинамичното състояние на системата зависи само от началното и крайното състояние. b) Посока на процесите в природата c) Енергия. Видове енергия. d) Първи принцип на термодинамиката. Енталпия. – мярка за съдържанието на енергия в дадена термодинамична система e) Ентропия. Втори принцип на термодинамиката - физична величина, която представлява мярка за безпорядъка на термодинамичните системи.
11. Химическа кинетика. a) Видове химически реакции - b) Скорост и механизъм на химическите реакции - c) Стълкновение /удар/ на реагентите. Активиращ комплекс. d) Скоростни уравнения. Порядък на реакцията. Реакции от първи порядък, многостепенни реакции e) Фактори, определящи скоростта на химическата реакция. f) Катализ. Ензимен катализ. Ензимите са биологични катализатори при който субстрата се „напасва“ към активния център на ензима така, както ключът в ключалката.
12. Органична химия: Алкани, алкени и алкини. a) Уникалност на въглеродния атом b) Източници на въглеводороди – природни продукти, изкопаеми горива. c) Видове въглеводороди: алифатни, ароматни и хетероциклични d) Алкани, алкени и алкини. Структура и физични свойства, изомеризация, конформация e) Алкани, алкени и алкини. Химични реакции. f) Циклоалкани, конформация
13. Органична химия: ароматни съединения. a) Критерии за ароматност – Молекулата да е с пръстенова форма, резонансна делокализация на p- електроните, участие в заместителни реакции b) Химични свойства на бензена – участие в реакции с електрофилно заместване, Окисление и редукция на ароматни съединения. c) Полициклични ароматни съединения – представени стероидни хормони d) Антиароматни и неароматни системи - затворени, спрегнати равнинни Системи с висока енергия в основно състояние; брой на делокализираните електрони:4n. Ароматни хетероциклични съединения - Пуринови и пиперидинови производни изграждащи ДНК
14. Семинар №2: Неорганична химия
15. Органична химия: алкохоли, феноли и етери. a) Класификация и номенклатура на алкохоли и феноли b) Физични свойства на алкохоли и феноли c) Киселинни свойства на алкохоли и феноли - Алкохолите и фенолите са слабо киселинни поради наличието на -OH група, която може да отдаде протон на база. Киселинността на алкохолите и фенолите се увеличава със способността за изтегляне на електрони на заместителя на бензеновия пръстен или въглеродния атом, към който е свързана групата -OH. d) Характерни реакции при алкохоли и феноли – взаимодействие с основи , получаване на соли. Алкохолите могат да реагират с киселини, за да образуват естери, реакция, наречена естерификация e) Етери. Коронни етери. Йонни канали - Етерите са органични съединения, които съдържат кислороден атом, свързан с два въглеродни атома чрез единични връзки. Общата формула за етери е ROR', където R и R' могат да бъдат еднакви или различни алкилови или арилни групи.
16. Органична химия: карбоксилни киселини и техни естери. a) Карбоксилни киселини, класификация и номенклатура - наименованието на дадена алканова киселина се образува съгласно общите правила: от съответния алкан със същия брой въглеродни атоми и с наставка-окончание „-ова” последвано от думата „киселина” . Класифицират се като наситени и не наситени. b) Физични свойства на карбоксилните киселини – Разтворимост на карбоксилните киселини, мазнини. c) Химични свойства- Дисоциация на карбоксилните киселини, резонансен ефект.
17. Органична химия: амини. a) Номенклатура и класификация- Първичните амини имат една алкилова или арилова група, свързана с азотния атом. Вторичните амини имат две, а третичните амини имат три. Амините също могат да бъдат класифицирани като алифатни (с линейна или разклонена верига от въглеродни атоми) или ароматни (с бензенов пръстен или друга ароматна пръстенна структура). b) Електронна структура. Водородни връзки c) Физични свойства d) Хирални форми. e) Базичност и нуклеофилност. f) Характерни реакции-
18. Приложения: хетероциклични амини, алкалоиди, хормони, комплекси, хемоглобин – известни със своята разнообразна биологична активност, включително използване като лекарства, отрови и психоактивни вещества
19. Органична химия: алдехиди и кетони. Карбонилният въглероден атом е в sp2 хибридно състояние и участва с трите си sp2 хибридни орбитали в образуването на 3 ? връзки. Нехибридизираната p орбитала с p орбиталата на кислородаобразува ? връзка. a) Карбонилна група. Структура и особености. b) Класификация и хомоложни редове. Изомерия. c) Структура и физични свойства - колкото по-полярна е молекулата, толкова по висока е температурата на кипене. Кетоните и алдехидите не образуват водородни връзки помежду си – по ниска температура на кипене от алкохолите. d) Нуклеофилно присъединяване - при нуклеофилно присъединяване отрицателната част на полярния реагент атакува карбонилния С атом, носител на частичен положителен товар ?+ e) Електрофилно присъединяване - карбонилната група е слабо базична. Киселините могат да взаимодействат със свободна електронна двойка от карбонилен кислород
20. Азот и кислород, съдържащи хетероциклени съединения Амините са важни функционални групи в биологични молекули като аминокиселини, протеини и нуклеинови киселини. Те също така имат важни индустриални приложения, включително като разтворители, хелатиращи агенти и прекурсори за фармацевтични продукти, багрила и други химикали. a) Синтез на протеин Амините са основни компоненти на аминокиселините, които са градивните елементи на протеините b) Невротрансмитери - помагат за регулиране на настроението, поведението и други физиологични процеси c) Хормони-играят важна роля в регулирането на кръвното налягане, сърдечната честота и други физиологични процеси. d) Ензими участват в структурата и функцията на много ензими, e) Метаболизъм - Амините участват в метаболизма на много съединения в тялото, включително невротрансмитери, хормони и лекарства.
21. Обзор по важни теми от „органична химия“ (лекции № 11-16).
22. Семинар 2
23. Природни съединения: аминокиселини и белтъци. a) Жива материя и биосистеми. Видове и функции - Основни класове биоорганични молекули b) Аминокиселини. Строеж и свойства - съставени от: карбоксилна група, амино група и странична група r. Страничната група е свързана с алфа-въглеродния атом. Страничната група е уникална за всяка аминокиселина. c) Белтъци /протеини/. Структура – Първична, вторична, субвторична, третична и четвъртична организация на протеиновата верига. d) Белтъци /протеини/. Функции -Ензимна, структурна, имунна
24. Природни съединения: въглехидрати. a) Фотосинтез и въглехидрати - най-важният от всички процеси, протичащи в живата природа, при който неорганичният въглерод (co2) се превръща във въглехидрат и след това в други съединения. b) Монозахариди - глюкоза, фруктоза -структура и химични свойства, основен източник на енергия в клетката. c) Дизахариди – захароза, малтоза, лактоза. Изомери и значение d) Ацидолиза, атф - разграждането на гликозата до пирогроздена киселина се нарича гликолиза. Гликолизата е двуфазов процес: фаза на влагане на енергия и фаза на отделяне на енергиягоривото на клетките. Катаболизъм, e) Целулоза - целулозата е най-разпространеният биополимер, целулозата е напълно Биоразградима и това я прави особено важен материал от гледище на Екологията. f) Циклодекстрин
25. Природни съединения: липиди. мастни киселини,триацилглицероли, фосфо-липиди, гликолипиди (сфинго-липиди), стероли (напр. холестерол), изопреноиди, мастно-разтворими витамини и др. a) Липиди. Класификация. – неосапуняващи и осапуняващи. b) Мастни киселини. Хидрофобно взаимодействие. – с дължина на веригата и количество двойни връзки. Обикновено се състоят от въглеродна верига от 4 до 30 въглеродни атома c) Триглицериди. Мазнини, които съхраняват енергия: Най-често срещаните мазнини са депа на енергия. Те не са част от структурата на клетъчните мембрани. d) Фосфолипиди - съединения на алкохола глицерол или сфингозин с висшите мастни киселини и фосфорната киселина. e) Восъци. Естери на висши монокарбоксилови киселини с висши едновалентни алкохоли; изпълняват предимно защитни функции f) Каротеноиди. - пигменти, които имат свойството да поглъщат светлината. Витамин А g) Клетъчна мембрана. Фосфолипиди изграждащи клетъчната мембрана.
26. Природни съединения: ДНК и РНК a) Структурни единици при полинуклеиновите киселини. -нуклеотидите са свързани чрез фосфорна диестерна връзка. ДНК е натоварена отрицателно поради свързващата фосфорна връзка. b) ДНК и РНК: структурни разлики. – Рибоза и дезокси рибоза c) ДНК: структури; нарастване на веригата; репликация. 5‘ - 3‘ фосфодиестерна връзка. d) Генетичен код: централна догма: синтез на протеини- образуване на пептидната връзка, Нуклеофилна реакция e) РНК ваксини
27. Обзор по важни теми от „природни съединения“. (лекции №№ 17-21).
28. Синтетични полимери. „Гигантски“ молекули, наречени още макромолекули. Те се образуват от малки единици, наречени мономери a) Полимер, полимеризация, характеристики b) Конфигурация и тактност c) Полидисперсност, молекулна маса, разпределение по молекулни маси. d) Полимеризация- процес, при който голям брой молекули, съдържащи двойна връзка или циклична група се присъединяват многократно и се свързват в дълги вериги до макромолекули. Полиетилен, полипропилен, полистирен, поли-метилметакрилат, полиетиленгликоли. Поликондензация: реакция на степенно образуване на полимери, при които макромоле-кулите се образуват чрез отделяне на нискомолекулни съединения /вода, алкохол/ от би- или полифункционални съединения. Полиетилентерефталат. e) Съполимери - полимерната верига е изградена от различни мономери f) Разтвори на полимерите – етапи при разтварянето на полимери. Бадимол
29. Слаби взаимодействия: водородна връзка. Водородна връзка: структура, междумолекулна и вътрешномолекулна a) Водородна връзка и физични свойства : Алкохоли и феноли, карбоксилни киселини, алдехиди и кетони, амини b) Водородни връзки при биомакромолекулите: Протеини, фосфолипиди, целулоза c) ДНК спирала – Роля на водородните връзки при нуклеиновите киселини
30. Нековалентни кооперативни взаимодействия. Полимери в наномедицината. a) Кооперативни взаимодействия b) Полимери, реагиращи на стимул c) Термочувствителни полимери: полиакриламиди и полиетери d) Блокови съполимери. Полимерни наноносители e) Наномедицина чрез кооперативни взаимодействия.

Литература по темите:

Обща и неорганична химия / Добри Лазаров

УИ "Св. Климент Охридски"

Chemistry for the biosciences : The essential concepts / Jonathan Crowe, Tony Bradshaw, Paul Monk., Oxford New York : Oxford University Press , 2006/.ISBN 9780199280971

Допълнителна литература:

1. Неорганична химия / Добри Лазаров

2. Органична химия / Галин Петров

3. Обща химия / Елена Киркова

4. Лабораторни упражнения и задачи по неорганична химия / Румяна Дафинова и др.

5. Химия : Наръчник на ученика / Добри Лазаров, Евгени Головински

6. Principles of Chemistry in Biology: A Teaching Companion (An American Chemical Society Publication)