Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Участвующие в процессах жизнедеятельности


Подавляющее большинство органических веществ, участвующих в процессах метаболизма, представляют собой соединения с двумя и более функциональными группами. Такие соединения принято классифицировать следующим образом:

1) полифункциональные, содержащие одинаковые функциональные группы, например: этиленгликоль СН2ОН – СН2ОН, гидрохинон НО– –ОН, щавелевая кислота НООС–СООН;

2) гетерофункциональные, содержащие различные функциональные группы, например: коламин СН2ОН–CH2NH2, п-аминобензойная кислота H2N– –СООН, пировиноградная кислота СН3–С(О) –СООН;

3) гетерополифункциональные, например: различные моносахариды, яблочная кислота

НООС–СН(ОН) –СН2-СООН.

Наличие нескольких функциональных групп в молекуле оказывает значительное влияние на химические свойства соединения, приводя, с одной стороны, к усилению или ослаблениию реакционной способности соединений, а с другой – к появлению нехарактерных для монофункциональных соединений специфических свойств. Последние являются наиболее важными для обеспечения биологических функций, выполняемых этими веществами в организме.

Кислотно-основные свойства. Выполняется общая закономерность: наличие в молекуле групп ОН, SH, СООН приводит к усилению ее кислотных свойств, а аминогрупп NH2, NH – к усилению основных свойств. Кроме того, наличие дополнительной электроноакцепторной группы вблизи кислотного центра влечет за собой повышение кислотности соединения. Так, этиленгликоль СН2ОН–СН2ОН проявляет более сильные кислотные свойства по сравнению с этанолом СН3–СН2ОН; щавелевая кислота НООС–СООН является более сильной кислотой, чем уксусная СН3–СООН, а молочная кислота СН3–СН(ОН) –СООН – более сильной, чем пропановая СН3–СН2–СООН.

Во всех перечисленных случаях отрицательный индуктивный эффект заместителей (-I-эффект) вблизи групп ОН и СООН обусловливает значительную поляризацию связи О–Н и легкость отщепления протона, т. е. усиление кислотных свойств. Аналогично, замена метильной группы СН3 в ацетамиде на аминогруппу в карбамиде (мочевине):



приводит к усилению основных свойств, что можно проиллюстрировать реакцией с соляной кислотой (образуется соль – гидрохлорид мочевины):

Еще более сильные по сравнению с карбамидом основные свойства проявляет гуанидин:

NH

NH2–C–NH2

Наконец, наличие в молекуле различных по кислотно-основным свойствам функциональных групп обусловливает амфотерные свойства соединений. Предельным случаем является полный перенос протона от кислотного центра к основному, например в a-аминокислотах, которые в кристаллическом состоянии, а так же в нейтральном водном растворе существуют в форме цвиттер-иона (биполярного иона, внутренней соли): H3N+–CH(R) –COO.

Нуклеофильно-электрофильные свойства. Выполняется общая закономерность, а именно: наличие электроноакцепторного заместителя (-I-эффект) облегчает протекание нуклеофильных реакций и затрудняет протекание электрофильных реакций. Так, в присутствии карбоксильной группы атом галогена, например в a- галогенкарбоновых кислотах, легко замещается не только на гидроксильную группу (при взаимодействии со щелочами), но и на аминогруппу (при взаимодействии с аммиаком):

R-CH-COOH + 3NH3 ® R-CH-COONH4 + NH4C1

Cl NH2

Приведенная реакция протекает по механизму SN, давая соли a-аминокислот.

В a,b-ненасыщенных карбоновых кислотах близость электроноакцептора (карбоксильной группы) приводит к протеканию реакций присоединения по двойной С-С связи по нуклеофильному (AN) механизму; реакции же электрофильного присоединения затруднены.

Реакции циклизации. Относятся к специфическим реакциям гетерофункциональных соединений и могут протекать как внутримолекулярно, так и межмолекулярно в зависимости от удаленности функциональных групп друг от друга.

Внутримолекулярная циклизация. Выполняется общая закономерность: реакции характерны для гетерофункциональных соединений с g- и d-положением функциональных групп. Нуклеофильный и электрофильный реакционные центры находятся внутри одной молекулы и оказываются сближенными в пространстве за счет существования молекулы в «свернутой» (клешневидной) конформации.

В результате реакций внутримолекулярной циклизации могут образоваться циклические полуацетали из альдегидоспиртов по механизму AN:

 
 

 


циклические эфиры – лактоны – из гидроксикислот по механизму SN с участием sр2-гибридизованного атома углерода

 

 

циклические амиды – лактамы – из аминокислот по механизму SN с участием sр2-гибридизованного атома углерода:

 

 

Реакции идут самопроизвольно уже при незначительном наггревании. Образующиеся циклические продукты подвергаются гидролизу в кислой и щелочной среде с образованием соответствующих солей.

Межмолекулярная циклизация. Выполняется общая закономерность: реакции характерны для замещенных кислот, проходят по механизму межмолекулярного элиминирования и сопровождаются образованием устойчивых шестичленных циклов – циклических диэфиров – лактидов из a-гидроксикислот; например, образование лактида молочной кислоты или циклических диамидов – дикетопиперазидов из a-аминокислот:

 

 


Реакции комплексообразования. Выполняется общая закономер­ность: поли- и гетерофункциональные соединения с a-положением функциональной группы выступают в роли бидентатных или полидентатных лигандов при взаимодействии с ионами переходных металлов с образованием внутрикомплексных соединений – хелатов.

Реакции хелатообразования являются специфическим свойством поли- и гетерофункциональных соединений; чрезвычайно широко распространены и играют существенную роль в процессах метаболизма. Один из примеров – образование внутрикомплексной соли – глицината меди – при взаимодействии в растворе амино-уксусной кислоты с солями меди(П):

Хелаты представляют собой устойчивые циклические комплекс­ные соединения. Большинство ионов биометаллов в организме находятся в виде хелатных комплексов с органическими биолигандами. Одним из примеров таких соединений является гемовая структура (гем), представленная на рисунке.



Многоатомные спирты.

В соответствии с числом гидроксильных групп, входящих в их состав, различают одноатомные, двухатомные и т. д. спирты. Двухатомные спирты, т. е. спирты, содержащие две гидроксильные группы, носят общее название диолы, или гликоли. Трехатомные спирты называют триолами, или глицеринами; спирты с большим числом гидроксильных групп носят общее название полиолы.

Простейшие и наиболее важные представители диолов и триолов – этиленгликоль и глицерин соответственно.

Многоатомные спирты обладают большей кислотностью по сравнению с одноатомными, что является следствием - I- эффекта одной гидроксильной группы по отношению к другой. Многоатомные спирты по свойствам в значительной степени напоминают одноатомные. Гидроксильные группы в них могут первичными, вторичными и третичными, причем в реакции может вступать одна или несколько гидроксильных групп. Многоатомные спирты с гидроксидами некоторых тяжелых металлов в щелочной среде образуют внутрикомплексные (хелатные) соединения, имеющие характерное окрашивание. В частности, при взаимодействии с гидроксидом меди(II) возникает интенсивное синее окрашивание.

Дегидратация этиленгликоля в специальных условиях приво­дит к макроциклическим полиэфирам, так называемым к р а у н - э ф и р а м. Краун-эфиры весьма перспективные комплексообразователи, своеобразные ловушки катионов. В определенной сте­пени они моделируют действие некоторых веществ (например, антибиотика пептидной природы валиномицина), облегчающих транспорт ионов через клеточные мембраны. Примером может служить полиэфир 18-краун-6, образующий прочный комплекс с ионом калия.

Примерами многоатомных спиртов высшей атомности служат пентиты и гекситы – соответственно пяти- и шестиатомные спирты с открытой цепью. Накопление гидроксильных групп в молекуле ведет к появлению сладкого вкуса.

Представители пентитов и гекситов – ксилит и сорбит – заменители сахара для больных диабетом. Инозиты – шестиатомные спирты циклогексанового ряда. В связи с наличием асимметрических атомов углерода у инозита существует несколько стереоизомеров.

 

Справа приведена кресловидная информация мезоинозита (в которой пять из шести гидроксильных групп находятся в экваториальном положении).

Мезоинозит относится к витаминоподобным соединениям (витамины группы В) и является структурным компонентом сложных липидов. В растениях широко распространена фитиновая кислота, представляющая собой гексафосфат мезоинозита. Ее кальциевая или смешанная кальций магниевая соль, называемая фитином, стимулирует кроветворение, улучшает нервную деятельность при заболеваниях, связанных с недостатком фосфора в организме.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Органических соединений | Дикарбоновые и ненасыщенные карбоновые кислоты

Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 287; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:

  1. Б. Ферменты, применяемые преимущественно при гнойно-некро­тических процессах
  2. В процессах сильного и электромагнитного взаимодействий четность сохраняется: в этом заключается закон сохранения четности.
  3. В различных обратимых и необратимых процессах.
  4. Возможные пути регулирования жизнедеятельности микроорганизмов при хранении пищевых продуктов
  5. Возникновение клеточных организмов. Особенности строения и жизнедеятельности прокариотической клетки.
  6. Вопрос 1. Диагностика кризисов в процессах управления.
  7. Вопрос 3.Общее понятие о легисакционном,формулярном и экстраординарном процессах.
  8. Вычисление изменения энтропии в изотермических процессах.
  9. Вычисление изменения энтропии в необратимых процессах.
  10. Государственное регулирование кризисных ситуаций. Участие государства в процессах финансового оздоровления.
  11. Жизнедеятельности
  12. Изменение энтропии в изопроцессах

studopedia.su - Студопедия (2013 - 2021) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.004 сек.