Гетерофункциональные органические соединения

СРС Подготовил: Ержан Бейбарыс Проверила: Сауле Муратовна Группа:215 Тема: Гетерофункциональные органические соединения

Общая характерист ика • Большинство веществ, участвующих в метаболизме, являются гетеро-функциональными соединениями. • Гетеро-функциональными называют соединения, в молекулах которых имеются различные функциональные группы. • Характерные для биологически важных соединений сочетания функциональных групп представлены в таблице

• Среди гетеро- функциональных соединений в природных объектах наиболее распространены аминоспирты, аминокислоты,гидрокси- карбонильные соединения, а также гидрокси- и оксокислоты • Некоторые гидрокси- и оксокислоты и их производные

• Для Ди- и трикарбоновых кислот - при участии всех карбоксильных групп. Для неполных солей и функциональных производных добавляется префикс гидр(о)-, например «гидроксалат» для аниона НООС-СОО-. • В ароматическом ряду основу важных природных биологически активных соединений и синтетических лекарственных средств (см. 9.3) составляют и- аминофенол, и-аминобензойная, салициловая и сульфаниловая кислоты. • Систематические названия гетеро-функциональных соединений строятся по общим правилам заместительной номенклатуры. Однако для ряда широко распространенных кислот предпочтительны тривиальные названия. Их латинские названия служат основой названия анионов и производных кислот, которые часто не совпадают с русскими тривиальными названиями.

• Молочная кислота • известна как продукт молочнокислого брожения лактозы, содержащейся в молоке, и других углеводов, входящих в состав овощей и плодов. • В организме L-(+)-молочная кислота является одним из продуктов превращения глюкозы (гликолиза). Она накапливается в мышцах при интенсивной работе, вследствие чего в них возникает характерная боль. Причина накопления молочной кислоты - недостаток • кислорода, что вызывает восстановление пировиноградной кислоты с участием НАДН в молочную.

• Яблочная кислота • в значительных количествах содержится в незрелых яблоках, рябине, фруктовых соках. В организме l-яблочная кислота образуется путем гидратации-фумаровой кислоты.

• Лимонная кислота • содержится в плодах цитрусовых (лимоны, апельсины), винограде, крыжовнике, а также в листьях табака. • Биосинтез лимонной кислоты происходит по типу альдольной конденсации из щавелевоуксусной кислоты и ацетилкофермента А • При последующей дегидратации лимонной кислоты как β- гидроксикарбоновой кислоты получается цис-аконитовая кислота, которая далее гидратируется с образованием изолимонной кислоты

• Винные кислоты - представители дигидроксидикарбоновых кислот, содержат два асимметрических атома углерода и поэтому должны были бы существовать в виде четырех стереоизомеров, но в действительности известны три стереоизомера . • D-(+)-Винная кислота, или обыкновенная винная кислота, известна под названием виннокаменной кислоты. Она содержится в ви- нограде, рябине. Кислая калиевая соль трудно растворима в воде. Она осаждается в винных бочках в виде так называемого винного камня. При нейтрализации этой соли гидроксидом натрия образуется смешанная калиево-натриевая соль. Действием на нее гидроксида меди(II) в щелочной среде получают жидкость Фелинга - реактив для обнаружения альдегидной группы . • L-(-)-Винная кислота в очень небольшом количестве содержится в виноградных винах. длительном • Мезовинная кислота в природе не встречается; она частично образуется при •  нагревании в щелочном растворе любого из ее стереоизомеров. • Виноградная кислота  представляет собой рацемат d- и l-винных кислот, оптической активностью не обладает и отличается по физическим свойствам от индивидуальных энантиомеров.

• Аминоспирты • Аминоспиртами  называют соединения, содержащие в молекуле одновременно амино - и гидроксигруппы. • Эти две функциональные группы непрочно удерживаются у одного атома углерода, в результате чего происходит отщепление аммиака или воды. Простейшим представителем аминоспиртов является 2-аминоэтанол - соединение, в котором обе группы расположены у соседних атомов углерода. 2-Аминоэтанол (тривиальное название коламин) является структурным компонентом сложных липидов - фосфатидилэтаноламинов  • С сильными кислотами 2-аминоэтанол образует устойчивые соли. • α-Аминоспирты получают присоединением аммиака и аминов к эпоксидам, для синтеза других аминоспиртов используют стандартные синтетические методы введения амино- и гидроксильной групп. Для аминоспиртов характерны реакции как спиртов, так и аминов, однако в случае близкого расположения амминной и гидроксильной группы из- за взаимного влияния их реакционная способность несколько понижена.

• Гидроксикарбонильные соединения • Гидроксикарбонильными называют соединения, содержащие в молекуле одновременно гидроксильную и альдегидную группу. • В соответствии с этим различают гидроксиальдегиды и гидроксикетоны. • Наиболее известными представителями этих классов соединений являются глицериновый альдегид и дигидроксиацетон, играющие в виде фосфатов большую роль в биохимических процессах. • Глицериновый альдегид • Использование глицеринового альдегида в качестве конфигурационного стандарта рассмотрено выше (см. 7.1.2). d-Глицериновый альдегид образуется наряду с дигидроксиацетонфосфатом при ферментативном расщеплении d-фруктозы (в виде 1-фосфата, см. 11.1.5) и далее фосфорилируется до d-глицеральдегид-З-фосфата с помощью АТФ.

Оба фосфата, дигидроксиацетонфосфат и d­глицеральдегид­З­  фосфат, образуются, кроме того, при ферментативном расщеплении  1,6­дифосфата d­фруктозы. Важной стадией метаболизма  является взаимопревращение этих монофосфатов.

α-Гидрокси- и α-аминокислоты • У α-гидроксикислот и α-аминокислот функциональные группы близки, но внутримолекулярного взаимодействия между ними не происходит из-за неустойчивости трехчленных циклов, которые могли бы при этом образоваться. При нагревании α-гидрокси- и α-аминокислоты претерпевают межмолекулярную циклизацию с образованием продуктов, называемых соответственно лактидами и дикетопиперазинами (последнее - от названия шестичленного гетероцикла с двумя атомами азота - пиразина

• Лактиды содержат две сложноэфирные группы, дикетопиперазины - две амидные группы. • Лактиды и дикетопиперазины, являясь сложными эфирами или амидами соответственно, в условиях кислотного или основного катализа способны гидролизоваться с образованием исходных α-гидрокси- или α- аминокислот. • Особое свойство α-гидроксикислот заключается в их способности разлагаться при нагревании в присутствии минеральных кислот с образованием карбонильных соединений и муравьиной кислоты.

• Оксокислоты • Оксокислотами называют соединения, содержащие в молекуле одновременно карбоксильную и альдегидную (или кетонную) группы. • В соответствии с этим различают альдегидокислоты и кетонокислоты. • Простейшей альдегидокислотой является глиоксалевая (глиоксиловая) кислота, которая обычно существует в виде гидрата (НО)2СНСООН. Она содержится в недозрелых фруктах, но по мере созревания ее количество уменьшается • Важную роль в биохимических процессах играют кетонокислоты - пировиноградная, ацетоуксусная и щавелевоуксусная

• Пировиноградная кислота является одним из промежуточных продуктов молочнокислого и спиртового брожения углеводов. Своим названием пировиноградная кислота обязана тому, что впервые была выделена при пиролизе виноградной кислоты. • Пировиноградная кислота декарбоксилируется при нагревании с разбавленной и декарбонилируется (отщепляет СО) - с концент- рированной серной кислотой. • При ферментативном декарбоксилировании пировиноградной кислоты получается ацетальдегид, связанный с коферментом («активный ацетальдегид»). Он может окисляться в присутствии кофермента А в ацетилкофермент А. • Производным пировиноградной кислоты является фосфоенолпировиноградная кислота (фосфат енольной формы кислоты). В организме анион этой кислоты - фосфоенолпируват - образуется в процессе гликолиза и служит предшественником пирувата.

• Щавелевоуксусная кислота одновременно является α- и β-оксокислотой. Она образуется при окислении яблочной кислоты

• Ацетоуксусная кислота  Представитель β-оксокислот. В свободном состоянии представляет сиропообразную жидкость, медленно выделяющую диоксид углерода Как продукт окисления 3-гидроксимасляной кислоты наряду с продуктами ее превращений накапливается в организме больных сахарным диабетом  При действии на ацетоуксусный эфир какого-либо реагента в реакцию вступает один из таутомеров. Поскольку второй таутомер в результате равновесия восполняет убыль реагирующего таутомера, таутомерная смесь реагирует в данном направлении как одно целое.