Теоретический курс_ХБАС_ЛЕЧ

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

1. образование хлорангидридов:

О-δ		O
R−С+δ	+PCl5 → R−С	+ POCl3 + HCl
ОН		Cl

хлорангидрид 2. образование амидов. Поскольку аммиак не является достаточно сильным

нуклеофилом, амиды карбоновых кислот получают из их хлорангидридов, т.к. хлорболее легко уходящая группа, чем –ОН:

	О-δ			O
R−С+δ		+H−NH2 → R−С			+ HCl
	Cl			NH2
				амид

3. реакция этерификации – это обратимый процесс образования сложных эфиров при взаимодействии карбоновых кислот со спиртами в присутствии минеральных кислот /HCl, H2SO4/:

	О-δ			H+	O
R1−С+δ		+H O−R2 ↔ R1−С			+ H2O
	ОН				O−R2
				сложный эфир

Сложные эфиры широко распространены в природе. Они придают аромат плодам, ягодам, цветам. Многие лекарственные средства содержат в своём составе сложноэфирные группировки.

4. образование ангидридов при взаимодействии двух карбоновых кислот в присутствии водоотнимающего агента /P2O5/:

R1−С+δ	О-δ	O			Р2О5
	+			C−R2	→	R1−С −O− С − R2 + H2O
	ОН	H O
						O			O
						ангидрид

При восстановлении карбоновых кислот получают альдегиды. Реакция протекает в жёстких условиях:

O	[ H ]	O H		O
R−С	→	R−С	→ R−C		+ H2O
ОН		OH		H
		H		альдегид

Представители монокарбоновых кислот:

насыщенные: O

H−C

OH

41

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

-метановая /муравьиная/ кислота. Содержится в крапиве и выделениях муравьёв. При попадании на кожу вызывает ожоги.

O

H3C−C

OH

-этановая /уксусная/ кислота - естественный метаболит, продукт уксуснокислого брожения сахаров. В медицине используется в виде солей.

O

H3C−CH2−CH2−C

OH

-бутановая /масляная/ кислота. Имеет неприятный запах, содержится в поте. ненасыщенные:

-простейшим представителем ненасыщенных монокарбоновых кислот является пропеновая /акриловая/ кислота. Её эфиры используются в производстве пластмасс для медицинского приборостроения.

Высшие /жирные/ карбоновые кислоты:

Насыщенные: пальмитиновая- C15H31COOH стеариновая- C17H35COOH

Ненасыщенные: олеиновая-	C17H33COOH	/одна= /
линолевая-	C17H31COOH	/две= /
линоленовая-	C17H29COOH	/три= /
арахидоновая-	C19H31COOH	/четыре= /

Жирные карбоновые кислоты при взаимодействии с трёхатомным спиртом глицерином образуют сложные эфиры- ацитилглицерины или глицериды. В зависимости от числа ОНгрупп глицерина, вступивших в реакцию ацилирования, различают моно-, ди- и триацилглицерины. Если ди- и триацилглицериды содержат остатки различных кислот, их называют смешанными:

42

	Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
	http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
		O
O	CH
		2−O−C−R
			1
+ R−C	CH	OH			+ H2O
OH	CH2OH

		моноглицерид
CH2−O H	O		CH2−O−CO−R
CH − O H	+2R−C	CH−O−CO−R				+ 2H2O
CH2− O H	OH	CH			2OH
					диглицерид
	O	CH2−O−CO−R
	+3R−C	CH−O−CO−R				+ 3 H2O
	OH	CH2−O−CO−R
					триглицерид

Природные жиры и масла- это смесь различных смешанных триглицеридов. Дикарбоновые кислоты- это соединения с двумя карбоксильными группами .

Среди них также выделяют:

Насыщенные: НООС-СООН -этандиовая /щавелевая/ НООС-СН2-СООН -пропандиовая /малоновая/ НООС-(СН2)2-СООН -бутандиовая /янтарная/ НООС-(СН2)3-СООН - пентандиовая /глутаровая/

Ненасыщенные: НООС-СН=СН-СООН -бутендиовая и т.д.

Дикарбоновые кислоты вступают во все реакции, характерные для монокарбоновых кислот, с участием одной или обеих карбоксильных групп. Однако, для них известны также и специфические реакции:

1.декарбоксилирование- превращение дикарбоновой кислоты в монокарбоновую с выделением углекислого газа. Для организма особо важно ферментативное декарбоксилирование:

t

HOOC-CH2- COO H CO2↑ + HOOC-CH3

малоновая кислота

уксусная кислота

2.образование циклических ангидридов в результате внутримолекулярного отщепления воды:

43

			Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
			http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
		O	O
H2C−C			H2C−C
		O H	t
		OH	O + H2O
H2C−C			H2C−C
		O
			O
янтарная кислота			ангидрид янтарной кислоты

Кроме этого, для ненасыщенных дикарбоновых кислот ещё характерен особый вид изомерии- геометрическая изомерия, обусловленная различным расположением в пространстве атомов относительно плоскости двойной связи. Различают цис- и транс-изомеры. В первом случае одинаковые группы атомов располагаются по одну сторону, во втором случаепо разные стороны плоскости двойной связи. Например, бутендиовая кислота существует в виде

двух изомеров:
H	H	H	COOH
C = C			C = C
HOOC	COOH	HOOC	H
цис-изомер –малеиновая кислота		транс-изомер- фумаровая кислота

В отличие от фумаровой малеиновая кислота из-за сближенности в пространстве карбоксильных групп способна образовывать циклический ангидрид.

Фумаровая кислота широко рапространена в природе. Кроме этого, она - естественный метаболит, участник обменных процессов в организме.

Оксокислоты- это соединения, содержащие одновременно карбоксильную и карбонильную группы. Различают:

1. альдегидокислоты: O

HCOO − C					-глиоксиловая кислота,
				H	содержится в недозрелых фруктах
2. кетонокислоты:
H3C − C – COOH					-пировиногдадная кислота
	O
H3C – C – CH2 – COOH					-ацетоуксуснаая кислота
O
HOOC – C− CH2 – COOH					-щавелевоуксусная кислота
		O

44

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

HOOC – C – (CH2)2 – COOH

-α-кетоглутаровая кислота

О

Кетонокислоты играют важную роль в биохимических процессах. Пировиноградная, щавелевоуксусная, α-кетоглутаровая кислоты участвуют в цикле трикарбоновых кислот. При их переаминировании образуются соответствующие α- аминокислоты. Пировиноградная кислота– промежуточный продукт молочнокислого и спиртового брожения углеводов. Ацетоуксусная кислота образуется в организме в процессе метаболизма высших жирных кислот и при окислении β- гидроксимасляной кислоты. Вместе с продуктами превращений она накапливается в организме у больных сахарным диабетом / ацетоновые или кетоновые тела/.

Гидрокикислоты – соединения, содержащие одновременно карбоксильную и гидроксильную группы.

O

НО-СН2-С

OH -2-гидроксиэтановая /гликолевая/ кислота.

Содержится во многих растениях, свекле, винограде.

H3C– CH – COOH

OH

-2-гидроксипропановая кислота /молочная/. Продукт молочнокислого брожения в организме. При интенсивной работе накапливается мышцах, вызывая характерную боль.

γβ α

НО-СН2-СН2-СН2-СООН -γ-гидроксимасляная кислота /ГОМК/ или 4-гидроксибутановая. Оказывает наркотическое действие. Применяется в виде натриевой соли как снотворное, а

также в качестве неингаляционного наркотического средства в анестезиологии.

βα

H3C – CH – CH2 – COOH

OH

-β-гидроксимасляная кислота или 3-гидроксибутановая. Промежуточный продукт окисления жирных кислот; предшественник ацетоуксусной кислоты. Накапливается в организме у больных сахарным диабетом.

Гидроксикислоты вступают во все типы химических реакций, характерные для кислот и спиртов, а также в специфические взаимодействия, обусловленные определённым взаимным расположением функциональных групп:

45

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

1.при нагревании от двух молекул α-гидроксикислот отщепляются две молекулы воды и образуется лактид:

	α	O				R1	O
R1 – CH – C							CH – C
		O H			t	O	O + 2H2O
O H		O H					C – CH
H O		C–		CH –R2		O	R2
	O						лактид
			α

2.при нагревании β-гидроксикислот происходит внутримолекулярное отщепление молекулы воды. При этом образуется ненасыщенная кислота:

β		α		t
R – CH – CH – COOH				R – CH = CH – COOH + H2O
				ненасыщенная кислота
OH		H

3.при нагревании γ-гидроксикислот также происходит внутримолекулярное отщепление воды, но при участии спиртовой и карбоксильной групп. При этом образуется циклическое соединение – лактон:

βα

H2C − CH2					H2C	− CH2
			O	t		C=O	+ H2O
HC			C		HC − O
			OH
R			O H		R

лактон Ещё одним свойством гидроксикислот является наличие у них оптических

изомеров. Это обусловлено явлением, которое называется «хиральность». Как отмечалось, sp3-гибридизованный атом углерода имеет тетраэдрическую конфигурацию. Причём, если из четырёх его заместителей хотя бы два одинаковы, то в таком тетраэдре существует плоскость симметрии, делящая молекулу на две зеркально-равные части. Если же все заместители различны - симметрия отсутствует. Хиральность - это способность молекул, не имеющих плоскости симметрии, существовать в виде пространственных изомеров. Эти изомеры являются по отношению друг к другу предметом и несовместимым с ним его зеркальным отображением.

Для возникновения в молекуле хиральности необходимо:

1.наличие центра хиральности, т.е. асимметрического атома углерода с четырьмя различными заместителями /С*/;

2.отсутствие плоскости и центра симметрии.

Выделяют два типа изомеров. Энантиомеры- это стереоизомеры, молекулы которых относятся между собой как предмет и несовместимое с ним его зеркальное отображение. Их обозначают как L и Д-изомеры. Они имеют

46

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

одинаковые химические и физические свойства, поэтому могут быть отделены друг от друга. Энантиомеры оптически активны, т.к. способны отклонять плоскость поляризованного света / на одинаковый угол, но в противоположные направления/.

Смесь равных количеств энантиомеров- рецемат оптической активностью не обладает.

Диастереомеры- стереоизомеры, молукулы которых не являются зеркальным отображением друг друга. Они имеют различные химические и физические свойства и могут быть отделены друг от друга. Диастереомеры содержат более одного центра хиральности и различаются между собой конфигурацией хотя бы одного из центров.

Для изображения энантио- и диастереомеров на плоскости используют проекционные формулы Фишера: в точке пересечения линий находится асимметрический атом углерода; вверху – старшая характеристическая группа /с минимальным номером/. По горизонтали обычно располагают неуглеродные заместители – H, NH2,OH. Например, молекулу молочной кислоты можно представить в виде двух энантиомеров:

H3C– C*H – COOH		1			2
				COOH	COOH
	OH	H– C* –OH			HO–			C* –H
				CH3
					CH3
				Д-ряд	L-ряд

Абсолютная конфигурация, т.е. истинное расположение в пространстве заместителей у хирального центра определяется физико-химическими методами. Она была установлена для глицеринового альдегида, который

используется как				стандарт для определения			относительной конфигурации
/принадлежность к L или Д-ряду/ других молекул:
глицериновый альдегид
			O
C						COH	COH
			H
		C*H OH		H– C*–OH			HO–
									C*–H
			CH2OH			CH2OH
							CH2 OH
				Д-ряд, т.к. ОН-группа			L-ряд, т.к. ОН-группа у
				у хирального центра			хирального центра –слева
				справа.
							47

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Исходя из этого, первый энантиометр молочной килоты относится к Д-ряду, второй к L-ряду.

Наличие стереоизомеров характерно и для других соединенийаминокислот, углеводов; причём, стереохимическое строение тесно связано с проявлением биологической активности.

48

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Тема 6 Углеводы

Ключевые слова и понятия: моносахориды, эпимеры, пиранозный цикл, фуранозный цикл

Углеводы широко распространены в природе. Наряду с липидами, белками, нуклеиновыми кислотами они являются важнейшими химическими соединениями растительного и животного мира. Углеводы составляют 2% от сухой массы животных организмов и 80% от сухой массы растений. Они присутствуют во всех частях человеческого организма (кровь, клеточная ткань, мозг, печень и т.д.). Например, гликоген – животный крахмал может составлять до 20% от общего веса печени. В одной бактериальной клетке присутствуют примерно 4 млн. молекул глюкозы и фруктозы, 2 млн. молекул рибозы и 4 млн. молекул дезоксирибозы.

Наиболее распространенный представитель углеводов – глюкоза содержится в растительных соках, плодах, фруктах. Это вещество – обязательный компонент крови и тканей живых организмов. Содержание глюкозы в крови поддерживается на постоянном уровне (гомеостаз). Резкие его колебания приводят к различным патологиям. Повышение уровня глюкозы в крови – гипергликемия наблюдается при сахарном диабете, остром панкреатите, эпилепсии, сотрясении головного мозга и др. Снижение уровня глюкозы – гипогликемия бывает при передозировке инсулина, онкологических заболеваниях, некоторых инфекционных и токсических поражениях печени и т.д. Пополнение глюкозы в организме происходит или с пищей, или за счет гликогена.

Углеводы выполняют многообразные функции:

Энергетическую. Энергия, выделяющаяся при метаболизме углеводов, запасается в виде АТФ и затем расходуется в процессе жизнедеятельности.

Структурную. Участвуют в построении клеточных стенок растений, бактерий, грибов.

Служат составными элементами важнейших веществ организма: нуклеиновых кислот, витаминов, ферментов, кофакторов.

Выступают в роли субстратов и регуляторов биохимических процессов.

Входят в состав многих лекарственных препаратов.

Являются главным компонентом пищи млекопитающих.

Участвуют в формировании иммунитета и осуществлении рецепторных функций.

Синтезируются углеводы растениями в процессе фотосинтеза из СО2 и Н2О. Они служат "мостом" между неорганическими и органическими веществами. Животные организмы не способны синтезировать углеводы и получают их с пищей растительного происхождения.

49

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Углеводы подразделяют на три класса:

1.Моносахариды или простые сахара – простейшие углеводы, не гидролизующиеся с образованием более простых углеводов.

2.Олигосахариды –углеводы, при гидролизе которых образуются от 2 до 10 моносахаридов.

3.Полисахариды – высокомолекулярные углеводы, при гидролизе которых образуются сотни и тысячи молекул моносахаридов.

Моносахариды

Моносахариды или монозы имеют общую формулу Сm(H2О)n , которая объясняет происхождение термина "углеводы".

Моносахариды – это полигетерофункциональные соединения. В их молекулах одновременно содержатся одна оксо-группа (альдегидная или кетонная) и несколько гидроксильных групп. То есть это полигидроксиальдегиды или полигидроксикетоны. Для них характерны неразветвленные углеродные цепи. В природе также встречаются производные моносахаридов, в молекулах которых вместо одной или нескольких ОН–групп содержатся другие заместители: –Н; –NH2 – SH (аминосахара, дезоксисахара).

Моносахариды классифицируют:

I. По характеру карбонильной группы:

с группой

O

с группой

– кетозы

C

– альдозы

C

O

H

C

O

CH 2OH

H

C

O

(CHOH)n

(CHOH)n

CH2OH

II. По числу атомов углерода в цепи:

CH 2OH

1. Триозы:	альдотриозы				кетотриозы
				O
		C				CH2OH
				H
	H			OH	C				O
		CH2OH			CH2OH
	глицериновый альдегид				дигидроксиацетон –

простейшие представители моносахаридов.

2. Тетрозы: альдотетрозы и кетотетрозы – в природе встречаются редко.

50