п-п и р-п сопряжение. Сопряженные системы с открытой (бутадиен 1.3) и с замкнутой цепью (бензол). Ароматичность: критерии , правило Хюккеля
Сопряжение – это образование в молекуле единого делокализованного электронного облака в результате перекрывания негибридизованных р –орбиталей.
Пи,пи-сопряжение: Деколализованные молекулярные облака принадлежат двум или более пи-связям.
Условия пи,пи-сопряжения: кратные связи должны быть разделены ОДНОЙ простой связью,
Максимальное сопряжение достигается, когда обе кратные связи лежат в одной плоскости,
Если по пространственным соображениям две кратные связи не могут лежать в одной плоскости, то сопряжение между ними уменьшается с увеличением угла между плоскостями этих связей
р,пи-сопряжение: сопряжение пи-связи и соседней р-орбитали, содержащей пару электронов:
Условия р, пи-сопряжения:
Атом, несущий свободную электронную пару должен быть отделен от кратной связи одной простой связью
Наибольшей величины сопряжение достигает, если р-атомное облако перпендикулярно плоскости двойной связи
Сопряжение невозможно, если р-атомное облако лежит в плоскости двойной связи
Участие атома С в р,пи-сопряжении с кратной связью возможно только в том случае, еси он превратится в радикал, катион или анион
Ароматичность: критерии, правило Хюккеля
Плоский замкнутый цикл, все атомы С должны находиться в sp2-гибридизации, единая сопряженная система всех атомов цикла, в сопряжении должны участвовать 4п+2 p-электронов, высокая термодинамическая устойчивость.
Электронные эффекты заместителей (индуктивный и мезомерный). Электронодонорные и электроноакцепторные заместители и их влияние на реакционную способность соединений
Индуктивным эффектом (I-эффектом) называют электронное влияние заместителя, передающееся по системе сигма-связей.
Заместители, притягивающие на себя электронную плотность сигма связей сильнее, чем атом водорода, проявляют орицательный индуктивный эффект (-I) . такие заместители в целом снижают электронную плотность системы- электроноакцепторными.
Если заместитель по сравнению с атомом водорода смещает электронную плотность сигма связей в сторону атома углерода цепи, то он проявляет положительный эффект (+I) . Такие заместители ведут к повышению электронной плотности в цепи – электронодонорными.
Мезомерный эффект(незатухающий)- передача электронного влияния по сопряженной системе.
Электронодоноры- смещают электронную плотность от себя (заместители 1 рода) и происходит положительный мезомерный эффект
Электроноакцепторы- притягивают эл. плотность на себя и происходит отрицательный мезомерный эффект
Гомо- и гетеролитический разрыв ковалентной связи в органических соединениях, образующиеся при этом частицы
В результате гомолитического разрыва образуются – радикальные реагенты, при котором каждый из обоих ранее связанных атомов оставляет у себя по одному электрону (высокая температура, облучение, газовая фаза) Cl, HO, CH3
В результате гетеролитического разрыва образуются - электрофильные и нуклеофильные реагенты. В ходе гетеролиза , которому благоприятствует полярный сольватирующий растворитель , пару электронов забирает один из партнеров по связи.
Радикальные, электрофильные, нуклеофильные реагенты. Классификация органических соединений по типу реагента
Радикальные - свободные атомы или частицы с неспаренным электроном
Электрофильные - частицы с не полностью заполненным валентным электронным уровнем
Нуклеофильные – частицы, имеющие пару электронов на внешнем энергетическом уровне
Гомолитические реакции – реакции, в которых разрыв связи происходит симметрично, так что каждому из образующихся фрагментов отходит по одному электрону.
Гетеролитические реакции- реакции, в которых разрыв связи происходит несимметрично, так что пара электронов связи остается у одного из образующихся фрагментов.
Синхронные реакции - это особый тип реакций, в которых разрыв старых и образование новых связей происходят одновременно за счет согласованного перемещения электронов в циклическом комплексе.
Классификация органических реакций по результату (замещение, присоединение, элиминирования, перегруппировки, овр)
В случае реакций замещения в молекуле один атом (или группа атомов) замещается другим атомом (или группой атомов), в результате чего образуются новые соединения:
СН3–СН3 + С12 → СН3–СН2С1 + НC1
При протекании реакций присоединения из двух (или нескольких) молекул образуется одно новое вещество:
CH2 = CH2 + HBr → CH2Br–СH3
В результате реакции отщепления (элиминирования) образуется новое органическое вещество, содержащее кратную связь:
СН3–СН2С1 + NaOH (спиртовой р-р) → СН2 = СН2 + NaC1 + Н2О
окислительно-восстановительные реакции. Процесс окисления включает переход электронов от органического субстрата к реагенту-окислителю, а процесс восстановления - передачу электронов от реагента к органическому субстрату
Реакция перегруппировки (молекулярная перегруппировка) — химическая реакция, в результате которых происходит изменение взаимного расположения атомов в молекуле, места кратных связей и их кратности; могут осуществляться с сохранением атомного состава молекулы (изомеризация) или с его изменением.
Кислоты и основания по Бренстеду их классификация
Кислоты – нейтральные молекулы или ионы, способные отдавать протон
O-H – кислоты — карбоновые кислоты,
спирты, фенолы;
S-H – кислоты — тиолы;
N-H – кислоты — амины, амиды, имиды;
C-H – кислоты — углеводороды и их производные.
Основания - нейтральные молекулы или ионы, способные присоединять протон
аммониевые основания — амины, нитрилы, азотсодержащие гетероциклические соединения;
оксониевые основания — спирты, простые эфиры, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и их функциональные производные;
сульфониевые основания — тиолы, сульфиды.
Влияние различный факторов на кислотные и основные свойства веществ. Примеры.
Природа атома в кислотном центре. Под природой гетероатома понимают его электроотрицательность (Э.О.) и поляризуемость. Чем больше (Э.О.) тем легче осуществляется гетеролитический разрыв в молекуле. В периодах слева направо с ростом заряда ядра растет (Э.О), т.е. способность элементов удерживать отрицательный заряд. В результате смещения электронной плотности связь между атомами поляризуется. Чем больше электронов и чем больше радиус атома, тем дальше электроны внешнего энергетического уровня расположены от ядра, тем выше поляризуемость и выше кислотность
Стабилизация аниона за счет сопряжения
Влияние органического радикала, связанного с кислотным центром Электроноакцепторные (Э.А.) заместители способствуют делокализации электронной плотности, что ведёт к стабильности аниона и соответственно увеличению кислотности
Электронодонорные (Э.Д.) заместители наоборот способствуют концентрации электронной плотности в кислотном центре, что ведет к понижению кислотности и увеличению основности.
Влияние растворителя Взаимодействие молекул или ионов растворенного вещества с растворителем называется процессом сольватации. Стабильность аниона существенно зависит от его сольватации в растворе: чем больше ион сольватирован, тем он устойчивее, а сольватация тем больше, чем меньше размер иона и чем меньше делокализация в нем отрицательного заряда.
Спирты и фенолы. Многоатомные спирты
Спирты - органические соединения, в состав молекул которых входит одна или несколько гидроксильных групп, соединенных с углеводородным радикалом.
По числу гидроксильных групп в молекуле спирты делятся на одноатомные, двухатомные трехатомные и т. д.
Одноатомные спирты R—OH.
По типу углеводородного радикала спирты делятся на предельные, непредельные и ароматические. Общая формула предельных одноатомных спиртов - CnN2n+1—OH.
По типу атома углерода, с которым связана гидроксильная группа, различают первичные (R—CH2—OH), вторичные (R—CHOH—R') и третичные (RR'R''C—OH) спирты.
CnN2n+2O - общая формула и предельных одноатомных спиртов, и простых эфиров. Предельные одноатомные спирты изомерны простым эфирам - соединениям с общей формулой R—O—R'.
Многоатомные спирты Примерами многоатомных спиртов является двухатомный спирт этандиол (этиленгликоль) HO—CH2—CH2—OH и трехатомный спирт пропантриол-1,2,3 (глицерин) HO—CH2—CH(OH)—CH2—OH.
Это бесцветные сиропообразные жидкости, сладкие на вкус, хорошо растворимы в воде. Этиленгликоль ядовит.
Химические свойства многоатомных спиртов по большей части сходны с химическими свойствами одноатомных спиртов, но кислотные свойства из-за влияния гидроксильных групп друг на друга выражены сильнее.
Фенолы Органические вещества, содержащие в молекуле гидроксильные группы, непосредственно связанные с атомами углерода бензольного кольца называются фенолами.
Важнейшим представителем фенолов является фенол (гидроксобензол, старые названия - гидроксибензол, оксибензол) C6H5—OH.
Физические свойства фенола: твердое бесцветное вещество с резким запахом; ядовит; при комнатной температуре заметно растворим в воде, водный раствор фенола называют карболовой кислотой.
Химические свойства спиртов
Горение: C2H5OH + 3O2  2CO2 +3H2O + Q
Реакции с щелочными и щелочноземельными металлами ("кислотные" свойства):
Атомы водорода гидроксильных групп молекул спиртов, также как и атомы водорода в молекулах воды, могут восстанавливаться атомами щелочных и щелочноземельных металлов ("замещаться" на них).
2Na + 2H—O—H 2NaOH + H2
2Na + 2R—O—H 2RONa + H2
С твердыми щелочами и с их растворами спирты не реагируют.
Реакции с галогеноводородами: C2H5OH + HBr  C2H5Br + H2O
Внутримолекулярная дегидратация (t > 140oС, образуются алкены):
C2H5OH  C2H4 + H2O
Межмолекулярная дегидратация (t < 140oС, образуются простые эфиры):
2C2H5OH C2H5OC2H5 + H2O
Окисление (мягкое, до альдегидов): CH3CH2OH + CuO  CH3—CHO + Cu + H2O
Это качественная реакция на спирты: цвет осадка изменяется с черного на розовый, ощущается своеобразный "фруктовый" запах альдегида).
Получение спиртов
Щелочной гидролиз галогеналканов (лабораторный способ): C2H5Cl + NaOH C2H5OH + NaCl.
Гидратация алкенов: C2H4 + H2O  C2H5OH.
Брожение глюкозы : C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2.
Синтез метанола: CO + 2H2 CH3OH
Альдегиды, особенности строения карбонильной группы. Химические свойства альдегидов(образование ацеталей и полуацеталей, реакция диспропорционирования и альдольной конденсации, ОВР, образование оснований Шиффа.
Атом углерода в карбонильной группе находится в состоянии sp2 -гибридизации и образует три s- связи (одна из них – связь С–О), которые расположены в одной плоскости под углом 120° друг к другу.Связь С=О сильно полярна. Электроны кратной связи С=О, в особенности более подвижные π-электроны, смещены к электроотрицательному атому кислорода, что приводит к появлению на нем частичного отрицательного заряда. Карбонильный углерод приобретает частичный положительный заряд.
Классификация карбоновых кислот по основности, насыщенности, наличию функциональных групп, числу атомов в углеродной цепи.
По основности (т.е. числу карбоксильных групп в молекуле) карбоновые кислоты можно разделить на несколько групп:
- одноосновные (монокарбоновые, одна группа - СООН) RCOOH;
например, CH 3 CH 2 CH 2 COOH;
- двухосновные (дикарбоновые) R(СООН) 2 , щавелевая кислота HOOC—COOH;
По строению углеводородного радикала, с которым связана карбоксильная группа, карбоновые кислоты подразделяются на:
- алифатические карбоновые кислоты:
а) насыщенные, или предельные, например, уксусная CH 3 COOH кислота;
б) ненасыщенные, или непредельные, например, CH 2 =CHCOOH пропеновая (акриловая) кислота;
- алициклические, например, циклогексанкарбоновая кислота;
- ароматические, например, бензойная кислота;
 бензол – 1,2 – дикарбоновая (фталевая) кислота.
Если в углеводородном радикале карбоновых кислот атом (атомы) водорода замещен на другие функциональные группы, то такие кислоты называются гетерофункциональными.
- галогенкарбоновые (например, CH2Cl—COOH хлоруксусная кислота); - нитрокислоты (например, NO2 —С6 Н4СООН нитробензойная кислота);- аминокислоты (например, NH2 —СН2СООН аминоуксусная кислота);- оксикислоты (например, молочная СН3 —СН—СООН) и др.
Химические свойства карбоновых кислот с участием карбоксильной группы (декарбоксилирование, образование солей, амидов, ангидридов, галогенангидридов, сложных эфиров)
Замещение водорода карбоксильной группы
Реакция с металлом, оксидом металла, гидроксидом металла: Продуктом реакции является соль кислоты.
2 CH3COOH + Mg = (CH3COO)2Mg + H2 ↑ CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O
Реакция этерификации. Взаимодействие карбоновых кислот со спиртами в присутствии минеральных кислот приводит к образованию сложных эфиров.
Например,
O O
|| ||
CH3-C- OH + H O C2H5 ⇔ CH3 - C - OC2H5 + H2O
уксусная этанол этилацетат
Реакция этерификации обратима.
C6H5CO OH + H OC2H5 ⇔ C6H5COOC2H5 + H2O
бензойная этанол бензойноэтиловый эфир
Образование амидов. При действии на карбоновые кислоты аммиака (газообразного или в растворе) непосредственно замещения группы ОН не происходит, а образуется аммониевая соль. Лишь при значительном нагревании сухие аммониевые соли теряют воду и превращаются в амиды.
Образование ангидридов кислот. Нагревание карбоновых кислот с оксидом фосфора(V) приводит к образованию ангидридов кислот.
Реакции декарбоксилирования карбоновых кислот – энергетически выгодный процесс, т.к. в результате образуется устойчивая молекула СО2. Декарбоксилирование характерно для кислот у которых в ά-положении имеется электроноакцепторный заместитель. Легче всего декарбоксилируются двухосновные кислоты.
ВЖК. Классификация , номенклатура, структура и физические свойства, заменимые и незаменимые вжк, витамин F, функции в организме
Высшими жирными кислотами ВЖК называются алифатические карбоновые кислоты, которые выделены из липидов. Они содержат от 4 до 24 атомов углерода. Все ВЖК в организме человека содержат четное число атомов углерода, чаще всего 16,18 или 20. В настоящее время из живых организмов выделено свыше 70 таких кислот. По строению неразветвленного углеродного радикала («неполярный хвост») ВЖК делятся на:
1. Насыщенные – не содержат двойных связей. К ним относятся:
пальмитиновая С15Н31СООН,
стеариновая С18Н35СООН.
Эти кислоты могут синтезироваться в организме.
2. Ненасыщенные– содержат одну или несколько двойных связей. К ним относятся:
олеиновая СН3-(СН2)7-СН=СН-(СН2)7-СООН или С17Н33СООН
линолевая СН3-(СН2)4-СН=СН-СН2-СН=СН-(СН2)7-СООН или С17Н31СООН
линоленовая СН3-СН2-СН=СН-СН2-СН=СН-СН2-СН=СН-(СН2)7-СООН или С17Н29СООН
арахидоновая СН3-(СН2)4-СН=СН-СН2-СН=СН-СН2-СН=СН-СН2-СН=СН-(СН2)3-СООН или С19Н31СООН
Все ненасыщенные ВЖК являются незаменимыми, т.к. не синтезируются в организме и должны поступать с пищей, в основном в составе растительных масел.
Свойства ВЖК:
ВЖК малорастворимые или не растворимые в воде, т.к. имеют «неполярный хвост» - радикал и большую массу. Причем, чем больше масса, тем хуже растворимость в воде и лучше растворимость в неполярных растворителях (спирте, бензоле). Чем больше двойных связей в кислоте, тем лучше она растворяется в неполярных растворителях.
С увеличением числа двойных связей снижается температура плавления ВЖК, поэтому все насыщенные ВЖК при комнатной температуре – твердые, а ненасыщенные – жидкие. Животные жиры содержат насыщенные жирные кислоты, поэтому они твердые (исключение – рыбий жир), а растительные масла содержат в основном ненасыщенные ВЖК, поэтому они жидкие (исключение – кокосовое масло).
ВЖК обладают всеми свойствами карбоновых кислот, т.к. содержат в своем составе карбоксильную группу СООН.
Биологическое значение ВЖК:
Входят в состав простых и сложных липидов.
Полиеновые кислоты, и в первую очередь арахидоновая кислота, - исходное вещество для образования гормоноподобных веществ: простогландинов, простациклинов, тромбоксанов, лейкотриенов.
Жирные кислоты являются одним из основных источников энергии в организме, особенно в скелетных мышцах при длительной физической работе, в сердечной мышце. При окислении 1 молекулы пальмитиновой кислоты образуется 130 молекул АТФ. Нервная ткань не использует жирные кислоты как источник энергии.
Эссенциальные жирные кислоты необходимы для нормального роста, развития и функционирования организма, поэтому их объединили в группу витаминов F.
Правилами ИЮПАК для ВЖК допускается использование их тривиальных названий
В настоящее время также применяется собственная номенклатура ненасыщенных ВЖК. В ней концевой атом углерода, независимо от длины цепи, обозначается последней буквой греческого алфавита ω (омега). Отсчет положения двойных связей производится не как обычно от карбоксильной группы, а от метильной группы. Так, линоленовая кислота обозначается как 18:3 ω-3 (омега-3).
Дикарбоновые кислоты ( щавеливая, малоновая, янтарная, глутаровая, фумаровая) роль в организме человека.
Щавелевая кислота НООС-СООН- простейшая дикарбоновая насыщенная кислота, сильная кислота. представляет собой бесцветное органическое соединение, которое встречается в природе в растениях, у животных и у людей. Органическая щавелевая кислота является важным элементом, необходимым, чтобы поддерживать и стимулировать перистальтику в нашем теле.
Щавелевая кислота легко соединяется с кальцием. Если щавелевая кислота и кальций являются органическими в момент их соединения, результат является полезным, тогда щавелевая кислота помогает пищеварительной системе усваивать кальций. В то же время, эта комбинация помогает стимулировать перистальтические функции нашего организма.
Но как только щавелевая кислота стала неорганической в результате приготовления или обработки, она образует соединение с кальцием, которое разрушает пищевую ценность обоих. Это приводит к дефициту кальция, который вызывает разложение костей.
Когда концентрация неорганической щавелевой кислоты высока, она может выпадать в кристаллической форме. Эти крошечные кристаллы могут раздражать ткани человека и застревать в желудке, почках и мочевом пузыре в виде «камней».
Избыток щавелевой кислоты в моче называется оксалурия и является признаком развития мочекаменной болезни, которая характеризуется отложением соли оксалата кальция в почках, суставах, протоках слюнных желез. Образование щавелевой кислоты в организме человека связано с нарушением обмена аминокислоты глицина ( 2- аминоуксусной кислоты ).
Мало́новая кислота́ (пропандиовая, метандикарбоновая кислота) НООССН2СООН — двухосновная предельная карбоновая кислота.
Обладает всеми химическими свойствами, характерными для карбоновых кислот.
Промышленный способ синтеза малоновой кислоты заключается в гидролизе циануксусной кислоты. Малоновая кислота используется в синтезе непредельных кислот, флавонов, аминокислот, витаминов B1 и B6.
в организме человека образуется в цитоплазме в связанном с белками –ферментами виде как нормальный продукт в процессе биосинтеза высших карбоновых кислот (см. реакцию образования малонилКоА, приведенную выше).
Однако обнаружен еще один патологический путь образования малоновой кислоты при усиленном окислении липидов мембран клеток, который получил название «перекисное окисление липидов» , или сокращенно «ПОЛ». Этот очень важный для понимания жизнедеятельности процесс изучается подробно в курсе биохимии. Малоновая кислота токсична для организма человека и животных. Она имеет структурное сходство с янтарной кислотой( см. последующий раздел) , поэтому малоновая кислота блокирует тот участок реакций цикла Кребса., на котором происходит превращение янтарной кислоты в фумаровую . Нарушение цикла Кребса сопровождается снижением или прекращением выработки АТФ.
Янтарная кислота (бутандиовая, сукцинат) НООС-СН2 -СН2 –СООН, хорошо растворима в воде, биоактивное вещество Выделена из янтаря. Обнаружена в клетках растений, в тканях всех животных, содержится в митохондриях. Один из компонентов реакций цикла Кребса. Превращение in vivo янтарной кислоты в фумаровую является примером обратимой реакции дегидрирования ( окисления) с участием активированных атомов водорода СН2- кислотного центра и стереоспецифичной реакции. Поскольку образуется только один изомер, имеющий транс-строение.
Безвредным веществом, обладающим массой полезных свойств. Янтарная кислота имеет вид белого, кристаллообразного порошка и напоминает вкус лимонной кислоты. Янтарная кислота находится в любом организме, она вырабатывается в митохондриях (тельца размером в несколько микрон). Достаточно широко янтарная кислота применяется в области медицины.
Каждый день наш организм вырабатывает и использует на собственные нужды 200 г янтарной кислоты (в организме она присутствует в виде анионов и солей). Если организм здоров, то ему, как правило, хватает производимого организмом, а также получаемого с пищей количества янтарной кислоты. Тем не менее, при наступлении неблагоприятных условий (стресс, большие физические нагрузки) резко увеличивается расход данного вещества, что приводит к ее нехватке. Результатом этого является ухудшение самочувствия, возникновение усталости и недомогания, снижение сопротивляемости организма к негативным воздействиям окружающей среды, нарушение работы отдельных систем и развитие различных заболеваний.Прием янтарной кислоты защищает клетки от негативного воздействия окружающей среды и оказывает оздоровительное воздействие на весь организм в целом, при этом отсутствуют побочные эффекты и опасность привыкания.
Глутаровая кислота (Пентандиовая кислота) — двухосновная предельная карбоновая кислота. Бесцветные кристаллы практически без запаха. Обладает достаточно высокой растворимостью в воде (63,9 г в 100 мл), по сравнению с адипиновой кислотой (
1,5 г в 100 мл). Также растворима в спирте, хлороформе, эфире и бензоле. Кето-производное глутаровой кислоты — α-кетоглутаровая кислота (α-кетоглутарат) является важным биологическим соединением. Эта кетокислотаобразуется при дезаминировании глутамата, и является одним из промежуточных продуктов цикла Кребса. Может вызывать раздражение кожи и глаз. Давление паров (2 Па) при комнатной температуре крайне мало для нанесения вреда дыхательным путям, но глутаровая кислота может вызывать их раздражение при ингаляции аэрозоля.
Фумаровой кислотой является пищевая кислота, используемая в качестве добавки Е-297, выполняющей функции подкислителя, регулятора кислотности.Вещество представляет собой кристаллический порошок белого цвета, не имеющий запаха, с резким кислым вкусом. Плохо растворяется в воде. Производится с помощью химического синтеза.
Допустимая суточная норма потребления составляет 6 мг/кг веса тела в день.
Международные стандарты Кодекс Алиментариус допускают использовать фумаровую кислоту для изготовления фруктовых консервов и мармеладов из цитрусовых.
Пищевая добавка, согласно официальным данным, является нетоксичной и безвредной при соблюдении технологических норм.
Вещество играет также важную биологическую роль. Фумаровая кислота является составляющей каждой живой клетки любого организма, участвуя в цикле Кребса – важной части процесса дыхания и обмена веществ. Под воздействием солнечного цвета вещество образуется в коже человека.
В организме человека Е 297 полностью расщепляется, выделяясь при дыхании.
В медицинской практике вещество используется для лечения псориаза, а также для производства средств гигиены
Малеи́новая кислота́ — органическое соединение с формулой HOOC-CH=CH-COOH. Двухосновная непредельная кислота.
Название по номенклатуре IUPAC — цис-бутендиовая кислота. Её транс-изомер называется фумаровой кислотой.Малеиновая кислота- токсичное соединение для животных и человека, в природе не обнаружена.
Окси- и гидроксикислоты
Гидроксикислоты – гетерофункциональные
соединения, содержащие карбоксильную и гидроксильную группы. По взаимному
расположению функциональных групп различают a -,b -, g — и т.д. гидроксикислоты.
В природе широко распространены полигидроксикарбоновые кислоты (содержат нескольно гидроксильных групп) и
гидроксиполикарбоновые кислоты (содержат несколько карбоксильных групп).
1.1. Методы получения.
Общие методы получения.
1) Гидролиз галогензамещенных кислот.
2) Взаимодействие аминокислот с азотистой
кислотой.
3) Восстановление оксокислот.
4) Присоединение воды к непредельным
кислотам.
Методы получения a-гидроксикислот.
a -Гидроксикислоты
получают из доступных a -галогензамещенных аминокислот (метод 1), из природных a -аминокислот
(метод 2), восстановлением a -оксокислот (метод 3). Специфический метод получения a -гидроксикислот –
циангидринный синтез.
Методы получения b -гидроксиокислот.
b -Гидроксикислоты
получают восстановлением доступных b -оксокислот (метод 3), присоединением воды (против
правила Марковникова) к a ,b -непредельным кислотам (метод 4). Специфическими методами синтеза b -гидроксикислот являются следующие.
Окисление b -гидроксикарбонильных соединений (продуктов альдольной конденсации).
Реакция Реформатского (из карбонильных соединений и a -галогенэфиров).
Получение полигидроксиполикарбоновых кислот.
1) Окисление моносахаридов (см. лек. №16)
2) Окисление непредельных кислот.
1.2. Химические свойства.
Гидроксикислоты дают реакции, характерные для карбоновых кислот и спиртов, при этом могут затрагиваться как одна, так и обе функции. Наиболее характерные реакции приведены на схеме.
Кроме того, гидроксикислоты имеют ряд специфических свойств, обусловленных присутствием обеих групп и их взаимным расположением.
Отношение гидроксикислот к нагреванию.
Превращения гидроксикислот при нагревании определяются возможностью образования термодинамически стабильных 5-ти-6-тичленных циклов a –Гидроксикислоты вступают в реакцию межмолекулярного самоацилирования. При этом образуются циклические сложные эфиры –лактиды.
b -Гидроксикислоты при нагревании переходят a ,b -непредельные кислоты.
g — иd -Гидроксиокислоты претерпевают внутримолекулярное ацилирование с образованием циклических сложных эфиров – лактонов.
Специфические реакции a -гидроксикислот.
a –Гидроксикислоты образуют хелатные комплексы с ионами переходных металлов (Cu2+ , Fe3+ и др.), которые содержат металл в составе устойчивого 5-тичленного цикла.
В присутствии минеральных кислот a -гидроксикислоты разлагаются с образованием муравьиной кислоты и соответствующего альдегида.
Молочная кислота (соли лактаты) CH3CH(OH)COOH.
Широко распространена в природе, является продуктом
молочнокислого брожения углеводов. Содержит асимметрический атом углерода и
существует в виде двух энантиомеров. В природе встречаются оба энантиомера
молочной кислоты. При молочнокислом брожении образуется рацемическая
D,L-молочная кислота. D-молочная (мясо-молочная) кислота образуется при
восстановлении пировиногралной кислоты под действием кофермента НАД Н и накапливается в
мышцах при интенсивной работе.
Пировироградная кислота
Яблочная кислота (соли малаты) HOOCCH(OH)CH2COOH
Содержится в незрелых яблоках, рябине, фруктовых соках. Является ключевым соединением в
цикле трикарбоновых кислот. В организме образуется путем гидратации фумаровой
кислоты и далее окисляется коферментом НАД+ до щавелевоуксусной кислоты.
Лимонная кислота (соли цитраты)
Содержится в плодах цитрусовых, винограде, крыжовнике. Является ключевым соединением в цикле трикарбоновых кислот. Образуется из щавелевоуксусной кислоты путем конденсации ее с ацетилкоферментом А и далее в результате последовательных стадий дегидратации и гидратации превращается в изолимонную кислоту.
Оксалоацетат, щавелевоуксусная кислота (HO2C-C(O)-CH2-CO2H) — это четырёхуглеродная двухосновная кетокислота. Существует в виде таутомераHO2C-C(OH)=CH-CO2H.[1]Некоторые ее соли трудно растворимы и часто образуют камни в почкахи мочевом пузыре.
Глутаровая кислота (Пентандиовая кислота) — двухосновная предельная карбоновая кислота. Обладает достаточно высокой растворимостью в воде, по сравнению с адипиновой кислотой. Используется в производстве полимеров, типа полиэстера и полиамидов. Кето-производное глутаровой кислоты — α-кетоглутаровая кислота— одно из двух кетоновыхпроизводныхглутаровой кислоты. Название «кетоглутаровая кислота» без дополнительных обозначений обычно означает альфа-форму. β-кетоглутаровая кислота отличается только положениемкетоннойфункциональной группыи встречается гораздо реже.
Анионα-кетоглутаровой кислоты,α-кетоглутарат (также называемый оксоглутарат) — важное биологическое соединение. Это кетокислота, которая образуется придезаминированииглутамата. Альфа-кетоглутарат является одним из соединений, образущихся вцикле Кребса.
Биологическое значение
Цикл Кребса
α-кетоглутарат — ключевой продукт Кребса, образуется в результате декарбоксилирования изоцитратаи превращается всукцинил-CoAв альфа-кетоглутарат дегидрогеназном комплексе.Анаплеротические реакциимогут пополнять цикл на данном этапе путём синтеза α-кетоглутарата трансаминированием глутамата, или действиемглутаматдегидрогеназына глутамат.
Синтез аминокислот
Глутаминсинтезируется изглутаматас помощью фермента глутаминсинтетазы, которая на первой стадии образует глутамилфосфат, используя в качестве донора фосфата АТР; глутамин образуется в результате нуклеофильного замещения фосфата катионом аммония в глутамилфосфате, продуктами реакции являются глутамин и неорганический фосфат.
Транспорт аммиака
Другой функцией альфа-кетоглутаровой кислоты является транспорт аммиака, выделяющегося в результате катаболизма аминокислот.
α-кетоглутарат — один из важнейших переносчиков аммиака в метаболических путях. Аминогруппы от аминокислот прикрепляются к α-кетоглутарату в реакции трансаминированияи переносятся в печень, попадая вцикл мочевины.
Ацетоуксусная
|
Сложноэфирная
конденсация:
|
Образуется в
процессе метаболизма высших жирных кислот и как продукт окисления b -гидроксимасляной кислоты накапливается в организме больных
диабетом.
|
Оксокислоты
Оксокислоты – гетерофункциональные соединения,
содержащие карбоксильную и карбонильную (альдегидную или кетонную) группы. В
зависимости от взаимного расположения этих групп различают a -, b -, g — и т.д. оксокарбоновые
кислоты.
Центральное место среди b -оксокислот и их производных
занимает ацетоуксуный эфир (этиловый эфир ацетоуксусной кислоты). Существование
в виде двух таутомерных форм обуславливает его двойственную реакционную
способность. Как кетон, ацетоуксусный эфир присоединяет нуклеофильные реагенты:
HCN, NaHSO3, фенилгидразин. Как
енол, присоединяет бром, образует хелатные комплексы с ионами переходных
металлов, ацилируется хлорангидридами кислот.
При действии на ацетоуксусный эфир какого-либо реагента в реакцию вступает один из таутомеров. Поскольку второй таутомер за счет смешения равновесия восполняет убыль первого, таутомерная смесь реагирует в данном направлении как единое целое.
Ацетоуксусный эфир широко применяется в органическом синтезе как исходное вещество для получения кетонов, карбоновых кислот, гетерофункциональных соединений, в том числе производных гетероциклов, представляющих интерес в качестве лекарственных средств. Так, производные пиразолона используют как исходные вещества в синтезе ненаркотических анальгетиков – антипирина, амидопирина и анальгина.
Образование функциональных производных карбоновых кислот - тиоэфиров
Тиоэфиры
Тиоэфиры - серные аналоги сложных эфиров - находят весьма ограниченное применение в классической органической химии, но играют важную роль в организме. Известно, что для проявления каталитической активности большинству ферментов, имеющих белковую природу, необходимо соучастие коферментов, которыми служат разнообразные по строению низкомолекулярные органические соединения небелковой природы. Одну из групп коферментов составляют ацилкоферменты, выполняющие функцию переносчиков ацильных групп. Из них наиболее распространен ацетилкофермент А.
При всей сложности строения молекулы ацетилкофермента А с позиций химического подхода можно определить, что этот кофермент функционирует как тиоэфир.
В качестве тиола, участвующего в его образовании, выступает кофермент А (сокращенно обозначаемый CoASH), молекула которого построена из остатков трех компонентов - 2-аминоэтантиола, пантотеновой кислоты и аденозиндифосфата (дополнительно фосфорилированного по положению 3 в рибозном фрагменте). Аденозиндифосфат (АДФ) рассмотрен в дальнейшем как представитель другой важной группы коферментов - нуклеозидполифосфатов (см. 14.3.1). Пантотеновая кислота образует, с одной стороны, амидную связь с 2-аминоэтанти- олом, а с другой - сложноэфирную связь с остатком АДФ.
По ацилирующей способности все ацилкоферменты А и в том числе ацетилкофермент А, будучи тиоэфирами, занимают «золотую сере- дину» между высокореакционными ангидридами и малоактивными карбоновыми кислотами и сложными эфирами. Их достаточно высокая активность обусловлена, в частности, повышенной стабильностью уходящей группы - аниона CoA-S- - по сравнению с гидроксид- и алкоксид-ионами кислот и сложных эфиров соответственно.
Ацетилкофермент А in vivo является переносчиком ацетильных групп на нуклеофильные субстраты.
Этим путем, например, осуществляется ацетилирование гидроксилсодержащих соединений.
С использованием ацетилкофермента А протекает превращение холина в ацетилхолин, являющегося посредником при передаче нервного возбуждения в нервных тканях (нейромедиатором) (см. 9.2 1).
Кроме этого, можно отметить важное участие в процессах обмена веществ самого кофермента А, функционирующего в качестве тиола. В организме любые карбоновые кислоты активируются путем превращения в реакционноспособные производные - тиоэфиры.
Липиды. Классификация.
Липи́ды (от др.-греч. λίπος — жир) — обширная группа природных органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества. Молекулы простых липидов состоят из спирта и жирных кислот, сложных — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов. Содержатся во всех живых клетках[1]. Будучи одним из основных компонентов биологических мембран, липиды влияют на проницаемость клеток и активность многих ферментов, участвуют в передаче нервного импульса, в мышечном сокращении, создании межклеточных контактов, в иммунохимических процессах[2]. Также липиды образуют энергетический резерв организма, участвуют в создании водоотталкивающих и термоизоляционных покровов, защищают различные органы от механических воздействий и др.[1] К липидам относят некоторые жирорастворимые вещества, в молекулы которых не входят жирные кислоты, например, терпены, стерины. Многие липиды — продукты питания, используются в промышленности и медицине[1].
Согласно нестрогому определению, липид — это гидрофобное органическое вещество, растворимое в органических растворителях; согласно строгому химическому определению, это гидрофобная или амфифильная молекула, полученная путём конденсации тиоэфиров или изопренов[3].
Простые липиды. Триацилглицеролы.
Триацилглицеролы (ТАГ, триглицериды, триацилглицерины, нейтральные жиры) являются наиболее распространенными липидами в организме человека. В среднем их доля составляет 16-23% от массы тела взрослого.
Функции триацилглицеролов
резервно-знергетическая – у среднего человека запасов подкожного жира хватает на поддержание жизнедеятельности в течение 40 дней полного голодания,
теплосберегающая – за счет толщины подкожного жира,
в составе подкожной и брыжеечной жировой ткани механическая защита тела и внутренних органов.
В состав ТАГ входит трехатомный спирт глицерол и три жирные кислоты. Жирные кислоты могут быть насыщенные (пальмитиновая, стеариновая) и мононенасыщенные (пальмитолеиновая, олеиновая). По строению можно выделить простые и сложные ТАГ. В простых ТАГ все жирные кислоты одинаковые, например, трипальмитилглицерол, тристеарилглицерол. В этом случае названия их определяются названием соответствующей жирной кислоты. Примерами простых триацилглицеридов могут служить тристеароилглицерин (три остатка стеариновой кислоты в составе), трипальмитоилглицерин. Триацилглицериды, в составе которых содержатся остатки двух или трех разных жирных кислот, называются смешанными.
В сложных ТАГ жирные кислоты отличаются, например, дипальмитилстеарилглицерол, пальмитилолеилстеарилглицерол..
Триацилглицеролами является практически любой жир, используемый в пищу – любые растительные масла, свиной, говяжий и другой животный жир, жир молочных продуктов и сливочное масло.
Суточная потребность в нейтральных жирах принята на уровне 80-100 г, растительных масел должно быть не менее 30% от общего количества жира. Однако в связи с изменением образа жизни в развитых странах (переедание, гиподинамия) в последние годы появилась тенденция к пересмотру рекомендуемых величин в сторону снижения до 30-40 г/сут.
Переваривание ТАГ в кишечнике осуществляется под воздействием панкреатической липазы с оптимумом рН 8,0-9,0. В кишечник она поступает в виде пролипазы, активируемой при участии колипазы. Колипаза, в свою очередь, активируется трипсином и затем образует с липазой комплекс в соотношении 1:1. Панкреатическая липаза отщепляет жирные кислоты, связанные с С1 и С3 атомами углерода глицерола. В результате ее работы остается 2-моноацилглицерол (2-МАГ). 2-МАГ всасываются или превращаются моноглицерол-изомеразой в 1-МАГ. Последний гидролизуется до глицерола и жирной кислоты. Примерно 3/4 ТАГ после гидролиза остаются в форме 2-МАГ и только 1/4 часть ТАГ гидролизуется полностью.
Сложные липиды глицерофосфолипиды. Фосфатидтлсерин. Фосфатидилэтаноламин. фосфатидилхолин. Фосфатидилинозитол
Глицерофосфолипиды
Глицерофосфолипиды являются производными фосфатидной кислоты: в их состав входят глицерин, жирные кислоты, фосфорная кислота и обычно азотсодержащие соединения. Общая формула глицерофосфолипидов мпредставлена на схеме, где R1 и R2 - радикалы высших жирных кислот, a R3 - радикал азотистого соединения.
Характерным для всех глицерофосфолипидов является то, что одна часть их молекулы (радикалы R1 и R2) обнаруживает резко выраженную гидрофобность, тогда как другая часть гидрофильна благодаря отрицательному заряду остатка фосфорной кислоты и положительному заряду радикала R3.
Из всех липидов глицерофосфолипиды обладают наиболее выраженными полярными свойствами. При помещении глицерофосфолипидов в воду в истинный раствор переходит лишь небольшая их часть, основная же масса "растворенного" липида находится в водных системах в форме мицелл. Существует несколько групп (подклассов) глицерофосфолипидов.
Фосфатидилсерин — фосфолипид, компонент внутреннего слоя плазматической мембраны. В клеточных мембранах фосфатидилсерин за счёт постоянной активности флиппаз локализуется только на цитозольной стороне липидного бислоя.[2] Появление фосфатидилсерина на наружной стороне клетки может служить индикатором апоптоза, при этом такие клетки поглощаются фагоцитами.[3] Фосфатидилсерин поступает в организм человека в основном с пищей.
Фосфатидилэтаноламин — один из фосфолипидов мозга. Он играет жизненно важную роль в функционировании мембран нервных клеток. Фосфатидилэтаноламин составляет приблизительно 25% всего содержания фосфолипидов в мембранах нейронов. Он представлен в пищевых продуктах примерно теми же количествами, что и Фосфатидилхолин. Фосфатидилэтаноламин может быть преобразован в фосфатидилхолин в печени, где выделяется наибольшее количество этаноламина в организме.
Фосфатидилэтаноламин может также быть получен из свободного этаноламина и диацилглицерина через ЦДФ-этаноламин. Небольшие количества фосфатидилэтаноламина обратимо переходят в фосфатидилсерин по мере надобности. Кроме того, Фосфатидилэтаноламин из фосфатидилсерина получается с помощью В6-зависимого фермента.
Фосфатидилхоли́ны ― группа фосфолипидов, содержащих холин. Также входят в группу лецитинов. Фосфатидилхолины одни из самых распространенных молекул клеточных мембран.
Фосфатиди́линозито́л (англ. Phosphatidylinositol, PtdIns, PI) — минорный фосфолипид внутреннего слоя мембран эукариотических клеток, важный компонент внутриклеточных сигнальных путей.
Соединение стероидной природы: холестерин, желчные кислоты.
Холестери́н (др.-греч. χολή — желчь и στερεός — твёрдый) — органическое соединение, природный полициклический липофильный спирт, содержащийся в клеточных мембранах всех живых организмов, за исключением растений, грибов и безъядерных (прокариоты).
Холестерин нерастворим в воде, растворим в жирах и органических растворителях. Около 80 % холестерина вырабатывается самим организмом человека: (печенью, кишечником, почками, надпочечниками, половыми железами), остальные 20 % поступают с пищей[1].
Холестерин обеспечивает устойчивость клеточных мембран в широком интервале температур. Он необходим для выработки витамина D, выработки надпочечниками различных стероидных гормонов (включая кортизол, альдостерон, половые гормоны: эстрогены, прогестерон, тестостерон), жёлчных кислот[2].
Холестерин в составе клеточной плазматической мембраны играет роль модификатора бислоя, придавая ему определённую жёсткость за счёт увеличения плотности «упаковки» молекул фосфолипидов. Таким образом, холестерин — стабилизатор текучести плазматической мембраны[5].
Холестерин открывает цепь биосинтеза стероидных половых гормонов и кортикостероидов[6], служит основой для образования желчных кислот и витаминов группы D[7][8], участвует в регулировании проницаемости клеток и предохраняет эритроциты крови от действия гемолитических ядов[7][8].
Холестерин нерастворим в воде и в чистом виде не может доставляться к тканям организма при помощи основанной на воде крови. Вместо этого холестерин в крови находится в виде хорошо растворимых комплексных соединений с особыми белками-транспортерами, так называемыми аполипопротеидами. Такие комплексные соединения называются липопротеидами.
Жёлчные (или же́лчные) кисло́ты — монокарбоновые гидроксикислоты из класса стероидов. Синонимы: холевые кислоты, холиевые кислоты, холеновые кислоты.
Жёлчные кислоты — производные холановой кислоты С23Н39СООН, отличающиеся тем, что к её кольцевой структуре присоединены гидроксильные группы.
Основными типами жёлчных кислот, имеющимися в организме человека, являются так называемые первичные жёлчные кислоты (первично секретируемые печенью): холевая кислота (3α, 7α, 12α-триокси-5β-холановая кислота) и хенодезоксихолевая кислота (3α, 7α-диокси-5β-холановая кислота), а также вторичные (образуются из первичных жёлчных кислот в толстой кишке под действием кишечной микрофлоры): дезоксихолевая кислота (3α, 12α-диокси-5β-холановая кислота), литохолевая (3α-моноокси-5β-холановая кислота), аллохолевая и урсодезоксихолевая (3α, 7β-диокси-5β-холановая кислота) кислоты. Из вторичных в кишечно-печёночной циркуляции во влияющем на физиологию количестве участвует только дезоксихолевая кислота, всасываемая в кровь и секретируемая затем печенью в составе жёлчи. Все жёлчные кислоты человека имеют в составе своих молекул 24 атома углерода.
Холиевая кислота В печени из холестерина образуются желчные кислоты. Эти стероидные соединения с 24 атомами углерода являются производные холановой кислоты, имеющими от одной до трех α-гидроксильных групп и боковую цепь из 5 атомов углерода с карбоксильной группой на конце цепи. В организме человека наиболее важна холевая кислота. В желчи при слабощелочном рН она присутствует в виде холат-аниона.
Основные функции желчных кислот состоят в образовании мицелл, эмульгировании жиров и солюбилизации липидов в кишечнике. Это повышает эффективность действия панкреатической липазы и способствует всасыванию липидов .
|
Скачать 318.43 Kb.