Пособие по биоорганической химии часть ii
 Скачать 0.71 Mb.
|
|
парацетамола: кислота ацил Льюиса пара – аминофенол парацетамол 3) Ангидриды карбоновых кислот Ангидриды карбоновых кислот образуются при отщеплении молекулы воды от кислот. Так как молекулу воды отщепить трудно, то ангидриды легче получить из галогенангидридов по реакции нуклеофильного замещения, в которой нуклеофилом является карбоксилат – анион. Графически это можно показать так: (1) (2) (3) (2) (5) (6) (7) Соль карбоновой кислоты (1) диссоциирует, и образуется карбоксилат – анион (2), который является нуклеофилом. Далее углерод галогенангидрида (3) атакуется нуклеофилом (2). В результате этой атаки разрывается двойная связь С=О и нуклеофил присоединяется (5). Затем от углерода отщепляется хлорид – анион, образуется промежуточная частица (6), в которой идет перераспределение электронной плотности, в результате чего получается конечный продукт – ангидрид (7). Примером может быть взаимодействие хлорангидрида ацетатной кислоты с пропионатом натрия: Химические свойства ангидридов. Реакции с ангидридами идут по механизму нуклеофильного замещения, причем без катализатора, ввиду их высокой реакционной способности 1). Взаимодействие с аммиаком. (1) (2) (3) (4) (5) На стадии (1) идет атака молекулой аммиака как нуклеофилом на карбонильный углерод ангидрида. Двойная связь углерод-кислород разрывается и аммиак присоединяется (2). Аммиак выталкивает из частицы (2) карбоксилат - анион и одновременно отщепляется протон от молекулы аммиака, так как азот становится четырехвалентным в результате присоединения (от положительного азота легко отщепляется протон). Образуется промежуточная частица (3), в которой идет перераспределение электронной плотности, и образуется конечный продукт (4) – амид и побочный продукт кислота (5). Примером может быть взаимодействие ангидрида ацетатной кислоты с аммиаком: 2) Взаимодействие со спиртами. Спирты - слабые нуклеофилы. Но так как ангидриды высоко реакционноспособны, то реакция идет без катализатора. Графически это можно показать так: (1) (2) (3) (4) На стадии (1) идет атака молекулой спирта как нуклеофилом на карбонильный углерод. Двойная связь углерод-кислород разрывается и спирт присоединяется (2). Спирт выталкивает из частицы (2) карбоксилат- анион и одновременно отщепляется протон от молекулы спирта, так как кислород становится трехвалентным в результате присоединения. В промежуточной частице (3), идет перераспределение электронной плотности, и образуется конечный продукт (4) – сложный эфир. Примером может быть взаимодействие ангидрида ацетатной кислоты с этанолом: Биологическое значение ангидридов а) В процессе синтеза белков принимают участие производные ацетилфосфата. Это ангидрид ацетатной и фосфатной кислот: б) Макроэргической системой в организме человека является 1,3 – дифосфоглицериновая кислота, в которой ангидридная связь образуется по первому карбону: 3. )Амиды карбоновых кислот - это производные карбоновых кислот, в которых окси-группа замещена амино-группой Амиды получают по механизму нуклеофильного замещения из галогенангидридов и ангидридов при взаимодействии с аммиаком. а) образование амидов из галогенангидридов. Так как аммиак сильный нуклеофил, то реакция идет без катализатора. Графически это можно показать так: (1) (2) (3) (4) На стадии (1) идет атака молекулой аммиака как нуклеофилом на карбонильный углерод. Двойная связь углерод-кислород разрывается и аммиак присоединяется (2). Аммиак выталкивает из частицы (2) хлорид - анион и одновременно отщепляется протон от молекулы аммиака, так как азот становится четырехвалентным в результате присоединения (от положительного азота легко отщепляется протон). Образуется промежуточная частица (3), в которой идет перераспределение электронной плотности, и образуется конечный продукт (4) – амид. Примером может быть взаимодействие хлорангидрида ацетатной кислоты с аммиаком: б) образование амидов из ангидридов Так как аммиак сильный нуклеофил, то реакция идет без катализатора. Графически это можно показать так: (1) (2) (3) (4) (5) На стадии (1) идет атака молекулой аммиака как нуклеофилом на карбонильный углерод ангидрида. Двойная связь углерод-кислород разрывается и аммиак присоединяется (2). Аммиак выталкивает из частицы (2) карбоксилат - анион и одновременно отщепляется протон от молекулы аммиака, так как азот становится четырехвалентным в результате присоединения (от положительного азота легко отщепляется протон). Образуется промежуточная частица (3), в которой идет перераспределение электронной плотности, и образуется конечный продукт (4) – амид и побочный продукт кислота. Примером может быть взаимодействие ангидрида ацетатной кислоты с аммиаком: Химические свойства амидов а) Основные свойства амидов выражены слабо, так как неподеленная электронная пара азота идет на сопряжение и менее доступна протону: б) Гидролиз в кислой среде идет по механизму нуклеофильного замещения: (1) (2) (3) (4) (5) (6) На стадии (1) идет атака протоном как катализатором на кислород оксо – группы. Двойная связь углерод-кислород разрывается и образуется карб - катион (2), который атакуется водой как нуклеофилом. Образуется промежуточная частица (3), от которой отщепляются одновременно амино-группа и протон, образуя молекулу аммиака. От карб-катиона (4) отщепляется протон, и образуются конечные продукты кислота (5) и ион аммония (6). Примером может быть гидролиз ацетамида: в) Гидролиз в щелочной среде идет также по механизму нуклеофильного замещения. (1) (2) (3) (4) (5) На стадии (1) идет атака гидроксид – анионом как нуклеофилом на углерод оксо – группы. Двойная связь углерод-кислород разрывается и образуется анион (2), от которого отщепляются одновременно амино- группа и протон, образуя молекулу аммиака. В промежуточной частице (3) идет перераспределение электронной плотности, и образуются конечные продукты карбоксилат-анион (4) и молекула аммиака (5). Примером может быть гидролиз ацетамида: Биологическое значение амидов Образование амидов в организме человека – это путь обезвреживания аммиака, который является продуктом обмена аминокислот и белков. Аммиак отрицательно действует на центральную нервную систему. Поэтому он связывается с аминокислотами – аспарагиновой и глутаминовой с образование амидов. Например: аспарагиновая кислота амид аспарагиновой кислоты (асп) или аспарагин (асн) Схема связывания и выведения аммиака следующая: Декарбоксилирование карбоновых кислот Особенностью карбоновых кислот явяляется реакция декрбоксилирования. т.е. отщепление углекислого газа. Это можно об`яснить так: В результате смещения электронной плотности к атому кислорода на углероде карбокси-группы возникает частичный положительный заряд δ + . К этому углероду в sp 2 - гибридизации от радикала,в котором углерод в sp 3 - гибридизации, смещается электронная плотность, и на углероде радикала возникает частичный положительный заряд . Таким образом рядом стоят два углерода с частичными положительными зарядами, поэтому они отталкиваются друг от друга, и отщепляется углекислый газ, а водород из карбокси-группы соединяется с углеродом радикала, и образуется алкан. Биологическое значение реакций декарбоксилирования а) В результате декарбоксилирования α-кетоглутаровой кислоты образуется янтарная кислота (реакция идет в присутствии КоА –SH. α-кетоглутаровая кислота янтарная кислота б) При декарбоксилировании β-кетомасляной кислоты образуется ацетон. β-кетомасляная кислота ацетон Ацетон, β-кетомасляная кислота и , β-оксимасляная кислота составляют группу кетоновых тел, которые обнаруживаются в моче больных сахарным диабетом. |