биоорганика. Биоорганика_УчМетПос. Учебнометодическое пособие для студентов обучающихся по специальностям
 Скачать 6.58 Mb.
|
|
оксокислотам. Наиболее значимыми (биогенными) среди них являются: Взаимное влияние двух или большего количества электроотрицательных групп, входящих в состав этих кислот, усиливает свойства каждой из групп по отдельности и придает новые специфические свойства как самим кислотам, так и их производным. К специфическим свойствам, имеющим место в нашем организме, прежде всего относится реакция дегидратации, 23 которая для α-, β-, γ- и δ- кислот приводит к образованию разных продуктов: лактидов, лактонов и непредельных кислот. Для α- гидроксикислот: Для β-гидроксикислот: Реакции элиминирования протекают в мягких условиях. Это объясняется высокой протонной подвижностью α-атома водорода, обусловленной электронным влиянием двух электроноакцепторных групп (Х=ОН и СООН): γ-Гидроксикислоты. Эти кислоты, как и кислоты с δ-расположением функциональных групп, при нагревании претерпевают внутримолекулярную циклизацию. Из гидроксикислот при этом образуются циклические сложные эфиры – лактоны. Лактоны легко образуются уже при незначительном нагревании, а также в кислой среде. Лактоны, являясь сложными эфирами, подвергаются гидролизу в щелочной и кислой средах. Наличие в гидроксикислотах двух и более электроотрицательных групп способствует также реакциям окислительно-восстановительной дисмутации, так как в их молекулах увеличивается число углеродных атомов, имеющих промежуточные степени окисления. Внутримолекулярная дисмутация сопровождается разрывом связи С – С и ведет к образования муравьиной кислот и альдегидов или кетонов. 24 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. 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. В природе встречаются (устойчивы) только два из них: D-(+)-Bинная 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. L-(-)-Винная кислота в очень небольшом количестве содержится в виноградных винах. В организме гидроксикислоты дегидрируются под действием дегидрогеназ с окисленной формой кофермента НАД+. При этом образуются соответствующие оксокарбоновые кислоты – что является важной стадией β- окисления β-гидроксикислот. Например: Далее щавелевоуксусная кислота при конденсации с ацетилкоферментом А превращается в лимонную кислоту Т.о. гидрокискислоты чрезвычайно склонны к реакциям окислительно- восстановительной дисмутации, протекающей как внутримолекулярно, так и межмолекулярно. 25 Оксокарбоновые кислоты являются более сильными, чем гидроксикислоты, поэтому в средах организма (рН7) обычно находятся в виде аниона. Оксокислоты проявляют свойства, характерные и для кислот, и для карбонильных соединений. Специфические свойства обусловлены, как и в случае гидроксикислот, наличием двух и более электроотрицательных групп и их взаимным влиянием. Т.е. они даже в большей степени, чем гидроксикислоты, склонны к реакциям окислительно-восстановительной дисмутации. Они проявляются в виде реакций с разрывом связей С – С (декарбонилирования, декарбоксилирования (в ансамбле ферментов, содержащем декарбоксилазу и коферменты НАД+ и HSКоА)), реакций с образованием С – С связей. Это свидельствует о том, что углеродный атом карбонильной группы проявляет окислительно-восстановительную двойственность, однако, окислительные свойства для него более характерны, поэтому он ступает в реакции восстановления. Ацетоуксусная кислота, являясь β-оксокислотой, еще легче подвергается декарбоксилированию. В свободном состоянии она представляет собой сиропообразную жидкость, медленно выделяющую диоксид углерода. Как продукт окисления 3-гидроксимасляной кислоты наряду с продуктами ее превращений накапливается в организме больных сахарным диабетом (так называемые ацетоновые, или кетоновые тела). Для оксо-кислот характерна кето-енольная таутомерия и существование амбидентного аниона, что значительно расширяет и повышает их реакционную активность. Дело в том, что при действии какого- либо реагента на вещества, находящиеся в таутомерном равновесии, 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. Ярким примером таких веществ является этиловый эфир ацетоуксусной кислоты, называемый просто ацетоуксусным эфиром. Исследования показали, что 26 ацетоуксусный эфир представляет собой смесь двух изомеров - кетона (92,5%) и енола (7,5 %), находящихся в таутомерном равновесии. И в реакциях он может вести себя и как кетон и как спирт. Существование оксокислот и их производных в растворах в виде равновесной смеси кето- и енольных-форм (кето-енольная таутомерия) приводит к появлению еще одного важного для организма свойства – связывать ионы-комплексообразователи в устойчивые хелаты. На этом свойстве основано применение оксокислот и их производных в хелототерапии. Основная ароматическая кислота – бензойная. Надо отметить, что ароматические кислоты незначительно превышают алифатические по кислотности (pK a бензойной кислоты 4,2). В делокализации заряда в бензоат- ионе бензольное кольцо выступает как слабый электроноакцептор, не принимая участия в сопряжении с электронами, обусловливающими отрицательный заряд. На кислотность производных бензойной кислоты, как и других карбоновых кислот, значительно влияют заместители, введенные в углеводородный радикал. Электроноакцепторные заместители увеличивают кислотность, а электронодонорные ее понижают. Сама бензойная кислота обладает и кислотными свойствами, как и все карбоновые кислоты и вступает в реакции по бензольному кольцу. Сама бензойная кислоты облает антибактериальными, фунгицидными свойствами. Применяется только наружно. В организме обезвреживается под действием глицина, превращаясь в гиппуровую кислоту. По скорости образования и выделения гиппуровой кислоты с мочой после приема бензойной кислоты судят о функции печени и ее роли в обезвреживании токсичных продуктов. 27 Биологическое значение имеет п-аминобензойная кислота (ПАБК), известная под названием витамина В10, участвует: в усвоении белка, в выработке красных кровяных телец; активизирует: кишечную микрофлору, синтез интерферона; повышает эффективность витамина С; препятствует образованию тромбов; антиоксидант и др. На ее основе синтезируют местноанестезирующие средства – анестезин (этиловый эфир ПАБК) и новокаин (2-диэтиламиноэтиловый эфир ПАБК). Новокаин применяют в виде соли (гидрохлорида), что связано с необходимостью повышения его растворимости в воде: Также огромное биологическое значение имеет никотиновая кислота. В нашем организме она превращается в никотинамид, который связывается с коферментами НАД и НАДФ, переносящими водород, участвует в метаболизме белков, жиров, аминокислот, пуринов, тканевом дыхании. Фенокислоты являются сильными кислотами. Проявляют свойства фенолов и кислот. Самая используемая – салициловая кислота. Она сама и несколько ее производных находят широкое применение в медицине в качестве жаропонижающих, болеутоляющих и противогрибковых средств. Салициловая кислота и ее производные Салициловая кислота Салицилат натрия Ацетилсалициловая кислота (аспирин) 28 Метилсалицила т Фенилсалицилат (Салол) n-аминосалициловая кислота (ПАСК) Салол – дезинфицирующее средство при кишечных заболеваниях. В кислой среде не гидролизуется, используют как материал для защитных оболочек лекарственных средств. ПАСК обладает противотуберкулезным действием. Она является антагонистом п-аминобензойной кислоты, необходимой для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов. Сульфаниловая кислота (п-аминобензолсульфоновая) – это производное бензола, содержащее аминогруппу и сульфогруппу, существует в виде диполярного иона. Она сама и многие ее производные используются в медицине как антисептические и противовоспалительные средства. Сульфаниламид (амид сульфаниловой кислоты или стрептоцид) является родоначальником сульфаниламидных препаратов. Все сульфаниламиды обязательно должны содержать сульфаниламидную группу. Замена ее другими группами приводит к потере антибактериальной активности. Сульфанилова я кислота Общая формула сульфаниламида Где R: - Н – стрептоцид - СООН – альбуцид - сульфадимезин 29 Отдельные представители: 4-Гидроксимасляная кислота (традиционно называемая γ- гидроксимасляной кислотой, ГОМК) применяется в виде натриевой соли как снотворное средство, а также в анестезиологии. Бензойная кислота применяется в медицине при кожных заболеваниях как наружное антисептическое (противомикробное) и противогрибковое средства, а её натриевую соль – как отхаркивающее средство. Кроме того, бензойную кислоту и её соли используют при консервировании пищевых продуктов (пищевые добавки E210, E211, E212, E213). Эфиры бензойной кислоты (от метилового до амилового) обладают сильным запахом и применяются в парфюмерной промышленности. Некоторые другие производные бензойной кислоты, такие как, например, хлор- и нитробензойные кислоты, широко применяются для синтеза красителей. Парааминобензойная кислота (витамин В10) - играет важную роль в синтезе фолиевой кислоты (витамина В9), обмене веществ, защитных механизмах от неблагоприятных условий окружающей среды и других важных моментах жизнедеятельности человеческого организма. Анестезин - обладает активным поверхностным местнообезболивающим (анестезирующим) и противозудным действием. П рименяется в составе присыпок или мазей при болезненных язвах, трещинах, кожном зуде, почесухе, крапивнице, экземе и зуде половых органов, зуде заднего прохода. Внутрь — как обезболивающее средство при гастралгии, воздушной и морской болезни, неврозах желудка, повышенной чувствительности пищевода Новакаин - местнодействующий анестетик, применяющийся для локализованного краткосрочного обезболивания в хирургии, стоматологии, других областях медицины, а также при некоторых диагностических процедурах. Салициловая кислота используется для лечения кожных заболеваний, различного происхождения, таких как: лишай, кератозы, экзема, псориаз, заживление мокнущих ран, например, после ожога. Также салициловую кислоту используют для уменьшения болей при: ревматизме, артрозе и артрите. Производные салициловой кислоты: салицилат натрия - обладает анальгезирующими, жаропонижающими и противовоспалительными свойствами. Эффективен натрия салицилат при головной, зубной, суставной и мышечной боли; метилсалицилат оказывает противовоспалительное, местнообезболивающее, раздражающее и отвлекающее действие; фенилсалицилат (салол) - применяют внутрь при заболеваниях кишечника (колитах, энтероколитах), а также циститах, пиелитах, пиелонефритах. В щелочной среде кишечника салол распадается на фенол и салициловую кислоту, которая действует угнетающе на кишечную флору; 30 ацетилсалициловая кислота (аспирин) является противовоспалительным, жаропонижающим, болеутоляющим средством. Применяется для предупреждения образования тромбов, при тромбозе сосудов сетчатки, при нарушении мозгового кровообращения. Для предупреждения осложнений и уменьшения приступов стенокардии при ишемической болезни сердца. Сульфаниламидные препараты обладают антибактериальной активностью, которая основана на том, что все сульфаниламиды являются антиметаболитами по отношению к п-аминобензойной кислоте, которая участвует в биосинтезе фолиевой кислоты – постового фактора для микроорганизмов. Производных сульфаниламида уже было синтезировано более 10 тыс. Однако практическое применение нашли лишь несколько десятков. Наибольшую активность проявляют те производные, у которых радикал R имеет гетероциклическую природу, например, сульфадимезин и сульфадиметоксин. Контрольные вопросы и задания: 1. Дайте определение понятию: гидроксикислоты. Перечислите биологически важные гидроксикислоты и напишите их формулы. 2. Охарактеризуйте неспецифические свойства гидроксикислот как карбоновых кислот и спиртов (написать реакции). 3. Как влияет присутствие спиртовой группы на силу карбоновых кислот. Ответ поясните. 4. Перечислите специфические свойства гидроксикислот. 5. Что такое – лактиды, лактоны? Какие соединения их образуют? К каким типам реакций (из числа известных Вам) можно отнести реакцию получения лактидов? Лактонов? Приведите примеры таких реакций. 6. Образуют ли -гидрокси кислоты лактоны? Ответ поясните. 7. Что образуется в результате дегидратации b-гидроксикислот? Какое биологическое значение имеет эта реакция? Какой класс соединений дает подобную реакцию? Приведите пример такой реакции. 8. Напишите реакции дегидратации молочной, a-гидроксимасляной, a- гидроксивалериановой кислот. Как называют полученные соединения? Напишите реакции их щелочного гидролиза. 9. Напишите реакции дегидратации b-гидроксипропионовой, яблочной, b- гидроксимасляной и b-гидроксиглутаровой кислот. Назовите полученные соединения. 10.Напишите реакции дегидратации g-гидроксимасляной, g- гидроксивалериановой, d-гидроксикапроновой кислот. Как называют полученные соединения? 31 сульфадиметоксин 11.Как Вы понимаете термин «внутримолекулярная окислительно- восстановительная дисмутация»? Почему такая реакция стала возможной для гидроксикислот? 12.Напишите реакции внутримолекулярной окислительно- восстановительной дисмутации для молочной, a-гидроксимасляной, яблочной и лимонной кислот. Назовите полученные соединения. 13.Биологическое значение реакций дегидрирования гидроксикислот. Какая частица в этом случае выполняет роль окислителя? Какой фермент участвует в этой реакции? 14.Напишите реакции дегидрирования a-гидроксимасляной, a- гидроксиянтарной, b-гидроксивалериановой, b-гидроксиглутаровой кислот. Назовите полученные соединения по рациональной и систематической номенклатуре. 15.Дайте определение понятию: оксокислоты. Какими бывают оксокислоты? Перечислите биологически важные оксокислоты и напишите их формулы. Какими неспецифическими свойствами могут обладать оксокислоты? Перечислите их. 16.При физических нагрузках и недостатке кислорода в мышцах возникает боль (из-за возникновения молочной кислоты), которая проходит при отдыхе за счет накопления кислорода. Напишите схемы реакций, сопровождающие эти процессы. 17.В каких реакциях образуются оксокислоты в нашем организме? Напишите реакция получения пировиноградной, ацетоуксусной, щавелевоуксусной, a-оксоглутаровой и b-оксоглутарой кислот в организме человека из соответствующих гидроксикислот. Назовите эти гидроксикислоты. 18.Какие специфические свойства оксокарбоновых кислот Вам известны? Какие из них можно отнести к внутри и межмолекулярной окислительно- восстановительной дисмутации? Какова причина появления таких свойств? 19.Напишите реакции декарбоксилирования ацетоуксусной, b- оксовалериановой и b-оксоглутаровой кислот в: а) лабораторных условиях; б) в условиях организма. Назовите полученные продукты. 20.Кетоновые тела нашего организма в норме (написать реакцию появления). О чем говорит появление ацетона в организме (при анализе – в моче)? 21.Под действием каких веществ происходят реакции гидрирования оксокислот? Что получают в результате этих реакций? К какому типу 32 реакций еще можно отнести эту реакцию? Какой класс соединений проявляет подобные свойства в лабораторных условиях? 22.Напишите реакции гидрирования пировиноградной, ацетоуксусной, щавелевоуксусной, b-оксовалериановой и b-оксоглутаровой кислот в условиях организма. Назовите полученные продукты. 23.Что такое енол? Что такое кето-енольная таутомерия? Какие свойства появляются у оксокислот благодаря существованию в енольной форме? Как они используются в медицине? Напишите пример схемы реакции, подтверждающей эти свойства. 24.Какими фармакологическими свойствами облает бензойная кислота? Какое вещество служит для обезвреживания бензойной кислоты? Биологическая роль этой реакции. Напишите эту реакцию. 25.Какие производные салициловой кислоты применяют в медицине? Фармакологическое действие салициловой кислоты и ее производных. 26.Напишите реакции образования салицилата натрия из: а) фенола; б) салициловой кислоты (аргументируйте выбор реагента). 27.Напишите реакции образования аспирина, фенилсалицилата, метилсалицилата из салициловой кислоты. 28.п-Аминобензойная кислота. Биологическая роль. Какие эфиры этой кислоты и для чего применяют в медицине? Напишите реакции их полученя. 29.Сульфаниламиды. Отдельные представители, используемые в медицине (2-3 формулы). Механизм действия. 30.Никотиновая кислота. Никотинамид. Состав. Биологическая роль Тесты для самопроверки: 1. К гидроксикислотам относят: 1) ацетоуксусную кислоту 2) пропеновую кислоту 3) яблочную кислоту 4) янтарную кислоту 2. Гетерофункциональные соединения вступают в реакции, характерные для: 1) одной из функциональных групп 2) всех функциональных групп 3) неорганических соединений 4) реакционная способность не зависит от наличия функциональных групп 3. Соли пировиноградной кислоты называют: 1) оксалатами 2) пируватами 3) тартратами 4) цитратами 33 4. К кетонокислотам относят: 1) глиоксалевую кислоту 2) холин 3) салициловую кислоту 4) щавелевоуксусную кислоту 5. К «кетоновым телам» наряду с ацетоном относят: 1) ацетоуксусную кислоту 2) пропилен 3) аминобензойную кислоту 4) формальдегид 6. Яблочная кислота образуется при гидрировании кислоты: 1) α-кетоглутаровой 2) щавелевоуксусной 3) пировиноградной 4) ацетоуксусной 7. Специфическое свойство α-гидроксикислот: 1) образование лактонов 2) образование сложных эфиров 3) отщепление воды при нагревании с образованием непредельной кислоты 4) образование лактидов 8. При физической работе в мышцах накапливается: 1) ацетон 2) углекислый газ 3) молочная кислота 4) яблочная кислота 9. Оксикислоты в организме образуются в результате: 1) гидрирования кетокислот 2) декарбоксилирования кетокислот 3) гидрирования фенолокислот 4) декарбоксилирования фенолокислот 10. Наиболее сильной кислотой является: 1) бензойная кислота 2) п-аминобензойная кислота 3) п-нитробензойная кислота 4) салициловая кислота 11. β-оксимасляная кислота проявляет свойства как карбоновой кислоты, так и одноатомного спирта. Укажите класс соединения, образующегося при нагревании данной кислоты с NH 3 : 1) сложный эфир 3)амид 2) соль 4) кетон 12.Пировиноградная кислота образуется в процессе гликолиза, а в дальнейшем происходит ее декарбоксилирование. Укажите продукт данной реакции: 34 1) молочная кислота 2) уксусный альдегид 3) ацетон 4) этиловый спирт 13.Взаимодействием п-аминобензойной кислоты с эанолом получают лекарственное средство: 1) анестезин 3) салол 2) новакаин 4)аспирин 14. Сульфаниламидные препараты обладают действием: 1) жаропонижающим 2) противогрибковым 3) обезболивающим 4) антибактериальным 15.Стрептоцидом называют: 1) амид сульфаниловой кислоты 2) сульфаниловую кислоту 3) сульфасалициловую кислоту 4) ацетилсалициловую кислоту 16. Аспирином называют: 1) амид сульфаниловой кислоты 2) сульфаниловую кислоту 3) сульфасалициловую кислоту 4) ацетилсалициловую кислоту 17. В синтезе фолиевой кислоты участвует: 1) никотиновая кислота 2) салициловая кислота 3) п-аминобензойная кислота 4) пировиноградная кислота 18. Гиппуровая кислота: 1) является антиоксидантом нашего организма 2) имеет клиническое значение для оценивания функций печени 3) имеет клиническое значение для оценивания состава мочи 4) имеет практическое значение для получения фармпрепаратов 19. Жаропонижающим действие обладает: 1) салициловая кислота 2) салицилат натрия 3) 4-гидрокисмасляная кислота 4) салол 20. Анестезирующим действием обладает: 1) салициловая кислота 2) салицилат натрия 3) 4-гидрокисмасляная кислота 4) салол 35 |