Конечным продуктом восстановления будет анилин (аминобензол); реакция Зинина.

СПИРТЫ

Спиртами называют алифатические соединения, содержащие гидроксильную группу (алканолы, алкенолы, алкинолы); гидроксиарены или ароматические гидроксипроизводные называются фенолами. Название спирта образуется прибавлением суффикса -ол к названию соответствующего углеводорода или на основе углеводородного радикала. В зависимости от строения углеводородного радикала различают спирты:

первичные: R-OH

CH₃OH	С₂H₅OH	xxxhhhрррC₃H₇OH

вторичные:

R₁ > CH-OH R₂		R₁ = R₂ = CH₃ изопропиловый спирт изо-пропанол

третичные:

---- C --- OH		R₁ = R₂ = R₃ = CH₃ трет-бутанол

Одноатомные фенолы:

OH	OH
фенол	α-нафтол

Фенолы характеризуются более сильными кислотными свойствами, чем спирты, последние в водных растворах не образуют карбониевые ионы AIk – O^–, что связано с меньшим поляризующим действием (электроакцепторными свойствами акильных радикалов по сравнению с ароматическими).

Спирты и фенолы тем не менее легко образуют водородные связи, поэтому все спирты и фенолы имеют более высокие температуры кипения, чем соответствующие углеводороды.

Соединения с двумя и более гидроксильными группами называются многоатомными спиртами и фенолами:

СН₂—ОН СН₂--ОН		СН₂—ОН СН—ОН СН₂--ОН
1,2-этандиол (гликоль)		1,2,3-пропан-триол (глицерин)

================================================

АЛЬДЕГИДЫИ КЕТОНЫ window.top.document.title = "12.4.2. Альдегиды и кетоны";

Алканали (алифатические) и аренали (ароматические) альдегиды содержат функциональную группу .

Название происходит от соответствующей карбоновой кислоты с добавлением «альдегид» или суффикса -аль к корню соответствующего углеводорода:

R = H – формальдегид, муравьиный альдегид, метаналь;

R = CH₃ – ацетальдегид, уксусный альдегид, этаналь;

R = C₆H₅ – бензальдегид, фенилаль.

Кетоны содержат карбонильную группу и бывают симметричными (R¹ = R²) и несимметричными (R¹ ≠ R²): R¹ = R² = CH₃ – диметилкетон (ацетон); R¹ = CH₃, R² = C₂H₅ – метилэтилкетон. В названии кетона используют оба углеводородных радикала или добавляют суффикс -он к соответствующему углеводороду: ацетон, диметилкетон, диметилкарбон, пропан-2-он.

Специфической реакцией альдегидов и кетонов является образование азометиновых соединений (оснований Шиффа) с первичными аминами:

ЭФИРЫ window.top.document.title = "12.4.4. Эфиры";

Сложные эфиры содержат группировку

При этом R и R₁ могут быть одинаковыми или разными.

Сложные эфиры образуются в результате реакции этерификации:

Название начинается с радикала спирта и заканчивается названием кислоты с добавлением суффикса -ат.

Под действием кислот, а особенно оснований, идет обратная реакция гидролиза (омыления). Сложные эфиры относятся к органическим растворителям. Взаимодействие дикарбоновой кислоты с диолом приводит к образованию полиэфиров (полимеров):

Простые эфиры содержат группировку R–O–R₁. Получаются они отщеплением воды от двух молекул спирта:

При R = R₁ эфир называется симметричным, если радикалы разные – несимметричным. Название – по радикалам с добавлением слова «эфир»:

C₂H₅–O–C₂H₅ – диэтиловый эфир, C₂H₅–O–CH₃ – метилэтиловый эфир.

КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ window.top.document.title = "12.4.3. Карбоновые кислоты";

Карбоновые кислоты содержат карбоксильную группировку –COOH. Свойства кислоты определяются природой радикала R, обычно это слабые кислоты, pH = 4–5. Название происходит от соответствующего углеводорода с добавлением окончания «-вая кислота» или окончания «-карбоновая кислота» к углеводороду на один атом меньше:

R = H – метановая кислота, муравьиная кислота;

R = CH₃ – этановая кислота, метанкарбоновая кислота, уксусная кислота;

R = C₂H₅ – пропановая кислота, этанкарбоновая кислота, пропионовая кислота;

R = C₆H₅ – бензойная кислота, фенилкарбоновая кислота.

Карбоновые кислоты.

Большое значение в биохимии имеют дикарбоновые кислоты: алифатические насыщенные HOOC–(CH₂)_n–COOH (n = 0, 1, 2,...), алифатические ненасыщенные (HOOC)₂C_nH_2n–2 (n = 2, 3, 4,...), ароматические C₆H₄(COOH)₂.

В растворах кислоты диссоциируют:

Карбоновые кислоты в свободном состоянии и в растворах склонны к димеризации или ассоциации за счет сильной водородной связи.

ОКСИКИСЛОТЫ window.top.document.title = "12.5.1. Оксикислоты";

Оксикислоты характеризуются наличием в молекуле кроме карбоксильной еще гидроксильной группы О–Н, их общая формула R(OH)_n(COOH). Формально простейшей оксикислотой будет хорошо известная неорганическая угольная кислота (оксометановая кислота). Поскольку функции двух О–Н-групп, связанных с одним атомом углерода, одинаковы, то любая из них может входить в карбоксильную группировку и диссоциировать по механизму двухосновной кислоты. Собственно первым представителем органических оксикислот будет оксиэтановая кислота (оксиуксусная, оксиметанкарбоновая, гликолевая кислота).

Наиболее важными из оксикислот, участвующих в процессах жизнедеятельности, являются:

АЛЬДЕГИДО- И КЕТОНОКИСЛОТЫ window.top.document.title = "12.5.2. Альдегидо- и кетонокислоты";

Альдегидо- и кетонокислоты содержат наряду с карбоксильной соответственно альдегидную и кетонную (карбонильную) группировки.

При окислении гликолевой кислоты НООС-СН₂ОН получается единственно возможная α-альдегидокислота-глиоксалевая НООС-СНО, содержащаяся в недозрелых фруктах. Дальнейшее окисление приводит к образованию щавелевой кислоты НООС-СООН. Простейшая известная кетонокислота – пировиноградная СН₃—СО—СООН (α-кетонопропионовая, этан-2-он-карбоновая кислота) – может быть получена окислением молочной кислоты

или омылением α-дибромпропионовой кислоты

АМИНЫ window.top.document.title = "12.4.5. Амины";

Амины – производные аммиака, поэтому известны три типа аминов, в которых атомы водорода последовательно замещены алкильными радикалами R:

Первичные вторичные третичные

RNH₂ R₂NH R₃N

Амины – слабые основания, поскольку азот всегда остается донором электронной пары. Первичные амины реагируют с альдегидами и кетонами с образованием группировки R'HC=N–R или RR'C=N–R'' (основания Шиффа).

НИТРИЛЫИ НИТРОСОЕДИНЕНИЯ window.top.document.title = "12.4.7. Нитрилы и нитросоединения";

Нитрилы содержат нитрильную группировку R–C≡N, при гидролизе которой получаются карбоновые кислоты:

Нитрилы, таким образом, могут быть получены из кислот, галогеналканов, а ароматические – из солей диазония.

Нитросоединения содержат группу –NO₂ и получаются нитрованием органических веществ смесью концентрированных азотной и серной кислот:

При частичном восстановлении получаются нитрозосоединения

Конечным продуктом восстановления будет анилин (аминобензол); реакция Зинина.

СЕРОСОДЕРЖАЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ window.top.document.title = "12.4.8. Серосодержащие соединения";

В серосодержащих соединениях обычно кислород замещается на серу, образуя

В названии обычно фигурирует приставка тио- (тиоспирты, тиоальдегиды, монотио- и диотиокислоты). Тиопроизводные обладают более сильными кислотными свойствами и очень неприятным запахом; некоторые очень токсичны.

Сульфокислоты содержат –SO₂OH, получаются взаимодействием органического вещества с серной кислотой.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВ window.top.document.title = "12.4. Функциональные производные углеводородов";

Свойства любого органического соединения, получаемого путем замещения атома водорода в данной молекуле (остаток молекулы после отнятия атома водорода называется радикалом R) на гетероатом (Cl, Br и т. д.) или функциональную группу с одним (OH, NH₂) или несколькими (COOH, SO₃H, NO₂) гетероатомами, определяются природой заместителя или функциональной группы. Обычно такие производные углеводородов записываются в виде R–Y (где Y – гетероатом или функциональная группа), см. табл. 12.7.

Углеводы window.top.document.title = "13.1. Углеводы";

Углеводы с общей формулой – это полиспирты, содержащие альдегидную или кетонную группировку.

Следующая схема наглядно показывает генеалогию углеводов (сахаридов):

Рисунок 13.1.

В молекуле моносахарида для указания числа углеродных атомов к корню соответствующего греческого числительного прибавляют окончание «- оза ».

Моносахариды обычно изображаются формулами Фишера, в которых углеродная цепь располагается линейно. В табл. 13.1 приведены первые четыре типа моносахаридов.

альдозы	триозы C₃H₆O₃	тетрозы C₄H₈O₄	пентозы C₅H₁₀O₅	гексозы C₆H₁₂O₆
		рибоза	глюкоза
кетозы				фруктоза

Циклизация кетогексозы (фруктозы) приводит к образованию пятичленного фуранового цикла:


фруктоза (кетогексоза)		фруктоза		фруктофураноза

При образовании циклической структуры группа ОН, связанная с C¹, может расположиться по ту же сторону от кольца, что и ОН-группа, связанная с C² (α-форма) или по противоположную сторону кольца (β-форма), что играет существенную роль при образовании полисахаридов.

При связывании двух моносахаридов по реакции конденсации образуются дисахариды с возникновением гликозидной связи:

	+
				гликозидная связь

При конденсации глюкозы и фруктозы образуется дисахарид сахароза (пищевой сахар).

В зависимости от места образования гликозидной связи различают несколько дисахаридов: тип сахарозы (α-1,2-связь), тип мальтозы (α-1,4-связь), тип лактозы (β-1,4-связь):

	+				(тип α-1,4)
глюкоза		глюкоза		мальтоза (солодовый сахар)

	(тип β-1,4)
остаток глюкозы остаток глюкозы
лактоза (молочный сахар)

Полисахариды – высокомолекулярные соединения общей формулы (C₆H₁₀O₅) _n. Важнейшими представителями этих высших полиоз являются крахмал, гликоген, целлюлоза.

Крахмал – полиоза растительного происхождения, состоящая из двух фракций – амилозы и амилопектина, соотношение между которыми колеблется в пределах 1:9 – 1:4. Отличие между амилозой и амилопектином заключается в том, что в амилопектинах помимо α-1,4-гликозидной связи имеются разветвления по α-1,6-связи. Поскольку α-1,4-гликозидная связь типична для мальтоз, то гидролиз крахмала обычно происходит по схеме

(C₆H₁₀O₅) _n	→	(C₆H₁₀O₅) _n	→	C₁₂H₂₂O₁₁	→	C₆H₁₂O₆.
крахмал		декстины, растворимые крахмалы		мальтоза		глякоза

Гликоген (животный крахмал) играет роль резервного полисахарида. Конечным продуктом сложных превращений гликогена в мышцах является молочная кислота.

Гликозидные цепи α-1,4-типа в молекуле гликогена более разветвлены по связи α-1,4-типа, поэтому их молекулярный вес достигает 1∙10⁶ единиц.

Клетчатка (целлюлоза) – полисахарид, среднее число гликозидных фрагментов β-1,4-типа в которых достигает 6000–12000.

Инулин – резервный полисахарид растений, гидролизуется во фруктозу.

Структура молекул крахмала и целлюлозы приведена ниже:

крахмал

целлюлоза

АМИНОКИСЛОТЫ window.top.document.title = "13.3. Аминокислоты";

Аминокислоты () диссоциируют в растворе с pH 4–9 с образованием катион-аниона (цвиттер-иона):

В составе белков встречается до 25 аминокислот, но только десять из них не синтезируются живым организмом. Это так называемые незаменимые аминокислоты (табл. 13.2).

Название	Сокращенное обозначение	R
Валин, α-аминоизовалериановая кислота	Val
Лейцин, α-аминоизокапроновая кислота	Leu
Изолейцин, α-амино-β-метилвалериановая кислота	Ile
Фенилаланин, α-амино-β-фенилпропионовая кислота	Phe
Метионин, α-амино-γ-метилтиомасляная кислота	Met
Триптофан, α-амино-β-имидолилпропионовая кислота	Try
Треонин, α-амино-β-гидроксимасляная кислота	Thr
Гистидин, α-амино-β-имидазолилпропионовая кислота	His
Лизин, α, ε-диаминокапроновая кислота	Lys
Аргинин, α-амино-δ-гуанидинвалериановая кислота	Arg

Незаменимые аминокислоты.

Большинство аминокислот содержат асимметрический атом углерода и проявляют оптические свойства. Как правило, в процессах жизнедеятельности участвуют α-изомеры; β-изомеры очень редки и обнаружены лишь в некоторых видах бактерий, антибиотиках грамицидине и актиномицине. Оптически не активна α-аминоуксусная кислота

глицин (Gly)

ПОЛИПЕПТИДЫ window.top.document.title = "13.4. Полипептиды";

При взаимодействии аминогруппы одной и карбоксильной группы другой α-аминокислот возникает амидная или пептидная связь. В основе образования пептидной связи лежит реакция конденсации

+ +

В пептидной группировке π-электроны делокализованы, что создает возможность для образования двух изомерных форм:


транс-		цис-

Более устойчива транс-форма, именно она присутствует в натуральных белках.

Валентные углы и межатомные расстояния во всех пептидных группировках практически постоянны, но зависят от природы расположенных по бокам пептидной цепи радикалов R.

В названии пептида слева указывается аминокислота со свободной аминогруппой (N – концевая аминокислота), справа – аминокислота со свободной карбоксильной группой (C – концевая аминокислота).

БЕЛКИ window.top.document.title = "13.5. Белки";

Белки – высокомолекулярные соединения, образующиеся в результате связывания отдельных полипептидных цепей водородными связями. Все белки подразделяются на глобулярные и фибриллярные. Глобулярные белки компактны, обладают сферической и приближенными к ней формами. Глобулярный белок диаметром 2,5 нм представляет собой полипептидную цепь длиной до 50 нм, свернутую в клубок. Фибриллярные белки обычно вытянуты и входят в состав тканей, мышц, волос. Полипептидные цепи такого белка, свернутые в винтовую спираль, ориентированы параллельно друг другу. На рис. 13.3 приведена структура нити мышечного белка. Одной из важнейших вторичных структур является α-спираль, впервые найденная Л. Полингом и Р. Б. Кори.

Структура нити мышечного белка.

Белковую природу имеют многочисленные ферменты, которые катализируют реакции определенного типа. Ферментам свойственна высокая избирательность, наибольшая активность при нормальной температуре организма, зависимость ферментной активности от pH. Ферменты разделяются на шесть классов:

1. Оксидоредуктазы – катализируют окислительно-восстановительные процессы.

2. Трансферазы – катализируют перенос химических групп (радикалов).

3. Гидролазы – катализируют гидролитические процессы.

4. Лиазы – обеспечивают присоединение по двойным связям или их образование.

5. Изомериазы – участвуют в процессах изомеризации.

6. Синтетазы – обеспечивают реакции конденсации двух молекул с участием фосфатных групп.

Для обеспечения каталитической функции многие ферменты содержат в молекуле небелковую часть – кофактор. Кофакторами могут быть органические вещества или ионы биометаллов, а также

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ window.top.document.title = "13.6. Нуклеиновые кислоты";

Нуклеиновые кислоты – биосополимеры, состоящие из пуринового или пиримидинового основания, углеводов (рибозы и дезоксирибозы) и фосфатных групп; они входят в состав клеточного ядра (nucleus), отсюда их название – нуклеотиды.

Пуриновые основания: аденин и гуанин:


аденин (А)		гуанин (Г)

Пиримидиновые основания: цитозин, урацил, тимин:


цитозин (Ц)		урацил (У)		тимин (Т)

В состав мононуклеотидов обычно входят D-рибоза (в форме β-D-рибофуранозы), глюкоза (редко) и β-D-2-дезоксирибоза:


β-D-рибоза		β-D-дезоксирибоза

Пуриновые или пиримидиновые основания, рибоза и дезоксирибоза, а также фосфорная кислота связаны в молекулах нуклеотидов однотипно. Пентозы, с одной стороны, посредством одного углеродного атома соединяются с соответствующим основанием: с пуриновым по его 9-му атому азота, с пиримидиновым – по 3-му атому азота, а с другой – эфирной связью соединяются с монофосфорной, дифосфорной или трифосфорной кислотами, образуя соответствующие мононуклеотиды. Последние за счет конденсации ОН-групп фосфорных кислот и пентозов полимеризуются в РНК и ДНК.


аденозин-1-рибо-3-монофосфат (АМФ)		гуанозин-1-рибо-2-дифосфат (ГДФ)


аденозин-1-дезокси-3-монофосфат (АДФ)		β-D-гуанозин-1-дизокси-3-трифосфат (ГДФ)

На рис. 13.4 приведена структура полинуклеотида. Линейный полинуклеотид образует двойную спираль ДНК (рис. 13.5).

Структура полинуклеотида. B – любое из пириновых или пиримидиновых оснований.

Схематическое образование комплементарных (взаимодополняющих) пар оснований и двойной спирали ДНК.

Построение комплементарной цепи ДНК.

ВИТАМИНЫИ ГОРМОНЫ window.top.document.title = "13.7. Витамины и гормоны";

Витамины – биохимически активные низкомолекулярные органические и биокоординационные соединения, необходимые для обеспечивания жизненно важных функций организма. Недостаток того или иного витамина приводит к тяжелым заболеваниям. Известны около 20 соединений, относимых к витаминам. Витамины делятся на водо- и липидорастворимые и относятся к нескольким группам, обозначаемым прописными буквами латинского алфавита A, B, C, D, E, K.

Витамины группы А – производные 4-(2',2',6-триметилгексен-1')-бутен-3-ОН-2.

Особенно богата морковь каротином – провитамином А, который образно называют «витамином роста».

Они образуются только в животных организмах, но из предшественников, синтезируемых растениями. Такие каротиноподобные провитамины содержатся в шпинате, моркови. Витамины группы А содержатся в молочных продуктах, животном жире, яйцах, но особенно много их в рыбьем жире. Наиболее важные витамины группы А – ретинол (А₁), ретиналь (A₁-альдегид), ретиноевая кислота (A₂) и др.

Первым из витаминов был открыт витамин B, а в 1926 г. была установлена его структура.

Витамины группы B – азотсодержащие гетероциклические соединения, отвечающие за процессы роста (B₁, B₂), нормальное развитие кожи (B₆), кроветворную способность (B₁₂). Простейшим является 3-пиридинкарбоновая кислота (иногда называемый PP), наиболее сложным – B₁₂, относящийся к биокоординационным соединениям.

Хорошо известный витамин C – аскорбиновая кислота – относится к группе витаминов C – производных L-гулоновой кислоты. Собственно витамин C в лактонном виде имеет формулу

Эта группа витаминов обладает многофункциональным действием (наиболее известное – противоцинготное).

Витамины группы D препятствуют развитию рахита. Некоторые из них могут синтезироваться из веществ-предшественников в коже под действием солнечного света, другие поступают с пищей.

Витамины группы E регулируют процессы размножения, а витамины группы K – свертываемость крови.

Гормоны вырабатываются железами внутренней секреции (эндокринными) и регулируют обменные процессы в организме.

Известно более 40 гормонов, объединяемых в три группы: производные аминокислот, пептидные и стероидные. К первой относятся адреналин, ко второй инсулин, к третьей – мужские (производные андростана R = CH₃) и женские (производные эстрона R = H) половые гормоны:

К стероидам относится холестерин

Конечным продуктом восстановления будет анилин (аминобензол); реакция Зинина.

Поиск по сайту