796

−реакция с муравьиным альдегидом

3. Электрофильные свойства углерода С + - реакции с нуклеофилами

(реакции протекают с раскрытием цикла): − гидролиз

Пурин

Пурин – сложный гетероцикл, сконденсированный из двух ядер: пиримидинового и имидазольного. Благодаря этому он проявляет амфотер-

ные свойства:

1. Нуклеофильные свойства азота N− в положении 3 пиримидинового ядра (основание Бренстеда) – реакции с электрофилами (солеобразова-

ние):

2. Электрофильные свойства водорода H + аминной группы имидазольного ядра – реакции с нуклеофилами (нейтрализация):

Практическое применение. Гетероциклические соединения используются в медицине в качестве витаминов, возбудителей центральной нервной системы, лекарственных препаратов; в сельском хозяйстве − в качестве пестицидов. Производное фурана – фурфурол применяется в производстве пластмасс, а также бактерицидных препаратов фурацилина и фуразолидо-

на:

Производные тиофена составляют действующее вещество ихтиола, применяемого при лечении кожных заболеваний. Ядро индола содержится в 3-индолилуксусной кислоте (гетероауксине) – регуляторе роста растений,

серотонине – регуляторе передачи импульсов в нервных тканях и кровяного давления у высших млекопитающих, псилобицине и диэтиламиде лизер-

гиновой кислоты (ЛСД) – галлюциногенах:

NH

серотонин

Производные пиридина используются в качестве: противопеллагрического препарата – витамина РР (амид никотиновой кислоты) и витамина В6 (пиридоксаль), играющего важную роль в окислительновосстановительных процессах в живых организмах; противотуберкулезного препарата – изонилазида (тубазида); активного сульфамидного препарата – сульфидина; высокоэффективного гербицида, уничтожающий сорняки в посевах злаков и сахарной свеклы – лонтрела-300 (3,6- дихлорпиколиновая кислота).

202

Производное пиримидина – барбитуровая кислота (2,4,6-триокси пиримидин) используется в производстве снотворных препаратов, например, веронала (5,5-диэтилбарбитуровая кислота).

Производные пурина – ксантин (2,6-диоксипурин), теофиллин (1,3- диметилксантин), теобромин (3,7-диметилксантин) и кофеин (1,3,7- триметилксантин) широко используются в медицине в качестве стимуляторов центральной нервной системы. Они содержатся в листьях чая, бобах какао, зернах кофе, в орехах кола. Производные пуриновых и пиримидиновых оснований входят в состав РНК и ДНК

203

ГЛАВА 4. ЭЛЕМЕНТЫ БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Биоорганическая химия (сложившаяся во второй половине ХХ века)

– раздел органической химии, изучающий органические вещества, которые участвуют в процессах жизнедеятельности и метаболизма живых организмов: биополимеры (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты и т.п.), биорегуляторы (ферменты, гормоны, витамины и т.д.), синтетические биологически активные соединения (лекарственные препараты, регуляторы роста, гербициды, фунгициды, инсектициды и др.).

Биоорганическая химия тесно связана с биохимией – наукой о химическом составе живой материи, о химических процессах, происходящих в живых организмах и лежащих в основе их жизнедеятельности.

С другой стороны, биоорганическая химия связана с биофизикой – наукой о физических и физико-химических явлениях в живых организмах.

Знания биоорганической химии могут быть использованы для разработки принципиально новых основ химической технологии путем моделирования клеточных процессов.

4.1.Липиды

Клипидам (от греческого lipos – жир) относят жиры и жироподобные вещества растительного и животного происхождения. Классификация. К липидам принадлежат разнообразные вещества, в состав которых входят различные функциональные группы. Поэтому невозможно дать определение, основанное на классификации веществ по их функциональным признакам.

Их делят на три группы.

1. Глицериды – сложные эфиры глицерина:

а) жиры – сложные эфиры глицерина и жирных высших карбоновых кислот (табл.4.1)

б) фосфолипиды (фосфатиды) – сложные эфиры глицерина, две гидроксильные группы которых этерифицированы жирными высшими карбоновыми кислотами, а третья – производными ортофосфорной кислоты, связанной с остатком азотистого основания

Вкачестве азотистого основания лецитины содержат остаток холина,

акефалины – остаток коламина.

2. Липиды, не содержащие остатков глицерина:

а) воски – сложные эфиры жирных высших карбоновых кислот и спиртов, содержащих четное количество атомов углерода (С16 – С36):

205

б) терпены – соединения, построенные из нескольких изопреновых

содержится в плодах, листьях (особенно моркови), в кровяной сыворотке (т.пл. 1830 С)

206

д) стероиды – производные углеводорода стерана (циклопентано-

3. Жирные кислоты и продукты их ферментативного окисления:

а) жирные кислоты – высокомолекулярные карбоновые кислоты, различающиеся числом атомов углерода в цепи, числом и положением двойных углерод-углеродных связей (табл. 4.1.);

б) простагландины – продукты окисления жирных кислот:

HO

OH

простагландин F1 (продукт окисления арахидоновой кислоты, регулятор репродуктивной системы)

Нахождение в природе. Все группы липидов широко распространены в живой природе.

Методы получения

1.В промышленности липиды получают из природных источников.

2.В лабораторных условиях жиры можно получить этерификацией глицерина жирными высшими кислотами:

207

O

Изомерия. Так как к липидам относятся различные классы органических соединений, трудно обобщить все типы их изомерии.

Прежде всего, для липидов характерна структурная изомерия, обусловленная различным взаимным расположением ацильных радикалов:

Структурная изомерия углеродной цепи характерна также для терпенов и каротиноидов:

лимонен

Строение α-каротина (т.пл. 1870C) отличается от строения - каротина иным расположением двойной связи в одном из колец. - Каротин (т.пл. 1780C) занимает промежуточное положение между - каротином и ликопином: в молекуле его содержится только одно кольцо.

208

. . . .

C40H56

....

....

−каротин (т.пл. 1830 C) получается замыканием концов цепи ликопина в шестичленные кольца

Физические свойства. Липиды – жидкие или кристаллические вещества, нерастворимые в воде, но растворимые в неполярных растворителях, таких как гексан, хлороформ и др. По своему агрегатному состоянию они делятся на жиры твердые животного происхождения, содержащие в составе молекул остатки жирных предельных кислот, и жиры жидкие – растительные масла, содержащие остатки жирных непредельных кислот.

Идентификация любых органических соединений состоит в подтверждении их химического состава какими-либо методами. Поскольку, как уже было выше сказано, жиры содержат в своем составе различные функциональные группы, то спектроскопическая идентификация жиров сводится к нахождению этих функциональных групп методами УФ-, ИК- и ПМР-спектроскопии (см. гл. 1.5.).

Химические свойства

Жиры, фосфатиды и воски

Липиды этой группы по своей химической природе являются сложными эфирами, образованными из одно-, двух- и трехатомных спиртов и карбоновых и фосфорных кислот.

Кроме того, в ацильных радикалах растительных масел и некоторых животных жиров (например, сливочное масло) содержится вторая функцииональная группа, содержащая одну, две и более двойных углеродуглеродных связей.

1. Электрофильные свойства углерода C + и фосфора P + (см. 3.14.) эфирной группы:

209

– гидролиз:

O

Гидролиз является общим свойством липидов данной группы.

2. Нуклеофильные свойства sp2-гибридного углерода C− двойной углерод-углеродной связи:

а) окисление (прогоркание); жиры, содержащие остатки непредельных кислот, под влиянием света и кислорода окисляются по месту разрыва двойных связей с образованием пероксидов; далее происходит разрыв углеродной цепи по месту разрыва бывших двойных связей, в результате чего образуются альдегиды, а при дальнейшем окислении − карбоновые кислоты с короткими цепями типа масляной кислоты, обладающие неприятным запахом:

б) окислительная полимеризация (олифизация). Масла, содержащие большое количество ненасыщенных кислот (например, льняное масло), реагируют с воздухом, образуя сшитые пероксиды. При нанесении тонким слоем на поверхность такие высыхающие масла образуют твердую пленку;

в) галогенирование: