Поли- и гетерофункциональные соединения, участвующие в процессах жизнедеятельности

ПОЛИ- И ГЕТЕРОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, УЧАСТВУЮЩИЕ В ПРОЦЕССАХ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Полифункциональные соединения – это соединения, в молекулах которых присутствуют две или более одинаковых функциональных групп.

Классификация

В соединениях, участвующих в процессах жизнедеятельности,

Полифункциональные соединения. Из соединений с несколькими одинаковыми функциональными группами наиболее широко представлены в природных объектах соединения с гидроксильными группами – многоатомные спирты и многоатомные фенолы. Чаще всего встречаются простейший двухатомный спирт этиленгликоль, простейший трехатомный спирт глицерин и двухатомные фенолы – пирокатехин, резорцин и гидрохинон.

 

Двухатомные фенолы – пирокатехин, резорцин, гидрохинон – входят в состав многих природных соединений. Все они дают характерное СИНЕЕ окрашивание с хлоридом железа (III).

Примерами многоатомных спиртов высшей атомности служат пентиты и гекситы, спирты с открытой цепью. Накопление гидроксильных групп в молекуле ведет к появлению сладкого вкуса.

Представители пентитов и гекситов – ксилит и сорбит – заменители сахара для больных диабетом.

Примерами циклических спиртов служат инозиты – шестиатомные спирты циклогексанового ряда.

 

Мезоинозит относится к витаминоподобным соединениям (витамины группы В) и является структурным компонентом сложных эфиров.

Соединения с несколькими аминогруппами встречаются гораздо реже. Их простейший представитель – этилендиамин H₂NCH₂CH₂NH₂.

Тетраметилендиамин, или путресцин

 

H₂NCH₂CH₂CH₂CH₂NH₂

 

и пентаметилендиамин

 

H₂NCH₂CH₂CH₂CH₂CH₂NH₂

длительное время считали трупными ядами, т.е. соединениями, обуславливающими ядовитость гниющих белков. В настоящее время выяснено, что ядовитые свойства белкам при гниении придают другие вещества.

 

К поликарбонильным относится ряд классов соединений, поскольку карбонильная группа входит в состав альдегидов, кетонов, карбоновых кислот и других соединений.

Наиболее распространены дикарбонильные соединения. Ниже приведены простейшие алифатические дикарбонильные соединения – глиоксаль (этандиаль), диацетил (бутандион), ацетилацетон (пентандион-2,4), щавелевая (этандиовая) кислота.

 

Гетерофункциональные соединения.

Из соединений с двумя различными функциональными группами в природных объектах широко представлены аминоспирты, гидрокси-, амино- и оксокислоты.

 

H2NCH2CH2OH	HOCH2COOH
коламин	гликолевая кислота	пировиноградная кислота

 

В ароматическом ряду основу важных природных биологически активных соединений и синтетических лекарственных средств составляют п-аминофенол, п-аминобензойная кислота, салициловая кислота и сульфаниловая кислота.

 

Поли- и гетерофункциональные соединения могут проявлять свойства, присущие монофункциональным соединениям, т.е. способность вступать в реакции по каждой функциональной группе.

Однако одновременное наличие нескольких функциональных групп в молекуле ведет к появлению определенных различий в свойствах моно-, поли- и гетерофункциональных соединений.

Во-первых, в поли- и гетерофункциональных соединениях может наблюдаться усиление или, наоборот, ослабление некоторых свойств, характерных для монофункциональных соединений.

Во-вторых, в поли- и гетерофункциональных соединениях могут появляться специфические химические свойства, которые наиболее важны для обеспечения биологических функций, выполняемых этими веществами.

 

О-Ацилирование.

В результате этой реакции спирты образуют сложные эфиры. При этом могут использоваться как неорганические, так и органические кислоты или их функциональные производные.

 

В виде 1%-го раствора в этаноле или в виде таблеток тринитрат глицерина применяют в медицине при стенокардии.

Дегидратация.

Нагревание этиленгликоля с разбавленной серной кислотой приводит к межмолекулярному отщеплению воды и образованию диоксана.

Глицерин при нагревании образует ненасыщенный альдегид – акролеин.

 

Окисление.

Окисление полиолов является многофакторным процессом и редко приводит к индивидуальным продуктам. Так, действие азотной кислоты на этиленгликоль заключается в последовательно протекающих реакциях окисления спиртовых функций через альдегидные в карбоксильные:

Перманганат калия в кислой среде, окисляет диолы с разрывом связи С ─ С и образованием максимально окисленных фрагментов.

Замещение.

Замещение гидроксильной группы на атом галогена в многоатомных спиртах происходит под действием хлоро- или бромоводородной кислоты, газообразных галогеноводородов, галогенидов фосфора или тионилхлорида при нагревании:

 

Хелатообразование.

Поли- и гетерофункциональные соединения, содержащие одновалентные функциональные группы, такие, как ОН- или NH₂-группы, у соседних атомов углерода, при взаимодействии с гидроксидами тяжелых металлов, например гидроксидом меди (II), образуют внутрикомплексные, так называемые хелатные, соединения. Такие соединения обычно хорошо растворимы в воде и интенсивно окрашены, поэтому реакция используется как качественная. Примером может служить образование гликолята меди(II).

 

 

Двухатомные фенолы – пирокатехин, резорцин, гидрохинон – входят в состав многих природных соединений.

Дикарбоновые кислоты

Дикарбоновые кислоты. К ним относят соединения с двумя карбоксильными группами. Это белые кристаллические вещества, обладающие более кислым характером, чем монокарбоновые кислоты.

Аминоспирты

Аминофенолы

К аминофенолам относятся соединения, в которых функциональные группы NH₂ и OH присоединены к бензольному кольцу.

Два производных п-аминофенола применяются в медицине как обезболивающие и жаропонижающие средства. Это – парацетамол и, в меньшей степени, фенацетин:

Важную роль в организме играют аминоспирты, содержащие в качестве структурного фрагмента остаток пирокатехина. Они носят общее название катехоламинов. К катехоламинам относятся дофамин, норадреналин и адреналин, выполняющие, как и ацетилхолин, роль нейромедиаторов.

 

Подобно пирокатехину, катехоламины с раствором FeCl₃ дают окрашивание (изумрудно-зелёное, переходящее в вишнёво-красное при добавлении раствора аммиака, это качественная реакция на данную группу соединений).

п-Аминобензойная кислота (ПАБК) входит как структурный фрагмент в молекулу фолиевой кислоты (витамин В_С), играющей важную роль в метаболизме белков и нуклеиновых кислот.

Сложные эфиры ПАБК анестезин (этиловый эфир) и новокаин (2-диэтиламиноэтиловый эфир в виде гидрохлорида) используются как местноанестезирующие ненаркотические препараты:

 

Гидроксикислоты.

Образование лактидов.

α -Гидроксикислоты при нагревании отщепляют воду с образованием лактидов.

β-гидроксикислоты теряют воду и дают непредельные кислоты.

При нагревании в кислой среде, а иногда просто при стоянии в растворе, γ- и δ- гидроксикислоты подвергаются внутримолекулярной этерификации с образованием пяти- и шестичленных лактонов, например:

 

Оксокислоты.

Кето-енольная таутомерия.

 

Кето-енольная таутомерия свойственна β -оксокислотам и их сложным эфирам.

Наличие у соединения таутометрии значительно расширяет и повышает его реакционную способность. Такое соединение способно не только вступать в реакции, характерные для каждого таутомера, но и проявлять еще двойственную реакционную способность, характерную для их общего амбидентного аниона. При этом таутомерная система прежде всего вступает в те реакции, которые протекают быстрее (кинетический фактор) и приводят к более устойчивым продуктам (термодинамический фактор).

Таутомерные формы ацетоуксусного эфира:

Поскольку все компоненты таутомерной системы находятся в равновесии, то убыль реагирующего компонента сразу восполняется за счет другого компонента. Поэтому таутомерная система реагирует как одно целое. В организме время установления равновесия в таутомерной системе уменьшается с помощью ферментов-таутомераз, что обеспечивает необходимую скорость жизненно важных биохимических реакций.

 

 

ПОЛИ- И ГЕТЕРОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, УЧАСТВУЮЩИЕ В ПРОЦЕССАХ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ