Функциональные производные угольной кислоты

Угольная кислота занимает особое место среди соединений углерода, ее можно рассматривать как двухосновную кислоту.

Угольная кислота как индивидуальное соединение существует только в водном растворе. Попытка выделить кислоту из раствора приводит к ее разложению на диоксид углерода и воду.

Угольная кислота и ее производные выполняют важные функции в организме, некоторые из них применяются в качестве лекарствен- ных средств. На схеме 3.1 приведены основные производные угольной кислоты.

Схема 3.1.Основные производные угольной кислоты (в скобках формулы нестабильных соединений)

Диоксид углерода (углекислый газ) - участник многих реакций карбоксилирования и декарбоксилирования in vivo и in vitro.

Карбоксилирование возможно тогда, когда в реакцию с диоксидом углерода вступают соединения с частичным отрицательным зарядом на атоме углерода. В организме взаимодействие диоксида углерода с ацетилкоферментом А приводит к образованию малонилкофермента А.

Подобно самой угольной кислоте, в свободном виде неизвестны и некоторые ее производные: монохлорангидрид СlСООН и моноамид – карбаминовая кислота H₂NCOOH. Однако их сложные эфиры - вполне стабильные соединения.

Для синтеза производных угольной кислоты можно использовать фосген (дихлорангидрид) СОСl₂, легко образующийся при взаимодействии монооксида углерода с хлором на свету. Фосген - чрезвычайно ядовитый газ (т. кип. 8 ^оС), в Первую мировую войну его применяли в качестве боевого отравляющего вещества.

Этиловый эфир хлоромуравьиной кислоты при реакции с аммиаком образует этиловый эфир карбаминовой кислоты H₂NCOOC₂H₅. Эфиры карбаминовой кислоты (карбаматы) имеют общее название - уретаны.

Уретаны нашли применение в медицине как лекарственные средства, в частности мепротан и этацизин.

Мочевина (карбамид) (NH₂)₂C=О - важнейший азотсодержащий конечный продукт обмена веществ у человека (с мочой выделяется мочевины около 20-30 г/сут).

Кислоты и щелочи при нагревании вызывают гидролиз мочевины; в организме она гидролизуется под действием ферментов.

При медленном нагревании до температуры 150-160 ^оС мочевина разлагается с выделением аммиака и образованием биурета.

При взаимодействии биурета в щелочных растворах с ионами меди(II) наблюдается характерное фиолетовое окрашивание, обусловленное образованием хелатного комплекса (биуретовая реакция). Остаток биурета в хелатном комплексе имеет имидную структуру.

Производными карбоновых кислот, содержащими остаток мочевины в качестве заместителя, являются уреиды. Они применяются в медицине, в частности уреид α-бромоизовалериановой кислоты – бромизовал
(бромурал) - используется как мягкое снотворное средство. Его эффект обусловлен сочетанием известных своим угнетающим действием на ЦНС брома и остатка изовалериановой кислоты.

Гуанидин (иминомочевина) - азотистое производное мочевины - является сильным основанием, поскольку сопряженная кислота - ион гуанидиния - мезомерно стабилизирован.

Остаток гуанидина входит в состав α-аминокислоты - аргинина и нуклеинового основания - гуанина.

3.2 Гетерофункциональные соединения в процессах жизенедеятельности

Общая характеристика

Большинство веществ, участвующих в метаболизме, являются гетерофункциональными соединениями.

Гетерофункциональными называют соединения, в молекулах которых имеются различные функциональные группы.

Характерные для биологически важных соединений сочетания функциональных групп представлены в таблица 3.2.

Таблица 3.1. Наиболее распространенные сочетания функциональных групп в биологически важных алифатических соединениях

Гетерофунк-циональные классы	Функциональные группы	Формура	Полутривиальное или тривиальное название
Аминоспирты

 

Среди гетерофункциональных соединений в природных объектах наиболее распространены аминоспирты, аминокислоты, гидроксикарбонильные соединения, а также гидрокси- и оксокислоты (табл. 9.2).

Таблица 9.2. Некоторые гидрокси- и оксокислоты и их производные

* Для ди- и трикарбоновых кислот - при участии всех карбоксильных групп. Для неполных солей и функциональных производных добавляется префикс гидр(о)-, например «гидроксалат» для аниона НООС-СОО^-.

Имеющие особую биологическую важность α-аминокислоты описаны в главе 12. Полигидроксиальдегиды и полигидроксикетоны (углеводы) рассматриваются в главе 13.

В ароматическом ряду основу важных природных биологически активных соединений и синтетических лекарственных средств (см. 9.3) составляют и-аминофенол, и-аминобензойная, салициловая и сульфаниловая кислоты.

Систематические названия гетерофункциональных соединений строятся по общим правилам заместительной номенклатуры (см. 1.2.1). Однако для ряда широко распространенных кислот предпочтительны тривиальные названия (см. табл. 9.2). Их латинские названия служат основой названия анионов и производных кислот, которые часто не совпадают с русскими тривиальными названиями.

Реакционная способность