Биоорганическая химия / Каминская Л.А.. Биоорганическая химия. Справочник-Словарь основных терминов и понятий
.pdfC |
| |
C |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
С(sp3 ) |
- N+- |
|
С (sp2) |
|
|
| |
|
|
|
тетраэдрическая |
конфигурация |
тригональная конфигурация |
Определяет способность веществ с биологической активностью (нейромедиаторов, гормонов, лекарственных препаратов, ксенобиотиковалкалоидов и др.) связываться с рецепторами, превращаться в биохимических реакциях с участием белков-ферментов, транспортироваться через мембраны.
Простые белки (см. Белки простые).
Проекция Ньюмена. Способ плоскостного изображения групп, располагающихся в пространстве, вокруг любой одинарной связи С—С. Выделяют первый и второй планы и« смотрят» на молекулу вдоль этой линии связи.
На рисунке представлена наиболее выгодная заторможенная конформация: объемные метильные группы не заслоняют друг друга, а атомы водорода находятся в противоположных вертикальных направлениях
|
|
СН3 |
СН3 |
|
|
| |
| |
взгляд → |
СН3 -С ─ |
С –СН3 |
|
|
|
| |
| |
|
|
Н |
Н |
Пример: 2,2-диметилбутан |
|
первый |
второй |
|
|
план |
план |
Проекции Фишера (наиболее применимы к хиральным биоорганическим |
|||
молекулам). Выделяют асимметричный, |
хиральный атом углерода(*) и его 4связи, |
По определённому правилу на плоскость проецируется тетраэдр (располагают две связи горизонтально, две связи вертикально). Соблюдается правило расположения групп по старшинству: вверху записывают старшую группу, внизу радикал (остальную часть молекулы), а оставшиеся атомы водорода и функциональные группы (ОН, N Н2, SН, галогены и т.д.) по обе стороны хирального атома. Определяют движение от атома водорода через старшую группу: по часовой стрелке
D- конфигурация,против часовойLконфигурация- |
. |
161 |
|
R – *СНСООН |
СООН |
СООН |
| |
|
|
NН2 |
Н - * С - NН2 |
NН2 – *С - Н |
|
| |
| |
|
R |
R |
|
D- конфигурация |
L-конфигурация. |
Пространственная изомерия (см.Стереоизомерия |
). |
Прототропное равновесие. Равновесие между структурами, которые отличаются только положением протона (и вследствие этого расположением простых и кратных связей)(см. таутомерия , кето-енольная и лактим-лактамная таутомерия).
Прохиральный центр. Асимметричный атом углерода содержит два одинаковых и два различных заместителя. Замена одного из одинаковых заместителей на отличный от него превращает центр в хиральный.
ПуринC 5H4N4 (латpurusчистый). Конденсированноегетероциклическое
соединение, содержащее два цикла -имидазол и пиримидин, его производные аденин и гуанин входят в состав нуклеиновых кислот. АТФ- основное макроэргическое соединение организма содержит цикл пурина.
6 |
5 |
7 |
||||
1 N |
N |
|||||
|
|
8 |
||||
2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
N |
4 |
N 9 |
||||
|
||||||
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||
3 |
|
|
H |
|||
|
|
|
|
|
Производные пурина нашли широкое применение в производстве противоопухолевых. противовирусных, сульфаниламидных и других лекарственных препаратов (меркаптопурин, кофеин, теофиллин). Конечным продуктом обмена пуриновых соединений в организме человека является мочевая кислота.
Пуриновые азотистые основания. Так называют аденин, гуанин, котороые входят в составсех нуклеиновых кислот (см.Азотистые основания)
.
162
Р
Радикал (R•). Частица (атом, молекула, фрагмент молекулы), имеющая неспаренныйэлектрон . Радикалы могут быть нейтральными или иметь заряд. Из нейтральной молекулы образуется два радикала при гомолитическом разрыве связи.
Общая электронная пара связираспределяется |
поровну, по одному электрону на |
|
каждую новую радикальнуючастицу |
. |
|
С12 —> 2 С1
С1 -|- С1 |
—> C1• + C1• |
|
|
неспаренныйэлектрон |
принято обозначать( • Радикалы) |
присутствуют в |
|
реакционной среде в случаегалогенирования, нитрования |
алканов на свету, полного |
гидрирования, хлорирования ароматических соединений при высокой температуре
(цепные радикальныереакции), |
В окружающей среде радикалы хлора получаются |
|
при разрушении галогенорганических соединений( |
полихлорвинила, хлоропрена, |
хлоралканов), радикал оксида азота-при грозовых и электрических разрядах, радикалы кислорода -при распаде озона
Диаграмма распределения электронов в атоме хлора на 3-ем энергетическом уровне невозбужденном состоянии.
--↑↓-- |
↑↓----- -- ↑--- |
С 1 --↑↓--- |
неспаренный электрон |
3 s |
р 3 |
Органические молекулы также образуют радикалы при отрыве атома водорода другим радикалом от атома углерода в sp3 –гибридном состоянии или разрыве связи между атомамиС sp3.
С nH2n+2 + R• ——> СnH2n+1• + RH
В радикале атом углерода, имеющий неспаренный электрон, переходит в состояние sp2 , неспаренный электрон располагается на негибридной орбитали, а три связи с другими атомами располагаются в одной плоскости под углом 1200. Устойчивость радикалов зависит от нескольких факторов:
а) возникновение системы сопряжения при образовании радикала, атом, несущий неспаренный электрон, включается в цепь сопряжения, происходит увеличение устойчивости радикала.
|
• |
—СН=СН— СН2—СН= СН— R+ |
• —> — СН =СН—СН —СН =СН— +R Н |
несопряженная система |
| цепь сопряжения | |
Именно такое несопряженное строение имеют природные полиненасыщенные
кислоты.
163
б) влияние заместителей, связанных с атомом, на котором локализован неспаренный электрон; донорные и акцепторные заместители увеличивают устойчивость радикалов.В ряду алканов устойчивость радикалов изменяется:
С (третичный) >С (вторичный) >С (первичный)
Радикальное замещение. Распространенный тип реакций в ряду алканов. Характерны реакции галогенирования, нитрования. Участвуют радикалы, которые
образуются из |
молекул при высокой температуре, ультрафиолетовом облучении, |
||
при действиидругих |
свободных радикалов в результате гомолитического разрыва |
||
связи. Любая |
радикальная реакция |
включает в себя три стадии: а) инициация, |
|
б) рост цепи,в |
)обрыв цепи.Относится |
к цепным реакциям. |
На стадии инициации образуются радикальные частицы.
С1 -|С- 1 —> C1• + C1•
Рост цепи включает в себя два этапа, которые повторяются достаточно долго, пока все молекулы алкана не вступят в реакцию, на каждом этапе образуется радикал.
СnH2n+2 + C1• ——> СnH2n+1• + H C1
алкильный радикал
СnH2n+1• + C1 - C1 ——> СnH2n+1 - C1 + C1•
Хлоралкан
Обрыв цепи наступает вследствие встречи радикалов или «выброса» атома
водорода, |
тогда получается |
алкен. Образование |
этой побочной реакции |
небольшого количестванового |
алкана с удвоенной |
массой –доказательство |
|
образования радикалов. |
|
|
|
|
C1• + C1• |
—УФ —> C12 |
|
СnH2n+1• + C1• ——> СnH2n+1 - C1
СnH2n+1• +С nH2n+1• ——> СnH2n+1-СnH2n+1 (новый алкан) СnH2n+1• ——> СnH2n + Н•
В реакциях радикального замещения атомы углерода отличаются активностью: легче проходит замещние у третичного, затем вторичного, и в последнюю очередь, у первичного атома углерода. Это связано с различной устойчивостью промежуточных алкильных радикалов. При хлорировании2метилбутана с большей долей образуется 2-хлор-2- метилбутан.
СН3 – СН2 –СН(СН 3) –СН3 + C12 |
— УФ—>СН 3 – СН2 –СC1(СН3) –СН3 +Н -C1 |
|
2-метилбутан |
2- хлор-2-метилбутан |
|
|
164 |
164 |
|
|
В клетке возможны неферментативные реакции с участием свободных радикалов, чаще всего с участием активных форм кислорода и NO оксида азота (+2). (см. Радикал, Активные формы кислорода)
Рафиноза (мелитроза) |
С18 Н32О16. |
Нередуцирующий трисахарид, построен их |
||
остатков |
D- галактозы, D-глюкозы, |
D-фруктозы. Твердое кристаллическое |
||
вещество, самый распространенный после сахарозы олигосахарид растений. |
Связь |
|||
между D-галактозой иа -D-глюкозой β (1-6) образует дисахарид мелобиозу. К ней |
||||
присоединяется β - D-фруктофураноза |
гликозидной группой. Гидролизуется |
|||
кислотами, некоторыми ферментами. |
Получают из отходов в производстве |
|||
сахарозы( |
свекловичного сахара). |
|
|
Рацемизация. Превращение одного энантиомера в свой зеркальный изомер (возникновение равного количества энантиомеров).
Рацемат (рацемическая смесь). Образец (кристалл, раствор) содержит одинаковое количество энантиомеров.
Реактивы для качественных реакций (см.Качественные реакции).
Редуцирующие дисахариды. ( см.Дисахариды ).
Ретиналь. |
(лат– retina – |
сетка) Обнаруженв |
сетчатке глаза. Одна из форм |
витамина А (см. ВвитаминА). |
|
|
|
Ретиноевая кислота. |
Биологически активное вещество, образуется в |
||
клетках при окислении ретиналя (см.Витамин А). |
|
Ретинол. Спирт , биологически активное вещество, образуется при восстановлении ретиналя (см.ВитаминА ).
Рецепторы. Особые интегративные или поверхностные белки, связанные с мембранами клетки (плазматической, ядерной, митохондриальной, эндоплазматической), выполняющие функции передачи сигнала клетке от особых сигнальных молекул. Рецепторы могут быть простыми и сложными белками. Их активация осуществляется несколькими путями: изменение конформации, связывание фосфатных групп или их гидролиз. Сигнальные молекулы: нейромедиаторы, гормоны, простагландины, циклические нуклеотиды, цитокины, выделяемые лейкоцитами( нейтрофилами, макрофагами др) Действие ряда лекарственных препаратов основано на связывании с рецепторам. К ним относятся транквиллизаторы, нейростимуляторы, анестетики, наркотические средства, прием этих средств усиливает или прерывает естественную биохимическую регуляциюметаболизма
165 |
165 |
|
С
Сахароза С12Н22О11. Твердое |
кристаллическое вещество, не растворимое в |
|||||||||||||
спирте хорошо растворимое в воде и в водно-спиртовой смеси. |
Систематическое |
|||||||||||||
название: О -а - D-глюкопиранозил-(1,2) - |
|
|
|
β – D – фруктофуранозид. |
||||||||||
Относится к невосстанавливающим (нередуцирующим) дисахаридам , так как |
||||||||||||||
полуацетальный |
(аномерный) |
|
|
гидроксил |
глюкозы |
участвует |
в образовании |
|||||||
гликозиднойсвязи |
с гликозиднойгидроксильнойгруппой |
фруктозы. |
||||||||||||
|
H |
|
|
CH2OH |
|
O |
H |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
H |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|||||
|
OH |
OH |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
H |
|
|
OH |
O |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
CH2OH |
O |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
H |
|
|
OH |
|
|
|
|
||||
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
CH |
|
|
|||
|
|
|
OH |
|
|
|
|
связь гликозидная (1- а, 2- β ) |
||||||
Сахароза не |
реагирует |
|
|
с реактивом |
Фелинга, реактивом |
Толленса. Дает |
положительную реакцию Селиванова на фруктозу, т.к. при проведении качественного определения в кислой среде происходит гидролиз сахарозы. При гидролизе сахарозы образуется смесь двух моносахаридов. Изменяется направление плоскости поляризованного луча света. Сахароза вращает вправо [а ] = + 66,50, при гидролизе образуется равная смесь глюкозы [а ] = + 59,70 и фруктоз[ а ] = -92,30. , направление вращения становится левым(-92,30 + 59,70 = -32,60) Смесь D-глюкозы иDфруктозы, образующаяся при гидролизе сахарозы, носит название« инвертный сахар». Гидролиз сахарозы не происходит в щелочной среде, но достаточно растворенного воде углекислого газа, чтобы вызвать гидролитический распад на моносахариды. Процесс гидролиза можно зафиксировать появлением качественной реакции на свободную глюкозу. Основной пищевой углевод, относится к так называемым «легкоусвояемым углеводам», которые быстро и легко всасываются.
Сахароза гидролизуется в полости рта и желудочно - кишечном |
тракте, |
||
моносахариды глюкоза и фруктоза |
всасываются в кровь, и глюкоза |
вызывает |
|
быструю ответную реакцию выделения гормона инсулина. |
В полости рта сахароза |
||
активирует развитие микрофлоры, |
способствующей возникновению |
кариеса. |
Широко применяется в пищевой промышленности, производстве спиртов (сорбита, маннита), пищевого этанола, искусственного меда, подсластитель в составе лекарственных препаратов
166 |
166 |
|
Сложные белки (см. Белки сложные).
Сопряжение. Наличие в органической молекуле фрагмента, в котором чередуются а) кратные и одинарные связи или б) кратные связи и атомы с неподеленными парами электронов (азота, кислорода, серы, галогенов). Чередующиеся кратные и простые связи образуют цепь сопряжения (см.
Сопряженные системы).
а) -СН 2 – СН=СН-СН=СН- СН2-СН= СН- |
б)-СН 2-СН=СН-О-СН2-СН2-О-СН3 |
|
участок сопряжения |
участок сопряжения |
|
Сопряженные( |
конъюгированные) |
связи (двойные илитройные). |
Кратные связи разделены одинарнойсвязью .
Сопряженные системы. Органически молекулы, в которых есть фрагменты сопряжения или все атомы участвуют в сопряжении.
Различают два вида сопряженных систем
1.Ациклические( цепь сопряжения разомкнута). Важнейшие биоактивные представители изопрен, каротин, витамин А (ретинол, ретиналь, ретиноевая кислота, карбоновые кислоты (кротоновая, пировиноградная, фумаровая, щавелевоуксусная)
2.Циклические (цепь сопряжения замкнута) Представитель1,3,5,7 - циклооктатетраен
Особо выделяют ароматические сопряженные системы, которые подразделяют на карбоциклические (бензол, нафталин, фенантрен и др) и гетероциклические (пиррол,пиридин,пурин, имидазол,тиофен и др.)
Сопряженная кислота (см.Основание .теория Бренстеда -Лоури ).
Сопряженное основание (см.Кислота , теория Бренстеда -Лоури ).
а – Спираль (см.Вторичная структура белка).
Спектроскопия. Учение о спектрах электромагнитного излучения, которое вещество может испускать, поглощать или рассеивать. Для изучения органических соединений выбирают диапазоны волн в пределах λ >1мм( радиоспектроскопия), 1мм>λ > 1000 Ǻ (оптическая спектроскопия), 100Ǻ >λ > 0,1 Ǻ (рентгеновская спектроскопия). В оптической спектроскопии можно выделить несколько направлений:
167 |
167 |
|
- |
ультрафиолетовая спектроскопия(УФ |
, λ < 4000 Ǻ) |
|
- |
спектроскопия |
видимого излучения, позволяет исследовать спектры |
|
окрашенных веществ(7600 |
Ǻ > λ > 4000 Ǻ) |
|
- инфракрасная спектроскопия (ИКС,λ > 7600 Ǻ)
Большее распространение в химии получили методы радиоспектроскопии: ядерный магнитный резонанс (ЯМР) и его разновидность протонный магнитный резонанс (ПМР), электронный парамагнитный резонанс (ПМР), ядерный квадрупольный резонанс (ЯКР). В медицине широко применяется для исследования внутренних органов метод магнитной резонасной терапии (МРТ), в основе которого лежат те же принципы спектроскопии.
(см.Люминесценция , Хемилюминесценция )
Спектрофотометрия. Исследует зависимость интенсивности преобразования света веществом в зависимости от длины волны. Проводят спектрофотометрию в инфракрасныой( ИК), видимой, ультрафиолетовой (УФ) областях спектра. Оптическийприбор называется спектрофотометр. Применяют для научных и практических целей:
-установление связи между спектрами различных веществ и химическим строением и составом этих веществ,
- количественное определение различных веществ в растворах, используют область характерного спектра поглощения.
Аналитическая спектрофотометрия основана на законе Бугера-Ламберта-Бера: интенсивность светового потока, проходящего через вещество, экспотенциально уменьшается в зависимости от длины оптического пути и концентрации вещества в образце. Другими словами, оптическая плотность D (англ.-density- плотность)
образца прямо пропорциональна концентрации вещества в образце и длине светового пути.
Dε• =Cl• |
ε - молярный коэффициент поглощения |
|
С |
– |
концентрация вещества,моль /л |
l -длина |
пути луча,см |
Концентрацию вещества в растворе можно определить, зная оптическую плотность, молярный коэффициент поглощения и длину пути (длину кюветы, в которую помещен исследуемый раствор).
В лабораторных рутинных (обычных) медицинских исследованиях используют не спектрофотометр, а фотоэлектроколориметр (ФЭК), который обладает ограниченным набором длин волн в видимой области и близком ультрафиолете. Длина волны устанавливается с помощью цветного светофильтра. Используют наборы реактивов, в которых обязательно присутствует стандартный раствор исследуемого вещества с известной концентрацией. Проводят по методике
химическую качественнуюреакцию |
с биологической жидкостью и стандартным |
|
|
168 |
168 |
|
|
раствором, замечают величины оптической плотности и проводят расчет содержания исследуемого вещества в опытном образце.
С вещ.в опыте =С станд. • D опыт/ D станд
Старшинство групп. Правила приоритетного распределения групп для создания систематического названия. Применяется широко в номенклатуре биологически активных соединений. (см. Номенклатура.Приложение ).
Стеариновая кислотаС 17Н35СООН (см.Высшие жирные кислоты).
Стереоизомерия (пространственная изомерия). Все химические соединения,
в том числе биологически активные классы природных веществ -аминокислоты ,
белки, |
углеводы, |
гидроксикислоты, |
липиды, |
имеют |
|
определенную |
|||
пространственную |
организацию. |
От нее |
зависит |
способность |
этих веществ |
||||
связываться с рецепторами, |
превращаться в биохимических реакциях с участием |
||||||||
белков-ферментов, |
транспортироваться через мембраны. |
Для |
характеристики |
||||||
пространственных |
изомеров |
используют |
два |
понятия: |
конфигурация и |
||||
конформация. |
|
|
|
|
|
|
|
пространстве. |
|
Конфигурация |
- определенное |
расположение |
атомов |
в |
Конфигурация создается благодаря направленному расположению орбиталей валентных электронов атомов. Тетраэдрическое направление связей при гибридизация sp3 ,валентном угле 1090 28' создает возможность возникновения
асимметрического (хирального, оптически активного атома углерода) и оптически активных молекул
Тригональное плоскостное направление связей при гибридизации sp2, валентном угле между связями 1200 создает возможность образования плоскостной
геометрической (цис,транс-изомерии).
Конформация -изменение расположения атомов вследствие поворота вокруг связи при сохранении конфигурации.
Молекула может иметь несколько конформаций, которые непрерывно переходят друг в друга вследствие непрерывного вращения атомов относительно одинарных связей. Конформационные изменения можно назвать «поворотной» изомерией.
Конформации отличаются по энергетическому состоянию. В наиболее устойчивой, энергетически выгодной, молекула находится более длительное время, но в результате столкновений с другими молекулами ее конформация изменяется, а затем вновь возвращается в более устойчивое состояние. Примером является установление динамического равновесия между несколькими конформациями
циклогексана, пиранового цикла(конформация |
кресло является более устойчивой |
по сравнении с конформацией ванна) |
|
169 |
169 |
|
Стереоряд. Особое изображение структурной формулы оптически активного вещества, определяют по конфигурационному стандартуD(L)- глицериновому альдегиду. (М.А .Розанов, 1906)см.(Оптическая изомерия)
Стрептоцид (см.Сульфаниламидные препараты).
Структурная изомерия . Различают два вида статическую и динамическую
(см.Структурная изомерия динамическая,Структурная изомерия статическая).
Структурная |
изомерия динамическая( |
подвижная изомерия). Примером |
этого видаизомерии |
является таутомерия (см.Таутомерия) |
Структурная изомерия статическая. Включает в себя изомерию скелета,
размера цикла, положения кратной связи, функциональной группы, строения функциональной группы (карбонильная – альдегидная или кетоновая, аминогруппы -первичная , вторичная , третичная). Этот вид изомерии могут проявлять вещества одного класса и разных химических классов.
Примеры:
Изомерия скелета: бутан и 2-метилпропан, аминокислоты лейцин и изолейцин.
Изомерия размера цикла: циклогексан и метилциклопентан, пиранозные и фуранозные циклоформы гексоз
Положение кратной связи:бутен -2-овая и бутен-3-овая кислоты.
Положение функциональной группы: 2-аминопропановая кислота (аланин входит в состав белков) и3аминопропановая кислота( β-аланин не встречается в составе белков,но участвует в синтезе коэнзима А)
Изомеры -вещества разных классов: карбоновые кислоты и сложные эфиры, одноатомные спирты и простые эфиры,алкены и циклоалканы.
Структурная формула органического соединения. Отражает порядок соединения атомов в молекуле и может отражать взаимное расположение частей молекулы или атомов в пространстве. Изображается с помощью структур Льюиса (каждая пара электронов между атомами заменяется черточкой)
С 2Н6 |
СН3 -СН 3 |
H H |
|
|
|
| |
| |
|
|
С -С H - |
- H |
|
|
| |
| |
|
|
H |
H |
170 |
170 |
|