Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Биоорганическая химия / Каминская Л.А.. Биоорганическая химия. Справочник-Словарь основных терминов и понятий

.pdf
Скачиваний:
82
Добавлен:
22.07.2021
Размер:
3.2 Mб
Скачать

C

|

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

|

 

 

2

Н - * С - NН2

2 – *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