Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Российский университет дружбы народов

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

ЛЕКЦИИ_по_биоорганической_химии_Е.А._Сорокина

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

15.04.2015

Размер:

1.72 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 86 7 8 > Следующая >>>

3. Ацилирование мочевины, образование уреидов

					O
			O
NH2-C-NH2	+	CH3-C		CH3-C-NH-C-NH2			+ HCl
O			Cl		O
O					O
					ацетилмочевина,		уреид
Br
CH3-CH-CH-C-NH-C-NH2				бромурал, успокаювающее и снотворное средство
CH	O	O
3
4. Ацилирование малоновым эфиром
				O		H		O
NH-H		C H O-C						O
NH-H		C H O-C
		2	5				N	C
							N	C
O=C		+		CH	O	C
		+		CH
				2
NH-H				-2 C H OH
NH-H		C H O-C		2	5		N	C
		C H O-C
		2	5
				O				O
						H		O
						H
						малонилмочевина
						барбитуровая кислота

Барбитуровая кислота является СН-кислотой, рКа 10, титруется как одноосновная кислота.

Для барбитуровой кислоты характерна кето-енольная и лактим-лактамная таутомерия.

лактам

кетон

лактим

енол

Барбитураты – производные барбитуровой кислоты являются снотворными

препаратами.

NH2

C H O-C

O=C

-2 C2H5OH

C2H5O-C

а) Снотворные длительного действия:

R=R’= -C2H5 барбитал (веронал)

R= -C2H5 , R’= -C6H5

фенобарбитал (люминал)

б) Снотворные средней продолжительности действия:

									52
R= -C H				= -CH	-CH -CH-CH				барбамил
R= -C H			R	= -CH	-CH -CH-CH			3	барбамил
2		5		2		2		3
						CH
							3
R= -C	H			= -CH-CH		-CH	-CH		этанаминал
R= -C	H	5	R	= -CH-CH		-CH	-CH		этанаминал
2		5			2	2	3
				CH
				3
в) Снотворные кратковременного действия:
R= -CH						гексенал
R= -CH			R =			гексенал
	3

При передозировке барбитуратов наступает угнетение дыхания с летальным исходом. Противоядием является имид 3,3-диметилглутаровой кислоты – белигрид.

			4		5	O
H	C		H	C	C
H	C		2
3
		3	C	2	N	H
				2	1
H		C	H	C	C
	3		2
						O

5. Поведение при нагревании

				0	C
				t	C
NH	-C-NH	+	NH	-C-NH	NH	-C-NH-C-NH
2	2		2	2	2		2
				-NH
					3
	O			O		O	O
						биурет

Биурет дает фиолетовое окрашивание с Cu(OH)2 , это качественная реакция на амидную группировку –NH-C(O)-. Эта качественная реакция характерна для пептидов.

Окси (гидрокси) кислоты

Оксикислотами называются органические карбоновые кислоты, содержащие кроме карбоксильных групп одну или несколько гидроксильных групп. Число карбоксильных групп определяет основность оксикислоты. По числу гидроксилов, включая и входящие в состав карбоксильных групп, определяют атомность оксикислот.

	IUPAC	рациональная	тривиальная
CH2-COOH	оксиэтановая	оксиуксусная	гликолевая кислота
OH
2 1	2-оксипропановая	-оксипропионовая	молочная	кислота
	2-оксипропановая	-оксипропионовая	молочная	кислота
	(пара энантиомеров)
OH

3 2 1
HO-CH2CH2-COOH	3-оксипропановая	-оксипропановая	нет	кислота

				IUPAC	рациональная	тривиальная
4	3	2	1
HOOC-CH		-CH-COOH		оксибутандиовая	оксиянтарная	яблочная	кислота
	2			(пара энантиомеров)
				(пара энантиомеров)
		OH
HOOC-CH-CH-COOH				диоксибутандиовая	диоксиянтарная	винные	кислоты
				(3 стереоизомера и
	OH OH			1 рацемат)
	OH OH

Методы получения

(из -галогензамещенных карбоновых кислот)

Br2

NaOH

HCl

R-CH

-COOH

R-CH-COOH

R-CH-COONa

R-CH-COOH

PBr3

- NaBr

-NaCl

- HBr

- H2O

(из альдегидов и кетонов,

циангидринный способ)

H C N

2 H O

H3C

C C

H C

C C N

- NH

нитрил молочной кислоты

молочная кислота

NaBH

(восстановление оксокислот)

3. H C

CH -COOH

-HC

-COOH

-оксибутановая кислота

BrZn CH2

(синтез -оксикислот по реакции

4. Br-CH2

Реформатского)

OC2H5

OZnBr

H3O

H C

BrZn CH2

H3C

CH2-C-OC2H5

- ZnOHBr

OC2H5

- C H OH

2 5

H3C

CH2-C-OH

CH3

3-метил-3-оксибутановая кислота

		H O
5.	CH =CH-COOH	2	HO-CH	-CH COOH	(гидратация непредельных кислот)
5.	CH =CH-COOH		HO-CH	-CH COOH	(гидратация непредельных кислот)
	2		2	2
акриловая кислота		H	-гидроксипропионовая кислота
			(гидроакриловая) кислота

Химические свойства

-Оксикислоты являются более сильными кислотами, чем обычные карбоновые кислоты, сказывается наличие акцепторной (-ОН) группы в углеводородном радикале.

Реакции идут по двум функциональным группам (-ОН, -СООН) в зависимости от реагента.

				2 Na			2 CH	I
1. CH -CH-COOH				2 Na	CH	-CH-COONa	3		CH	-CH-COOCH
1. CH -CH-COOH					CH	-CH-COONa			CH	-CH-COOCH
		3		- H	3		- 2 NaI		3		3
				- H			- 2 NaI
				2
		OH				ONa				OCH
											3
					алкоголят, соль				метиловый эфир
					алкоголят, соль				-метоксипропановой кислоты
									-метоксипропановой кислоты
- H		O	NaOH
	2
	CH -CH-COONa
		3
		OH
	натриевая соль молочной кислоты,
	лактат натрия
				HCl (k)			2 PCl
2.	CH		-CH-COOH		CH -CH-COOH			5	CH -CH-C-Cl
2.	CH		-CH-COOH		CH -CH-COOH				CH -CH-C-Cl
		3				3	- 2 POCl			3
							- 2 POCl
									3
			Cl			OH	- 2 HCl			Cl	O
			Cl			OH				Cl
	-хлорпропионовая кислота								хлорангидрид
									-хлорпропионовой кислоты

3. CH3-CH-COOCH3	CH3OH

		H
OH	- H2O

метиллактат (сложный эфир)

	(CH3CO)2O		+ CH3COOH
CH -CH-COOH		CH -CH-COOH

3	3
	ацилирование
OH		OCOCH3

ацетат молочной кислоты (сложный эфир)

	2 HI(k.)
4. CH	-CH-COOH	CH	-CH-COOH		CH	-CH	-COOH
3		3		-I	3	2
	восстановление			2	пропионовая кислота
	восстановление				пропионовая кислота
	OH		I

5. Термическое поведение оксикислот

а) - оксикислоты

O	O-H	H-O	R		O	O	R
		H-O	R		O	O
	C		CH	0	C
				t	C
	CH		C	- 2 H2O
R	O-H	H-O	O		R	O	O
R	O-H	H-O	O		R		O

	лактид
R - алкил	(циклический сложный эфир)
R - алкил

б) - оксикислоты

t0C

	R-CH CH-COOH		-	H O	R-CH CH-COOH
			-	H O
				2	кротоновая кислота
	OH	H			кротоновая кислота
	OH	H
R- алкил
в) , - оксикислоты
		O
		O		0	n
				0	n
	n			t C
	n
		OH	- H2O		O	O
		OH			O
	OH
-оксимасляная кислота					лактон

n=1, бутиролактон; n=2, валеролактон; n=3, капролактон Аналогично для - и - оксикислот.

	H O
6. R-CH-COOH	2	2	R-C-COOH	(окисление)
6. R-CH-COOH		+3	R-C-COOH	(окисление)
	Fe	+3
	Fe
OH			O

Оптическая изомерия оксикислот

Стереоизомерия или пространственная изомерия – вариант изомерии, при котором молекулы имеют одинаковую структурную формулу, но различную конфигурацию (относительное расположение атомов или групп атомов в пространстве). Некоторые органические вещества в растворе способны вращать плоскость поляризации поляризованного света (оптическая активность), причем одни отклоняют ее вправо, другие – влево. Это явление называемое оптической изомерией, связано с наличием в молекуле атома углерода, связанного с четырьмя различными заместителямиасимметрический атом углерода (С ). Для оксикислот используют D,L-номенклатуру. В этой номенклатуре определяется относительная конфигурация асимметрического центра, эталоном являются конфигурации D- и L- глицеринового альдегида.

2,3-Диоксипропаналь (глицериновый альдегид)

				O

CH			-CH-C
		2		H
		2

	OH OH

Количество стереоизомеров: 2n = 2 (n=1), т.е. имеется пара энантиомеров или оптических антиподов.

Для изображения конфигураций D и L энантиомеров используются проекции Фишера. Для их написания выполняются следующие правила:

1.В верхней части проекции располагается группа содержащая С1 или старшая функциональная группа;

2.На горизонтали располагаются атом водорода и функциональная (-ОН) группа.

Альдегидная и -СН2ОН группы располагаются на вертикальной линии, а водород и гидроксил на горизонтальной.

Если гидроксил расположен справа – это D-конфигурация или D-ряд.

Если гидроксил расположен слева – это L- конфигурация или L-ряд.

	CHO			CHO
H		OH	HO	H
	CH OH			CH OH
	2			2
D-глицериновый				L-глицериновый
альдегид				альдегид
		пара энантиомеров
Молочная кислота

CH	-CH-COOH
3
3

		OH

Молочная кислота существует в виде пары энантиомеров (nC*=1).

	COOH				COOH
H				OH	OH		H
	CH		3		CH
						3
D(R) (-) молочная					L(S) (+) молочная
	кислота				кислота
(мясо-молочная кислота)
[ ]=		15	0		[ ]= +2,67	15	0
	-2,67			(2,5%)			(2,5%)

Тпл = 530С

(обратите внимание на одинаковые условия определения [])

[ ] – удельный угол вращения (зависит от температуры и концентрации раствора)

(+) – вращение плоскополяризованного света “вправо” (-) – вращение плоскополяризованного света “влево”

Рацемат молочной кислоты – D,L () молочная кислота брожения имеет температуру плавления 180С (рацемат оптически неактивен, [] = 0)

В человеческом организме в процессе активной работы глюкоза, содержащаяся в мышцах, превращается в L (+) молочную кислоту. В процессе кисло-молочного брожения углеводы превращаются в D (-) молочную кислоту, либо в рацемат D,L ( ).

Яблочная кислота

	COOH				COOH
H			OH		OH			H
	CH COOH				CH COOH
		2				2
D(R)(+) яблочная					L(S)(-) яблочная
кислота						кислота
		0				20	0
[ ]= +2,3		20	(9,17%)		[ ]= -2,3	20		(9,17%)
[ ]= +2,3			(9,17%)		[ ]= -2,3			(9,17%)
Винные кислоты
1	2		3	4
						n			= 2
HOOC-CH-CH-COOH						n			= 2
								C
								C
	OH OH

В отличие от предыдущего примера у винной кислоты имеется только одна пара энантиомеров (D и L - винные кислоты). Причиной является симметричное строение винной кислоты. Кроме пары энантиомеров имеется мезо-форма (мезовинная кислота), которая оптически неактивна, и рацемат (виноградная кислота).

		1 COOH			COOH		COOH	(тождество)		COOH
		1 COOH			COOH		COOH			COOH
H		2	OH	HO	H	H	OH		HO	H
H			OH	HO	H	H	OH		HO	H
		3
HO		3	H	H	OH	H	OH		HO	H
HO			H	H	OH	H	OH		HO	H
		4COOH			COOH		COOH			COOH
										0
D(R,R) (+)-винная				L (S,S) (-)винная			мезовинная кислота [ ]D20= 0
			кислота		кислота
			Т	1700С					Тпл 1400С
			пл
[ ]	200				200
[ ]	D	= +11,980			[ ]D = -11,980

Температура плавления виноградной кислоты (рацемата) 2050С.

D-винная и мезовинная кислоты, L-винная и мезовинная кислоты являются диастереомерами (стереоизомер, не являющийся оптическим антиподом).

Амины

Амины – органические производные аммиака, в молекуле которого один, два или три атома водорода замещены на углеводородные радикалы. В зависимости от числа углеводородных радикалов различают первичные RNH2, вторичные R2NH, третичные амины R3N. По характеру углеводородного радикала амины подразделяются на алифатические (жирные), ароматические и смешанные (или жирноароматические). Названия аминов в большинстве случаев образуют из названий углеводородных радикалов и суффикса амин. Например, CH3NH2 – метиламин; CH3-CH2-NH2 – этиламин. Если амин содержит различные радикалы, то их перечисляются в алфавитном порядке: CH3-CH2-NH-CH3 – метилэтиламин. Для смешанных аминов, содержащих алкильные и ароматические радикалы, за основу названия

обычно берется название первого представителя ароматических аминов - анилин (С6Н5NH2). Изомерия аминов определяется количеством и строение радикалов, а также положением аминогруппы. Связь N–H является полярной, поэтому первичные и вторичные амины образуют межмолекулярные водородные связи (несколько более слабые, чем водородные связи с участием гидроксильной группы). Третичные амины не образуют ассоциирующих водородных связей. Амины способны к образованию водородных связей с водой. Поэтому низшие амины хорошо растворимы в воде. С увеличением числа и размеров углеводородных радикалов растворимость аминов в воде уменьшается, т.к. увеличиваются пространственные препятствия образованию водородных связей. Ароматические амины в воде практически не растворяются.

Способы получения

1. R-NO2 + 6[H] R-NH2 + 2H2O (восстановление нитросоединений)

						NH
2. NH	+ CH	I	[CH NH		] I	3	CH NH		+ NH	I	(алкилирование аммиака)
2. NH	+ CH	I	[CH NH		] I		CH NH		+ NH	I	(алкилирование аммиака)
3	3		3	3			3	2	4

3. а) С6H5-NO2 + 3(NH4)2S C6H5-NH2 + 3S + 6NH3 + 2H2O (реакция Зинина)

б) C6H5-NO2 + 3Fe + 6HCl С6H5-NH2 + 3FeCl2 + 2H2O

(восстановление

катализатор , t

в) C6H5-NO2 + 3H2

C6H5-NH2 + 2H2O

нитросоединений)

4. R-C N + 4[H] RCH2NH2 (восстановление нитрилов)

5. ROH + NH

RNH

+ H

(аммонолиз спиртов,

350

получение низших алкиламинов С

-С )

6. CH CH

-OH

-CH -NH

(восстановительное аминирование спиртов,

альдегидов)

Cu, 250 C, p

-H

+ H

-C-H

-CH=NH

Химические свойства

Амины имеют сходное с аммиаком строение и проявляют подобные ему свойства. Как в аммиаке, так и в аминах атом азота имеет неподеленную пару электронов. Для аминов характерны ярко выраженные основные свойства. Водные растворы алифатических аминов проявляют щелочную реакцию. Алифатические амины – более сильные основания, чем аммиак, т.к. алкильные радикалы увеличивают электронную плотность на атоме азота. По этой причине электронная пара атома азота удерживается менее прочно и легче взаимодействует с протоном. Ароматические амины являются более слабыми основаниями, чем аммиак, поскольку неподеленная электронная пара атома азота смещается в сторону бензольного кольца, вступая в сопряжение с его -электронами.

Уменьшение электронной плотности на атоме азота приводит к снижению способности отщеплять протоны от слабых кислот. Поэтому анилин взаимодействует лишь с сильными кислотами, например с HCl и, в отличие от алифатических аминов и аммиака, не образует с водой гидроксида. На основность аминов влияют различные факторы: электронные эффекты

углеводородных радикалов, пространственное экранирование радикалами атома азота, а также способность образующихся ионов к стабилизации за счет сольватации в среде растворителя. В результате донорного эффекта алкильных групп основность алифатических аминов в газовой фазе (без растворителя) растет в ряду: первичные < вторичные < третичные. Соответственно акцепторные группы снижают основность.

CH N CH		CH NH CH		CH NH
3	3	3	3	3	2

	CH
	3

Основность ароматических аминов зависит также от характера заместителей в бензольном кольце. Электроноакцепторные заместители (-F, -Cl, -NO2 и т.п.) уменьшают основные свойства ариламина по сравнению с анилином, а электронодонорные (алкил R-, - OCH3, -N(CH3)2 и др.), напротив, увеличивают.

1.CH3-NH2 + H2O [CH3-NH3]OH (взаимодействие с водой)

2.(CH3)2NH + HCl [(CH3)2NH2]Cl хлорид диметиламмония (взаимодействие с кислотами)

[(CH3)2NH2]Cl + NaOH (CH3)2NH + NaCl + H2O (взаимодействие солей аминов со

									щелочами)
3.а) CH C		O	+ CH NH			CH C	O	+ HCl (ацилирование, с третичными аминами не идет)
3.а) CH C			+ CH NH			CH C		+ HCl (ацилирование, с третичными аминами не идет)
3		Cl		3	2	3	NHCH
		Cl					NHCH
								3
							NH
4. RNH	+ CH I				[CH NH R] I		3	CH NHR + NH I		(алкилирование)
4. RNH	+ CH I				[CH NH R] I			CH NHR + NH I		(алкилирование)
2		3			3	2		3	4

5. Взаимодействие с азотистой кислотой: строение продуктов реакции с азотистой кислотой зависит от характера амина. Поэтому данная реакция используется для различия первичных, вторичных и третичных аминов.

а) R-NH2 + HNO2R-OH + N2 + H2O (первичные жирные амины)

б) С6H5-NH2 + NaNO2 + HCl [С6H5-N N]+Cl- (первичные ароматические амины) соль диазония

в) R2NH+H-O-N=O R2N-N=O + H2O (вторичные жирные и ароматические амины) N-нитрозамин

г) R3N+H-O-N=O при низкой температуре нет реакции (третичные жирные амины)

д)	NR	HNO	O=N	NR	(третичные ароматические амины)
		2
	2			2
			п-нитрозоамины

6. Свойства анилина. Для анилина характерны реакции как по аминогруппе, так и по бензольному кольцу. Бензольное кольцо ослабляет основные свойства аминогруппы по сравнению с алифатическими аминами и аммиаком, но под влиянием аминогруппы бензольное кольцо становится более активным в реакциях замещения по сравнению с бензолом.

С6H5-NH2 + HCl [C6H5-NH3]Cl = C6H5NH2HCl

C6H5NH2HCl + NaOH C6H5NH2 + NaCl + H2O

[C6H5NH2CH3]+ I-

C6H5NH2 + CH3I

NH2 3Br2, H2O

(2,4,6-триброманилин, белый осадок)

- 3 HBr

Применение аминов

Метиламины используют для получения инсектицидов, фунгицидов, разнообразных лекарственных соединений, растворителей. Анилин C6H5NH2 – один из важнейших продуктов органической химии. Применяется в производстве красителей, фармацевтических препаратов (для производства сульфамидных препаратов), вспомогательных веществ для резиновой

промышленности, фотоматериалов, средств защиты растений, получения полимерных материалов.

Аминокислоты

Аминокислотами называются гетерофункциональные соединения, молекулы которых содержат одновременно аминогруппу и карбоксильную группу. В зависимости от взаимного расположения амино- и карбоксильной групп аминокислоты подразделяют на -, -, - и т. д. По ИЮПАК, для наименования аминокислот группу NH2- называют приставкой амино-, указывая цифрой номер углеродного атома, с которым она связана, а затем следует название соответствующей кислоты. Чаще всего, пользуются тривиальными названиями аминокислот.


CH CHCOOH				NH CH CH COOH			NH CH CH CH CH CH COOH
	3	2		2	2	2	2	2	2	2	2		2
3		2	1	3	2	1	6	5	4		3	2	1
		NH
			2	3-аминопропановая кислота				6-аминогексановая кислота
2-аминопропановая кислота				3-аминопропановая кислота				6-аминогексановая кислота
( -аминопропановая, -аланин)				( -аминопропановая, -аланин)				( -аминокапроновая)

По характеру углеводородного радикала различают алифатические (жирные) и ароматические аминокислоты. Изомерия аминокислот зависит от строения углеродного скелета, положения аминогруппы по отношению к карбоксильной группе. Для аминокислот характерна ещё оптическая изомерия.

Способы получения

		40-50	0	C
1. RCHCOOH + 3NH		40-50		C	RCHCOONH			+ NH Br (аммонолиз галогенокислот)
1. RCHCOOH + 3NH					RCHCOONH		4	+ NH Br (аммонолиз галогенокислот)
	3						4		4
Br					NH
					2
			соль -аминокислоты
2. CH2=CH–COOH + NH3 H2N–CH2–CH2–COOH									(присоединение аммиака к , -
									непредельным кислотам)
NH3	, HCN					2H O, H
NH3	, HCN	R-CH-C N				2				(действие HCN и NH на
3. RCH=O		R-CH-C N							R-CH-COOH	(действие HCN и NH на
3. RCH=O						-2 NH			R-CH-COOH		3
-H O						-2 NH				альдегиды или кетоны)
-H O							3
2		NH							NH
		NH							NH
				2					2
		-аминонитрил						-аминокислота

4.Гидролиз белков под влиянием ферментов, кислот или щелочей.

5.Микробиологический синтез.

Химические свойства

Аминокислоты проявляют свойства оснований за счет аминогруппы и свойства кислот за счет карбоксильной группы, т.е. являются амфотерными соединениями. В кристаллическом состоянии, и в среде, близкой к нейтральной, аминокислоты существуют в виде внутренней соли – диполярного иона, называемого также цвиттер-ион H3N+–CH2–COO-. За счет ионного строения аминокислоты являются кристаллическими веществами с высокими температурами плавления, хорошо растворимы в воде и плохо растворимы в органических растворителях.

Значение рН, при котором аминокислота является электрически нейтральной (существует только в виде цвиттер-ионов), называется изоэлектрической точкой, рI.

R-CH-COO

R-CH-COOH

NH3

высокие значения рН

низкие значения рН

(анионная форма)

изоэлектрическая точка (катионная форма)

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 86 7 8 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
12.11.20192.26 Mб13Лекции.doc
#
14.04.2015300.03 Кб155ЛЕКЦИИ_1-4_БЖД.doc
#
15.04.2015912.33 Кб53Лекции_1_курс.pdf
#
14.04.20152.23 Mб15Лекции_Мол.doc
#
14.04.201575.43 Кб232Лекции_по_анатомии_для_1_курса.docx
#
15.04.20151.72 Mб60ЛЕКЦИИ_по_биоорганической_химии_Е.А._Сорокина.pdf
#
18.12.201870.14 Кб3Лекции_ч._1.1.[1].doc
#
18.12.201876.29 Кб3Лекции_ч._1.2[1].doc
#
18.12.201866.05 Кб1Лекции_ч._1.3[1].doc
#
14.04.2015634.37 Кб22Лекции_ЧИП.doc
#
27.09.2019524.8 Кб3Лекция - 04 - Симплексный метод(студ).doc