Найпростіші біфункціональність природні сполуки - місток до масиву природних сполук

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Реферат

на тему:

"Найпростіші біфункціональність природні сполуки - місток до масиву природних сполук"

Введення

Вивчення поліфункціональних природних сполук доцільно почати з класів оксикислот, оксокіслот і аміноспиртів, оскільки, по-перше, ці сполуки досить широко представлені в живому світі на різних етапах його прояви - вони зустрічаються у вільному вигляді та як фрагменти досить складних молекул, деякі з них утворюються в процесі метаболізму речовин первинного біосинтезу або є ключовими сполуками головних шляхів біосинтезу. Другий аргумент на користь виділення такої групи природних сполук у початок нашого курсу - це наочність прояви внутрішньомолекулярного взаємного впливу функціональних груп, що веде до появи нових фізичних і хімічних властивостей відносно вихідних простих функцій як важливого чинника формування молекул життя.

1. Гідроксикислоти

Сполуки цього класу є досить простими представниками природних сполук, вони досить часто зустрічаються в самих різних природних джерелах. Гідроксіалкановие кислоти були виділені з ланоліну, бджолиного воску, кори, коріння, воскообразного шару листя, насіння, бактерій і грибів. -гидроксикислоты, a в комбинации со сфингозинами животных и фитосфингозинами растений и Микроорганизмов они, очевидно, входят в состав всего живого. Найбільш часто зустрічаються б-гідроксикислоти, a в комбінації зі сфингозин тварин і фітосфінгозінамі рослин і Мікроорганізмів вони, очевидно, входять до складу всього живого.

По-гідроксикислоти грають важливу роль в біосинтезі і катаболізмі жирних кислот. Жирні кислоти з довгим ланцюгом з однією і більше гідроксильними групами виявлені в жирах рослинного і тваринного походження. У таких молекулах гідроксильні функції знаходяться, головним чином, на деякій відстані від карбоксильної групи.

Деякі оксикислоти є ключовими сполуками на головних шляхах біосинтезу, пантових кислота входить до складу коферменту А. Найпростіша оксикислота гліколевая, НО-СН 2-СООН, міститься у незрілому винограді, буряках, цукровому очереті. Природна яблучна кислота, що має конфігурацію, міститься в кислих плодах, таких як незрілі яблука, агрус, горобина, ревінь. Лимонна кислота - важливий продукт обміну речовин у живих організмах, деякими рослинами накопичується в значних кількостях - в плодах цитрусових - 6-8%, в листі махорки - 8-14%, культуральними рідинами деяких бактерій - до 10%.

Слід зазначити доступність багатьох гідроксикислот в лабораторних синтезах, а деяких і в більших масштабах, що дозволяє в ряді випадків використовувати в практичних цілях синтетичні речовини цього класу замість важкодоступних сполук, отриманих з природних джерел.

Класифікація гідроксикислот побудована за загальним принципом класифікації біфункціональних сполук - згідно взаємною розташування функціональних груп при вуглецевого ланцюга та кількістю цих функціональних груп. Дуже багато природних гідроксикислоти мають тривіальні назви, які міцно вкоренилися у хімічній та біохімічній практиці.

У структурному плані для цих сполук характерна поява молекулярного асиметричного центру, що дозволяє їм бути в природних джерелах у трьох формах--ізомеру,-ізомеру і-ізомеру. Приміром, молочна кислота утворюється при молочнокислому бродінні лактози у вигляді рацемической суміші, тоді як у тваринному організмі в результаті гліколізу утворюється-О-молочна кислота, яка накопичується в м'язах при інтенсивній роботі, викликаючи характерну м'язовий біль.

- и L -конфигурации, то это соединение принципиально может образовать уже четыре конфигурационных изомера:,, и. Молекула винної кислоти, що утворюється в процесі бродіння виноградного соку, має два асиметричних центру, а так як кожен з них може мати D - і L-конфігурації, то це з'єднання принципово може утворити вже чотири конфігураційних ізомеру:,, і. = D ' и L = L \ то изомеры и идентичны между собой и оптически неактивны. Так як в молекулі винної кислоти обидва асиметричних центру мають однакове оточення і власне однакове обертання, тобто D = D 'і L = L \ то ізомери і ідентичні між собою і оптично неактивні. Фактично молекула цієї конфігурації має площину симетрії і молекулярна асиметрія в ній зникає. Такий ізомер, що представляє собою як би внутрішньомолекулярний рацемат, називають мезоформой. Етерифікація однієї карбоксильної групи мезоформи винної кислоти призводить до порушення симетрії молекули і, відповідно, до виникнення оптичної активності у ізомерів і.

Та винна кислота, яка утворюється при бродінні виноградної кислоти, має-0-конфігурацію, ще її називають виннокаменной кислотою. , L -рацемата и мезоформы Процесс рацемизации винной кислоты обусловлен ее С-Н-кислыми свойствами — в щелочной среде она образует карбанион, который легко инвертирует . Решта ізомери отримують рацемізації природного-0-винної кислоти, яка при кип'ятінні з лугом утворює суміш D, ​​L-рацемату і мезоформи Процес рацемізації винної кислоти зумовлений її С-Н-кислими властивостями - в лужному середовищі вона утворює карбаніон, який легко інвертує.

Таким чином, ми отримуємо загальну картину конфігураційної ізомерії молекул з двома асиметричними центрами, згідно з якою такі сполуки можуть існувати в чотирьох стереоізомерних формах - паратреоізомеров і пара-еритро-ізомерів. Мезоформа, що є результатом ідентичності двох асиметричних центрів, являє собою окремий випадок ерітроформи.

Треоізомери являють собою пару енантіомерів, також як і еритро-ізомери. Щодо один одного трео-і ерітроізомери визначаються як діастереомери. Якщо відомо, що енантіомери є один щодо одного оптичними антиподами, тобто розрізняються тільки по своєму відношенню до плоскополяризоване світу, то діастереомери різняться між собою цілою низкою фізичних і хімічних властивостей, так як вони мають різне взаємне розташування функціональних груп всередині молекул, а отже відрізняються за молекулярною формою, геометричними параметрами, взаємним впливом незв'язаних атомів.

За хімічними властивостями оксикислоти являють суму властивостей спиртів і карбонових кислот, поєднуючи ці властивості в одній молекулі, і в той же час вони виявляють ряд нових властивостей, зобов'язаних взаємного впливу функціональних груп один на одного або взаємодії цих груп між собою. До таких з'являється новим властивостям можна віднести: освіта циклічних диефірів, лактид оксикислот и легкость их окисления до кетокислот; легкость реакций в -элиминирования в случае в -оксикислот; образование внутримолекулярных сложных эфиров из г -оксикислот. б -Оксикислоты образуют комплексные соединения хелатного типа . з б оксикислот і легкість їх окислення до кетокислот; легкість реакцій в-елімінування в разі по-оксикислот; освіта внутрішньомолекулярних складних ефірів з м-оксикислот. б-оксикислоти утворюють комплексні сполуки хелатного типу.

-окси-кислот является даже более выгодной, чем оксикислотная, и г -оксикислоты самопроизвольно переходят в циклическую форму. Часто лактона форма для пана окси-кислот є навіть більш вигідною, ніж оксікіслотная, і пана оксикислоти мимовільно переходять в циклічну форму. Це характерно для таких відомих сполук цього класу як пантових кислота, багато сескві-терпени. Стабільними макроціклічес-кими лактона представлені деякі антибіотики і довголанцюгові оксикислоти з групи мускус; легко утворює лактон і мевалонову кислота.

Гліцеринова кислота в цих умовах зазвичай фігурує у вигляді 3-фосфату, тобто вона вибірково етеріфіціруется фосфорвмісними реагентами в присутності ферментів по першій спиртової групі. На наступному етапі 3-фосфат гліцеринової кислоти елімінує фрагмент фосфорної кислоти, утворюючи а-гідрокси-акрилову кислоту, яка відразу ж ізомеризується в пировиноградную кислоту.

Особливі, в якійсь мірі, специфічні властивості проявляють оксикислоти, що є інтермедіатами різних біосинтетичних реакцій при ферментативному каталізі in . vivo.

-кетокислота В свою очередь, енольная форма этой кислоты может быть стабилизирована, зафиксирована реакцией ее этерифика-ции фосфорной кислотой Таким образом, глицериновая кислота является источником двух новых соединений кислотного типа, а если учесть еще реакцию восстановления карбоксильной группы до альдегидной, то уже трех веществ, которые известны ка к важные промежуточные продукты основных химических процессов in Але цей останній процес є оборотним, і в умовах кислотно-основного каталізу частка неграничні гідроксикислоти може бути істотною, хоча термодинамічно більш стабільна в даному випадку б-кетокислот у свою чергу, єнольна форма цієї кислоти може бути стабілізована, зафіксована реакцією її етеріфіка-ції фосфорної кислотою Таким чином, гліцеринова кислота є джерелом двох нових сполук кислотного типу, а якщо врахувати ще реакцію відновлення карбоксильної групи до альдегідної, то вже трьох речовин, які відомі ка до важливі проміжні продукти основних хімічних процесів in . Следует заметить, что в заметных количествах они в организмах не накапливаются. vivo. Слід зауважити, що в помітних кількостях вони в організмах не накопичуються.

З природних оксикислот можна виділити мевалонову, що є ключовим з'єднанням біосинтезу ізопрен-Ноїда, легко перетерпіти in vivo синхронне Елімінування фрагментів С0 2 і Н 2 0, утворюючи при цьому пірофосфатная похідне 2-метил-бутенола, з якого і починаються процеси формування изопреноидной вуглецевих систем.

Хінна кислота, будучи вихідним з'єднанням біосинтезу ароматичних кисневмісних сполук, може накопичуватися в деяких рослинах у помітних кількостях. Але основне призначення цієї кислоти - освіта шікімо-вої кислоти, ключового інтермедіа-та вищевказаних синтезів, з наступним переходом до бензольні похідним, використовуючи реакції дегідратації і дегидрогенизации.

2. Оксокіслоти

Оксокіслоти в природі поширені значно менше, ніж гідроксикислоти, вони рідко зустрічаються у вільному стані, не накопичуються в організмах, хоча і утворюються на різних стадіях біосинтезу. З приводу останнього факту потрібно відзначити, що в біосинтезі вони грають часто найважливішу роль, будучи ключовими сполуками ряду біосинтезу.

Класифікують оксокарбоновие кислоти, як і всі біфункціональних з'єднань, згідно взаємною розташування функціональних груп, підрозділяючи їх при цьому на альдегидо-і кетонокіслоти. Багато оксокіслоти носять тривіальні назви.

У структурному плані оксокіслоти кілька більш примітивні, ніж оксикислоти - позначається втрата асиметричного центру при переході від гідроксикислот до оксокіслотам. Так, при окисленні будь-якої форми молочної кислоти ми отримаємо одну єдину пировиноградную кислоту. Але в той же час, цей клас біфункціональних сполук відрізняється великою різноманітністю хімічних реакцій, хімічних особливостей, зобов'язаних взаємному впливу карбонільної і карбоксильної груп.

-оксокислот можно отметить легкость присоединения нуклео-фильных реагентов по карбонильной группе и легкость реакций декарбоксилирова-ния — пировиноградная кислота в условиях окислительного ферментатив-но катализируемого декарбоксилиро-вания образует уксусную кислоту. У випадку б-оксокіслот можна відзначити легкість приєднання нуклео-ною реагентів по карбонільної групи і легкість реакцій декарбоксілірова-ня - піровиноградна кислота в умовах окисного ферментатів-но катализируемого декарбоксилуєтся-вання утворює оцтову кислоту. Мезоксалевая кислота поєднує в собі легкість протікання обох цих процесів - вона існує тільки у вигляді гідратованого аддукт і у водному розчині легко розкладається на гліоксалевую кислоту і двоокис вуглецю.

-оксокислот еще и как источник весьма существенных биологически активных соединений, получаемых in Пировиноградную кислоту слід виділити з усіх б-оксокіслот ще й як джерело вельми істотних біологічно активних сполук, одержуваних in vivo в результаті реакції нуклеофільного приєднання по карбонільної групи і наступних перетворень. -аминокислоту аланин; а при взаимодействии с тиолом ферментной природы, коферментом-А, через стадии присоединения, декарбоксили-рования и восстановления, образует ацетилированный кофермент-А — важнейший интермедиат многих биосинтетических реакций . З таким реагентом як аміак, вона в кілька стадій, включаючи ще реакції дегідратації і відновлення, утворює важливу б-амінокислоту аланін; а при взаємодії з тіолів ферментної природи, коферментом-А, через стадії приєднання, декарбоксілі-вання та відновлення, утворює ацетильований кофермент -А - найважливіший інтермедіату багатьох біосинтетичних реакцій.

-кетокислот, на примере ацетоуксусного эфира, мы наблюдаем интереснейшее явление двойственной реакционной способности, называемое таутомерией. У разі по-кетокислот, на прикладі ацетоуксусной ефіру, ми спостерігаємо цікаве явище двоїстої реакційної здатності, зване таутомерія. Стосовно до зазначеного класу сполук, це явище названо кето-енольної таутомерія. Суть цього явища полягає в наступному: карбонильная і карбоксильна функції, будучи сильними електроноакцепторамі, оголюють протони метиленової групи, розташованої між ними, що робить їх кислими. -связей метиленового фрагмента перераспределяется так, как это указано на схеме 2.2.4, образуя систему енола У силу цього водень у вигляді катіона може мігрувати до карбонильному кисню несе на собі надмірну електронну щільність; синхронно цьому переходу електронна щільність карбонільної групи і у-зв'язків метиленового фрагмента перерозподіляється так, як це зазначено на схемі 2.2.4, створюючи систему еноли

Процес є оборотним, оскільки гідроксил при тригональному вуглеці завжди досить кислий і його протон може здійснювати, у свою чергу, електрофільного атаку по С = С зв'язку. Обидва ці процесу відбуваються настільки повільно, що тау-Томер можуть бути розділені або кристалізацією, або фракційної перегонкою Але через деякий час індивідуальні ізомери при стоянні знову перетворюються на рівноважну суміш сполук кетонів та енольної структури Таким чином, ацетоуксусной ефір, крім властивостей кетонів і складних ефірів, виявляє ще властивості неграничних сполук, спиртів і фенолів, так як гідроксил при подвійному зв'язку веде себе так само, як і при ароматичному кільці

Слід зазначити, що кето-єнольна таутомерія проявляється і у властивостях вищеописаної піровиноградної кислоти, і хоча частка енольної форми в неї незначна, в реакціях вона реалізується часто як основна.

и д- оксокислот характерны как кето-енольная, так и кольчато-цеп-ная таутомерия. Для пана і д-оксокіслот характерні як кето-єнольна, так і кільчасто-ціп-ва таутомерія. -лактоны . Результатом останньої, у разі левуліновая кислоти, є гідроксілактон, найбільш стійка таутомерних форм цієї сполуки, яка досить легко відщеплює воду у присутності водоот-нітрохи агентів, утворюючи неграничні р-лактони.

3. Аміноспирти

Аліфатичні сполуки, що містять аміно-і гідрокси-групи, звані аміноспірта, класифікують згідно взаємному розташуванню цих функціональних груп. 1,1-Аміноспирти - Сполуки досить нестабільні, не зустрічаються в природі, мають значення як проміжні в різних органічних реакціях. -этаноламин, встречающийся достаточно часто в виде производных в связанном виде. Для хімії природних сполук певне значення мають 1,2-аміноспирти, серед яких найбільше значення має по-етаноламін, що зустрічається досить часто у вигляді похідних у зв'язаному вигляді.

-Этаноламин сочетает в себе свойства первичных спиртов и первичных аминов, обе эти группы в какой-то мере близки по своим свойствам: обе они выполняют электронодонорные функции, могут образовывать водородные связи, проявлять кислотные свойства, являются эффективными нуклеофила-ми. по-етаноламін поєднує в собі властивості первинних спиртів і первинних амінів, обидві ці групи в якійсь мірі близькі за своїми властивостями: обидві вони виконують електронодонорні функції, можуть утворювати водневі зв'язки, виявляти кислотні властивості, є ефективними нуклеофіл-ми. -этаноламины труднее дегидратируются, этерифицируются или Н -алкилируются. Присутність і взаємний вплив цих двох функцій в межах однієї молекули приводить до утруднення реакцій, характерних для класу спиртів і класу амінів - по-етаноламін важче дегидратируются, етеріфіціруются або Н-алкілюється. Ті ж реакції, які реалізуються, носять часто конкурентний характер. -этаноламинов с минеральными кислотами может реализоваться как солеобразование по аминогруппе, так и нуклеофильное замещение спиртового гидроксила. Так, при взаємодії у-етаноламінів з мінеральними кислотами може реалізуватися як солеутворення по аміногрупи, так і нуклеофільне заміщення спиртового гідроксилу. При їх реакції з карбоновими кислотами можливо ацилювання обох функціональних груп, те ж саме можливе і при реакціях алкілування.

-этаноламина следует отметить в первую очередь ацетилхолин, выполняющий в организмах теплокровных важнейшую функцию нейромеди-атора. З наведених на схемі 2.3.1 похідних в-етаноламіну слід відзначити в першу чергу ацетилхолін, що виконує в організмах теплокровних найважливішу функцію нейромеді-атор. Холін також далеко неекзотічен в живій природі: він дуже поширений у тваринних і рослинних тканинах, а також в мікроорганізмах; особливо високий вміст його в нервовій тканині мозку, печінки, нирок і м'язи серця. Важливе значення має також О-фосфат етаноламіну, що поєднує в собі основну і кислотну функції та існуючий у вигляді цвіттеріона.

Цей цвіттеріонний фрагмент - фрагмент, що володіє високою гід-рофільностью - характерний для фос-фоліпідов і відповідно ліпідних мембран. У деяких біосинтетичних реакціях, зокрема, при біосинтезі деяких амінокислот, в якості донора метильних груп бере участь бетаїн.

Іншою важливою групою природних аміноспиртів є сфингозин - складова частина сфінголіпідів, виділених вперше з тканин мозку, але згодом виявлених у багатьох тварин і рослинних джерелах.

-аминоспиртов являются алкалоиды семейства эфедро-вых — эфедрин, норэфедрин, Н -метилэ-федрин . Среди них наиболее известен эфедрин, используемый в медицинской практике в качестве сосудосуживающего и бронхорасширяющего средства, его применяют при лечении аллергических заболеваний, а также как стимулятор центральной нервной системы и при отравлении некоторыми Похідними по-аміноспиртів є алкалоїди сімейства ефедри-вих - ефедрин, норефедрін, Н-метіле-федрін. Серед них найбільш відомий ефедрин, використовуваний в медичній практиці в якості сосудосуживающего і бронхорасширяющего засобу, його застосовують при лікуванні алергічних захворювань, а також як стимулятор центральної нервової системи і при отруєнні деякими наркотиками, так як він є їхнім антагоністом.

З аміноспиртів рослинного походження слід відзначити мус-карин, що міститься в мухоморі червоному, що є імітатором ацетилхоліну. У малих дозах він знижує в людини артеріальний тиск, амплітуду і частоту серцевих скорочень; у великих дозах викликає спазми м'язів, судоми, коматозний стан.

Аміноспирти тваринного походження представлені катехоламинами, що здійснюють регуляцію функцій ендокринних залоз і передачу нервових імпульсів. У першому випадку вони розглядаються як гормони, у другому випадку - як нейромедіатори. Сполуки цієї групи, крім спиртового гідроксилу, мають ще й фенольні функції. Біогенні катехоламіни представлені трьома з'єднаннями: дофамін, норадреналін, адреналін.

Роль цих речовин у життєдіяльності тварин важлива і різноманітна. Дофамін стимулює секрецію соматотропіну і пригнічує секрецію пролактину, він також регулює рівень глюкози в крові, діурез, кровотік у нирках; порушення синтезу дофаміну в мозку - причина виникнення хвороби Паркінсона. Норадреналін бере участь в передачі нервових імпульсів, впливає на м'язи кровоносних судин, звужуючи їх і підвищуючи тим самим артеріальний тиск. Адреналін також сприяє звуженню дрібних кровоносних судин, викликає посилення роботи серця, розслабляє мускулатуру бронхів і кишечника. д. При емоційних переживаннях, особливо в стресових ситуаціях, посиленій м'язовій роботі, охолодженні і ф д. вміст адреналіну в крові різко зростає, що забезпечує адаптацію організму до нових умов.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Реферат
68.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Мідь і її природні сполуки синтез малахіту
Мідь і е природні сполуки синтез малахіту
Природні зони України Природні умови і ресурси Чорного та Азовського морів
Природні комплекси і природні умови великих територій Росії
Природні умови та природні ресурси у макроекономічній моделі
Поняття і елементи масиву
Найпростіші
Визначення геотермії гірського масиву
Створення та обробка лінійного масиву
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru