Нитрил муравьиной кислоты –циноводород H–CN, или синильная кислота.

7. Для дикарбоновых кислот присущи реакции образования циклических ангидридов:

янтарная кислота ангидрид янтарной кислоты

15. Гетерофункциональные соединения

Соединения, имеющие в своем составе одну функциональную группу, называются монофункциональными. Соединения, имеющие несколько функциональных групп, называются полифункциональными. Полифункциональные соединения делятся на гомополифункциональные, т.е. содержащие несколько одинаковых функциональных групп, и гетерополифункциональные, т.е. содержащие несколько разных функциональных групп. Большинство биологически важных органических соединений (метаболиты, биорегуляторы, структурные элементы биополимеров, лекарственные средства) являются гетерофункциональными соединениями. Наиболее важные из них - гидрокси-, оксо- и аминокислоты, аминоспирты.

15.1. Аминоспирты

Аминоспиртами называют соединения, содержащие в молекуле одновременно амино- и гидроксигруппы. У одного атома углерода эти группы удерживаются непрочно - происходит отщепление аммиака с образованием карбонильного соединения или воды с образованием имина. Поэтому простейшим представителем аминоспиртов является 2-аминоэтанол — соединение, в котором две функциональные группы расположены у соседних атомов углерода. 2-Аминоэтанол (бета-этаноламин) — представляет собой вязкую жидкость. 2-аминоэтанол называют также коламин известным как структурный компонент сложных липидов. С сильными кислотами 2-аминоэтанол образует устойчивые соли.

Производное 2-аминоэтанола — димедрол — оказывает противоаллергическое и слабое снотворное действие. Обычно применяется в виде гидрохлорида.

Холин (триметил-2-гидроксиэтиламмоний) — известен как структурный элемент сложных липидов. Имеет большое значение как витаминоподобное вещество, регулирующее жировой обмен. В организме холин может образовываться из аминокислоты серина. При этом сначала в результате декарбоксилирования серина получается 2-аминоэтанол (коламин), который затем подвергается исчерпывающему метилированию при участии 5-аденозилметионина (SАМ).

Сложный эфир холина и уксусной кислоты — ацетилхолин — наиболее распространенный посредник при передаче нервного возбуждения в нервных тканях (нейромедиатор). Он образуется в организме при ацетилировании холина с помощью ацетилкофермента А.

Важную роль в организме играют аминоспирты, содержащие в качестве структурного фрагмента остаток пирокатехина. Они носят общее название катехоламинов. К этой группе относятся представители биогенных аминов, т. е. аминов, образующихся в организме в результате процессов метаболизма. К катехоламинам относятся дофамин, норадреналин и адреналин, выполняющие, как и ацетилхолин, роль нейромедиаторов. Адреналин является гормоном мозгового вещества надпочечников, а норадреналин и дофамин — её предшественниками. Адреналин участвует в регуляции сердечной деятельности, обмена углеводов. При физиологических стрессах он выделяется в кровь. Активность адреналина связана с конфигурацией хирального центра, определяющей взаимодействие с рецептором. Подобно пирокатехину, катехоламины с раствором хлорида железа(III) FеСl₃ дают изумрудно-зеленое окрашивание, переходящее в вишнево-красное при добавлении раствора аммиака, что может служить качественной реакцией на эти соединения.

---

15.2. Гидроксикислоты

Гидроксикислоты – гетерофункциональные соединения, содержащие карбоксильную и гидроксильную группы. По взаимному расположению функциональных групп различают ά -,β -, γ - и т.д. гидроксикислоты.

К гидроксикислотам, имеющим большое биологическое значение, относятся:

Гликолиевая кислота HOCH₂COOH содержится во многих растениях, например, свекле и винограде.

Молочная кислота CH₃CH(OH)COOH. Соли называются лактаты. Широко распространена в природе, является продуктом молочнокислого брожения углеводов. Содержит асимметрический атом углерода и существует в виде двух энантиомеров. В природе встречаются оба энантиомера молочной кислоты. При молочнокислом брожении образуется рацемическая D,L-молочная кислота. D-молочная (мясо-молочная) кислота образуется при восстановлении пировиногралной кислоты под действием кофермента НАДН и накапливается в мышцах при интенсивной работе.

CH₃COCOOH + НАДН + Н+ --> СH₃CH(OH)COOH + НАД⁺

Пировиноградная кислота D-Молочная кислота

Яблочная кислота HOOCCH(OH)CH₂COOH. Соли называются малаты.

Содержится в незрелых яблоках, рябине, фруктовых соках. Является ключевым соединением в цикле трикарбоновых кислот. В организме образуется путем гидратации фумаровой кислоты и далее окисляется коферментом НАД+ до щавелевоуксусной кислоты.

Лимонная кислота. Соли называются цитраты.

Содержится в плодах цитрусовых, винограде, крыжовнике. Является ключевым соединением в цикле трикарбоновых кислот. Образуется из щавелевоуксусной кислоты путем конденсации ее с ацетилкоферментом А и далее в результате последовательных стадий дегидратации и гидратации превращается в изолимонную кислоту.

Винная кислота (соли тартраты) HOOCCH(OH)CH(OH)COOH.

Содержит два хиральных центра и имеет 3 стереоизомера: D-винную кислоту, L-винную кислоту и оптически неактивную мезовинную кислоту. D-винная кислота содержится во многих растения, например, в винограде и рябине. При нагревании D-винной кислоты образуется рацемическая D,L-винная (виноградная) кислота.

Бета-гидроксимасляная кислота CH₃-CН(ОН)-CН₂-CООН как промежуточный продукт окисления жирных кислот накапливается в организме у больных сахарным диабетом, являясь, в свою очередь, предшественником ацетоуксусной кислоты.

Гамма-гидроксимасляная кислота (ГОМК) НО-CH₂-CН₂-CН₂-CООН оказывает наркотическое действие, практически нетоксична. Применяется в виде натриевой соли как снотворное средство а также в анестезиологии в качестве наркотическою средства при операциях.

Отношение гидроксикислот к нагреванию. При нагревании ά –гидроксикислот образуются циклические сложные эфиры –лактиды.

β -Гидроксикислоты при нагревании переходят в непредельные кислоты.

γ-Гидроксиокислоты претерпевают внутримолекулярное ацилирование с образованием циклических сложных эфиров – лактонов.

---

15.3. Оксокислоты

Оксокислоты – гетерофункциональные соединения, содержащие карбоксильную и карбонильную (альдегидную или кетонную) группы. В зависимости от взаимного расположения этих групп различают ά -, β -, γ - и т.д. оксокарбоновые кислоты.

Глиоксиловая кислота. Содержится в незрелых фруктах. Является промежуточным продуктом в ферментативном глиоксилатном цикле.

Пировиноградная кислота (соли пируваты). Центральное соединение в цикле трикарбоновых кислот. Промежуточный продукт при молочнокислом и спиртовом брожении углеводов.

В организме получается в результате окисления молочной кислоты

Ацетоуксусная кислота (соли ацетоацетаты). Образуется в процессе метаболизма высших жирных кислот и как продукт окисления β-гидроксимасляной кислоты накапливается в организме больных диабетом (так называемые ацетоновые или кетоновые тела).

[O]

СН₃-СН-СН₂-СООН → СН₃-С-СН₂-СООН → СН₃-C-СН₃

^{| ||} -CO₂ ^||

OH O O

β-гидроксимасляная кислота ацетоуксусная кислота ацетон

Щавелевоуксусная кислота (соли оксалоацетаты). Промежуточное соединение в цикле трикарбоновых кислот. Образуется в цикле трикарбоновых кислот при окислении яблочной кислоты и превращается далее в лимонную. При переаминировании дает аспарагиновую кислоту.

ά –Кетоглутаровая кислота (соли кетоглутараты). Участвует в цикле трикарбоновых кислот и является предшественником важных аминокислот – глутаминовой и γ-аминомасляной.

15.4. Гетерофункциональные производные бензола

Сульфаниловая кислота (п-аминобензолсульфоновая кислота) легко получается при сульфировании анилина, существует она в виде биполярного иона.

Амид сульфаниловой кислоты (сульфаниламид), известный под названием стрептоцид, является родоначальником группы лекарственных средств, обладающих антибактериальной активностью и называемых сульфаниламидами или сульфонамидами.

Впервые сульфаниламид был синтезирован в 1908 г. и широко использовался в качестве промежуточного вещества в производстве красителей. Антибактериальная активность была обнаружена лишь в 1935г. Все сульфаниламиды обязательно содержат сульфамидную (сульфонамидную) группу —SО₂-NН₂. Замена ее на другие группы приводит к потере активности. Установлено, что аминогруппа в пара-положении всегда должна оставаться незамещенной, а в бензольное кольцо нельзя вводить дополнительные заместители, так как они снижают антибактериальную активность соединения. В поиске более эффективных антибактериальных средств было синтезировано свыше 5000 производных сульфаниламида. Однако лишь некоторые из них нашли практическое применение. Наибольшую активность проявляют те производные, у которых радикал R имеет гетероциклическую природу. Многие сульфаниламиды содержат пиримидиновый, пиридазиновый и другие гетероциклы. Антибактериальное действие сульфаниламидов основано на том, что они являются антиметаболитами по отношению к парааминобензойной кислоте, участвующей в биосинтезе фолиевой кислоты в микроорганизмах. Амид сульфаниловой кислоты имеет структурное сходство с п-аминобензойной кислотой.

---

Пара-аминофенол и его производные. Как гетерофункциональное соединение п-аминофенол может образовывать производные по каждой функциональной группе в отдельности и одновременно по двум функциональным группам. П-аминофенол ядовит. Интерес для медицины представляют его производные — парацетамол и фенацетин, оказывающие анальгетическое (обезболивающее) и жаропонижающее действие. Парацетамол является N-ацетильным производным п-аминофенола. Фенацетин получается при ацетилировании этилового эфира п-аминофенола, называемого фенетидином.

Пара-аминобензойная кислота.

Эфиры пара-аминобензойной кислоты – анестезин и новокаин, способны вызвать местную анестезию.

Салициловая кислота относится к группе фенолокислот. Как соединение с орто-расположением функциональных групп, она легко декарбоксилируется при нагревании с образованием фенола. Салициловая кислота растворима в воде, дает интенсивное окрашивание с хлоридом железа(III), на чем основано качественное обнаружение фенольной гидроксильной группы.

Салициловая кислота проявляет антиревматическое, жаропонижающее и антигрибковое действие, но как сильная кислота (рКа 2,98) вызывает раздражение пищеварительного тракта и поэтому применяется только наружно. Внутрь применяют ее производные — соли или эфиры. Салициловая кислота способна образовывать производные по каждой функциональной группе. Практическое значение имеют салицилат натрия, сложные эфиры по карбоксильной группе — метилсалицилат, фенилсалицилат (салол), а также по гидроксильной группе — ацетилсалициловая кислота (аспирин). Из других производных салициловой кислоты большое значение имеет п-аминосалициловая кислота (ПАСК) как противотуберкулезное средство. ПАСК является антагонистом п-аминобензойной кислоты, необходимой для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов. Другие изомеры таким действием не обладают. м-Аминосалициловая кислота является высокотоксичным веществом.

15.5. Аминокислоты

Аминокислоты — это органические бифункциональные соединения, в состав которых входят карбоксильная группа —СООН и аминогруппа —NH₂. В зависимости от взаимного расположения обеих функциональных групп различают ά-,β -, γ -аминокислоты и т. д.:

Греческая буква при атоме углерода обозначает его удаленность от карбоксильной группы. Обычно рассматривают только ά-аминокислоты, поскольку другие аминокислоты в природе не встречаются.

В процессе биосинтеза белка в полипептидную цепь включаются 20 важнейших α-аминокислот, кодируемых генетическим кодом.

Общая формула α-аминокислот

Аминокислоты можно классифицировать по нескольким признакам:

1). По способности человека синтезировать аминокислоты из предшественников:

Незаменимые: Триптофан, Фенилаланин, Лизин, Треонин, Метионин, Лейцин, Изолейцин, Валин;

---

Заменимые: Тирозин, Цистеин, Гистидин, Аргинин, Глицин, Аланин, Серин, Глутамин, Глутаминовая кислота, Аспарагиновая кислота, Аспарагин, Пролин

Некоторые заменимые аминокислоты синтезируются в организме человека в недостаточных количествах и должны поступать с пищей (гистидин и аргинин).

2). Аминокислоты делятся на протеиногенные (20 α-аминокислот) и непротеиногенные (4 аминокислоты).

3). По функциональным группам:

Алифатические моноаминомонокарбоновые: аланин, валин, глицин, изолейцин, лейцин.

Оксимоноаминокарбоновые: серин, треонин.

Моноаминодикарбоновые: аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота. Амиды моноаминодикарбоновых: аспарагин, глутамин.

Диаминомонокарбоновые: аргинин, гистидин, лизин.

Серосодержащие: цистеин (цистин), метионин.

Ароматические: фенилаланин, тирозин.

Гетероциклические: триптофан, гистидин.

Иминокислоты: пролин (также входит в группу гетероциклических).

4). По химической природе радикалов приведены в таблице 4.

Таблица 4. Важнейшие протеиногенные аминокислоты.

Тривиальное название	Сокращенное название	Формула
1. Аминокислоты, имеющие неполярный радикал
Аланин	АЛА
Валин	ВАЛ
Лейцин	ЛЕЙ
Изолейцин	ИЛЕ
Триптофан	ТРИ
Пролин	ПРО
Фенилаланин	ФЕН
Метионин	МЕТ
2. Аминокислоты, имеющие полярный незаряженный радикал.
Глицин	ГЛИ
Серин	СЕР
Треонин	ТРЕ
Тирозин	ТИР
Аспарагин	АСН
Глутамин	ГЛН
Цистеин	ЦИС
3. Аминокислоты, имеющие отрицательно заряженный радикал.
Аспарагиновая кислота	АСП
Глутаминовая кислота	ГЛУ
3. Аминокислоты, имеющие положительно заряженный радикал.
Лизин	Лиз
Аргинин	Арг
Гистидин	Гис

Важнейшие непротеиногенные аминокислоты.

β - Аланин

Орнитин

Цитруллин

γ – Аминомасляная кислота

Все α-аминокислоты, кроме глицина H₂N-CH₂-COOH, содержат асимметрический атом углерода (α-атом) и могут существовать в виде оптических изомеров. Оптическая изомерия природных α-аминокислот играет важную роль в процессах биосинтеза белка. Типичные белки природного происхождения, состоят из L-аминокислот. D-аминокислоты и L-аминокислоты отличаются друг от друга по вкусу. Например, D-аспарагиновая кислота не имеет вкуса, а ее стереоизомер L-аспарагиновая кислота обладает мясным вкусом.

Химические свойства

1. Аминокислоты — это органические амфотерные соединения. Они содержат в составе молекулы две функциональные группы противоположного характера: аминогруппу с основными свойствами и карбоксильную группу с кислотными свойствами. Аминокислоты реагируют как с кислотами, так и с основаниями:

---

Смотрите также файлы

• OZ_Ekzamen.doc

• Testy_Itog_OZ_MPD_s_02_04_2014.doc

• Patologicheskaya_anatomia_RK-2.doc

• OM_OG_RK_2_raspech3.doc

• Ekonom_rubezh_2.doc