Н.А. Тюкавкина, Ю.И. Бауков - Биоорганическая химия (1125798), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Карбонилрный атом углерода имеет плоскую конфигурацию, поэтому нуклеофнльная атака равновероятна с обеих сторон плоскости. атана У саерту В тех случаях, когла карбонильный атом углерола является прохиральным центром (см. 3.3) и в результате реакции возникает хиральный атом углерода, энантиомеры образуются в равных количествах, т. е, получается рацемическая смесь. Следовательно, в обычных условиях, вне организма, эта реакция протекает нестереоселективно. П о приведенному выше механизму осуществляется ряд важных реакций альдегиЛов и кетонов. П рисоедннение воды.
Присоединение воды к карбонильной группе — г и д р а т а ц и я — обратимая реакция. Степень гид ага и ц и альдегида или кетона в водном растворе зависит от строения субстрата. Продукт гидратации, как правило, в свободном виде выделить с помощью перегонки не удается — он разлагается на исходные компоненты. Формальдегид в волнам растворе гидратирован более чем на 99,9%, ацетальдегид -- приблизительно наполовину, ацетон практически не гндратирован. й ОН С=О + Н вЂ” ОН й' ,л ОН П н оложение равновесия реакции гидратации указанных сое пений можно понять с учетом пространственно~о факто а.
Так, диоб азо р ванне гидрата ацетона невыгодно, поскольку при этом р. ак, 186 возрастает стерическое отталкивание между о бъемистыми замес- ними от 120' ло тигелями за счет уменьшения угла между — ! 09,5'. Трихлоруксусный альдегид (хлораль) г др р ги ати ован полностью. Наличие электроноакцепторной трихлорметильной группы настолько ста илизиру б ет хлоральгидрат, что это кристаллическое вещество отшепляет воду только при перегонке в присутствии водоотнимаюших веществ (НУ504 и др.). С1 О ОН ГО С1 — С вЂ” С~ ~+Н,О.
С1 — С С вЂ” ОН Н,Г О С4 Н Хлораль Хлоралмидрат дналогичиое о Р' е об азование стабильного гидрата наблюдается ения а-аминокислот в случае нингидрина — реактива для обнаружения а-аминок (см. 11.2.1). Присоединение спиртов. Спирты при взаимолействии с альдегиталей избытком спирта в кислой среде могут ыт а ц е т а л и (реакция напоминает синтез простых эфиров из спиртов). ГЬ4', о й — С + Н вЂ” ОСЭНЗ «~а. й — С вЂ” Ооонэ цн гГ Й Полуацеталь Альдегид ОС,Н, Н' +, Н ОСЭНЬ ~ц й С вЂ” ОСЭНВ + Н вЂ” ОН 1 Н А цеталь Полуацеталь Роль кислотного катализа при превращении полуацеталя в вцеталь становится ясной из приведенной н иже схемы механизма П ЬОН нзмп" ~с )-н,о П: хМ-)Н ! Л и" пц СммО Имии Первичный амин Апидег д иии метом Иареииопамии 'СНМН, н., ч, ц.=-м Н вЂ” -'-' — ' :-Йо ~,Г и С=о+ МН и' Амии Имии Адцдегид или петри Тиоацетапи !мериаптапи! Аиидегид ипи иетаи Поиутиоацетапи (попумериаптапи! я-оо-я' Оиоим МНвОН Гидроиоипамии Н "н-х н'и С 0 )у'~ и,, !Он à — — ! пк С 1 ! — е С~м — х П~' ~М+~ ! -Нто П,Г х я-со-!г ППСиюМ вЂ” МНСаНа МНзМНСвНз феиипгидрааои Огеиипгидрааии 189 188 реакции.
Центральное место занимает образование карбока. тиона 1, стабилизированного за счет участия пары электронов соседнего атома кислорода (+М-эффект СоНаО-группы). Н Н ~0/ ОН ! -н,о н-оо,нз П вЂ” С вЂ” ОСЗНа + Н' ~м. П вЂ” С вЂ” ОСЗНа .м . - П вЂ” С вЂ” ОСЗМа — уд — ~ ! 1 Н Н Н Н Сзнз 0 ! — П вЂ” С вЂ” ОСзНа ~~ и — С вЂ” ОСзНз + н 1 Н н Реакции образования полуацеталей и ацеталей обратимы, поттому ацетали и полуацетали легко гидролизуются избытком воды в кислой среде. В щелочной среде полуацетали устойчивы, так как алкоксид-ион является более трудно уходящей группой, чем гидроксид-ион. Кетоны в аналогичных условиях кеталей не образуют.
Следует отметить, что образование ацеталей час~о используется в органическом синтезе как временная защита альдегидной группы. Присоединение тиолов. Тиолы активнее спиртов в реакциях с альдегидами и кетонами Они образуют соответствующие тиоаналоги- . пол ути оа цета ли (полумеркаптали) и ти оа це. т а л и (меркаптали).
Присоединение аминов и нх производных. Амины и другие азотсодержагцие соединения общего вида МНуХ реагирую~ с альдегидами и кетонами в две стадии. Сначала образуются продукты нуклеофильного присоединения, которые затем вследствие неустойчивости отщепляют воду. Поэтому данный процесс в целом классифицируют как реакцию п р и с о е д и н е н и я-о т тц е п л он и я. ные еаги ют с альдегидами и кетонами Амины и их производные реагируют с образованием разнообр .
слу об азных соединений. слу аминов получаются и м и н ы (их называют та ШифФа). и о кты во многих ферментативИмины — промежуточные продукты во в организме име биосинтезе а-аминокислот в ных процессах, например стадию образова(см. 1!.!.5). Полу ение и р минов п отекает через и н о л а м и н о в, которые в некоторы и и взаимодействии формальдегида сит елька устойчивы, например при в . ! !.!.4 . с а-аминокислотами (см... ). омеж точными продуктами в общем спосо' осстановительное альдегидов и кетонов ~~в бе получения аминов нз т способ заключается в восс ' аминирование). Это сп карбонильного соед сое инения с аммиаком (или а епления с образованием : протекает по р схеме п исоединения-отщепле ся в амин.
Восстановительимина, который вате м восстанавливается в ам р зме в ходе синтеза ное а минирование осуц!ествля ется в органи ..5 . а-аминокислот (см. 11.1. ). ь егидов и кетонов с гидроксиламином При взаимодействии альдегидов и — гидрас п оизводными гидразина— ' получаются окси м ы, с р деления альдегидов " з о н ы Эти реакции ча сто используют для вы ф капни, поскольку обной смеси и их идентифи ~~ммю~ собой ы',"разукущнеся производи ые, как правило, пред с четкими темпера "таллические вещества с чеуу й ! Ьч-о — ОН ! й' й /ОМ НО н м' —,С й' 'хн й 9'г ьй- С О й' 2,4-Дпннтрофепплгндрааен 2,4-дпннтрофеннлгндраанн Гидрлл металла Перпнчнии нпн птпрпчмиа спирт Альдегьд или патон нтнх йь гс С й~ МН2Х С=О й' он й мнх й. ,с — он й' он й' мнх й С= йх -н' й' Ы=т,а1 9- $, ~~0 и — 'СН-ыС»" й н 19! 190 М02 моц й СО-й ььь-ль ( ) л, ппп=ь- н ( ! а, Основания Шиффа н другие подобные соединения легко гидролизуются водными растворами минеральных кислот с образованием исходных продуктов.
В большинстве случаев для реакций альдегкдов и кетонов с азотистыми основаниями необходии кислотный катализ, ускоряющий дегидратацию продукта присоединения. Однако, если слишком повысить кислотность среды, то реакция замедлится в результате превращення азотистого основания в нереакциониоспособную сопряженную кислоту ХГхнз". Поэтому оптимальным обычно являетсн проведение процесса при рН, близком рК. Хннть, т. е.
в условиях, когда приблизительно половина азотистого основания остается в непротонированной форме. В случае низкоосновных азотистых оснований эа счет кислотного катализа также происходит протонирование карбовильной группы субстрата, что повышает элект. рофнльность карбоннльного в~она углерода и тем самым способствует его реакции с этими слабымн нуклеофилами.
",,он МН2Х .,н н' й о й — ь— С н = С-мнх й -н,о Присоединение циановодородной кислоты. В присутствии следов щелочи циановодородная кислота присоединяется к альдегидам и кетонам с образованием а-г н д р о к с и н и т р и л о в (циангндринов). й~ г~ й он С О + Н вЂ” СН вЂ” Эь С й' С1ч Рассмотренная реакция лежит в основе специфических методов получения а-гидрокси- и а-аминокислот.
Присоединение гндрндов металлов. Восстановление альдегидов и кетонов осуществляют с помощью гидрндов металлов 1лН, )х)аН, !'~'А)Н 1гВН4. Реакция включает иуклеоф~~~~~кз атаку карбонильного атома углерода гидрид-ионом. Р Ледуюшем гидро- лизе образовавшегося алкоголята по'зуча " " Р в и ч н ы й или вторичный спирт д ым Образом можно представить восстановление карналогичн е см. 1З.З) бонильной группы в организме (см. .
) ! Н ' С=О Н Н вЂ” С» ! Реакции полимеризации. Эти реакции характ для альдегндов. При нагРевании с минеРальными к меры альдегидов распадаются на исходные продукты ОбРазование полимеРов можно Рассматриват а офильной атаки атомом кислорода однои ьтсл у ал д :нуклео и , да каРбонильного атома Углерода друг Ул нин 40% водного раствора формальдегида, наз а ф о р и а л н н о м, в виде белого осадка обРазуется полимер фор дегида — па р а фар м.
ь НОСН2-(ОСН ) ОСН ОН н н н Парафорн Реакции конденсации. Наличие в молекУле альдегида нли кетона слабого СН-кислотного центра приводит к тому, что а-водородные атомы э их карбонильных соединеииЙ Обладают некоторой ',' протонной подвижностью. /» ~"~ „р СН СН С + СН СНС З 2 ° ' З Н Н НЭ СНз О ! СНЗСН, Н 3-Гндронсн-2-нетнл- пентанелн, бок Прон«о оаын алрдеунд (нетнленоаая «оппонента) Преп«опоена алрдеунд (нарбоннлнная «оппонента) СН (~(.) О кон С-с СНз О НО СН2С (СНз)2С 'Н Нч С=О Н З-гндронс«-2,2-дннетнл пропаналн, 50д группы. лО- й-СН С Н Я.(~ О й — 'СН -С ~н вйт в«рО й !З)1-)нС Нарбаннон Енолят-нон СНзС— еО чн дл доль (3-«наро с буга ал«) Нрс о оа ал длу д (бутс«.2.а Ч О О бо й СН2С р СН С а и — СН2СН Н я бу ОН ,С но ! Е» -но- Н -«и С Н 2 С Н вЂ” С ) (- .
С Н и с'-4ч вз'- В частности, под действием оснований такие протоны могут отщепляться с образованием соответствующих карбанионов. Последние играют роль нуклеофилов по отношению к карбонильным субстратам. Таким образом оказываются возможными реакции, в которых одна молекула карбонильного соединения (метиленовая компонента) присоединяется к карбонильной группе другого карбонильного соединения (карбонильная компонента).
Такие процессы относятся к реакциям конденсации. ° Конденсацией называется реакция, приводящая к усложнению углеродного скелета и возникновению новой углеродной связи, причем из двух или более относительно простых молекул образует- ся новая, более сложная молекула. Обычно в результате реакции конденсации выделяется молекула воды или другого вещества. 1и т()(го реакции конденсации альдегидов и кетонов проходят в присутствии каталитических количеств кислот нли щелочей.
Так, У У., Р „Ы,. Р Р Р НУс~Р Р Р Р бвббаунДУЫР ров щелочей превращаетСя В вл-"ьдол.'ь; при проведении реакции в более жестких условиях альдоль дегидратируется с образованием кротонового альдегида. О .О О л Н вЂ” СН)С вЂ” У СНЗСН вЂ” СН)С вЂ” а СНЭСН=СНС н -н,о 'н Поэтому конденсацию альдегндов или кетонов, протекающую по первому типу, называют альдольной конденсацией, или альдольным присоединением, а по второму типу — крогоновой конденсациеи. Использование в качестве катализаторов кислот и проведение реакции в более жестких условиях способствуют образованию продуктов кротоновой конденсации.
Некоторые примеры реакций альдольного присоединения приведены ниже. Реакции альдольного присоединения обратимы. Обратный процесс называется альдольным расщеплением (ретроальдольный распад). В условиях организма осуществляются оба процесса, например, альдольная конденсация пировииоградной кислоты и ()(-ацетил-0-маннозамина с получением нейраминовой кислоты (см. !2.1.4); сшивание цепей тропоколлагена с образованием коллагена (см. 1!.3); альдольное расщепление сернна на глицин и формальдегид (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
