Н.А. Тюкавкина, Ю.И. Бауков - Биоорганическая химия (1128683), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Таким образом, Ф разделения энантиомеров превращается в задачу р дл задача р ельно легче, так ; ления диастереомеров, которая решается значительно л как ди астереомеры различаются по физическим свойствам. Чаще они имеют всего нх разделяют путем кристаллизации, поскольку они '4" различную растворимость. Кроме этого возможно разделение -Й хроматографическими методами.
° Диастереомеры образуются в результате взаимодействия рацемата с хиральным реагентом (природным оптически активным веществом). Наиболее часто при этом используется реакция солеобразования. Ниже в виде общей схемы представлено раз- о деление рацемических кислот. ',Ф ~Л сн, 'г сн, Бг а сн, 1 сн, сн, 1 сн, Нб Науага Этанвл Глнцврнн 14« Рацемические кислоты разделяют с помощью оптически активных оснований, а рацемические основания — с помощью оптически активных кислот, В качестве оснований обычно используют растительные алкалоиды — хинин и др. (см.
10.6), а оптически активных кислот — винную или яблочную (см. 9.3.6). Использование химического метода ограничивается малой доступностью и высокой ценой оптически активных ве)цеств. Большое значение приобретают методы расщепления рацематов на оптически активных сорбентах (аффинная хроматография, см. 15.! ) . 3.3. Эиантиотопия, диастереотопия Эиаитиотаиия. Хиральиая молекула, центром хираль- ности которой является атом углерода, может быть записана в общем виде СаЬде, отражающем ее основную особенность; наличие у этого атома углерода четырех различных заместителей. Ближайшими предшественниками хиральных молекул являются так называемые п р о х и р а л ьн ы е молекулы, которые содержат атом углерода с тремя различными заместителями и имеют обгцую формулу СааЬд.
Два одинаковых заместителя «а» могут быть атомами (например атомы водорода в СН»-группе молекулы этанола) или группами атомов (например группы СН«ОН в молекуле глицерина). СНЗСН20Н НОСН2 — СНОН вЂ” СН2ОН С1ННННСН )<ОН) СССН2ОНХСН2ОННН>(ОН) При замене одного из двух одинаковых заместителей «а» на новый «е», отличающийся от имевшихся ранее, прохиральная молекула СааЬ«( превращается в хиральную СаЬде. Примером служит превращение прохиральной молекулы н-бутана С(Н) (Н) (СНа) (С2На) (в скобках записаны заместители у С-2) путем его бромирования в хиральную молекулу 2-бромбутана С(Н) (ВГ) (СНЗ) (С2Н5).
СНаСНтСНтСНа+ Вгт — н СнбСНВгСНтСНа + НВг и-Бутан 2-Бра«бутан В обычных условиях атомы водорода Н. и На равноценны и замещение каждого из них на атом брома протекает с равной вероятностью (рис. 3.16), поэтому в результате реакции образуется рацемический 2-бромбутан. Исходя из пространственной структуры молекулы н-бутана, можно сделать вывод о неэквивалентности атомов Н. и На в связи с их различным расположением относительно плоскости, проходящей через атомы С-1, С-2 и С-З. хаис.
Злб. Образование рацемата при бромировании а-бутана. Если представить, что замещению подвергается расположен. ный слева от плоскости атом водорода Н„ то получится энантио'мер (1); если замешаться будет расположенный справа Нв, то 'получится другой энантиомер (2). С2НБ С,Н, С2НБ Нб., ! Нб, ) Вг — С Вг СНз На СНз На СНз Одинаковые атомы или группы в молекулах типа СааЬг), замещение которых на новый заместитель приводит к получению энантиомеров, называются энантиотопными. Энантиотопный атом (или группа), в результате замещения которого получается энантиомер К-конфигурации, обозначают про.й; при получении энантиомера 5 конфигурации — про-5.
В рассмотренном выше йримере энантиомер 2-бромбутана (1) имеет В-конфигурацию и соответственно атом Н, в бутане обозначается про-К. Атом На обозначают про-Я, так как при его ; замещении на бром получается 5-2-бромбутан (2). В обычных, ахиральных условиях энантиотопные атомы или ..' группы атомов ведут себя как равноценные (эквивалентные), Но а реакциях с хиральными реагентами они различимы. Осо, бенно это проявляется в ферментативных реакциях, так как .; ферменты по сравнению с другими хиральными реагентами об, ладают чрезвычайно высокой избирательностью к энантиотопным '„ атомам или группам.
Например, фермент глицерокимаза способен ь в к' с !! в ь с (! гн.сторонн б нг-ст СНЯО НО С~н СН О Глнннрочнаосфвт СНзОН а-~-» Глнцнрнн СНЯОРозН2 Глнцвро-З-расрнт с=о 84 превращать глицерин в монофосфат, используя АТФ (см. 1З.З) в качестве источника фосфатной группы. При этом объектом для переноса фосфатной группы служит одна из двух химически идентичных первнчноспиртовых групп. В результате реакции образуется только энантиомер, относящийся к (.-Ряду; Р-энантиомер ие образуется. СНЯОН О-рнл нв ~-!-он обрнвувтсн СН2ОРОзнз Глицерин изображают в проекции Фнгперв тнк, что ОН-группе при атоме С 2 находится слева, в том числе и у всех его производных.
Кроме прохиральных молекул с энантиотопными атомами или группами атомов существуют прохиральные молекулы с знантиотопными поверхностями, или сторонами, К ним относятся прохиральные молекулы общего вида аЬС=д с зрз-гибридизованным атомом углерода, соединенным с тремя различными заместителями. При присоединении по двойной связи новой группы, отличающейся от уже имеющихся, образуется хиральная молекула аЬСде. Например, прохиральная молекула пировиноградной кислоты СНзС(О)СООН, которую можно записать как (СНз) (СООН)С=О, при восстановлении превращается в хиральную молекулу молочной кислоты СНз*СН(ОН)СООН. Г1ри восстановлении !п у(1го с использованием ахиральных реагентов реакция протекает нестереоселективно: образуется равная смесь энантиомеров, т. е. Рацемическая молочная кислота.
Это означает, что ахиральный реагент воспринимает стороны двойной связи как эквивалентные и атакует двойную связь с равной вероятностью с двух сторон плоскости (см. 7.2). Г!ри осуществлении этой реакции в организме фермент как хиральный реагент различает энантиотопные стороны двойной связи. Так, пировиноградная кислота уп угуо восстанавливается только в 1.-(+)-молочную кислоту (см. ! 3.3). Энантиотопные стороны двойной связи обозначают с учетом старшинства заместителей. Если заместители имеют последовательность убывания старшинства а ) Ь ) д, то сторона поверхности, на которой эти группы расположены по часовой стрелке, обозначается ге-сторона, против часовой стрелки— з!-сторона.
зличает неэквивалентность энантиотопных сторон двоЙноЙ связи и вовлекает во взаимодеи разом ориентированную у у т е д гой стороной двойной ' т' е' поворот ее Ру ности фермента, иаруша у р ает с бстрат- ерментно Диастереотопия. * . К понятию энантиотопии ли б изко примыкает ется в тех случаях, е еотопни, которая проявляется понятие д~~~тереог когда прохиральный центр содержится в мол це"тр «нйартьнсзст". ых п иводит к получению диасте„е мещение которых при . Нап имер, замен амена на гидроксильную ваются диастереотопными.
Н р, амен о из п ост анственно неэквивалентны б з эиантиомеров яблочной асимметрическим) ведет -, т. е. Н, или Нс, в любом из эи 3 С-2 кото ой является а и асте еомеров винной кислоты. уГОГО днастереомера б " и ы ат м водорода а и иводит к получению др Таким образом, в молекуле яблочной кисло Н. и Н, при С-3 диастереотопны. Н, НООС вЂ” "СН вЂ” С вЂ” С вЂ” —:ООН НООС вЂ” *СН вЂ” чСН вЂ” СООН НО ОН НО И„ аннннн кнрлатв Яблсчннн «нрлстл ч р рсркртр р эу ьной молекулы с ферментом (схе- 4, Рис.
3.17. Взаимодействие прохиральной, . у ма!. 85 НО СН вЂ” СН,Н ОН Н(СНз)з Нз ОН Иаадр ни ддраналин Ннз н "~ снз — -и ! СНз - — дик ле с' рснз ! сн, н~~~ ляг и с ф ,,: чхимкческое строение '~ оргеккческкх соедкненкй :." Изомеркя ' Структурные кзомеры Стереокзомеры 'й Конфигурация ':,.' Сгереохкмкческке формулы Конформецкя ".' )(окформецкя алкфагкческкх соединений Проекционные формулы Ньюмена Конформации циклических соединений Хкралькость Центр хкральностк (аскммегркчеческий атом) Экенгкомеры Кокфкгурацконкый стандарт О.) — )- адраналн» ьк ° ) алраналнн 86 Явления энантнотопнн н днастереотопнн играют важную роль в понимании стереохнмнческого результата биохимических реакций.
Связь пространственного строення соеднпеняй с нх бнологнческой активностью. В организме реакции протекают с участием бнокаталнзаторов — ферментов. Ферменты построены нз хиральных молекул а-амннокнслот. Поэтому онн могут играть роль хнральных реагентов, чувствительных к хнральностн взанмодействующнх с ними субстратов. Таким образом, пространственное б строение молекул связано со с те р ео с п е ц н ф н ч н ость тью нохнмнческнх процессов. Стереоспецнфнчность процессов, протекающнх в организме, состоит в том, что в реакцию вовлекаются определенные стереонзомеры н результатом реакции являются также стереохнмнческн определенные продукты.
Стереоспецнфнчность лежит в основе проявления биологического действия одним нз энантномеров, в то время как другой энантномер может быть неактнвным, а иногда оказывать иное нлн даже противоположное действие. Многие лекарственные вещества проявляют фармакологический эффект прн взаимодействии с рецепторами клетки. Для этого необходимо, чтобы молекула лекарственного вещества нмела такую конфигурацию, которая позволяла бы наиболее полно связываться с рецептором.
Изменение конфигурации на противоположную, как правило, снижает степень связывания н ослабля- Ркс. 3. (8. Взакмолгиствне экдктиамеров здрекзлкна с рецепторо (схема). Объяскенке в тексте. биологическое действие. Например, нз двух энантномеров д е н а л н н а наибольшую фармакологическую активность проявляет 1)-( — )-адреналнн (рнс. 3.18, а).
У 1.-(+)-адреналнна ,ОН-группа ориентирована в пространстве иначе н не взаимо' ействует с рецептором (рнс. 3.18, б). Этот энантномер адрена()нна может связываться не с тремя, а только с двумя точками ,рецептора, что приводит к ослаблению фармакологического дей)ствня. Пониженная активность (.-(+)-адреналнна сравнима с ак,тнвностью, проявляемой дезокснадреналнном, не содержащнм ,ОН-группы. Аналогичная картина характерна для ряда лекарственных веществ, родственных по строению адреналнну. (+)-И з о и р о,п н л ад р е н ал н н (нзадрнн) проявляет в 800 раз более силь,ное бронхорасшнряющее действие, чем его левовращающнй энантномер. Лекарственное средство протнвоопухолевого дей;ствня — с а р к о л н з н н — является левовращающнм энантно- мером; (+).сарколнзнн не активен.
(С(СНз-О)ЫФ Сне — СНСООН ! Сармалианм Гакам образом, биологическое действие бнорегуляторов (гор' моны, витамины, антибиотики н др.) н лекарственных веществ принципиально связано с пространственным строением нх мо. ( лекул. '«'А Основные понятия и гермины Пере сл е сос сенна ролл нме у у-субсурау м ланс~ Пеоелоа ое сосуол е о е Глава 4 и роекционнЫе формулы Фишера Относительная конфигурация (л, (.-стереохимические ряды П, 5-номенклатура и- и л-Диастереомеры Рацематы Расщепление рацематов Энантиотопные атомы, группы и стороны двойной связи Диастереотопные атомы н группы о д м е о с ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЕАКЦИЙ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ 4.1. ПОНЯТИЕ О МЕХАНИЗМЕ РЕАКЦИИ Химические еакции п е Р р дставляют собой процессы, сопровождающиеся изменением а чек атомов реаги юших ве е р спределения электронов внешних об оло- РУ еществ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
