Н.А. Тюкавкина, Ю.И. Бауков - Биоорганическая химия (1128683), страница 33
Текст из файла (страница 33)
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.
11.1.5) и 1,6-дифосфата 0-фруктозы на фосфат дигидроксиацетона и 3-фосфат Т»-глицеринового альдегида (см. !2.1.3). О )в2 , О бо б Форналндеунд 2-Метнлпропаналн (нарбоннл«ная (артеле«ряда нонпонента) йонпонента) Рассмотрим механизм альдолы(»й конданевции в щелочной ' среде. На первой стадии реакции гидроксид-ион отрывает ива-по. ложения протон, имеющий повышенную подвижность (СН-кислот, ность) за счет электроноакцепторного влияния карбонильной чина легкого отщепления протона заключается в б ° ° б..б .р ° у р р * . рму:п,н ' мерное строение (см.
2.3.1), можно йазывать и е н о л я т-и о н о м в соответствии с его второй гранинной структурой. Следующая стадия реакции — нуклеофильное присоединение мезомерного иона к карбонильной группе другой молекулы карбо- иильного соединения с образованием аннана альдоля. Меэомерный ион на этой стадии реагирует по атому углерода, а не по атому кислорода в соответствии с принципом Ж К ( .. ), так как относительно мягкий электрофильный центр (атом углеро, да карбонильной группы) предпочтительно связывается с относи.тельно более мягким нуклеофнльным центром — атомом углерода мезомерного иона, а не более жестким атомом кислорода. Аннан альдоля, являясь алкоксид-ионом, т.е.
более сильным основанием, чем гидроксид-ион, отрывает далее протон от воды. :о б Я~ -СН ~. ° б С.е. - '""'" С~ ~<.~'<. (.( ( ! ( =С»с( (р НЗО ~ и Сдгэ + НЗО О Ацнлат-нон 8 ГО сэ..а- 8, Я ОООН 4'О-н ' О" Н вЂ” О, Н вЂ” С С вЂ” Н О Н'-О динар нураеьнноа ннслотн Ьэееэнт Я вЂ” СООН + Наон ~ ЯСООМа -»- Нто Альдегид Спирт Кислота сн.сн,с~~ Н 58 О 60 118 СНЭСН2СН2ОН Молекулярная масса Т, кно., 'С 60 97 49 (7.3) 199 В карбоксильной группе присутствуют три полярные ковалентные связи: две связи между атомом углерода и атомами кислорода и связь Π— Н. Карбоновые кислоты полярны, их Π— Н и С=О группы могут принимать участие в образовании водородных связей (см.
2.2.(). За счет таких связей с молекулами воды низшие карбоновые кислоты (С» — С,) в ней неограниченно растворимы. В молекулах карбонавых кислот можно выделить гидрофильную часть (карбоксильную группу — СООН) и гидрафобную часть (органический радикал К); с увеличением последней растворимость в воде уменьшается. Высшие карбонавые кислоты алифатического ряда (начиная с С»о) практически в воде не растворимы. В отличие от спиртов, межмолекулярнзя ассоциация карбоновых кислот имеет регулярный характер: жидкие карбоновые кислоты образуют димеры. В парах и водных растворах димеры распадаются на мономеры. Увеличение способности к ассоциации при переходе от альдегидав к спиртам и далее кислотам можно проследить по изменению температур кипения соединений этих классов с близкой молекулярной массой.
Карбановы)е кислоты — типичные слабые электполиты. Величины рК, для кислот алифатнческого ряда составляют 4,7 — 4,9. Они обладают более высокой кислотностью, чем спирты и фенолы (см. табл. 4.1). Основная причина состоит в образовании при диссоциацни кислоты высоко стабильного ацилат-нона й — СОО , связи и заряды в котором выравнены (см. 2.3.!). 198 Величина кислотностн карбоновых кислот ВСООН зависит ат природы радикала й. В свою очередь влияние радикала К на карбонильный атом углерода можно оценить па величине кислотностн соответствующей карбонавой кислоты.
С»аа — ОООН.) С»2ОН-ОООН ) С»ано — ОООН) Н вЂ” ОООН) Снзооон Таким образом, карбанавые кислоты отличаются от спиртов и фенолов более высокой кислотностью; ат альдегидов н кетонов их .Л " Й.. ".'" Э" ~".Л. *'~","" 2"' карбоннльной группе, - что является следствйем »=7у»-эф»ректа , группы ОН.. Прн нейтрализации кислот щелочами, кзрбанатамн и гидро' карбонатамн образуются соли карбонавых кислот со шелочными ', металлами. В водных растворах ани в значительной степени гидро; лизованы, в связи с чем эти растворы имеют щелочную реакцию. Нуклеофильные свойства ацилат-нонов »п ч»уо рассмотрены ' ранее в разделе бэ8 Реакция этеряфикации.
Взаимодействие карбонавых кислот са спиртами, приводящее к образованию сложных эфиров, т. е. реак' ция этерифнкации — наиболее важный процесс из приведенных на ' рис. 7.2. Реакция этерификации в отсутствие катализаторов протекает чрезвычайно медленно вследствие уже упоминавшейся низкой : способности карбаннльной группы в карбановых кислотах подвер, гаться нуклеафильной атаке (за счет +М-эффекта группы ОН, понижающего эффективный положительный заряд на атоме углерода). Однако в присутствии минеральных кислот (серной, хлора- -' водородной) реакция существенно ускоряется. СН СООН + С Н ОН н СН СООС Н + и О Этилацетат ч ОО ~-а,, -нх О- х й — с~ х ~~О'«н+ з— ОН -н' О сн,— с ОС7НЗ ОН ~СНз-С 'ОС7Нз (7.
4) Процесс этерификации обратим. Сдвиг равновесия вправо осуществляется путем удаления из реакционной смеси одного из конечных продуктов. Ниже приведен механизм этой реакции. ОН ~ОН нос н! ! ~сзнз — нон !ОН й! ! Образование сложного эфира из карбоновой кислоты и спирта термодинамически невыгодный процесс (в зависимости от условий и структуры реагентов ЛО лежит в пределах от +10 до +30 кДж/моль). Для «активации» карбоновой кислоты (помимо сдвига равновесия за счет отгонки воды) может быть использовано предварительное превращение ее в ангидрид или хлорангидрид (см. 7.3.4), что ведет к замене трудно уходящей группы НО, на болеелегко уходя!цие группы)х — СОО или С1 . В организме «активация» карбоновой кислоты осуществляется путем ее превращения в сложные тиоэфиры (см.
7.3.2) и ацилфосфаты (см. 7.3.4). 7.3.2. Сложные эфиры и сложные тиоэфиры Сложные эфиры )(СОО)х' и сложные тиоэфиры БАСОК)7' — наиболее распространенные в природе производные карбоновых кислот. Многие лекарственные средства содержат в своем составе сложноэфирные группы. Гидролиз. Сложные эфиры могут подвергаться гидролизу (в отличие от реакции этерификации) как в кислой, так и в щелочной средах. Схема гидролиза в кислой среде и его механизм представлены в приведенных выше уравнениях (7.3) и (7.4) (как реакции, протекающие справа налево). Гидролиз в щелочной среде необратим и требует эквимолекулярного количества щелочи. СН.С + Наон .- он!С~ + С,Н,ОН ОС Н Ома Приведенная ниже схема механизма справедлива для щелочного гидролиза не только сложных эфиров, но также тиоэфиров, галогенангидридов, ангидридов и амидов карбоновых кислот.
Причиной необратимости гидролиза в щелочной среде является образование стабильного мезомерного ацилат-иона (см. 2.3.1). 200 Х С1, Π— СО-и', Ой, вй, Мйз Способность к гидролизу зависит от эффективного положи' тельного заряда на карбонилыюм атоме углерода соединения (хСΠ— Х, величина которого определяется природой Х, т.е. сов, местным действием его — -7- н +М-эффектов. Поэтому по легкости гндролиза функциональные производные карбоновых кислот в .; соответствии со своей ацилирующей способностью располагаются ' в следующий ряд.
«О ~О ~О йс ) йс ) йс ) йс 'с! О-СО-й' Ой' Мна Биологическое значение тиоэфиров карбоновых кислот. Наиболее распространенным представителем этих веществ в организме является ацетилкофермент А СНаСОЯКоА (кофермент ацетилирования) — тиоэфир уксусной кислоты и кофермента А (см. 6.3). Ацетилкофермент А )п чкчо служит переносчиком ацетильной группы на нуклеофильные субстраты. О О н" й СНЗ-С вЂ” вхоА + У вЂ” ь СНз — О-У + НЬКоА Этим путем, в частности, осуществляется ацетилирование гидроксилсодержащих соединений. О О СН! — С вЂ” 5К»А+ Ной СН! — С Ой + НЬКоА Например, с участием ацетилкофермента А протекает превращение холина в ацетилхолин (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
