Лекция 5 Биологически важные реакции карбонильных соединений. Реакции

Лекция 5 Биологически важные реакции карбонильных соединений. Реакции нуклеофильного присоединения АN.

2 Карбонильные соединения. Содержат оксогруппу >C = O. Различают: (А)альдегиды и (К) кетоны

3 Альдегиды и кетоны В природе широко распространены простые и сложные альдегиды и кетоны. Запах многих из них ассоциируется у нас с продуктами, из которых они были выделены: Ванилин содержится в ванили Коричный альдегид – в корице Цитраль – в лимонном масле Пиридоксаль входит в состав витамина В6. Он выполняет функцию кофермента при ферментативных процессах транс-аминирования и декарбоксилирования α-аминокислот.

4 Карбонильная группа присутствует во многих биомолекулах, в том числе и в углеводах – глюкозе, фруктозе и др. Именно они содержатся в овощах, фруктах и т. п..

5 Альдегиды и кетоны В природе широко распространены простые и сложные альдегиды и кетоны. Запах многих из них ассоциируется у нас с продуктами, из которых они были выделены: Ванилин содержится в ванили Коричный альдегид – в корице Цитраль – в лимонном масле Пиридоксаль входит в состав витамина В6. Он выполняет функцию кофермента при ферментативных процессах транс-аминирования и декарбоксилирования α-аминокислот.

6 Карбонильная группа присутствует во многих биомолекулах, в том числе и в углеводах – глюкозе, фруктозе и др. Именно они содержатся в овощах, фруктах и т. п..

7 I.Классификация и номенклатура А. По R : 1) предельные (CnH2nO) а) - АЛЬ – метанАЛЬ. - формальдегид, - муравьиный альдегид. б) - этанАЛЬ - ацетальдегид, уксусный А. Реакции в R – SR , условия: h, Cl2; Pкр, Br2. Замещение в  С атом + Br2

8 2) непредельные (CnH2n-2O)   - пропеналь -акролеин, акриловый А. Особенность реакций АE в R – присоединение к ,  углеродным атомам против правила Марковникова, к ,  - по правилу Марковникова!!! - по правилу Марковникова - против правила Марковникова 3-бромпропаналь     

9 3) Ароматические бензальдегид Реакции в бензольном кольце - в мета – положение (IIр). Катализаторы AlBr3, FeCl3, и т. д. 3-бромбензальдегид

10 4) Циклопентанкарбальдегид Реакции в радикале - SR, h

11 Кетоны: представители, номенклатура. 1) алифатические 2) ароматические 3) смешанные - пропанон - диметилкетон - ацетон - дифенилкетон - бензофенон - метилфенилкетон -ацетофенон

12 II. Электронное строение и природа химической связи >C=O Гибридизация атомных орбиталей С Если А (присоединение), то trans – положение!!! “С” в >C=O в sp2 – гибридизации, 3, 1, плоская геометрия.

13 2. Полярность и поляризуемость связи С – О ЭОо>ЭОс Из–за большой электроотрицательности связь сильно поляризована. С О, легко поляризуется  - связь. Присоединение AN к электрофильному центру С >С О >С О - ε - центр Nu атака Nu - центр Nu +δ - δ

14 3. Особые свойства Н при С – атоме связаны с отрывом Н+ при соответствующих условиях. Это проявляется в: СН С О Н Н +δ2 +δ1 -δ 1) альдольной конденсации 2) кето – енольной таутомерии

15 Для альдегидов и кетонов характерны: Схема реакции AN. sp2 sp3 III. Реакции в R II. ОВР I. AN

16 1) A легче вступают в AN, из-за большего +  на С Cхема кислотного катализа. Закономерности реакционной способности А и К в реакциях AN . формальдегид ацетальдегид ацетон

17 2) Введение ЭА увеличивает активность в AN. хлораль 3) Большие заместители затрудняют доступ Nu к С+ (стерический фактор)

18 Химические свойства карбонильных соединений. I. Реакции AN 1) Присоединение HCN– образование  - гидроксинитрилов – А, К Реагент: - HCN (усл. КОН следы) или KCN (усл. Н+ ср.) а) 2 - гидроксипропанонитрил

19 б) гидролиз -гидроксинитрилов образуются  - гидроксикарбоновые кислоты. + 2H2O 2 – гидроксипропановая кислота в) In vivo – в живом организме - ферментативное разложение циангидринов . 2 – гидроксинитрил миндальной кислоты

20 При гидролизе  - гидроксинитрилов образуются  - гидроксикарбоновые кислоты, которые имеют важное препаративное значение. Молочная кислота участвует в реакциях кисломолочных продуктов, квашеной капусте, соленых огурцах. Миндальная кислота содержится в косточках горького миндаля.

21 Значение реакции присоединения HCN Н 1) удлинение цепи амины н2о карбоновые кислоты 2) исходный синтез для получения  - гидрокси- и  - аминокислот.

22 2) Присоединение спиртов – образование полуацеталей и ацеталей (в основном для А) а) реагент – ROH , (CH3OH, С2H5OH и т.д. ) условие HCl сухой – обратимость HCl, сух АN полуацеталь этилового спирта и ацетальдегида диэтилацетальдегид

23 Роль катализатора в AN - увеличение + , в SN - создание хорошо уходящей группы. Механизм

24 этаналь Гидролиз в кислой среде (в щелочной,устойчивый) спирт

25 б) Присоединение многоатомного спирта – циклический ацеталь: циклический ацеталь этиленгликоля и ацетальдегида этиленгликоль

26 в) внутримолекулярное взаимодействие и - образование циклических полуацеталей Общая схема образования полуцеталей 5 – гидроксипентаналь шестичленный цикл - пиранозный п/а

27 Значение реакции ацетализации 1). Лежит в основе получения природных полисахаридов (полуцеталей) – целлюлозы, крахмала и т.д. (гетерополисахаридов – хондроитинсульфатов). Кетоны - образуют кетали, реакция протекает хуже, затруднена. 3). Используется для защиты альдегидной группы в синтезе органических соединений. 2). Протекает при выделении из организма чужеродного соединения – например фенола (фенилглюкуронид) .

28 Реакция ацетализации лежит в основе получения природных полисахаридов – целлюлозы, крахмала, и т.д.

29 + LiH- NaAlH4 H2O, H+ - Li + 3) Присоединение H- гидрид – ионов. восстановление Н-с образованием спиртов (А, К). R – OH R1 – CH – R2 OH пропанол -2 Значение реакции: в организме восстановление А и К происходит аналогичным путем при действии НАДН (никотинамидадениндинуклеотид) А К

30 + C2H5NH2 AN –E - H2O Взаимодействие с аминами - образуются имины (основания Шиффа) (для А и К) Механизм реакции AN –E (присоединения-отщепления) этилимин ацетона 2 механизма : 1) с Н+ катализатором; 2) через образование биполярного иона

31 Механизм через образование биполярного иона. + C2H5 - NH2 .. AN E - H2O биполярный ион карбиноламин этилимин ацетальдегида +

32 Гидролиз: основания Шиффа и подобные соединения легко гидролизуются в кислой (Н+ ) среде: + H2O H+ + NH2 – C2H5

33 Значение этой реакции 1) В ферментативных процессах в организме. а) Промежуточные соединения при получении аминов из А и К восстановительным аминированием б) При образовании  - ак из  - оксокислот переаминированием. (процесс протекает через стадию получения иминов).

34 2 метил – 3 гидрокси, 5 гидрокси – пиридин – 4 карбальдегид Процессы трансаминирования, переаминирования аминогруппы происходят с участием кофермента пиридоксальфосфата. Пиридоксальфосфат выполняет функцию переносчика аминогруппы, т.е. временно хранит NH2-группу, являясь «камерой хранения»)

35 Химические превращения α-аминокислот в организме под воздействием пиридоксальфосфата пиридоксальфосфат α-аминокислота альдимин

36 Аналитические реакции. Используя производные NH3 и аминов, можно выделить А и К и затем их идентифицировать. + NH2OH, AN - E гидроксиламин - H2O NH2-NH2 - H2O гидразин NH2-NH-C6H5 фенилгидразин - H2O оксим гидразон фенилгидразон Полученные вещества – кристаллические, идентификация происходит по t пл.

37 5. Альдольная конденсация (А,К) условия: 3- гидроксибутаналь (альдоль) 2) Щелочная среда 1) Реакции только для А и К, имеющих Н при  С:

38 Механизм: а) Образование Nu из 1-ой молекулы карбанион - Nu

39 б) Присоединение Nu ко второй молекуле H2O - OH- + возврат катализатора 3- гидроксибутаналь -

40 Значение реакции. В организме происходят оба процесса: альдольная конденсация и альдольное расщепление. 1) В углеводном обмене, например, образуется нейраминовая кислота (С9) из С3 и С6. (содержится в нервных клетках и клетках мозга) 2) Образование новых связей С – С с участием тиоэфиров карбоновых кислот. 3) Альдольное расщепление; серин  ГЛИ +

41 Кротоновая конденсация происходит в более жестких условиях (при нагревании). trans бутен – 2 –аль,кротоновый альдегид

42 6. Присоединение Н2О хлораль хлораль-гидрат

43 Хлоральгидрат применяется в медицине как успокаивающее и снотворное средство. В основе его фармакологического эффекта лежит наркотическое действие на организм альдегидной группы.

44 7) Взаимодействие с NaHSO3 - качественная реакция на >С=О группу. белый осадок

45 II. Реакции окисления. 1) Окисление А – качественная реакция на альдегидную группу. Р-в Толленса Р-в Фелинга + реакция серебряного зеркала оранжевый цвет реакция медного зеркала Ag + + H2O Cu2O + H2O + Щелочной раствор тартратного комплекса меди +

46 а) в I ок II ок I в II 2) ОН- - щелочная среда триметилуксусный альдегид бензальдегид формальдегид 2) Реакция Канниццаро-Тищенко (диспропорционирования).(А) Условия: 1). Нет Н при  С:

47 б) в I ок II ок I в II бензальдегид фенилкарбинол бензоат калия

48 III. Реакция в R. а) - SR , Cl2, Br2, h - (для предельных А.К). б) - AЕ, (,)–против правила Марковникова (для предельных) в) - SЕ (AlCl3) – в мета – положение (для ароматических).

49 - галогензамещенные альдегиды и кетоны оказывают сильное раздражающее действие на слизистые оболочки носа и глаз, то есть являются лакриматорами (от лат. Lacrima - слеза) + Br2 Свет -HBr

50 г) галоформная реакция – качественная реакция на - определение ацетона и ацетоновых тел в клиническом анализе при сахарном диабете. иодоформ

51 Механизм: +δ +δ Na+

52 IV. Кето-енольная таутомерия. Карбанион енолят-ион енол

53 Биологическое значение.

54 Карбонильные соединения – активные участники метаболизма 1. Кетокислоты участвуют в метаболизме углеводов(ПВК) участвуют в процессах окисления липидов. Важнейший продукт окисления липидов – пероксид. малоновый альдегид - пропандиаль - важнейший продукт перекисного окисления липидов, его определение в биосредах практикуется в биохимическом анализе.

55 2- метил нафтохинон 1,4 Витамин К4 – отвечает за свертываемость крови. 2. Убихиноны Участвуют в окислительно-восстановительных процессах пара-хинон циклогексадиен - 2,5 – дион 1,4

56 3. Пиридоксальфосфат – участник реакций трансаминирования(переаминирования), декарбоксилирования, важнейших химических реакций аминокислот. 4. Углеводы – участники гликолиза. Многие стероидные гормоны содержат кетонную группировку, например, тестостерон и прогестерон – половые гормоны.

57 Карбонильные соединения как лекарственные средства 1) Производные бутиферона обладают успокаивающим действием (нейролептики).

58 2) Фурфурол в синтезе фурацилина (лечение больного горла) 3) Камфора – является кетоном терпенового ряда. Она с давних времен используется как средство, стимулирующее сердечную деятельность.

59 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!