Аминокислоты. Белки.

Каждая клетка животного, растительного и одноклеточного организма содержит в качестве существенной составной части белки, или протеины, строящие ферменты, органеллы и в целом протоплазму клетки. Частицы простейших организмоподобных образований- вирусов- так же состоят из белковой оболочки и нуклеиновых кислот.

Белки являются субстратом всех известных нам форм жизни. Все белки (кроме искусственно синтезированных в последние годы) созданы жизнедеятельностью организмов, но не все они продолжают участвовать в жизнедеятельности. Шерсть, рога, кожа, шелк, паутина- все это частные примеры белков, называемых склеропротеинами. К белкам относятся растворимые в воде или соляных растворах альбумины (яйца или крови) и глобулины (крови), к белкам относятся миозин мышц, многочисленные белки растений, в частности их семян- глиадин пшеницы, зеин кукурузы и д.р.

Белками являются многочисленные ферменты (энзимы) животных и растительных организмов, такие, как ферменты пищеварения- пепсин, хемотрипсин, трипсин, различные пептидазы и другие протеолитические ферменты, эстеразы и т.д.

Некоторые важные гормоны (инсулин, андренокортикотропный гормон, глюкакон и т.д.) также относятся к белкам. При этом, как теперь установлено, строго индивидуальные белки, выполняющие идентичную функцию, могут отличаться друг от друга в организмах разных видов. Так, инсулин человека, свиньи и коровы в деталях различаются по строению, хотя и сходен по функции и взаимосвязям в организме.

Как видно из этого перечисления, белки представляют собой совершенно разнородные по физическим свойствам вещества. В соответствии с этими свойствами и с растворимостью была осуществлена их первичная классификация:

- нераствроримые белки- склеропротеины (кератин волос, шерсти, пера, коллаген кожи, сухожилий, фиброин шелка)

- растворимые в воде белки- альбумины: (крови, яйца, молока)

- растворимые в соляных растворах, в кислотах и щелочах- глобулины: (γ-глобулин крови, белковые ферменты, гормоны и т.д.)

- растворимые в кислотах и щелочах- глутелины

- растворимые в спирте- глиадины

В начале позапрошлого столетия было установлено, что все белки близки не только по качественному составу, но количественному: C-50-52%, N-15-18%, H-6-8%, O- 24%, S-0,5-2%. В их состав часто входит малое количество фосфора (в виде фосфорной кислоты), небольшое количество галогенов и металлов.

Уже к 1820г было установлено, что белки гидролизуются (Браконно выделил из гидролизата простейшую α-аминокислоту- α-аминоуксусную (за свой сладкий вкус и происхождение из желатина, т.е. из белкового клея костей, она была названа гликоколом, а позднее- глицином)). Далее из гидролизатов белков были выделены и другие аминокислоты. Вскоре было выяснено, что в состав большинства исследованных белков входят L-α-аминокислоты, которые затем классифицировали на заменимые и незаменимые (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, треонин, фенилаланин и триптофан).

Заменимые организм может синтезировать сам, а незаменимые должны в организм поступать с пищей.

Что же это такое- аминокислоты, что за соединения?

Аминокислотам называются производные органических кислот, в радикале которых один или несколько атомов водорода замешены на аминогруппу – NH₂.

Амнокислоты- это производные углеводородов, в молекулах которых содержатся одновременно карбоксильная и аминная группы.

В зависимости от числа функциональных групп различают- моноаминокарбоновые, диаминокарбоновые, триаминокарбоновые и т.д. аминокислоты.

Например:

Аминокислоты могут содержать в молекуле несколько карбоксильных групп: дикарбоновые, трикарбоновые и т.д.

Встречаются аминокислоты, содержащие в молекуле гидрокси- и тиольные группы (SH-).

В зависимости от положения аминогруппы по отношению к карбоксильной группе в углеродной цепи различают- α-, β- , γ- и т.д. аминокислоты.

Аминокислоты могут содержать не только обычную углеродную цепь, но и циклы.

Для названия аминокислот широко используют тривиальные названия (аланин, лизин, Валин и т.д.). По систематической номенклатуре их называют по названию соответствующей карбоновой кислоты с добавлением приставки амино-. Положение аминогруппы в углеродной цепи указывают цифрой или буквой.

В настоящее время известно свыше 150 аминокислот, но только 26 входят в состав белков. Их необходимо знать:

Изомерия аминокислот может быть обусловлена разветвлением углеродного скелета и различным положением аминогруппы в цепи.

Для многих аминокислот характерна также и оптическая изомерия, вызванная наличием ассиметрических атомов углерода. Ранее мы рассматривали оптическую изомерию оксикислот.

Касаясь аминокислот, можно сказать, что в состав природных белков входят аминокислоты, относящиеся к L-ряду. Что же касается оптической активности, то большая часть из них вращает плоскость поляризации вправо. Левовращающими являются лишь треонин, тирозин, триптофан, цистин, пролин и оксипролин.

В растительных и животных организмах распространены преимущественно α-аминокислоты, а β-аминокислоты встречаются мало. Из числа β-аминокислот, встречающихся в животном организме, пока известна только β-аминопропионовая кислота (β-аланин), которая входит в состав ряда биологически важных веществ: корнозина, пантотеновой кислоты и т.д. Эти соединения являются объектом изучения биологической химии.

Что же касается α-аминокислот, которые являются основными компонентами молекулы белков, то они играют наиболее важную роль в процессах обмена, протекающих в растительных и животных организмах.

Все аминокислоты- кристаллические вещества, плавятся при высокой температуре, обычно с разложением. Большинство аминокислот хорошо растворимы в воде (тирозин в воде совсем не растворяется). Некоторые из аминокислот обладают сладким вкусом, другие- кислым, третьи- вкусом грибов, четвертые вкуса не имеют.

Вследствие наличия в молекулах аминокислот одновременно карбоксильных и аминогрупп аминокислоты могут реагировать как кислоты и как амины ( причем- первичные). Некоторые же свойства аминокислот являются результатом взаимного влияния и взаимодействия карбоксильных групп и аминогрупп.

Аминокислоты- амфотерные соединения. Благодаря наличию аминогрупп- они способны присоединять ионы водорода, превращаясь в группы замещенного аммония. Поэтому аминокислоты, подробно аминам могут проявлять основные свойства. Имея в наличии карбоксильную группу- аминокислоты ведут себя как кислоты и проявляют все свойства карбоновых кислот.

Кислотная и основная группы внутри молекул аминокислот взаимодействуют друг с другом; ион водорода, образуемый карбоксилом, присоединяется к азоту аминогруппы

В результате в одной части молекулы аминокислоты образуется аммониевая группа с положительным зарядом (катион), в другой- остаток карбоксильной группы с отрицательным зарядом (анион).

Благодаря этому молекулы аминокислот представляют собой биполярные (двуполярные) ионы, а так как противоположные и равные по величине заряды таких ионов нейтрализуют друг друга, аминокислоты являются внутренними солями- нейтральным соединениями.

Характер диссоциации аминокислот зависит от условий среды. В кислой среде при избытке ионов водорода (рН<7) биполярные ионы аминокислот превращаются в их аммониевые катионы; в щелочной среде при избытке гидроксильных ионов (рН>7) биполярные ионы переходят в анионы.

Аминокислоты, будучи амфотерными соединениями, образуют соли как с кислотами, так и с основаниями. В первом случае в реакции участвует аминогруппа, во втором- карбоксильная группа. При написании реакции можно исходить либо из собственно аминокислоты, либо из ее внутренней соли

Значение рН, при котором положительные и отрицательные заряды в молекуле аминокислоты точно компенсируют друг друга, называется изоэлектрической точкой. В этой точке аминокислоты, оставаясь электронейтральными, не мигрируют под влиянием электрического тока ни к аноду, ни к катоду. При значении рН, характеризующем изоэлектрическую точку, аминокислота имеет ряд специфических свойств. Отметим следующие:

1. растворимость аминокислоты в воде при этом значении является минимальной, поскольку биполярный ион, в котором два разноименных заряда пространственно сближены, имеет благоприятные условия для сольватации (взаимодействие ионов с молекулами растворителя)

2. электропроводность раствора аминокислоты имеет минимальное значение , так как суммарный заряд биполярного иона равен нулю

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ

1. Аминирование α-галогензамещенных кислот. Этот метод применим для синтеза не только альфа-аминокислот, но и аминокислот с любым удалением аминогруппы от карбоксильной, применяется он редко из-за невысоких выходов целевого продукта:

2. Аминирование эфиров α-галогензамещенных кислот (метод Габриэля). Этот метод представляет собой модификацию метода синтеза первичных аминов и обеспечивает получение α-аминокислот с высоким выходом:

3. Метод Штреккера-Зелинского(оксинитрильный способ).4. По этому способу альдегид или кетон обрабатывают водным раствором смеси цианида калия и хлорида аммония. В результате присоединения аммиака к альдегиду и последующего отщепления воды образуется имин.

Этот метод был разработан Штреккером (1850г) и был усовершенствован Зелинским (1906г)

4.Присоединение аммиака к непредельным кислотам:

4. Микробиологический синтез. Этот метод позволяет получать многие аминокислоты с помощью микроорганизмов, которые развиваются в питательной среде. Так получают в промышленности лизин и глутаминовую кислоты.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.

Химическое поведение аминокислот определяют две функциональные группы- карбоксильная и аминогруппа.

1. Образование солей: являясь амфотерными соединениями, аминокислоты образуют соли как с кислотами, так и с основаниями:

С ионами двухвалентных металлов (например, с гидроксидом меди)- аминокислоты образуют устойчивые комплексные соли:

3. Образование сложных эфиров (реакция этерификации). Реакцию осуществляют действием сухого хлороводорода на смесь безводного спирта и аминокислоты:

4. Ацилирование аминокислот. В качестве ацилирующих агентов используют галогенангидриды и ангидриды кислот:

5. Образование гидроксикислот (реакция N-ацилирования)- реакция дезаминирования. При действии азотистой кислоты на аминокислоты образуются гидроксикислоты и выделяется азот:

6. Алкилирование аминокислот.

7. Пептидный синтез. Аминокислоты в пептидах и белках связаны пептидной связью. Пептидной связью называют амидную связь, которая связывает фрагменты двух аминокислот, при этом образуются ациклические соединения. Из двух молекул α- аминокислоты (за счет карбоксила одной молекулы и аминогруппы второй) образуется дипептид и выделяется вода:

8. Отношение к нагреванию. Различное взаимное расположение карбоксилшьных групп в молекулах аминокислот придает последним некоторые отличительные свойства.

α- аминокислоты при нагревании образуют циклические соединения типа диамидов, называемые дикетопиперазинами. Реакция аналогична образованию лактидов из α- аминокислот. Во взаимодействие вступают карбоксильные и аминогруппы двух молекул аминокислот

β-аминокислоты при нагревании, подобно β-оксикислотам превращаются в непредельные кислоты, но при этом выделяется не вода, а аммиак.

γ- аминокислоты внутримолекулярно отщепляют молекулу воды. Реакция протекает легко, так как пространственное сближение групп, находящихся в γ-положении, не требует напряжения. При этом образуются внутренние циклические амиды, называемые лактамами:

Белковые вещества, или белки, представляют собой природные высокомолекулярные азотсодержащие органические соединения, очень сложные молекулы которых построены из остатков α- аминокислот. При синтезе белковой молекулы происходит образование полипептидной цепи. Т.е. две аминокислоты образуют дипептид, далее образуется трипептид, затем тетрапептид и т.д. Во всех пептидах между остатками аминокислот содержатся одинаковые характерные для них группировки, называемые пептидными связями.

Для того чтобы синтезировать полипептид, необходимо препаративно защитить аминогруппу первой аминокислоты, прежде, чем пойдет присоединяться вторая аминокислота. Для этого первую аминокислоту обрабатывают, например, бензилхлорформиатом:

Аминокислоты, являясь структурными компонентами любой полипептидной цепи должны располагаться в строго определенной последовательности для данного вида белка. В тоже время набор «строительных» аминокислот не так велик- более 20. Но перепутать очередность их соединения друг с другом- это означает резкое изменение свойств белка. Например. Молекула гемоглобина содержит 574 остатка аминокислот. Но если бы вдруг произошла замена, например глутаминовой кислоты на лизин или изменились бы их места расположения в полипептидной цепи, то это привело бы к тяжелому заболеванию человека- серповидной анемии. Однако природа редко ошибается, несмотря на то что из 20 аминокислот можно получить свыше 2,4*10¹⁸ комбинаций, т.е изомеров белковой молекулы. Этим и объясняется огромное разнообразие белков.

Итак, разновидность аминокислотных остатков, их число и последовательность соединений в полипептидной цепи определяет основу строения белков- их первичную структуру. Как установить такую структуру? Сведения о составе, т.е. наборе аминокислотных остатков и последовательность их соединений в полипептидной цепи, можно получить, изучая продукты гидролиза белков.

Гидролиз проводят, действуя на белки ферментами или при кипячении их с растворами кислот или щелочей. При этом процесс протекает ступенчато: вначале белки превращаются в пептоны (соединения близкие к белкам) , а затем- в полипептиды. Полипептиды, в свою очередь, расщепляются на пептидные цепи и наконец- на α- аминокислоты. С помощью специальных методов ( в основном хроматографических) устанавливают последовательность соединения аминокислот в белке.

Полипептидные цепи первичной структуры далее сворачиваются и приобретают спиралевидную форму. Между витками спирали возникают дополнительные связи- водородные, кислородные и сульфидные мостики. Возникает вторичная структура бека.

Третичная структура формируется способом складывания вторичной структуры, свиваясь в клубок, спирали образуют глобулы. Именно такую форму имеют белки, выполняющие роль биологических катализаторов , а так же белки, выполняющие транспортные функции.

Четвертичная структура белка- формируется как ансамбль двух или более полипептидных цепей, каждая из которых имеет первичную, вторичную, третичную структуры и называется субъединицей. Субъединицы могут быть либо одинаковыми, либо различными. Несколько таких субъединиц могут объединяться с образованием в результате совместной упаковки четвертичной структуры.

Как и аминокислоты, белки обладают амфотерными свойствами. В щелочной среде они проявляют кислотные свойства, в кислой- основные. Многие белки растворимы в воде, в кислотах и щелочах. Водные растворы белков- высокомолекулярные коллоиды. Если белки нагреть до 100^оС или подействовать на них кислотами, щелочами или растворами некоторых солей, то в их молекулах происходят необратимые изменения, которые называют денатурацией. В денатурированном белке изменяются физические, химические и биологические свойства. Это связано с тем, что процесс денатурации приводит к разрушению водородных и некоторых ковалентных связей, которые создают вторичную и третичную структуры.

Для белков характерны цветные реакции.

1. Биуретовая реакция. Она связана с присутствием в молекуле белка пептидных связей ( эту реакцию дают все вещества, которые имеют такую связь) При обработке белка концентрированным раствором щелочи и насыщенным раствором сульфата меди появляется фиолетовое окрашивание.

2. Ксантопротеиновая реакция. При действии на белки концентрированной азотной кислоты появляется желтое окраска. Она связана с образованием продуктов нитрования ароматических ядер, содержащихся в молекуле белка.

3. Сульфидная реакция. При нагревании белков с раствором плюмбита натрия выпадает черный осадок сульфида свинца. Это качественная реакция на серу (присутствие сульфгидрильных групп SH).

4. Осаждение белков из растворов. При добавлении к водным растворам белков концентрированных растворов минеральных солей ( например, сернокислого аммония) белки осаждаются (высаливаются). Осаждение происходит и при добавлении органических растворителей (спирта, ацетона). Во всех этих случаях белки не изменяют своих свойств и при добавлении воды вновь переходят в раствор.

Другие реагенты- соли тяжелых металлов (сернокислая медь, уксуснокислый свинец), а также кислоты (азотная, уксусная, хлоруксусная, пикриновая) вызывают необратимое осаждение белков (денатурация) и они после осаждения теряют способность растворяться в воде и разбавленных солевых растворах.

Наибольшую склонность к осаждению белки проявляют в изоэлектрической точке. Высаливание и свертывание различных белков достигается при определенных для каждого из них значениях рН.

Классификация белков

Среди белков различают две основные групп

- протеины, или простые белки, состоящие только из аминокислот и при гидролизе почти не образуют других продуктов

- протеиды, или сложные белки, состоящие из собственно белковой части, построенной из аминокислот, и из соединенной с ней небелковой части, иначе называемой простетической группой. При гидролизе эти белки, кроме амнокислот, образуют и другие вещества: углеводы, фосфорную кислоту, гетероциклические соединения и т.п.

ПРОТЕИНЫ. Среди них выделяют несколько подгрупп, отличающихся преимущественно по растворимости

- Альбумины- белки растворимые в воде, не осаждаются насыщенным раствором хлористого натрия, но могут быть осаждены раствором сернокислого аммония. Свертываются при нагревании. (альбумины молока, яйца, сыворотки крови, белки ферментов и семян растений)

- Глобулины- белки, нерастворимые в воде, но растворимые в водных растворах солей, свертываются при нагревании. Имеют большую молекулярную массу, чем альбумины. (глобулины молока, яйца, крови, белки мышц-миозин, семян растений)

- Проламины- белки, растворимые в 70-80%-ном спирте, нерастворимые в воде и безводном спирте. Не свертываются при кипячении (белки злаков- глиадин- в пшенице, зеин- в кукурузе)

- Глютелины- растительные белки, нерастворимые в нейтральных солевых растворах и этиловом спирте; растворяются только в разбавленных растворах щелочей. Изучены мало. Глютелины некоторых злаков называют глютенинами ( от французского-gluten- клейковина). Наиболее изучен глютенин пшеницы.

- Гистоны- белки основного характера, так как содержат значительное количество диаминокислот со свободными аминогруппами. Они растворимы в воде и представляют собой собственно белковые части сложных белков (глобин-белок, входящий в состав сложного белка крови-гемглобина).

- Протамины- наиболее простые белки с низкими молекулярными массами, состоят преимущественно из диаминокислот и являются сильными основаниями. Хорошо растворимы в воде, разбавленных кислотах и щелочах . не свертываются при нагревании. (Обнаружены в сперматозоидах рыб)

- Альбуминоиды (протеноиды, склеропротеины) – белки, резко отличаются от других белков по свойствам. Они растворяются лишь при длителной обработке концентрированными кислотами и щелочами. В живых организмах выполняют опорные и покровные функции, в растениях не встречаются. (фиброин- белок шелка, кератин- белок волос, шерсти,рогового вещества, эпидермиса, кожи; коллаген- белковое вещество кожи, костей, хрящей, соединительных тканей; эластин- белок стенок кровеносных сосудов, сухожилий.

ПРОТЕИДЫ. Подразделяются на подгруппы в зависимости от характера простетической группы, отщепляющейся при гидролизе от собственно белковой части.

- Фосфопротеиды- белки, содержищие в качестве простетической группы фосфорную кислоту (казеин-белок коровьего молока; виттелин- белок, входящий в состав желтка куриного яйца)

- Нуклеопротеиды- белки, в которых собственно белковая часть связана с так называемыми нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеиды ядер растительных и животных клеток)

- Хромопротеиды- вещества, в которых белковая часть соеденина с красящим веществом (гемоглобин крови- гем- красящее вещество)

- Глюкопротеиды- белки, у которых белковая часть соединена с углеводом (муцин-в составе слюны)

- Липопротеиды- соединения белков с липидами. Липопротеиды содержатся в протоплазме клеток, сыворотки крови, в яичном желтке.

Белковые вещества классифицируют так же по форме их молекул, подразделяя на две группы

- Фибриллярные- молекула имеют нитевидную форму (фиброин шелка, кератин шерсти)

- Глобулярные- молекулы имеют округлую форму (альбумины, глобулины и др. сложные белки)

Белковые вещества находят широкое применение, особенно в производстве продовольственных и промышленных товаров.

Основное количество белка использует и перерабатывает пищевая промышленность, т.к. они являются основной частью пищевых продуктов.

В текстильной промышленности используют шерсть и шелк. В кожевенном производстве используют шкуры животных.

Из отходов мясной и кожевенной промышленности (костей, хрящей, сухожилий, обрезков кожи) готовят различные виды животного клея. При обработке горячей водой под давлением содержащийся в этих отходах коллаген переходит в растворенное вещество. Которое затем охлаждают и сушат- получается столярный клей. Тщательной очищенные сорта клея получают из телячьих шкур- желатин (его используют в кулинарном производстве, для приготовления светочуствительных эмульсий в фотопромышленности)

Белковые вещества, например казеин молока, применяется в производстве пластмасс (галалит) и искусственной шерсти.

У Г Л Е В О Д Ы

Под общим названием углеводы объединяют широко распространенные в природе соединения, к которым относятся и сладкие на вкус, растворимые в воде, вещества, называемые сахарами, и родственные им по химической природе, но гораздо более сложные вещества по составу, нерастворимые и не имеющие сладкого вкуса соединения, такие как, например, крахмал и целлюлоза (клетчатка).

Углеводы играют важную роль в жизнедеятельности растительных и животных организмов, а также имеют огромное практическое значение. Они широко распространены в природе, особенно в растительном мире, и составляют основную массу органического вещества на нашей планете. Так, на долю углеводов приходится до 80% сухого вещества растений, а содержание в животном организме- около 20% (в перерасчете на сухое вещество).

Трудно переоценить роль углеводов в процессах, связанных с жизнедеятельностью организмов. Известно, что они входят в состав нуклеотидов, из которых построены нуклеиновые кислоты, которые отвечают за синтез белка и передачу наследственной информации.

Углеводы- один из основных продуктов питания.

Само название «углеводы» в настоящее время потеряло свое первоначальное значение. Когда в позапрошлом столетии впервые начали изучать состав природных сахаров, было обращено внимание на то, что они состоят из углерода, водорода и кислорода и представляют собой гидраты углерода, так как соотношение водорода и кислорода в них такое же, как в воде- 2:1. поэтому первые исследователи рассматривали углеводы, как соединения углерода с водой. Однако это название сохранилось и широко используется в настоящее время.

Для моноз (и вообще углеводов) обычно используют тривиальные

Все углеводы можно разделить на две большие группы:

1. Простые углеводы (моносахариды, или монозы). Эти углеводы не подвергаются гидролизу с образованием более простых углеводов. В зависимости от числа углеродных атомов в молекуле моносахаридов различают тетрозы (С₄), пентозы (С₅), гексозы (С₆) и т.д.

В 60-80 годах позапрошлого столетия работами Бертло, Колли, Килиани, Фишера и др. было доказано, что в моносахаридах имеется неразветвленная цепь углеродных атомов; один из атомов углерода в их молекулах образует карбонильную- альдегидную или кетонную группу, а остальные атомы углерода – имеют несколько гидроксильных групп. В результате первоначально был сделан вывод, что моносахариды имеют оксикарбонильное строение, т.е. представляют собой многоатомные альдегидоспирты или кетоноспирты с открытой углеродной цепью.

Однако по современным представлениям, моносахариды в кристаллическом виде имеют не цепное оксикарбонильное строение, а изомерное ему циклическое (кольчатое): они представляют не собственно многоатомные оксиальдегиды или оксикетоны, а их внутренние циклические полуацетали, образованные в результате внутримолекулярного взаимодействия карбонильной группы с одной из спиртовых групп.

Только в растворах такие циклические полуацетали частично переходят в собственно оксиальдегиды или оксикетоны, которые, в свою очередь, способны к обратному превращению в циклические полуацетали. Таким образом, моносахаридам свойственна таутомерия; в растворенном состоянии они находятся во взаимно переходящих таутомерных формах- циклической полуацетальной и цепной оксикарбонильной, в кристаллическом же виде они существуют лишь только в циклической полуацетальной форме.

2. Сложные углеводы (полисахариды, или полиозы). Эти углеводы подвергаются гидролизу и образуют при этом простые углеводы. Сложные углеводы в свою очередь делят на:

- низкомолекулярные, сахароподобные углеводы (олигосахариды), растворимые в воде и сладкие на вкус;

- высокомолекулярные, несахароподобные углеводы (полисахариды), нерастворимые в воде и не сладкие на вкус;

В зависимости от состава сложные углеводы (полисахариды) можно разделить на две группы:

- гомополисахариды, состоящие из остатков одного и того же моносахарида;

- гетерополисахариды, состоящие из остатков различных моносахаридов.

Сказанное можно представить в виде схемы:

Изомерия оксикарбонильных форм определяется:

- положением карбонильной группы

- наличием ассиметрических атомов углерода ( формулах обозначаются звездочками).

В альдозах, как и вообще в альдегидах, карбонильная группа всегда находится на конце цепи молекулы; в кетозах же она обычно образована вторым углеродным атомом. Альдозы и кетозы одинакового состава изомерны друг другу по положению карбонильной группы. Так, альдогексозы являются изомерами кетогексоз.

Углеродные атомы в молекулах моносахаридов нумеруют, начиная с того конца, на котором находится или к которому ближе карбонильная группа.

Наличие ассиметрических атомов обусловливает оптическую изомерию моносахаридов. Например, в альдогексозе имееся четыре ассиметрических углерода; следовательно возможно существование 16 стериоизомерных альдогексоз (2⁴= 16), среди которых имеется 8 пар зеркальных изомеров. Все альдогексозы известны: они либо обнаружены в природных соединениях, либо получены синтетически.

Пространственное строение моносахаридов выражают проекционными формулами. В каждой паре зеркально изомерных моносахаридов D-изомером называют тот, в проекционной формуле которого гидроксильная группа при наиболее удаленном от карбонильной группы ассиметрическом углероде обращена вправо.

Из 16 стереоизомерных альдогексоз важнейшими являются D-глюкоза (виноградный сахар), D- манноза, D- галактоза, имеющие следующее строение:

Из альдопентоз необходимо отметить D- ксилозу , D-арабинозу , D- рибозу:

Среди кетоз наибольшее значение имеет кетогексоза, которую называют D-фруктозой (плодовым, или фруктовым сахаром)

Глюкоза и фруктоза имеют одну и туже общую формулу C_nH_2nO_n , но различное строение. Таким образом, глюкоза и фруктоза- изомерны по положению карбонильной группы и благодаря этому в оксикарбонильной форме молекулы фруктозы имеется не четыре, как в глюкозе, а только три ассиметрических углерода.

Строение моносахаридов как многоатомных оксиальдегидов или оксикетонов подтверждается многими присущими им реакциями. Однако моносахариды обладают и некоторыми особенностями, отличающими их от альдегидов и кетонов. Так, например, оказалось, что альдокетозы не дают окрашивания с фуксинсернистой кислотой- реакцией, характерной для альдегидной группы; моносахариды не образуют кристаллических продуктов присоединения с бисульфитом натрия (NaHSO₃). Они не дают и ряда других реакций, которые должны были бы давать как оксиальдегиды или оксикетоны.

В связи с этим и возникло предположение о циклическом строении моносахаридов.

Рассмотрим образование циклических форм моносахаридов из их оксикарбонильных форм. Как известно, альдегиды при взаимодействии со спиртами, в результате присоединения молекулы спирта к карбонильной группе альдегида, образуют так называемые полуацетали- нестойкие соединения, которые легко вновь разлагаются на спирт и альдегид.

В молекулах же моносахаров в их цепной форме имеются одновременно карбонильная группа и несколько спиртовых групп. При этом спиртовые группы легко сближаются с альдегидной группой в пространстве; в результате взаимодействия между этими группами и образуются внутренние полуацетали, имеющие циклическое строение.

При этом возникает кислородный мостик и образуется новый гидроксил, который называют полуацетальным или гликозидным. Он резко отличается по своим свойствам от других гидроксилов. Так, его водород легче, чем в других гидроксильных группах, замещается на алкил, образуя простой эфир. Но этот эфир легко подвергается омылению, что противоречит свойству простых эфиров (устойчивость к гидролизу). В глюкозе глюкозидный гидроксил находится при первом углеродном атоме, а во фруктозе- при втором.

Предположение о циклическом строении моносахаридов было высказано впервые русским ученым А.А.Колли (1870г), который также установил и пятиатомность глюкозы.

Пятичленные циклические формы моноз по номенклатуре Хеуорзса называют фуранозами (от названия пятичленного гетероцикла- фурана), а шестичленные циклические формы- пиранозами (от названия шестичленного гетероцикла- пирана).

Две формы моносахаридов- цепная и циклическая- являются таутомерными и способны самопроизвольно переходить одна в другую в водных растворах. Такой переход совершается в зависимости от условий проведения реакций и характера реагентов.

Например, глюкоза в водном растворе существует в трех формах, способных переходить одна в другую: открытой (альдегидной) и двух циклических- пятичленной и шестичленной.

У глюкозы имеется семь альдогексоз: галактоза, манноза, аллоза, альтроза, идоза и талоза:

Кроме фруктозы существует еще три кетогексозы: сорбоза, тагатоза, псикоза, которые отличаются от фруктозы различным расположением атомов водорода и гидроксильных групп.

Циклическая форма моносахаридов увеличивает число стереизомеров в два раза. Это обьясняется тем, что у них появляется еще один ассиметрический атом углерода, входивший ранее в состав карбонильной группы.

Циклическая форма, у которой полуацетальный гидроксил расположен по одну сторону (относительно плоскости кольца) с гидроксильными группами у атомов углерода, называется α-формой. Если же эти гидроксильные группы расположены по разные стороны, то такая циклическая форма называется β-формой.

Циклические α- и β- формы моноз имеют различные углы вращения. Так, водный раствор α-глюкозы вращает вправо на 111-112⁰, а β-глюкоза вращает в туже сторону, но на 19-20⁰. Равновесная концентрация этих аномеров имеет вращение, равное 53⁰. Это значит, что в растворе происходит одновременное уменьшение величины вращения α-глюкозы и увеличение вращения β-глюкозы. Такое изменение оптической активности раствора моносахара во времени называют мутаротацией. Таким образом, в растворе аномеры переходят друг в друга с установлением подвижного равновесия.

Моносахариды- твердые кристаллические вещества, сладкоговкуса. Гигроскопичны, хорошо растворяются в воде, образуя растворы и сиропы. Водные растворы моносахаров имеют нейтральную среду. Оптически активны.

ПОЛУЧЕНИЕ МОНОСАХАРИДОВ

1. В растениях углеводы образуются из оксида углерода (IV) и воды в процессе фотосинтеза:

Моносахариды можно получать и синтетическим путем.

2. Гидролиз ди- и полисахаридов- один из основных методов получения моносахаров:

2. Альдольная конденсация. Из формальдегида в присутствии гидроксида кальция можно получить сиропообразное сахаристое вещество. Этот продукт был впервые синтезирован Бутлеровым в 1861г. Позже анализ показал, что полученный густой сироп представляет собой рацемическую смесь D-, L-фруктозы.

3. Неполное окисление шестиатомных спиртов:

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.

Моносахариды проявляют свойства карбонильных соединений и циклических полуацеталей. В открытой форме они участвуют в основном в реакциях, характерных для альдегидов и кетонов, а в циклической форме- для многоатомных спиртов. Но в некоторых реакциях могут одновременно участвовать различные формы моносахаридов.

При написании уравнений химических реакций мы будем приводить лишь ту форму моносахара, которая участвует в данной реакции.

1. Восстановление (получение полиолов- многоатомных спиртов). Восстановление моносахаридов протекает подобно восстановлению обычных альдегидов и кетонов. Напиример, при осторожном восстановлении гексоз образуются шестиатомные спирты- гекситы. В качестве восстановителя обычно используют борогидрит натрия.

При восстановлении глюкозы образуется сорбит(глюцит), из ксилозы и галактозы получают ксилит и дульцит соответственно при восстановлении фруктозы- сорбит и манит:

Эти многоатомные спирты назначают больным сахарным диабетом вместо сахарозы.

2. Окисление. Моносахара легко окисляются. В зависимости от характера окислителя могут образовываться одноосновные (альдоновые) или двухосновные (сахарные) гидроксикислоты. Применяется целый ряд окислителей- реагент Толленса, реагент Бенедикта-Фелинга, бромная вода, азотная кислота, периодная кислота, каждый из них оказывает специфическое действие на моносахарид. Это свойство используют для того, чтобы доказать строение моносахарида, так и в синтетических целях.

При окислении реактивами Толленса (аммиачный раствор серебра) образуются альдоновые кислоты и на стенках пробирки образуется осадок металлического серебра- идет реакция «серебряного зеркала).

При окислении глюкозы реагентом Бенедикта-Фелинга( амииачный раствор оксида меди)- появляется кирпично-красный осадок оксида меди, сто свидетельствует на наличие в структуре моносахара легкоокисляемой альдегидной группы.

Бромная вода и азотная кислота- удобные реагенты для окисления альдоз:

Моно- и ди- сахариды, дающие реакцию «серебряного зеркала» и красный осадок с аммичным раствором оксида меди, называют восстанавливающими.

Моно- и дисахара, неспособные к этим реакциям, называют невосстанавливающими.

Периодатное окисление. Оно известно как окислительное расщепление. Оно легко протекает с соединениями, которые содержат гидроксигруппы у соседних атомов углерода. В моносахаридах при этом разрываются все С-С-связи. Периодатное окисление хорошо работает в водных растворах. В органических растворителях для тех же целей удобнее применять тетроацетат свинца Pb(OCOCH₃)_4.

3. Образование озазонов.

При нагревании глюкозы, маннозы и фруктозы с избытком фенилгидразина образуется озазон глюкозы: это кристаллические вещества, окрашенные в желтый цвет.

4. Реакции алкилирования.

Действие алкилирующих агентов на моносахариды, например, глюкозу, приводит к образованию неполных и полных простых эфиров. При этом следует отметить: из всех гидроксильных групп наиболее активно взаимодействуют полуацетальный гидроксил. Эта реакция протекает в присутствии газообразного хлороводорода. В результате образуется простой эфир- гликозид.

Связь алкоксигруппы с углеродом моносахарида называют гликозидной связью. Если эту реакцию вести в присутствии оксида серебра, то можно получить пентаметилглюкозу. Гликозиды очень часто встречаются в растительном мире.

5. Реакции ацилирования.

В результате таких реакций образуются сложные эфиры. Например, при нагревании уксусного ангидрида с глюкозой получается пентаацилглюкоза:

6. Брожение.

Это процесс разложения моносахаридов под действием различных микроорганизмов. Известны многие виды брожения глюкозы6 спиртовое, молочнокислое, маслянокислое и лимоннокислое.

Спиртовое бродение протекает под влиянием различных микроорганизмов. В результате спиртового брожения гексоз ( для пентоз эта реакция не характерна) образуется этиловый спирт. Этот процесс используют в хлебопечении- выделяющийся при брожении углекислый газ поднимает тесто:

Молочнокислое брожение протекает при выработке различных молочнокислых продуктов, при солении огурцов, квашении капусты и силосовании кормов:

Лимоннокислое брожение протекает в присутствии особых плесневых грибков. Этот процесс используют для получения лимонной кислоты.

Процессы маслянокислого и лимоннокислого брожения можно представить в следующем виде:

7. Присоединение синильной кислоты. Глюкоза превращается при этом в оксинитрил.

8. Цветная реакция с фуксинсернистой кислотой. Эту реакцию в обычных условиях глюкоза не дает.

9. Конденсация. Глюкоза не способна к реакциям конденсации.

10. Полимеризация. Глюкоза не полимеризуется.

Д И С А Х А Р И Д Ы.

Дисахаридами называются углеводы, построенные из двух моносахаридов. Различные дисахариды отличаются друг от друга как по составу, так и по строению. Различия в составе определяются тем, из каких моносахаридов построен дисахар. Различия же в строении заключаются в неодинаковом способе и порядке связи, возникающей между двумя молекулами моносахаридов.

Мальтоза (солодовый сахар)- состоит из остатков двух молекул D-глюкозы. Связь между ними возникает в результате выделения воды за счет α─гликозидного гидроксила одной молекулы и спиртового гидроксила у четвертого углеродного атома другой молекулы α─D─глюкозы.

Мальтоза в свободном виде не встречается. Хорошо растворима в воде. Это продукт неполного гидролиза крахмала, происходящего под действием ферментов в солоде (проросших семенах ячменя). При гидролизе распадается на две молекулы α─D─глюкозы. Мальтоза может существовать в двух таутомерных формах. Мальтоза является восстанавливающим дисахаридом.

Лактоза- состоит из остатка одной молекулы α─D─глюкозы и остатка молекулы β─D─галактозы, причем связь между ними образуется в результате выделения молекулы воды за счет β─D─галактозидного гидроксила и четвертого спиртового гидроксила молекулы глюкозы.Это белое кристаллическое вещество. Плохо растворима в холодной воде. Содержится в молоке. При гидролизе распадается на α─D─глюкозу и β─D─галактозу. Является восстанавливающим дисахаридом. Лактоза менее сладка, чем сахароза.

Сахароза- состоит из остатков α─D─глюкозы и β─D─фруктозы, причем связь между упомянутыми моносахаридами возникает в результате выделения воды за счет α─D─глюкозидного и β─D─фруктозидного гидроксилов.

Это белое кристаллическое вещество. Хорошо растворимо в воде. Получают из сахарного тростника или сахарной свеклы. При гидролизе сахароза распадается на глюкозу и фруктозу:

Целлобиоза- промежуточный продукт гидролиза целлюлозы. Относится к восстанавливающим дисахаридам, так как может существовать в двух таутомерных формах. Основное отличие от мальтозы- наличие β─1,4-гликозид-гликозной связи. Это кристаллическое вещество:

П О Л И С А Х А Р И Д Ы

Полисахариды- высокомолекулярные (несахароподобные) углеводы, представляющие собой продукты поликонденсации моносахаридов циклической формы или их производных. По химической природе полисахариды следует рассматривать как полигликозиды. При этом каждое звено моносахарида связано гликозидными связями (кислородными мостиками) с предыдущим и последующим звеньями. Для связи с последующим звеном предоставляется гликозидная гидроксогруппа, а для связи с предыдущим звеном- спиртовая (гликозная) гидроксигруппа, чаще всего у атомов С₄ или С₆. в полисахаридах растительного происхождения в основном образуется 1,4- или 1,6-гликозидные связи, а в полисахаридах животного происхождения кроме этих связей образуются также 1.3- и 1,2-гликозидные связи. На конце макромолекулы часто находится восстанавливающий остаток моносахарида, но поскольку его доля по отношению ко всей молекуле очень мала, то полисахариды проявляют очень слабые восстанавливающие свойства.

Полисахариды по строению делятся на линейные и разветвленные, а по составу- на гетерополисахариды, которые состоят из различных моносахаридов, и гомополисахариды, которые состоят из фрагментов одного и того же моносахара.

Общая формула полисахаров (С₆Н₁₀О₅)_n

Основными представителями несахароподобных полисахаридов, состоящих из остатков глюкозы, являются крахмал, целлюлоза- это растительные полисахариды и гликоген- животный полисахар.

КРАХМАЛ.

Крахмал (лат.amilum)- самый распространенный в природе полисахарид, играющий роль резервного питательного вещества многих растений. Он является главным компонентом картофеля, риса, пшеницы и кукурузы. Основное количество крахмала получают из клубней картофеля, семян кукурузы, которые измельчают, промывают водой. Выделившийся крахмал в виде мелких зерен высушивают и получают в виде белого порошка.

Крахмал- ценный пищевой продукт. Его применяют и в химической промышленности. Кислотный гидролиз крахмала- служит источником получения глюкозы. Крахмал является сырьем для получения спиртов, ацетона, молочной и лимонной кислот, глицерина и др. Он используется для проклеивания бумаги и картона. Ацилированный крахмал используют для приготовления покрытий и загустителей. Алкилированные производные крахмала используют в качестве пластификаторов и клеев.

Для крахмала имеется очень чувствительная реакция: раствор йода вызывает синее окрашивание. Эту реакцию дает составляющая часть крахмала- амилоза.

Процесс образования макромолекулы крахмала, состоящей из остатков α-глюкозы, можно представить следующим образом:

Крахмал- один из важнейших компонентов продуктов питания, хотя непосредственно не усваивается организмом. В пищеварительном тракте крахмал гидролизуется ферментами, а образующаяся в результате гидролиза α-глюкоза поступает в кровь и , таким образом, во все ткани организма. В клетке происходит циклический процесс гликолиза- процесс расщепления глюкозы до углекислого газа ,воды и продуктов частичного расщепления (это вопрос биохимии). Частичный процесс гидролиза крахмала происходит уже при нагревании, связанном с приготовлением пищи: при выпечке хлебопродуктов, варке картофеля.

Крахмал является невосстанавливающим углеводом. При гидролизе крахмала ( при нагревании в присутствии минеральных кислот или при действии фермента амилазы) образуются различные промежуточные продукты:

Декстрины- менее сложные, чем крахмал полисахариды. В отличие от крахмала декстрины- восстанавливающие сахара. Они хорошо растворяются в холодной воде и с иодом окрашиваются от фиолетового до желтого цвета. Промышленный способ получения декстринов- нагревание крахмала до 180-200^оС.

Например, процесс хлебопечения состоит в превращении нерастворимого крахмала в растворимые и гораздо легче усвояемые организмом декстрины.

Блестящая поверхность накрахмаленного белья после глажения горячим утюгом также обьясняется образованием декстринов.

Конечным продуктом гидролиза крахмала является α-глюкоза, что можно записать в краткой форме:

(C₆H₁₀O₅)_n + n H₂O → n C₆H₁₂O₆

Нагреванием крахмала с водой получают коллоидную суспензию, состоящую из 10-20% амилозы и 80-90% амилопектина. Эти полисахариды построены из остатков α-D-глюкозы, связанной между собой α-(1,4-)-гликозид-гликозидными связями.

Амилоза: относится к невосстанавливающим сахарам. Молекулы амилозы представляют собой длинные линейные цепи. В состав амилозы входит более 1000 моносахаридных субъединиц. Молекулярная масса колоблется от 200 000 до 400 000.

Амилопектин: это разветвленная часть крахмала. Имеет молекулярную массу от 1 до 6млн. Амилопектин состоит из остатков D-глюкозы, связанных α-(1,4-)-гликозид-гликозидными связями, и боковых цепей, присоединенных к основной α-(1,6-)-гликозидными связями.

В отличии от амилозы, амилопектин при набухании образует клейстер.

Растворимый крахмал- частично гидролизованный полисахарид.

Гликоген: структурный и функциональный аналог растительного крахмала у животных. Имеет еще более разветвленное строение, чем амилопектин. Имеет исключительно высокую молекулярную массу- до 100млн. Гликоген является в клетке основным структурным компонентом и запасным «хранилищем» углеводов животных.

Ц Е Л Л Ю Л О З А.

Другим широко распространенным полисахаридом является целлюлоза (или клетчатка). Она входит в состав оболочки клеток, откуда и получила свое название (от лат. «целлюлоза»- клетка). В растениях целлюлоза составляет от 50-95% от общей массы. Особенно богаты целлюлозой волокна хлопка, льна, конопли, а также древесные волокна. Волокна хлопчатника (очищенная вата) и фильтровальная бумага могут служить образцом почти чистой целлюлозы (до 96%).

Строение целлюлозы сходно со строение крахмала, но в отличие от крахмала целлюлоза состоит из остатков β-D-глюкозы. Процесс соединения их между собой можно представить следующим образом:

В отличии от крахмала эти остатки глюкозы связаны между собой β-(1,4-)-гликозид-гликозидными связями. Казалось бы такое незначительное отличие в строении макромолекулярных цепей целлюлозы и крахмала не должно сильно сказываться на их физических и химических свойствах. Однако, это не так.

Макромолекулярные цепи целлюлозы имеют в отличие от крахмала только линейное строение. Эти цепи вытянуты и уложены пучками, в которых они удерживаются друг около друга множественными межмолекулярными водородными связями. Пучки, сплетаясь образуют структуры, которые группируются в микроволокна, видимые глазом. В древесине такие структуры окружены лигнином (вещество, придающее твердость целлюлозе), что увеличивает их прочность. Линейная структура целлюлозы приводит к образованию таких волокнистых материалов, как хлопок, лен, пенька и др.

Молекулярная масса целлюлозы превышает 1 млн.

В отличии от α-связи в крахмале β-связь не разрушается пищеварительными ферментами человека, так как ферменты человека расщепляют только α-гликозидные связи. Однако некоторые жвачные животные могут использовать целлюлозу в качестве компонента пищи.

Целлюлоза очень устойчива к механическим воздействиям. Она нерастворима в воде, спирте, эфире, ацетоне и других растворителях. Однако хорошо растворяется в концентрированном растворе хлорида цинка и в реактиве Швейцера (это раствор гидроксида меди в концентрированном растворе аммиака).

Целлюлоза не обладает восстанавливающими свойствами и труднее, чем крахмал, подвергается гидролизу. Но при длительном нагревании целлюлозы с минеральными кислотами (серной, азотной и др.) можно получить промежуточные продукты гидролиза, вплоть до β-глюкозы:

Химические свойства целлюлозы определяются в основном присутствием в ней большого количества гидроксильных групп. В каждом остатке глюкозы содержится три гидроксила. В связи с этим для удобства формулу целлюлозы часто записывают в виде: [C₆H₇O₂(OH)₃]_n.

Несмотря на химическую инертность, целлюлоза под воздействием некоторых химически активных реагентов образует многие производные.

Например, при обработке целлюлозы концентрированным раствором щелочи получают щелочную целлюлозу:

Такая целлюлоза используется в качестве промежуточного продукта для производства ксантогената целлюлозы, который служит для получения вискозного волокна:

Волокно получают продавливливанием через насадку с мелкими отверстиями (фильеру) щелочного раствора ксантогената в раствор серной кислоты. При этом целлюлоза регенирируется и одновременно образуются тонкие нити:

Если вискозу, пластифицированную глицерином, продавливать через узкие прорези в осадительный раствор, то получают тонкий прозрачный лист- целлофан.

Наибольшее значение в промышленности имеют простые и сложные эфиры целлюлозы.

Из простых эфиров особое значение получили метил-, этил- и бутилцеллюлоза. Они образуются при действии галогеналкилов на щелочную целлюлозу:

Алкилированная целлюлоза приобретает некоторую растворимость в воде. Простые эфиры целлюлозы используют в качестве лаков, клеев, пропиточных материалов.

При действии на целлюлозу минеральных или органических кислот образуются сложные эфиры целлюлозы. При действии на целлюлозу смеси серной и азотной кислот, можно получить нитраты целлюлозы:

В зависимости от числа гидроксильных групп в гликозном звене, вступивших в реакцию этерификации, образуются различные эфиры: моно-, ди0- и тринитрат целлюлозы. Смесь моно- и динитрата называют коллоксилином, а тринитрат целлюлозы- пироксилином. На основе нитратов целлюлозы получают различные виды пороха.

При взаимодействии целлюлозы с уксусной кислотой ( в присутствии серной) или уксусным ангидридом образуется сложный эфир- ацетат целлюлозы. Наибольшее значение имеет- полный эфир целлюлозы- триацетат целлюлозы:

Ацетаты целлюлозы используют в производстве ацетатного волокна. Для этого вязкий ацетоновый раствор диацетата целлюлозы пропускают через фильеру и получают пучок тонких волокон, которые после испарения растворителя скручиваются в непрерывную нить.

Ацетаты целлюлозы применяют также для получения пластмасс, негорючей фото- и кинопленки, специальных лаков.

При реакции этерификации щелочной целлюлозы монохлоруксусной кислотой ( или ее солью)- образуется водорастворимый эфир целлюлозы, который используют в качестве добавки для повышения моющего действия синтетических моющих средств и как эффективный клеящий материал. Это карбоксиметилцеллюлоза:

Г Е Т Е Р О Ц И К Л И Ч Е С К И Е

С О Е Д И Н Е Н И Я

Циклические соединения, у которых циклы образованы не только углеродными атомами, но и атомами других элементов, называются гетероциклическими.

Такие неуглеродные атомы: кислорода, азота, серы и др., входящие в цикл, называют гетероатомами. В образовании циклов могут участвовать атомы почти всех элементов, если их валентность не менее двух.

Гетероциклы могут быть образованы тремя, четырьмя, пятью, шестью и т.д. атомами. Однако, гетероциклические соединения, образованные из трех и четырех атомов малоустойчивы. Наиболее прочны и поэтому чаще встречаются в природе пятичленные и шестичленные гетероциклы.

Гетероциклические соединения довольно широко распространены в природе. К ним относятся такие важные вещества, как хлорофилл- зеленое вещество растений, гемм- красящее вещество крови и многие другие природные красящие вещества. Однако огромное количество их получено с помощью органического синтеза, их количество постоянно растет. И поэтому эти соединения вынесены в отдельный ( самостоятельный) раздел органической химии- химия гетероциклических соединений.

Гетероциклы играют важную роль в биологии, медицине, сельском хозяйстве, органическом синтезе и т.д. Они входят в состав витаминов, антибиотиков, пигментов и многих животных и растительных клеток, многие растительные яды- алкалоиды- гетероциклические соединения.

Гетероциклические группировки образуются при различных превращениях соединений других классов. Например: уже рассмотренные нами циклические формы моносахаридов, ангидриды двухосновных кислот и внутренние эфиры- лактоны оксикислот, в которых гетероатомом является кислород; внутренние амиды- лактамы аминокислот имеют азотсодержащую циклическую группировку.

В основу классификации гетероциклических соединений положены гетероциклы, в которых атомы, образующие цикл, связаны только с атомами водорода.

Гетероциклы, а также их производные, подразделяют на группы в зависимости от числа атомов, образующих цикл ( трехчленные, четырехчленные, пятичленные, шестичленные и т.д. В каждой из этих групп различают подгруппы с одним, двумя, тремя и т.д. гетероатомами.

Для очень многих гетероциклов общеприняты тривиальные названия, от которых производят названия их замещенных производных. Для обозначения положения заместителей атомы гетероциклической ситемы нумеруют, начиная от гетероатома, или же обозначают греческими буквами: α─‚β─‚γ─ и т.д. Но и многие производные гетероциклов имеют частные тривиальные названия.

Для соединений с конденсированными циклами обычно пользуются специальными названиями ( кумарон, индол, хинолин и т.д.). Однако эти соединения могут быть названы и по циклам, из которых построены их молекулы. Для этого перед названием гетероцикла ставятся приставки бензо-, нафто- и т.д., отвечающие второму негетероциклическому ядру, например:

Если в конденсированных системах гетероатом не находится рядом с местом конденсации циклов, нумерация начинается с атома, находящегося рядом с этим местом, и ведется таким образом, чтобы гетероатом получил самую низкую цифру:

Если гетероцикл с обеих сторон сконденсирован с двумя карбоциклическими ядрами, то нумерация производится так, чтобы гетероатом получил самую высокую цифру:

Широкое распространение гетероциклических соединений в природе ( в виде витаминов, алкалоидов, пигментов и других составных частей животных и растительных клеток), их важная роль в биологических процессах, а также возможность получения их из отходов сельского хозяйства и летучей части продуктов коксования угля обуславливают необходимость обстоятельного изучения этого класса соединений.

ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ