Вопрос 40. В процессе метаболизма в живых организмах фумаровая кислота превращается в яблочную. Каким путем можно получить яблочную кислоту из фумаровой in vitro?

Ответ. Фумаровая кислота – ненасыщенная двухосновная кислота (транс-бутендиовая кислота). Яблочная кислота принадлежит к насыщенным двухосновным гидроксикислотам (гидроксибутандиовая кислота).

Переход от фумаровой кислоты к яблочной можно осуществить путем присоединения воды по кратной связи, т. е. с помощью реакции гидратации. Гидратацию алкенов проводят в разбавленном водном растворе сильной кислоты, например серной. Кислота служит источником электрофильной частицы – протона Н⁺. Механизм реакции – электрофильное присоединение А_Е.

Э лектронная плотность углерод-углеродной -связи в молекуле фумаровой кислоты уменьшена вследствие электроноакцепторного действия двух карбоксильных групп. Поэтому гидратацию фумаровой кислоты осуществляют в сравнительно жестких условиях (нагревание с разбавленным водным раствором кислоты при температуре 150-200 °С).

Гидратация фумаровой кислоты in vitro приводит к образованию рацемата – смеси равных количеств двух энантиомеров яблочной кислоты. В организме эта реакция катализируется ферментом фумаразой, для которого характерна строгая пространственная специфичность, что ведет к образованию только одного стереоизомера – L-яблочной кислоты

Вопрос 41. R-2-бромбутан может реагировать с водным раствором гидроксида натрия по механизмам sn1 и sn2. Опишите стереохимический результат реакции в каждом случае.

Ответ. Гидролиз вторичного галогенпроизводного может протекать как по моно-, так и по бимолекулярному механизму. Продуктом является 2-бутанол, различной будет только оптическая активность продукта реакции. Если реакция протекает по мономолекулярному механизму (S_N1), промежуточным продуктом является вторичный карбокатион СН₃НС⁺СН₂СН₃. Атака катиона нуклеофильным реагентом (гидроксильной группой) равновероятна с любого направления, в результате реакции образуется рацемическая смесь, состоящая из R- и S-2-бутанолов в равном мольном соотношении. Смесь состоит из оптически активных компонентов, но в целом рацемат оптически не активен.

Если реакция протекает по бимолекулярному механизму (S_N2), переходное состояние представляет собой комплекс молекул субстрата и нуклеофильного реагента, при этом атака нуклеофильного реагента возможна только со стороны, противоположной атому галогена. Результатом является обращение конфигурации – получается S-2-бутанол (оптически активен).

Вопрос 42. При действии на организм больших доз гидразина или его производных наблюдаются нервные расстройства. Какова химическая основа действия гидразина, если известно, что он реагирует с коферментом пиридоксальфосфатом?

Ответ. Пиридоксальфосфат – гетероциклическое соединение, содержащее в цикле наряду с другими заместителями, альдегидную группу. Гидразин, как нуклеофильный реагент взаимодействует с карбонильным атомом углерода. Конечным продуктом реакции присоединения-отщепления является гидразон пиридоксальфосфата.

Образование гидразона приводит к блокированию альдегидной группы пиридоксальфосфата, что нарушает его взаимодействие как кофермента с аминогруппой глутаминовой кислоты. Эта реакция является одним из этапов превращения в организме глутаминовой кислоты в -аминомасляную. Блокирование же кофермента гидразином приводит к недостатку - аминомасляной кислоты, тормозящей проведение нервных импульсов.

Вопрос 43. Метиловый спирт при попадании в организм вызывает тяжелое отравление, сопровождаемое потерей зрения, вызванной действием продукта окисления метанола на белки сетчатки глаза. Напишите схему реакции окисления метанола.

Ответ. При отравлении метанолом в организме под действием фермента алкогольдегидрогеназы образуются формальдегид (метаналь) и муравьиная кислота, более токсичные вещества, чем метанол. Это пример летального синтеза (превращение в процессе метаболизма менее токсичных соединений в более токсичные).

Этиловый спирт C₂H₅OH лучше связывается с ферментом алкогольдегидрогеназой. Это тормозит превращение метанола в метаналь и муравьиную кислоту. Метанол выводится в неизменном виде. Поэтому прием этилового спирта сразу после отравления метанолом значительно снижает тяжесть отравления.