4.1. Пиррол и его производные

Пиррол – пятичленный гетероцикл с одним атомом азота – бесцветная жидкость с температурой кипения 130С, плохо растворимая в воде, окисляющаяся на воздухе.

Пиррол значительно активнее бензола в реакциях электрофильного замещения, т.к. атом азота повышает электронную плотность в цикле. Одна­ко устойчивость пиррола как ароматической структуры значительно меньше, чем бензола. Например, под действием сильных минеральных кислот электронная пара азота используется для солеобразования и ароматичность молекулы исчезает. По сравнению с ароматическими аминами пиррол имеет слабо выраженные основные свойства, что обусловлено связыванием неподеленной электронной пары атома азота системой сопряжения. С другой стороны это приводит к проявлению кислотных свойств. Как слабая кислота пиррол вступает в реакцию с металлическим калием, образуя соль – пиррол-калий:

В свободном состоянии пиррол обнаружен в каменноугольной смоле и костном масле. Пиррольные циклы содержатся в гемоглобине, хлорофилле, витамине В₁₂ и некоторых других биологически важных природных соединениях. В состав молекул этих сложных веществ входит тетрапирроль­ный фрагмент (порфин) в виде комплекса с металлом (Fe в гемоглобине, Mg в хлорофилле, Co в витамине В₁₂, Zn в цинк-протопорфирине и т. д.):

Многочисленные производные порфина – порфирины – являются азотосодержащими пигментами, входят в состав гемов белка гемоглобина, хлорофилла, ряда ферментов и относятся к высшим гетероциклам. Благодаря уникальному набору физических и химических свойств порфирины и их аналоги находят применение в области химии, биологии, медицины, оптики и материаловедения.

Гемы (от греч. «гемос» – кровь)  комплексные соединения порфи­ринов с двухвалентным железом. Гемы выступают в роли простетических групп (небелковых частей) белков крови. Известен ряд различных гемов, отличающихся заместителями порфиринового цикла. Наиболее распростра­нен в животных организмах гем В.

При дефиците железа в организме или при отравлении свинцом в красных кровяных клетках при синтезе гема вместо слияния порфиринового цикла с ионами железа(II) возможно образование цинк-протопорфирина. Его количество в крови определяют с помощью специальных скрининговых тестов, что позволяет выявлять различные заболевания.

Хлорофилл (от греч. «хлорос» – зеленый и «филлон» – лист).– зеленый пигмент, обуславливающий окраску хлоропластов растений в зеленый цвет. При его участии осуществляется процесс фотосинтеза. По химическому составу хлорофиллы являются магниевыми комплексами различных порфи­ринов. Хлорофилл присутствует во всех фотосинтезирующих организмах: высших растениях, водорослях, бактериях и некоторых простейших.

В природе встречаются шесть разновидностей хлорофилла, которые различаются углеводородными радикалами и функциональными группами, связанными с порфириновым циклом, а также по окраске и распространению среди живых организмов. Это хлорофиллы а, b, c1, c2, d и f. Хлорофилл а присутствует во всех фотосинтезирующих организмах. У всех высших расте ний содержится также хлорофилл b. Хлорофиллы с и d найдены в зеленых и бурых водорослях, в клетках цианобактерий. Хлорофилл f был открыт австралийскими учеными в 2010 году. Он был обнаружен в ископаемых остатках жизнедеятельности цианобактерий на дне мелководных водоемов. Установлено, что в отличие от других разновидностей хлорофилл f участвует в процессе фотосинтеза с использованием инфракрасного излучения. Распространенность хлорофилла f в экосистеме пока выяснена не полностью.

Витамин В₁₂  группа биологически активных веществ имеющих тетрапиррольный цикл комплексно связанный с ионом кобальта. Четыре координационные связи кобальт образует с атомами азота, одну с нуклео­тидом и одну с одной из группировок (CN, OH, CH₃ или 5'-дезоксиаденозильный остаток) с образованием соответственно четырех вариантов витамина B₁₂.

Ни животные, ни растения не способны синтезировать витамин В₁₂. Это единственный витамин, синтезируемый почти исключительно микро­организмами: бактериями и сине-зелеными водорослями. Из животных тканей наиболее богаты витамином В₁₂ печень и почки. Этот витамин вырабатывается микроорганизмами в пищеварительном тракте любого животного, включая человека, как продукт деятельности микрофлоры, однако он не может усваиваться, так как образуется в толстой кишке и не может попасть в тонкую кишку. В пищевой промышленности многих стран витамин В₁₂ искусственно добавляют в пищевые продукты.