6.Конформации. Торсионное и ван-дер-ваальсово напряжение. Энергетическая характеристика заслоненных и заторможенных конформаций открытых цепей.

Конформация молекулы— пространственное расположение атомов в молекуле определенной конфигурации, обусловленное поворотом вокруг одной или нескольких одинарных сигма-связей.

Стереоизомеры в конформациях, соответствующих минимумам потенциальной энергии, называют конформерами (поворотными изомерами). Примером могут служить несколько плоских конформаций молекул пентана:

СН₃—СН₂—СН₂—СН₂—СН₃

Различают следующие виды конформаций:

1. Заторможенная конформация — заместители одного атома на проекции размещены между заместителями другого атома, деля валентные углы, т.е. заместители расположены наиболее далеко друг от друга в пространстве. Такие конформации обладают наименьшей энергией.

2. Заслоненная конформация— конформация, в которой заместители как бы налагаются друг на друга или находятся друг относительно друга в наиболее близком положении. Такие конформации обладают наиболее высокой энергией.

3. Скошенная конформация— для структуры, содержащей группы R3C–C(Y) =X (с идентичными или различными группами R) структура, в которой угол вращения таков, что X антиперипланарный одной из групп R, и, в проекции Ньюмана, двойная связь, C=X делит пополам один из углов R–C–R. В этой структуре связь C–Y заслоняет одну из связей C–R. В заслоненной конформации X синперипланарный одной из групп R.

Для циклических соединений надо учитывать все виды напряжений, которые имели место для молекул с открытой цепью, а именно торсионное, обусловленное взаимодействием противостоящих химических связей, и вандерваальсово напряжение (стерическое), вызываемое отталкиванием заместителей при сближении их на расстояние меньшее,чем сумма их ван-дер-ваальсовых радиусов. Но в циклических соединениях появляется новый вид напряжения, связанный с тем, что если принять, что цикл плоский, то в нем будет наблюдаться отклонение внутренних валентных углов от тетраэдрического. Такой тип напряжения, вызванного отклонением валентных углов между атомами углерода в цикле от нормального, называется угловым, или байеровским.

7. Связь пространственного строения с биологической активностью. Представление о стереоспецифичности биохимических процессов и стереоспецифичности действия лекарственных веществ.

В организме реакции протекают с участием биокатализаторов – ферментов. Ферменты построены из хиральных молекул α-аминокислот. Поэтому они могут играть роль хиральных реагкнтов, чувствительных к хиральности взаимодействующих с ними субстратов. Таким образом, пространственное строение молекул связано со стереоспецифичностью биохимических процессов.

Стереспецифичность процессов, протекающих в организме, состоит в том, что в реакцию вовлекаются определенные стереизомеры и результатом реакции являются также стереохимически ориентированные продукты.

Стереоспецифичность лежит в основе проявления биологиче­ского действия одним из энантиомеров, в то время как другой энантиомер может быть неактивным, а иногда оказывать иное или даже противоположное действие.

Многие лекарственные вещества проявляют фармакологиче­ский эффект при взаимодействии с рецепторами клетки. Для этого необходимо, чтобы молекула лекарственного вещества имела та­кую конфигурацию, которая позволяла бы наиболее полно связы­ваться с рецептором. Изменение конфигурации на противополож­ную, как правило, снижает степень связывания и ослабляет биоло­гическое действие. Например, из двух энантиомеров адреналина наибольшую гормональную активность проявляет левовращающий адреналин, являющийся (R)-изомером (рис. 5, а). У правовра­щающего энантиомера — (S)-адреналина — ОН-группа ориенти­рована в пространстве иначе и не взаимодействует с рецептором (рис. 5, б). Этот энантиомер адреналина способен связываться не с тремя, а только с двумя точками рецептора, что приводит к ос­лаблению фармакологического действия. Это подтверждается тем фактом, что пониженная активность (+)-адреналина сравнима с активностью, проявляемой дезоксиадреналином, не содержащим ОН-группы.

8.Типы химических связей в органических соединениях. Ковалентные - и - связи. Строение двойных (С=С, С=О, С=N) и тройных (С=С, С=N) связей, их основные характеристики.

Химическая связь – совокупность взаимодействий между электронами и ядрами, приводящих к соединению атомов в молекулу.

Основным типом химических связей в органических соединениях являются ковалентные связи.

Ковалентной называется химическая связь, образованная за счет обобществления электронов связываемых атомов. Существует два типа ковалентной связи: s-связь и p-связь.

s-Связь – это одинарная ковалентная связь, образованная при перекрывании АО по прямой (оси), соединяющей ядра двух связываемых атомов с максимумом перекрывания на этой прямой.

p-Связь – это связь, образованная при боковом перекрывании негибридизованных р-АО с максимумом перекрывания над и под плоскостью s-связей.

Встречающиеся в органических соединениях простые ковалентные связи могут быть только s-типа, а кратные связи представляют собой комбинацию s- и p-связей. Так, двойная связь состоит из одной s- и одной p-связей, а тройная – из одной s- и двух p-связей.

Свойства ковалентной связи выражаются через ее количественные характеристики – длину, энергию, полярность, поляризуемость.

Длина связи – это расстояние между центрами связанных атомов. Длина связей зависит от состояния гибридизации атома углерода. Так, двойная связь короче одинарной, а тройная – короче двойной.

Энергия связи – это энергия, которая выделяется при образовании связи, или энергия, которую необходимо затратить, чтобы разорвать связь.

Полярность связи – обусловлена неравномерным распределением электронной плотности. Она обусловлена разной электроотрицательностью связывающихся атомов.

Электроотрицательность – это способность атома в молекуле удерживать валентные электроны. Для описания электроотрицательности атомов используют шкалу Полинга.

Поляризуемость связи выражается в смещении электронного облака по отношению к ядрам под влиянием внешнего электромагнитного поля. По поляризуемости p-связь значительно превосходит s-связь. Поляризуемость в значительной мере определяет реакционную способность молекул.

Донорно-акцепторная или координационная связь – это ковалентная связь, образованная за счет пары электронов одного атома. Донорно-акцепторные связи характерны для комплексных соединений. Разновидностью донорно-акцепторной связи является семиполярная связь, например в нитрогруппе. Семиполярная связь является сочетанием ковалентной и ионной связей.

Водородная связь – связь между атомом водорода и сильно электроотрицательным элементом (азотом, кислородом, фтором, хлором). Водородные связи могут быть внутримолекулярными и межмолекулярными. Водородные связи влияют на физические и химические свойства веществ. Водородные связи играют важную роль в формировании пространственной структуры высокомолекулярных соединений – белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот.