Травень В.Ф. - Органическая химия. В 3 т. Т. 2

Дополнения!

РОЛЬ ЭТАНОЛА В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

В биомедицине этанол считают депрессантом центральной нервной системы. Он относится к группе наркотических веществ. Этанол подавляет активность нервной системы и тем самым помогает расслабиться, снять напряжение, ослабить стресс. Каков же механизм его биохимического действия?

Нервная система человека состоит из двух частей: центральной нервной

системы (мозг, спинной мозг) и периферической нервной системы. Основу нервной системы образуют нервные клетки — нейроны, которые

связаны между собой синапсами. Благодаря такому строению нервная система способна передавать нервные импульсы. Нервный импульс — это электрический сигнал, который двигается по клетке пока не достигнет нервного

окончания, где под действием электрического сигнала высвобождаются молекулы, называемые нейромедиаторами. Они и переносят сигнал (инфор-

мацию) через синапс, достигая другой нервной клетки.

Один из нейромедиаторов — γ-аминомасляная кислота (ГАМК). Она способна вызывать торможение нервных клеток.

Действие этанола заключается в том, что его молекулы присоединяются к нервной клетке там, где находится рецептор ГАМК, и усиливают тем самым действие этого нейромедиатора. Этанол вызывает, таким образом, торможение нейронной активности и препятствует работе нервной системы. Поэтому небольшие количества этанола не противопоказаны человеческому организму. Более того, наш организм и сам способен производить этанол, который, кстати, присутствует постоянно в теле человека. Эти количества, однако, совсем незначительны.

В организме человека действует надежная система поддержания концентрации этанола на требуемом уровне. При необходимости фермент алкогольдегидрогеназа превращает ацетальдегид в этанол. Кофермент НАДН (никотинамидадениндинуклеотид) при этом действует как восстановитель, перенося гидрид-ион из положения 4 на карбонильную группу. Этот процесс энергетически выгоден, поскольку сопровождается ароматизацией дигидропиридинового цикла. Восстановленная форма кофермента НАДН при этом превращается в окисленную форму НАД :

Роль фермента в этом взаимодействии заключается в формировании соответствующего реакционного комплекса с обеспечением электрофильного активирования карбонильной группы.

Эта реакция обратима. Когда в организм попадает избыточное количество этанола, фермент алкогольдегидрогеназа начинает детоксикацию спирта: этанол окисляется до ацетальдегида с отщеплением гидрид-иона.

Пока количества потребленного этанола невелики, система его переработки в организме действует исправно. Проблемы начинаются, когда в организме оказывается повышенное содержание этанола. При содержании этанола в крови 100–300 мг на 100 мл крови нарушается двигательная координация и возникает ощущение боли. Эти симптомы сопровождаются потерей равновесия, сбивчивой речью и амнезией. При концентрации 300– 400 мг на 100 мл крови могут наступить тошнота со рвотой и потеря сознания. Содержание этанола в крови выше 600 мг ведет к нарушению дыхания, сердечной деятельности и к смерти.

После попадания в желудок этанол быстро всасывается в кровь и распространяется по всему организму. В желудке этанол вызывает резкое повышение кислотности. Из-за притока крови к поверхности тела на коже появляется покраснение. В итоге это ведет не к согреванию организма, а к потере организмом значительных количеств тепла. Прием спиртных напитков в холодную погоду с целью согревания не является, таким образом, лучшим решением.

Печень более других органов страдает от неумеренного потребления алкоголя, поскольку именно в печени с участием НАД подвергается метаболизму его основная масса. При систематическом злоупотреблении алкоголем развивается цироз печени.

Быстрое распределение этанола по организму человека облегчает задачу контроля за его содержанием в крови. Решение такой задачи является особенно актуальным для повышения безопасности транспорта. Широкое применение нашли два метода:

—определение концентрации этанола в выдыхаемом воздухе по измене-

нию яркой желто-оранжевой окраски окислителя (K2Cr2O7) до голубоватозеленой окраски Cr(III);

—ИК-спектрофотометрический анализ крови на содержание этанола. В большой части стран содержание этанола в крови выше 100 мг на

100 мл крови (0,10%) считается недопустимым для водителей автомобилей. В заключение необходимо отметить роль, которую никотинамидадениндинуклеотид (НАД) играет в живых системах. Это один из наиболее важных коферментов. Он регулирует не только содержание этанола, но и другие окислительно-восстановительные процессы в организме. Среди важнейших биохимических процессов, в которых участвует НАД , можно назвать процесс ферментативного расщепления глюкозы и сопряженное с ним пре-

вращение лимонной кислоты, регулирующее клеточное дыхание.

Глава 17. ФЕНОЛЫ

Соединения, в которых гидроксильная группа связана с ароматическим ядром, называют фенолами.

17.1.КЛАССИФИКАЦИЯ И НОМЕНКЛАТУРА

Тривиальное название «фенол» принято и в номенклатуре ИЮПАК. По

числу гидроксильных групп фенолы классифицируют как одно-, двух-, трех- и многоатомные фенолы. Ниже приведены примеры названий (три-

виальные названия даны в скобках).

Окисление изопропилбензола (кумольный метод)

Кумольный метод — один из основных промышленных методов производства фенола. Исходным соединением в этом методе является кумол, который получают алкилированием бензола пропиленом. Окисление кумола проводят кислородом воздуха в присутствии солей кобальта в качестве катализатора. Реакция имеет радикальный механизм, поэтому окислению подвергается α-С–Н-связь с образованием радикала бензильного типа. Конечным продуктом окисления является гидропероксид кумила. Его разлагают под действием разбавленной серной кислоты, получая при этом фенол и ацетон:

Преимуществом метода являются высокий выход фенола, достигающий 85% в сумме по трем стадиям (получение кумола, получение гидропероксида кумола и его разложение до фенола и ацетона), и относительно невысокая энергоемкость (о недостатках метода см. далее, в разд. «Методы прямого введения гидроксигруппы в ароматическое кольцо»). Кумольный метод был разработан в нашей стране Р.Ю. Удрисом, Б.Д. Кружаловым, М.С. Немцовым и П.Г. Сергеевым в 1949 г.

В аналогичную реакцию вступают и другие алкилбензолы. При этом получают соответствующие гидропероксиды, которые также разлагаются минеральной кислотой с образованием фенола. В частности, конечными продуктами окисления этилбензола по кумольному методу являются фенол и ацетальдегид.

Превращение солей диазония

Нагревание соли арендиазония в разбавленной серной кислоте ведет к ее гидролизу и замене диазогруппы на гидроксигруппу (см. т. III, разд. 24.2.3):

C6H5OH + H2SO4 + N2.

фенол

Реакция является удобным способом получения гидроксиаренов в лабораторных условиях.

17.3.ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И СТРОЕНИЕ

17.3.1.Физические свойства

Простейшие фенолы — высококипящие жидкости или низкоплавкие твердые соединения. Фенол заметно растворим в воде. Растворимость гомологов фенола ниже, а двух- и трехатомных фенолов — выше. Фенолы — бесцветные вещества (за исключением нитрофенолов, имеющих желтый оттенок), однако обычно окрашены за счет примесей продуктов их окисления кислородом воздуха. Физические свойства некоторых фенолов представлены в табл. 17.1.

Таблица 17.1. Физические свойства фенолов

17.3.2.Пространственное и электронное строение

Молекула фенола является плоской. Атом кислорода, который формально в феноле находится в состоянии sp3-гибридизации, претерпевает регибридизацию атомных орбиталей в направлении sp2-гибридизации. Поэтому угол С–О–Н в фенолах равен 120°, а одна из НЭП атома кислорода ориентирована перпендикулярно плоскости бензольного цикла и поэтому способна к эффективному сопряжению с его π-орбиталями. Другая НЭП кислорода ориентирована в плоскости бензольного кольца и занимает, по существу, sp2-гибридную орбиталь.

2pπ-орбиталь

sp2-орбиталь

H

120°

Поскольку в молекуле фенола орбиталь одной из НЭП атома кислорода сопряжена с π-орбиталями бензольного кольца, повышенная электронная плотность наблюдается в его орто- и пара-положениях. Дипольный момент фенола составляет 1,55 D.

Результаты расчетов по методу МОХ подтверждают наличие эффективного рπ–π-сопряжения. Уровни энергий молекулярных орбиталей фенола показаны на рис. 17.1. ВЗМО фенола располагается выше по энергии, чем ВЗМО бензола, и имеет более высокие значения собственных коэффициентов в орто- и пара-положениях.

Эффективное сопряжение НЭП атома кислорода с π-орбиталями бензольного кольца оказывает влияние на все реакции фенолов.

Рис. 17.1. Энергетическая диаграмма молекулярных π-орбиталей и коэффициенты ВЗМО фенола