Биоорганическая химия. Справочник, словарь
.pdf
Нуклеотиды -фосфорные эфиры нуклеозидов. Химический состав: азотистое основание (А.О.) +пентоза +фосфорная кислота. Фосфорные эфиры образуются с участием гидроксильных групп пентоз. Места положения фосфорноэфирных групп принято обозначать, используя обозначение ('), например: 5', 3'
Классификация нуклеотидов. Нуклеотиды, состоящие из одной молекулы азотистого основания, пентозы, фосфорной кислоты, называются мононуклеотидами. Мононуклеотиды могут содержать одну молекулу фосфорной кислоты, две или три молекулы фосфорной кислоты, соединенных друг с другом.
Комбинация из двух мононуклеотидов называется динуклеотидом. см( .)
В составе динуклеотида обычно присутствуют разные азотистые основания или одно другое циклическое соединение,например,витамин.
Особую роль  | 
	вбиохимическихпроцессахиграютциклическиемононуклеотиды(см).  | 
||
Номенклатура  | 
	мононуклеотидов: к названию нуклеозида обавляют  | 
||
«монофосфат»,  | 
	«дифосфат», «трифосфат», в зависимости от количества фосфатных  | 
||
остатков, с указаниемих  | 
	места положения в цикле пентозы - цифровое обозначение  | 
||
места со значком (')Положение.  | 
	фосфатной группы в положении(5')является  | 
||
наиболее распространенным и типичным, поэтому его можно не указывать (АМФ, ГТФ, УТФ, д АМФ и т.д.). Остальные положения обозначаются обязательно (3'-
АМФ, 2'- АМФ , 3'- дАМФ и т.д.) таблица(  | 
	4).  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	NH2  | 
|
  | 
	CH2OPO3H2  | 
	
  | 
	
  | 
	N  | 
	
  | 
	N  | 
|||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||||||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||
  | 
	
  | 
	N  | 
	N  | 
||||||||
  | 
	
  | 
	O  | 
	
  | 
	
  | 
|||||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
  | 
	H  | 
	H  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
H  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	H  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||||
  | 
	
  | 
	OH  | 
	
  | 
	OH  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
5'- аденозинмонофосфат  | 
	
  | 
	(5'АМФ-  | 
	
  | 
	или АМФ )  | 
|||||||
131
Таблица 4
Названия наиболее распространенных нуклеотидов
нуклеозид  | 
	нуклеозидмонофосфат  | 
	нуклеозиддифосфат  | 
	нуклеозидтрифосфат  | 
|||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||
аденозин  | 
	5'-Аденозинмонофосфат  | 
	5'-Аденозиндифосфат  | 
	5'-Аденозинтрифосфат  | 
|||
(5'-АМФ  | 
	или АМФ)  | 
	(5'АДФ-  | 
	или АДФ)  | 
	( 5'АТФ-  | 
	или АТФ )  | 
|
  | 
	5' -адениловая кислота  | 
|||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||
аденозин  | 
	3'-аденозинмонофосфат  | 
	не встречается  | 
	не встречается  | 
|||
( 3'АМФ-  | 
	)  | 
	in vivo  | 
	
  | 
	in vivo  | 
	
  | 
|
  | 
	3' -адениловая кислота  | 
	
  | 
	
  | 
|||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||
гуанозин  | 
	5'-гуанозинмонофосфат  | 
	5'-гуанозиндифосфат  | 
	5'-гуанозинтрифосфат  | 
|||
  | 
	(5'-ГМФ  | 
	или ГМФ)  | 
	(5'-ГДФ  | 
	или ГДФ )  | 
	(5'-ГТФ  | 
	или ГТФ)  | 
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||
гуанозин  | 
	3'-гуанозинмонофосфат  | 
	не встречается  | 
	не встречается  | 
|||
(3'-ГМФ)  | 
	
  | 
	in vivo  | 
	
  | 
	in vivo  | 
	
  | 
|
  | 
	3'-гуаниловая кислота  | 
	
  | 
	
  | 
|||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||
дезокси  | 
	5'-дезоксиаденозин  | 
	5'-дезоксиаденозин  | 
	5'-дезоксиаденозин  | 
|||
аденозин  | 
	монофосфат  | 
	дифосфат  | 
	трифосфат  | 
|||
(5'-д АМФ или дАМФ)  | 
	(5'д- АДФили дАДФ)  | 
	(5'д- АТФили дАТФ)  | 
||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||
уридин  | 
	5'-уридинмонофосфат  | 
	5'-уридиндифосфат  | 
	5'-уридинтрифосфат  | 
|||
  | 
	(5'-УМФ  | 
	или УМФ)  | 
	(5'-УДФ  | 
	или УДФ)  | 
	(5'-УТФ  | 
	или УТФ)  | 
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||
цитидин  | 
	5'-цитидинмонофосфат  | 
	5'-цитидиндифосфат  | 
	5'-цитидинтрифосфат  | 
|||
  | 
	(5'-ЦМФ  | 
	или ЦМФ)  | 
	(5'-ЦДФ  | 
	или ЦДФ)  | 
	(5'-ЦТФ  | 
	или ЦТФ)  | 
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
Нуклеотиды, образованные с участием рибозы, могут содержать остатки фосфорной кислоты в трех положениях (5', 3', 2'), а с участием дезоксирибозы –
только в двух положениях (5', 3') , в положении2'  | 
	гидроксигруппа отсутствует.  | 
||||
Это обстоятельство очень важно для структуры ДНК.  | 
	
  | 
	
  | 
|||
Отсутствие гидроксигруппы  | 
	во втором положении 2-О--дезоксирибозы  | 
	имеет  | 
|||
позитивные последствия:  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
- уменьшается поляризация  | 
	гликозидной связи  | 
	в  | 
	ДНК, и она становится  | 
||
более устойчивой к гидролизу.  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
- 2-О-дезоксирибоза не можетподвергаться  | 
	ни  | 
	эпимеризации  | 
	, ни  | 
||
превращению в кетозу.  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
132
Нуклеозидмонофосфаты –кристаллические вещества, с высокими Т плавл, часто
при плавлении разлагаются.  | 
	Хорошо растворимы в воде,  | 
	не растворимы  | 
в органических растворителях,  | 
	обладают кислотными свойствами, которые выше, чем  | 
|
у входящей в их состав ортофосфорной кислоты. Образуют соли с ионами металлов, органическими основаниями. При длительном облучении УФ –лучами происходит разрушение, фотолиз пуриновых и пиримидиновых оснований. Пиримидиновые нуклеотиды более устойчивы к гидролизу по сравнению с пуриновыми.
Нуклеотиды  | 
	- биологически  | 
	активные вещества и  | 
	очень  | 
	важные  | 
	для  | 
|
жизнедеятельности  | 
	организма:  | 
	нуклеозидтрифосфаты АТФ,  | 
	ГТФ,  | 
	ЦТФ и  | 
	др.  | 
|
макроэргические соединения, которые обеспечивают транспорт веществ в клетки, мышечное сокращение, передачу нервных импульсов, процессы синтеза новых веществ, детоксикацию конечных продуктов обмена и ксенобиотиков. Необходимы для поддержания гомеостаза (постоянства внутренней среды организма). Циклические нуклеотиды являются внутриклеточными регуляторами метаболизма. Динуклеотиды
(НАД+, ФАД) – коферменты,  | 
	обеспечивающие протекание окислительно-  | 
восстановительных реакций.  | 
	
  | 
Нуклеофил( нуклеофильная частица). Отрицательно заряженную частицу,
или молекулу, в которой есть атом с неподеленной парой электронов, называют нуклеофильной (символ Nu). Нуклеофил (любящий положительно заряженное ядро) атакует во время реакции участки другой молекулы с недостатком электронной плотности, где сосредоточен заряд( б +).Наиболеераспространенные нуклеофилы в реакциях с биоорганическими веществами:
а)отрицательно заряженныеН –,НО —, RO— RCOO— , RS— ,С 1— ,Вг –, I–,
б) содержащие атомы с неподеленными парами электронов НОН , ROН , RSН, NH3, RNH2.
Нуклеофилы, по определению БренстедаЛоури, являются основаниями. Донорные заместители уменьшают устойчивость нуклеофила, т.к. увеличивают заряд
(-), акцепторные  | 
	заместители увеличивают устойчивостьнуклеофила,  | 
	поскольку  | 
|
уменьшают  | 
	отрицательный заряд (чем меньше заряд, тем более устойчива частица).  | 
||
Нуклеофилы,  | 
	в  | 
	которых отрицательный заряд сосредоточен на атоме углерода,  | 
|
называются карбоанионами. Образование карбоанионов в реакциях с биоорганическими веществами встречается редко. С участием нуклеофилов проходят
реакциинуклеофильного  | 
	замещения SN в ряду спиртов, галогеналканов, карбоновых  | 
||
кислот (образование сложных эфиров, амидов),  | 
	гидролиз белков ,  | 
	липидов,  | 
|
полисахаридов, олигосахаридов, нуклеофильного  | 
	присоединения АN  | 
	в ряду  | 
|
карбонильных соединений (образование  | 
	полуацеталей, оксинитрилов, азометинов).  | 
В окислении и восстановленбиологически  | 
	активных соединений коферментами  | 
НАД+ и НАДФ+ участвует нуклеофил анион гидрид Н -.
133
Нуклеофильное замещение. Реакции нуклеофильного замещения заключаются в вытеснении одной нуклеофильной частицы, связанной с атомом углерода, другой нуклеофильной частицей. В общем виде можно представить:
  | 
	У – + R –> X  | 
	<==>  | 
	R –> У  | 
	+ X–  | 
	
  | 
||
У – +  | 
	| б+ б -  | 
	
  | 
	
  | 
	б-  | 
	| б+  | 
	
  | 
	Х –  | 
– CХ –>  | 
	<==>  | 
	У <– C –  | 
	+  | 
||||
нуклеофил(1)  | 
	|  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	|  | 
	нуклеофил(2)  | 
|
приходящая  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	уходящая группа  | 
|
группа  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
Приходящий нуклеофил  | 
	должен  | 
	иметьдоступную  | 
	электронную пару (это  | 
||||
может быть анион или молекула,  | 
	в  | 
	которойесть  | 
	атом  | 
	с неподеленной парой  | 
|||
электронов) и атаковатьдругую  | 
	
  | 
	молекулу по электрофильному центру, замещая  | 
|||||
имеющуюся нуклеофильную группу.  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||
Наиболее распространеннымиin vitro  | 
	являются превращения:  | 
||||||
А . Обратимая реакция: спирт – галогенопроизводное / галогенопроизводное
–спирт
R-OH + НHal <==> R- Hal + Н2О
Б . Галогенопроизводное-цианопроизводное
R- HalН+ CN ——> R- CN + ННа1
В . Галогенопроизводное-амин
R- Hal + NH3 ——> R- N H2 +НС 1
Г . Этерификация карбоновая( кислота -сложный эфир) R COOH + R1ОН<==> RCOOR 1 +Н 2 О
Д. Переэтерификация (сложный эфир превращается в другой сложный эфир, этерифицированный новым спиртом)
R COOR1  | 
	+ R2ОН<==> R COOR 2 + R1 ОН  | 
||
Е . Амидирование (сложный эфир -амид )  | 
	
  | 
||
RCOOR1 +  | 
	NH3 <==> RCO- N H2  | 
	+ R1ОН  | 
|
Ж . Гидролиз сложный эфир – кислота,амид-  | 
	кислота)  | 
||
RCOOR1 +Н 2О <==> RCOOH +  | 
	R1ОН  | 
||
RCO NH2  | 
	+Н 2 О <==> R COOH +  | 
	N H3  | 
|
З .Образование ангидрида  | 
	
  | 
	
  | 
|
R COOH + R COOH <==> R C- O- С R + Н2 О  | 
|||
  | 
	||  | 
	||  | 
	
  | 
  | 
	О  | 
	О  | 
	
  | 
  | 
	134  | 
	
  | 
	
  | 
В биохимических процессах in vivo встречаютсяреакции  | 
	(Д– З).  | 
|||
Выделяют реакцииS  | 
	N 1 и SN 2,которые  | 
	различаются между собой образованием  | 
||
переходных  | 
	состояний,  | 
	и, вследствие этого, могут сопровождаться изомерными  | 
||
отличиями  | 
	в пространственном строении  | 
	продуктов  | 
	реакции . Реакция S N2.-  | 
|
бимолекулярная: в образовании переходного состояния участвуют оба нуклеофила: «приходящий и уходящий». Процесс присоединения одного и удаления другого – синхронный: один нуклеофил с противоположной стороны подходит, а другой уходит.
RCOOR1 + R2 ОН <==> RCOOR 2 + R1 ОН
Если атом углерода в электрофильном центре, у которого происходит замещение, был оптически активным, то обязательно изменяется пространственное
строение – сменаодного  | 
	стереоряда на другой.  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||||
У –  | 
	
  | 
	| б+ б -  | 
	<==> У – …  | 
	+  | 
	– … Х– <==>  | 
	|  | 
	
  | 
	Х –  | 
||
+ – C –> Х  | 
	С>  | 
	У – С –  | 
	+  | 
|||||||
  | 
	
  | 
	|  | 
	
  | 
	атом углерода  | 
	
  | 
	|  | 
	
  | 
	
  | 
||
  | 
	атом  | 
	углерода  | 
	
  | 
	тригональный плоское  | 
	
  | 
	атом углерода  | 
||||
  | 
	тетраэдрический  | 
	
  | 
	строение  | 
	тетраэдрический  | 
||||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	карбокатион  | 
	–  | 
	изменение стереоряда  | 
||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	переходное  | 
	
  | 
	состояние  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
Изменение стереоряда носит название«  | 
	Вальденовское обращение» по имени  | 
|||||||||
ученого, впервые обратившего внимание на этот процесс.  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||||||
Скорость реакцииS  | 
	N 2  | 
	зависит от концентрации обоих реагирующих веществ.  | 
||||||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	V = k [ Y– ] • [ RX ]  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||
Заместителиакцепторы  | 
	оттягивают  | 
	электронную  | 
	плотность,  | 
	увеличивают  | 
||||||
заряд  | 
	б +на  | 
	атоме углерода в электрофильном центре  | 
	и увеличивают  | 
	скорость  | 
||||||
реакции нуклеофильного замещения.  | 
	
  | 
	реакцийin vivo  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||||
Реакция S N 1 -мономолекулярная  | 
	. Для  | 
	характерен механизм  | 
||||||||
нуклеофильного замещения  | 
	мономолекулярный S N 1, что связано с участием в  | 
|||||||||
реакции катализаторафермента  | 
	. Этот же механизм возможен in vitro  | 
	в случае  | 
||||||||
образования устойчивого промежуточного карбокатиона  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||||||
КритерииS  | 
	N 1:  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
-концентрация приходящего нуклеофила Y– не влияет на скорость реакции.  | 
||||||||||
-добавление в среду уходящего нуклеофила X – снижает скорость реакции.  | 
||||||||||
Скорость реакцииS  | 
	N 1 зависит от концентрации только  | 
	RX и стабильности  | 
||||||||
образующегося промежуточного устойчивого карбокатиона.  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||||||
V = k [ RX ]
135
Устойчивость карбокатиона увеличивается под влиянием донорных заместителей, снижающих дефицит электронной плотности в реакционном центре .
Увеличение устойчивости карбокатионов происходит в ряду:
  | 
	СН3 + <СН 3СН2 + < СН(  | 
	3)2 СН+ <СН(  | 
	3)3 С +  | 
||
Образование устойчивого промежуточного карбокатиона представлено на схеме  | 
|||||
|  | 
	|  | 
	
  | 
	|  | 
	
  | 
	|  | 
– Сб+ —>Х б-  | 
	<==> —С б+ … Хб-  | 
	<==>  | 
	С—  | 
	+ . . . Х–  | 
	<==> ( – С+ ) ( Х–)  | 
|  | 
	|  | 
	
  | 
	|  | 
	
  | 
	|  | 
  | 
	переходное  | 
	ионная  | 
	пара ( карбокатион) (анион)  | 
||
  | 
	состояние  | 
	
  | 
	
  | 
	сольватированные  | 
|
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	ионы  | 
Карбокатион имеет плоское строение,  | 
	атом углерода в sp2 гибридном состоянии,  | 
||||
нуклеофильная частица может атаковать карбокатион с любой стороны плоскости.
Если в реакции участвует  | 
	определенный стереоизомер, то в случае механизмаS  | 
	N 1  | 
возникает рацемизация  | 
	- образуются два разных стереоизомера (Dи  | 
	L)  | 
в соотношении 1:1, содержащие новую нуклеофильную частицу. Ферментативные реакцииin vivo проходят по механизму S N 1, образуется всегда только тот один стереоизомер,который необходим для осуществления биохимических процессов.
Равновероятная атака нуклеофилом плоского карбокатиона с двух противоположных сторон в химической реакцииin vitro
У–
|
У – С*–
+ | > С —
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	|  | 
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	– С* –У  | 
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
  | 
	У  | 
	–  | 
	
  | 
	|  | 
  | 
	
  | 
	
  | 
||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
Пример :  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
D –бутанол-2 + НС1 ———Н> 2О  | 
	+  | 
	2-хлорбутан (рацемическая смесь)  | 
||
L- бутанол-2 + НС1 ———> Н2 О  | 
	+  | 
	2-хлорбутан (рацемическая смесь)  | 
||
136
рацемическая смесь энантиомеров 2- хлорбутана
CН3  | 
	СН3  | 
|  | 
	|  | 
С 1 – С – Н  | 
	Н – С – С1 2- хлорбутан  | 
|  | 
	|  | 
С2Н5  | 
	С2Н5  | 
энантиомеры образуют рацемическую смесь в отношении 1:1  | 
|
К биологическиважным  | 
	процессам нуклеофильного замещения относятся  | 
А )образование и гидролиз сложных эфиров карбоновых кислот,синтез триглицеридовжиров
Б ) образование с участием АТФ фосфорных эфиров глюкозы, рибозы, глицерола и других биоактивных соединений
R–ОН +АТФ —> ОR– –РО3Н2 +АДФ
В) образование гликозидных связей между молекулами углеводов или углеводов с веществами других классов(спиртами,аминами,тиолами).
Г)образование полимеров аминокислот-полипептидов и белков.
Д) образование вторичных , третичных, четвертичных аминов, что особенно важно в синтезе адреналина,холина,кофермента НАД+.
б  | 
	-  | 
	б +  | 
	б -  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
R —NH2 +  | 
	CН3 — Х  | 
	———>  | 
	R —NH—CН3 + H — Х  | 
|||||
первичный амин полярная  | 
	связь  | 
	вторичный амин  | 
	
  | 
	
  | 
||||
Аминогруппа, содержащая неподеленную пару электронов,  | 
	
  | 
	несет  | 
||||||
отрицательный заряд б -,  | 
	и  | 
	нуклеофильно  | 
	замещает  | 
	ион галогенида,  | 
	который  | 
|||
является уходящей группой.  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
Модельной реакцией,  | 
	объясняющей образование четвертичного атома азота  | 
|||||||
N-гликозидной  | 
	связи в  | 
	НАД+,  | 
	может  | 
	служить  | 
	образование  | 
	
  | 
	катиона  | 
|
метилпиридиния. В процессе метилированпияридинайодометаном  | 
	получается  | 
|||||||
соль метилпиридиний йодида.  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||
  | 
	
  | 
	CH3J  | 
	
  | 
	
  | 
|
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
N  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	N  | 
  | 
	| +  | 
	
  | 
|||
  | 
	
  | 
	СН3  | 
|||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
137
Нуклеофильное присоединение (АN). Присоединение к двойной связи
карбонильной группы - характерный  | 
	для альдегидов и кетонов тип реакций.  | 
В двойной связи карбонильной группы  | 
	атомы углерода и кислорода находятся  | 
в  | 
	sp2- гибридном состоянии, электронная плотность смещена в сторону более  | 
|||||
электроотрицательного  | 
	атома кислорода.  | 
	Создаются два  | 
	центра электрофильный  | 
|||
(δ+) и нуклеофильный (δ-),  | 
	которые  | 
	отзываются  | 
	на активные  | 
	частицы  | 
||
с  | 
	противоположными  | 
	зарядами(-  | 
	и) ( + Донорные.)  | 
	заместители  | 
	подают  | 
|
электронную плотность в сторону атома углерода и снижают величину заряда б +. Акцепторные заместители смещают электронную плотность от атома углерода и
увеличивают заряд  | 
	б+, усиливая поляризацию связи(  | 
	условно изображены разные  | 
||||||||||||
величины частичных зарядов).  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	б  | 
	+  | 
	
  | 
	б–  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	С>  | 
	= О  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
электрофильный  | 
	центр  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	нуклеофильный центр  | 
	
  | 
|||||||
атакует  | 
	частица ( -) или с  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	атакует частица (+ ),  | 
	
  | 
|||||||
повышенной  | 
	электронной  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	электрофил Е+.  | 
	
  | 
	
  | 
||||||
плотностью, нуклеофил  | 
	Nu  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||||
Акцепторные заместители увеличивают скорости реакций, а донорные  | 
||||||||||||||
заместители-  | 
	уменьшают.  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	б+  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	б+  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
  | 
	
  | 
	
  | 
	R —>  | 
	СН= О  | 
	
  | 
	
  | 
	R<— СН= О  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	донор  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	акцептор  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||
Карбонильные соединения реагируют с достаточно большим количеством  | 
	
  | 
|||||||||||||
нуклеофилов: НОН , RОН, НС  | 
	N, RSН, Н 2S,  | 
	RNН  | 
	2, НС1, НВг,  | 
	NаНSО3 (натрия  | 
||||||||||
гидросульфит), RNHNH  | 
	
  | 
	2 (гидразин).  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||||
Механизм  | 
	реакции  | 
	становится ясным,  | 
	
  | 
	если  | 
	представить  | 
	схему  | 
	процесса  | 
|||||||
иобразование  | 
	
  | 
	двух возможных промежуточных соединений:  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||||||||
А ) Первым атакует электрофил(  | 
	Е+).  | 
	Образуется карбокатион,  | 
	на атоме  | 
|||||||||||
углерода  | 
	появляется  | 
	заряд  | 
	(+).Атом  | 
	углерода  | 
	имеет гибридизациюsp  | 
	2  | 
||||||||
и тригональное строение.  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	б +  | 
	б -  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	( +)  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||
  | 
	
  | 
	
  | 
	> С = О + Е+ Nu –  | 
	——> >С —О — Е  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
|||||||
Б ) Первым атакует нуклеофил (Nu–). Образуется анион, отрицательный заряд локализован на атоме кислорода, атом углерода тетраэдрический, гибридизация sp3 , образует 4 ковалентные связи.
138
Анион( вариант Б) в реакции присоединения карбонильной группы является более устойчивым,чемкарбокатион(вариант А)
Известно множество примеров существования устойчивых анионов :гидроксид НО –, анионы неорганических и органических кислот RCOO–.
Поэтому реакциис  | 
	участием карбонильной группы проходят по механизму  | 
|
нуклеофильного присоединения  | 
	
  | 
|
б+  | 
	б-  | 
	|  | 
> С = О + Е+ Nu –  | 
	——> −С—О ( - )  | 
|
  | 
	
  | 
	|  | 
Nu
Для большинства реакций требуется кислая среда, которая способствует образованию карбокатиона, которому легко присоединяется нуклеофильная частица.
  | 
	б  | 
	+  | 
	б-  | 
	
  | 
	+  | 
	Nu  | 
	
  | 
	
  | 
> С = О + Н+  | 
	——> > С – О— Н + ——> > С —О – + Н+  | 
|||||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	|  | 
	
  | 
Реакции нуклеофильного присоединения.  | 
	
  | 
	Nu  | 
	
  | 
|||||
  | 
	
  | 
	
  | 
||||||
1.  | 
	Присоединение  | 
	воды.  | 
	Обратимая  | 
	гидратация  | 
	карбонильной  | 
	группы  | 
||
происходит  | 
	при  | 
	растворении альдегида в воде, образуются гем-диолы,  | 
	которые  | 
|||||
существуют только в растворе.  | 
	Формальдегид гидратирован  | 
	на 100%ацетальдегид,  | 
||||||
на 58%,  | 
	ацетон –менее1%Эти.  | 
	данные  | 
	доказывают  | 
	снижение реакционной  | 
||||
способности карбонильной группы под влиянием заместителей с (+І) индуктивным
эффектом.  | 
	
  | 
Водный раствор формальдегида  | 
	(ω=40%), носит название формалин,  | 
используется для изготовле ния анатомических и гистологических препаратов.  | 
|
R—СН =О +НОН<=>  | 
	R— СН – ОН  | 
  | 
	|  | 
  | 
	ОН гидрат альдегида  | 
Трихлорэтаналь( жидкость, Т кип. 970 )присоединяет воду и существует в виде устойчивого кристаллического соединения хлоралгидрата СС13СНО •Н 2О, который использовали как успокаивающее и снотворное средство, и сейчас применяют в ветеринарии. Пример этого соединения подтверждает , что заместители с (–І) индуктивным эффектом увеличивают реакционную способность карбонильной группы и устойчивость продуктов присоединения.
ОН
|
С13С -СНО+НОН —>С 13 С –С – ОН
трихлорэтаналь  | 
	| хлоралгидрат  | 
  | 
	ОН  | 
  | 
	139  | 
2. Образование полуацеталей и ацеталей. Альдегиды в кислой среде образуют полуацетали при взаимодействии со спиртами. Полуацеталь сохраняет свойства альдегида и качественные реакции, характерные для альдегидной группы («серебряного зеркала» и др.). При действии избытка спирта полуацеталь реакции нуклеофильного замещения превращается в ацеталь, который не сохраняет свойства альдегидной группы. Гидролиз полуацеталя и ацеталя возможен только в кислой среде и не возможен в щелочной
  | 
	б+  | 
	б-  | 
	б+  | 
	б -  | 
	
  | 
	
  | 
	ROH  | 
	
  | 
|
R— СН=О  | 
	
  | 
	+Н  | 
	—О R <=>  | 
	R—СН– ОН ——> R—СН – ОR  | 
|||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	АN  | 
	|  | 
	SN  | 
	|  | 
|
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	ОR  | 
	
  | 
	ОR  | 
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	полуацеталь  | 
	ацеталь  | 
|
Полуацетали образуются в качестве промежуточных соединений при обмене  | 
|||||||||
пировиноградной  | 
	и  | 
	α  | 
	–  | 
	кетоглутаровой кислот с участием витамина В1 –  | 
|||||
тиаминпирофосфата.  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||
Циклические  | 
	полуацеталиполучаются  | 
	в  | 
	результате  | 
	внутримолекулярной  | 
|||||
реакции АN,  | 
	которая  | 
	возможна  | 
	у гидроксиальдегидов,  | 
	если гидроксигруппа  | 
|||||
находитсяв  | 
	положениях  | 
	4  | 
	или5  | 
	углеродной цепи.  | 
	
  | 
||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	б-  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
СН2– СН2– СН2 –СН2– СН=О  | 
	
  | 
	СН  | 
	2 –СН2– СН–ОН  | 
||||||
|  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	<=>  | 
	|  | 
	|  | 
	
  | 
О -Н  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	СН  | 
	
  | 
	2 – СН 2–О  | 
	
  | 
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	циклический полуацеталь  | 
||
5-гидроксипентаналь шестичленный  | 
	
  | 
	цикл носит название пирановый  | 
|||||||
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	пространственное строение« кресло»  | 
||
Среди  | 
	природных  | 
	соединенийраспространены  | 
	циклическиеполуацетали  | 
||||||
моносахаридов.( см.)  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
	
  | 
||
3. Образование циангидринов присоединение циановодорода НСN к карбонильной группе альдегидов и кетонов. Реакция катализируется основаниями, т.к. НСN – слабая кислота. Циангидрины распространены в природе, в растениях они связывают синильную кислоту. В горьком миндале содержится до 2- 4% циановодорода, много в вишневых и незрелых косточках абрикоса, поэтому они представляют опасность при употреблении в пищу или изготовлении варенья,
компотов с косточками.  | 
	
  | 
Бензоциангидрининтезируется  | 
	некоторыми насекомыми и используется в  | 
качестве защиты,парализуя дыхательный центр врагов-насекомых
140
