Необходимо также отметить, что в реакциях элиминирования всегда образуется более замещенный алкен, посколькупромежуточный карбкатион тем более стабилен, чем более замещён:

Вприведенномпримерепреимущественнопроисходитотщепление атома водорода в β-положении с образованием более замещённого алкена.

5.6 Окисление и восстановление органических соединений

Реакции окисления и восстановления имеют большое значение в процессах метаболизма, окислительном фосфорилировании, что составляет основу клеточного дыхания. Энергия которая выделяется в результате окисления питательных веществ, запасается в форме высокоэнергетических соединений, таких как АТФ, а затем расходуется в процессе метаболизма. Реакции окисления являются одним из этапов детоксикации и выведения ксенобиотиков из организма.

В органической химии под окислением понимают процесс удаления из молекулы атомов водорода, потерю (перенос) электронов или образование более полярных связей из менее полярных. В качестве примера можно привести следующий окислительно-восстановитель- ный ряд:

81

Существует несколько механизмов окислительно-восстановитель- ныхреакций:I) Прямойпереносэлектрона(одноэлектронныйперенос).

Например, окислительно-восстановительная пара Fe2+ -1e Fe3+ может отдавать свои электроны любому восстанавливающемуся соединению.

II) Перенос атома водорода (свободнорадикальный разрыв связи).

III) Перенос электронов от донора к акцептору в форме гидрид иона Н–.

IV) Перенос электронов при прямом взаимодействии органических восстановителей с кислородом, приводящий к продукту с ковалентно-связанным кислородом:

Подобный процесс имеет место при алифатическом гидроксилировании, ответственным за биотрансформацию лекарственных средств. Благодаря этому процессу происходит повышение полярности и гидрофильности лекарственных средств, что способствует их выведению из организма.

Взаимодействие лекарственных средств с кислородом происходит в микросомах. Алифатическому гидроксилированию подвергаются, например, бутамид, хлорпропамид, диазепам и другие ксенобиотики.

82

5.6.1 Окисление гидроксильных и оксо-групп

Спирты обладают большей способностью к окислению, чем насыщенные углеводороды:

В приведённых выше представлены схемы окисления соединений, содержащих гидроксильные группы у первичного (этанол) и вторичного (молочная кислота) атомов углерода. В этих реакциях происходит разрыв С–Н связи. В образовавшейся при окислении молочной кислоты пировиноградной кислоте атом углерода, подвергающийся окислению, не связан с атомами водорода. В таком случае окисление идёт с трудом в очень жёстких условиях и с разрывом С–С связи. Следовательно, третичные спирты и кетонные группы устойчивы к окислению.

Указанныевышереакциикатализируютсяферментами,такназываемыми НАД+ – зависимыми дегидрогеназами. Реакции окисления с участием НАД+ происходят по механизму гидридного переноса.

Рис. 5.10 Схема переноса гидрид иона с участием НАД+-зависимых дегидрогеназ

83

Присоединение гидрид-иона приводит к образованию восстановленной формы – НАДН (Рис. 5.10). Очевидно, что НАДН может выступать в роли поставщика гидрид иона, т.е. участвовать в реакциях восстановления. С участием НАД+ протекает также окислительное дезаминирование α-аминокислот (см раздел 8.6).

С помощью этих реакций осуществляется катаболизм α-амино- кислот в организме, а освобождающийся аммиак включается в цикл мочевинообразования.

5.6.2 Окисление непредельных и ароматических соединений

Окисление С=С связей в организме происходит ферментными системами мембран эндоплазматического ретикулума гепатоцитов при участии цитохрома Р450 и приводит к образованию эпоксидов.

Гидролиз эпоксидов приводит к образованию диолов.

В организме человека синтез заменимой α-аминокислоты тирозина происходит путем ароматического гидроксилирования незаменимой α- аминокислоты фенилаланина:

Реакция протекает сначала с образованием эпоксида, который превращается в σ-комплскс. При дальнейшем переходе протона к кислороду ароматичность восстанавливается:

84