МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ- Орг. химия-Часть 2

H2O + H2N CH2 C NH CH2 C OH

Такого рода связи носят название «пептидных связей». Этим путём могут быть соединены 2,3,4… остатка одинаковых или разных α-аминокислот в виде дипептида, трипептида, тетрапептида и т. д. Такие соединения в общем случае называются полипептидами.

Молекулы полипептидов (белков) в общем случае будут иметь следующую структуру:

Полипептиды различаются между собой длиной основной цепи, составом и строением радикалов R и последовательностью их чередования в структуре молекулы, иными словами, последовательностью чередования остатков аминокислот. По концам молекулы полипептида расположены карбоксильная и аминогруппы.

Белки построены сложнее полипептидов. Белками называют полипептиды большой молекулярной массы, способные к организации устойчивой пространственной структуры, которой нет у полипептидов. Однако отдельные фрагменты белковой молекулы могут рассматриваться как полипептидные звенья.

Пептиды имеют чрезвычайно важное значение. Пептидные гормоны и нейропептиды, например, регулируют большинство процессов организма человека, в том числе, принимают участие в процессах регенерации клеток. Пептиды иммунологического действия защищают организм от попавших в него токсинов. Для правильной работы клеток и тканей необходимо адекватное количество пептидов. Однако с возрастом и при болезнях возникает дефицит пептидов, который существенно ускоряет износ тканей, приводит к старению всего организма. Сегодня проблему недостаточности пептидов в организме научились решать. Пептидный набор клетки восполняют синтезированными в лабораторных условиях пептидами.

Поскольку природные полипептиды состоят из остатков различных α-аминокислот, при их получении синтетическим путём возникают большие трудности. Во-первых, необходимо выдержать определённую

последовательность соединения аминокислот, и во-вторых –

71

избежать соединения двух молекул одной кислоты, остаток которой вводится в пептид при наращивании его цепи.

Первое обстоятельство выполняется при стадийном проведении синтеза. На каждой стадии к полипептиду, полученному на предыдущей стадии, добавляется один аминокислотный остаток и продукт очищается. Однако, из-за большого числа таких стадий и трудоемкости очистки синтез занимает много времени и общий выход конечного продукта чрезвычайно мал. Действительно, первый полный синтез пептида, гормона окситоцина (1953 г.), содержащего всего 8 аминокислотных остатков, рассматривался как выдающееся достижение, принесшее его автору, В. дю Виньо, Нобелевскую премию 1955 года.

Следует отметить, что две различные аминокислоты могут образовывать четыре дипептида. Так, в смеси глицина и аланина образуются следующие дипептиды:

аланилаланин

Количество дипептидов резко возрастает с увеличением числа участвующих в их образовании неодинаковых аминокислот.

Для того, чтобы избежать произвольного соединения остатков аминокислот, в том числе и одинаковых, применяют специальные приемы пептидного синтеза: защиту (блокирование) одних функциональных групп и активацию других.

72

Так, чтобы в смеси глицина и аланила однозначно получался только первый дипептид (глицилаланин), необходимо заблокировать аминогруппу глицина и карбоксильную группу аланина. Образование остальных трех дипептидов становится невозможным. Желательно при этом активировать кислотную группу глицина, переведя ее, например, в хлорангидридную, и аминогруппу аланина.

При синтезе полипептидов, содержащих большое число аминокислотных остатков, требуется проведение множества реакций, которые сопровождаются однотипными операциями по выделению и очистке продукта на каждой стадии, что сопряжено с большими затратами времени. Для решения этих проблем был предложен твердофазный синтез пептидов на полимерной матрице (Меррифилд, 1962 г., Нобелевская премия). В настоящее время созданы автоматические приборы (синтезаторы), которые в запрограммированной последовательности осуществляют все необходимые операции. Эти методики используются, например, для получения гормона инсулина, необходимого больным диабетом для снижения содержания сахара в крови.

11 АЛЬДЕГИДО- И КЕТОКИСЛОТЫ

Альдегидо- и кетокислотами называются органические соединения, содержащие в молекуле карбоксильную и альдегидную или кетонную группы соответственно. В зависимости от взаимного расположения этих двух групп они разделяются на α, β, γ … - альдегидо- и кетокислоты.

Примером этих кислот могут служить:

OOH

O

OOH

73

Пировиноградная кислота своё название получила по способу получения пиролизом виноградной кислоты

Кипит при 165 °С. Как кислота она сильнее уксусной – сказывается влияние карбонильной группы.

Ацетоуксусная кислота, как и все β-кетокислоты, неустойчива и при слабом нагревании разлагается с выделением СО2.

Из производных кетокислот наибольшее значение имеет этиловый эфир ацетоуксусной кислоты, называемый обычно ацетоуксусным

эфиром

O

CH3 C CH2 C

OOC2H5

Это соединение является типичным примером соединений, способных к кето-енольной таутомерии.

Енольные формы соединений обычно бывают неустойчивыми. Однако в данном случае при образовании енольной формы она стабилизируется за счёт сопряжения и образования внутримолекулярной водородной связи

Благодаря этому обе формы могут быть выделены в свободном состоянии. Однако в «обыкновенном» ацетоуксусном эфире обе формы находятся в равновесии, причём енола содержится обычно меньше 10 %. Увеличение полярности растворителя повышает содержание кетонной формы.

Ацетоуксусный эфир может реагировать и в кетонной и в енольной формах. Тип взаимодействия определяется средой и реагентом.

74

12 УГЛЕВОДЫ

Углево́ды (сахара) – органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп. Эти вещества состоят из углерода, водорода и кислорода, причём соотношение числа атомов водорода и кислорода для большинства углеводов, такое же, как в воде. Отсюда и произошло их название, которое было предложено К. Шмидтом 1844 году. Общая формула углеводов Сn(H2O)m.

Соединения этого класса составляют около 80 % сухой массы растений и 2…3 % массы животных.

Углеводы делятся на две группы:

1)моносахариды или монозы;

2)полисахариды или полиозы.

Полисахариды в свою очередь подразделяются на сахароподобные или олигосахариды (это низкомолекулярные полисахариды) и несахароподобные (высокомолекулярные полисахариды).

Молекулы полисахаридов построены из остатков моносахаридов и при гидролизе расщепляются на более простые углеводы. Монозы гидролитическому расщеплению не подвергаются.

12.1 Моносахариды

В природе встречаются в основном два вида моносахаридов: пентозы С5Н10О5 и гексозы С6Н12О6. И те и другие могут вести себя или как гидроксиальдегиды – это альдозы, или как гидроксикетоны – это

кетозы.

Среди пентоз и гексоз наиболее распространены два моносахарида: глюкоза и фруктоза (плодовый сахар). Оба соединения – гексозы. Глюкоза – это альдоза, фруктоза – кетоза.

Строение глюкозы и фруктозы может быть подтверждено различными реакциями:

– При восстановлении с HI оба соединения дают 2-йодгексан

C6H12O6 + HI CH3 CHI CH2 CH2 CH2 CH3

Эта реакция показывает, что глюкоза и фруктоза имеют нормальную (без разветвлений) цепочку из шести углеродов.

– Глюкоза при окислении в мягких условиях даёт глюконовую кислоту, что указывает на присутствие альдегидной группы.

[O]

C6H12O6 CH2OH CHOH CHOH CHOH CHOH COOH глюкоза

75

Окисление фруктозы идёт трудно с разрывом углеродной цепи, что указывает на кетонную группу.

– Глюкоза и фруктоза реагируют с уксусным ангидридом. Причём один моль углевода взаимодействует с пятью молями ангидрида с образованием сложного эфира.

O

Следовательно, обе гексозы имеют по пять гидроксилов.

Из этих реакций следует, что глюкоза имеет формулу альдегидоспирта, и называется альдозой

O

CH2OH CHOH CHOH CHOH CHOH C

H

а фруктоза – кетоспирта и называется кетозой.

CH2OH CHOH CHOH CHOH C CH2OH

O

Однако известен ряд фактов, которые не могут удовлетворительно объясняться этими формулами. Например, глюкоза и фруктоза не вступают в реакцию с бисульфитом натрия (NaHSO3), характерной для карбонильной группы. В реакции глюкозы с активным алкилирующим средством иодистым метилом CH3I образуется

пентаметилглюкозид. В реакции с мягким алкилирующим средством, метанолом – реагирует только один гидроксил. Весьма интересно, что образующееся при этом производное глюкозы (метилглюкозид) лишено альдегидных свойств. Этот особый гидроксил, с которым идет взаимодействие, в глюкозе называется

глюкозидным (полуацетальным) гидроксилом, а в случае других углеводов – гликозидным.

Таутомерия моносахаридов

Указанные выше явления, а также многие другие, хорошо объясняются циклическими формулами глюкозы и фруктозы, которые

76

образуются в результате таутомерных превращений моносахаридов