Яцюк, Зубкова _Основы биоорганической химии

Медико-биологическое значение карбоновых кислот и их производных

Соли уксусной кислоты применяются в медицине. Ацетат калия (CH3COOK) – диуретическое средство; ацетат свинца ((CH3COO)2Pb . 3 H2O) – вяжущее средство, применяется при воспалительных воспалениях кожи и слизистых оболочек.

Изовалериановая кислота (CH3)2CHCH2COOH входит в со-

став валидола, присутствует в настойке валерианы. Оказывает успокаивающее действие.

Бензоат натрия C6H5COONa применяется как отхаркивающее средство.

Сложные эфиры карбоновых кислот широко распространены в природе. Жиры являются сложными эфирами высших карбоновых кислот и спирта глицерина. Запах плодов и цветов в значительной степени обусловлен присутствием сложных эфиров.

Некоторые лекарственные средства химически модифицируют, получая их сложные эфиры (так называемые «пролекарства»). Этерификация приводит к снижению или исчезновению некоторых отрицательных свойств исходных лекарств (горький вкус, раздражающее действие в месте инъекции). В организме под действием ферментов эстераз происходит гидролиз сложных эфиров с выделением исходного лекарственного соединения. Например, в отличие от левомицетина его стеарат не обладает горьким вкусом, что дало возможность применять его в педиатрической практике. В организме левомицетина стеарат гидролизуется до свободного левомицетина:

102

ГЕТЕРОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ АЛИФАТИЧЕСКОГО РЯДА – МЕТАБОЛИТЫ И БИОРЕГУЛЯТОРЫ

Большинство органических веществ, участвующих в процессах метаболизма, относятся к гетерофункциональным соединениям, т.е. имеющим в структуре несколько различных функциональных групп. Наиболее распространенными гетерофункциональными соединениями являются аминоспирты, аминокислоты, оксикислоты и оксокислоты.

Химические свойства гетерофункциональных соединений нельзя рассматривать как сумму свойств, обусловленных наличием каждой функциональной группы. Так как функциональные группы влияют друг на друга, то у гетерофункциональных соединений появляются и специфические химические свойства.

Аминоспирты

Аминоспиртами называют соединения, содержащие одновременно амино- и окси-группы.

Простейшим представителем аминоспиртов является 2- аминоэтанол, или коламин: CH2-CH2.

OH NH2

Как амин коламин образует соли с сильными кислотами:

коламина гидрохлорид

Основные свойства его понижены по сравнению с алифатическими аминами, т.к. OH-группа является электроноакцепторным заместителем.

Коламин проявляет нуклеофильные свойства за счет неподеленной электронной пары азота и подвергается реакции алки-

холин

103

В результате реакции образуется другой аминоспирт – холин. Коламин и холин участвуют в построении молекул фосфолипидов – основных компонентов клеточных мембран (см.

стр. 225).

За счет наличия гидроксильной группы холин способен к реакциям ацилирования:

ацетилхолин

(в организме этот процесс осуществляется с участием ацетилкоэнзима А). Ацетилхолин является нейромедиатором.

Важную роль в организме играют аминоспирты, содержащие в качестве структурного фрагмента остаток пирокатехина. Их общее название катехоламины. Катехоламины синтезируются в организме из фенилаланина через образование дофамина:

Адреналин является гормоном надпочечников, участвует в регуляции сердечной деятельности, обмена углеводов. При стрессах он выделяется в кровь, его называют «гормоном страха».

Структурно близки катехоламинам некоторые природные и синтетические биологически активные вещества, применяемые в качестве лекарственных средств. Так, алкалоид эфедрин обладает сосудосуживающим действием, расширяет бронхи, повышает артериальное давление. Его используют в виде гидрохлорида при бронхиальной астме, для уменьшения воспалительных процессов

при ринитах.

-CH-CH-NH-CH 3

OH CH3

эфедрин

104

Аминокислоты

Аминокислоты – гетерофункциональные соединения, содержащие амино- и карбоксильную группу. По их взаимному расположению аминокислоты классифицируют на α-, β-, γ-, δ-, ε- аминокислоты. Например:

Аминокислоты обладают всеми свойствами карбоновых кислот - они способны образовывать соли, сложные эфиры и другие функциональные производные:

Аминокислоты проявляют также свойства аминов (основные свойства, способность к реакциям ацилирования и алкилирования):

гидрохлорид

(CH3CO)2O

CH3-CH-COOH CH3-CH-COOH + CH 3-COOH

NH-CH3

N-метильное производное

105

Амфотерность аминокислот приводит к тому, что они могут существовать в виде внутренних солей:

Специфические свойства аминокислот зависят от взаимного расположения амино- и карбоксильной групп.

α-Аминокислоты вступают в реакции декарбоксилирования при нагревании с гидроксидом бария с образованием соответствующих аминов, например:

CH3-CH-COOH CH3-CH2-NH2 + BaCO3 + H2O

этиламин

NH2

α-аминопропионовая кислота

Сходным образом декарбоксилирование природных α- аминокислот протекает и in vivo с участием ферментов, например, при декарбоксилировании серина образуется коламин:

Другим специфическим свойством α-аминокислот является их способность к образованию межмолекулярных циклических амидов (дикетопиперазинов):

Так как дикетопиперазины фактически являются амидами, они способны к гидролизу и в кислой, и в щелочной среде.

Характерной особенностью β-аминокислот являются реакции внутримолекулярного элиминирования: при нагревании они отщепляют молекулу аммиака. Например, при нагревании

106

NH2 H

Способность к этой реакции связана с подвижностью протона водорода при α-углеродном атоме из-за электроноакцепторного влияния двух функциональных групп.

За счет существования молекул γ-аминокислот в клешневидной конформации функциональные группы оказываются пространственно сближенными, и между ними может происходить взаимодействие с образованием циклического внутримолекуляр-

Пятичленные циклы устойчивы, поэтому реакция протекает достаточно легко.

Как амиды лактамы подвергаются гидролизу и в кислой, и в щелочной среде:

O

107

Из-за его способности к гидролизу, что приводит к потере биологической активности, пенициллины не стерилизуют в водных растворах.

Гидроксикислоты (оксикислоты)

Примерами гидроксикислот являются:

Для гидроксикислот характерны свойства карбоновых кислот и спиртов. Как карбоновые кислоты они образуют соли и

сложные эфиры: NaOH

CH3-CH-COONa + H 2O

H+

OH

метиловый эфир молочной кислоты

Как спирты оксикислоты способны к реакциям окисления и ацилирования:

[O]

CH3-C-COOH

O

CH3-CH-COOH 2-оксопропановая (пировиноградная) кислота

108

Специфические свойства α-оксикислот. α-Оксикислоты при нагревании в присутствии концентрированной серной кислоты разлагаются с образованием карбонильных соединений и муравьиной кислоты. Например:

альдегид

α-оксимасляная кислота

Другим специфическим свойством α-оксикислот является их способность к реакциям образования межмолекулярных циклических сложных эфиров – лактидов:

Лактиды способны к гидролизу и в кислой, и в щелочной среде.

Для β-оксикислот характерны реакции внутримолекулярного элиминирования, при нагревании они отщепляют воду:

β-оксимасляная кислота

109