СОПРЯЖЕНИЕ КОВАЛЕНТНЫХ СВЯЗЕЙ
• Сопряжение ковалентных связей наблюдается в
молекулах, когда по обе стороны от ординарной связи имеются кратные связи, -МО которых
частично перекрываются между собой с образованием общей -МО ( - -сопряжение).
• Сопряжение связей – это взаимодействие - электронов одной связи с -электронами соседних связей ( - -сопряжение) или с
неподеленной электронной парой соседнего атома, находящейся на р-орбитали (р, -
сопряжение), с образованием единой делокализованной -молекулярной орбитали.
Охватывающей все эти атомы в молекуле или
ионе.
52
ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ
53
КЛАССИФИКАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
•Реакции с участием гетероциклических оснований и их функциональных групп в составе ДНК и РНК подчиняются тем же законам, что и реакции в органической химии. Реакции в биоорганической химии нуклеиновых кислот и их компонентов можно классифицировать по механизму их протекания и по конечному результату химического превращения. По механизму протекания реакции делятся на
гетеролитические (электрофильно-нуклеофильные) и гомолитические (свободнорадикальные). В ходе ознакомления с возможными механизмами реакций в молекулах субстрата и реагента следует различать реакционные центры по их характеру: нуклеофильные, электрофильные и радикальные.
54
ТИПЫ РЕАКЦИООНОСПОСОБНЫХ ЧАСТИЦ
• Нуклеофилами называются частицы или фрагменты молекул, содержащие подвижную электронную пару, которые в результате реакции образуют связь с новым электрофилом, отдавая ему эту электронную пару.
• Электрофилами называются частицы или фрагменты молекул, содержащие свободную, доступную орбиталь и имеющие недостаток электронной плотности, которые в результате реакции образуют связь с новым нуклеофилом, акцептируя у него оба электрона на свою вакантную орбиталь.
• Свободные радикалы – это частицы с неспаренным электроном. Радикальные частицы в зависимости от их сродства к электрону могут и принимать электроны (т.е. быть окислителями), и отдавать электроны (т.е. быть восстановителями). При этом сродство радикалов к электрону определяется не только его свойствами, но и
свойствами его партнера по реакции.
55
•Электрофильно-нуклеофильные реакции сопровождаются гетеролизом полярной ковалентной связи между фрагментами (А +В -), причем так, что
общая электронная пара в процессах сильно смещается к одному фрагменту молекулы (В), превращая его в нуклеофил (:В-), а у другого фрагмента (А) при этом возникает дефицит электронов, что делает его электрофилом (А+).
Процесс гетеролиза ковалентной связи можно рассматривать как расщепление этой связи по донорно-акцепторному механизму. При полном гетеролизе связь разрывается с образованием катиона А+ сильного электрофила, и аниона В-
сильного нуклеофила (схема 1).
•Схема 1.
•Примечание: здесь А и В обозначают атомы или группы атомов, связанные полярной ковалентной связью.
•Гетеролитический разрыв ковалентной связи происходит и в молекуле субстрата, и в молекуле реагента. Результатом электрофильно-нуклеофильной реакции является взаимодействие между фрагментами реагента и субстрата, проявляющими противоположные свойства, т.е. между нуклеофилом и электрофилом.
56
•Нуклеофильной будем называть реакцию, при которой биомолекула атакует электрофильный центр низкомолекулярного участника процесса своим нуклеофильным
фрагментом; она будет обозначаться индексом N (nucleophile).
•Электрофильной будем называть реакцию, при которой низкомолекулярный реагент атакует биомолекулу своим электрофильным
фрагментом; она будет обозначаться индексом E (electrophile).
57
•Свободно-радикальные реакции сопровождаются взаимодействием свободных радикалов с молекулами с образованием новых свободных радикалов (зарождение или развитие цепи) или между собой (обрыв цепи). Увеличение в клетке (ткани) концентрации свободных радикалов создает реальную угрозу воздействия этих окислителей на жизненно важные биомолекулы, в том числе и нуклеиновые кислоты.
•Образование свободных радикалов легче всего происходит при гомолизе неполярных ковалентных связей, т.е. между атомами одного и того же элемента. Гомолиз ковалентной связи можно рассматривать как расщепление этой связи по обменному механизму.
•Схема 2.
58
59
Химическая модификация нуклеиновых кислот. Сайты модификации в гетероциклах
|
O |
|
|
O |
|
|
NH2 |
|
|
H |
5 R' (H èëè CH3) |
H |
N |
N |
|
N |
|
N |
|
N |
C |
|
|
|
|
||||
|
|
|
H2N |
|
C8 |
|
N |
N |
C8 |
O |
N |
|
N |
N |
|
|
|||
|
R |
|
|
|
R |
|
|
R |
|
|
NH2 |
H |
O |
H |
O |
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
||
N |
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
O |
N |
O |
N |
O |
N |
|
|
|
|
|
R |
|
R |
|
R |
|
|
|
|
|
NH |
|
NH |
|
NH2 |
|
|
O |
|
|
2 |
H |
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
N |
|
N |
|
N |
|
N |
N |
|
N |
O |
N |
O |
N |
|
N |
N |
H2N |
N |
N |
|
R |
|
R |
|
|
R |
|
|
R |
|
O |
|
|
O |
|
|
|
|
|
H |
|
|
H |
N |
N |
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
||
O |
N |
|
H2N |
N |
N |
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
NH |
|
|
NH2 |
|
|
O |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
N |
N |
H |
N |
|
N |
|
|
|
|
|
|||||
O |
N |
|
|
N |
N |
H2N |
N |
N |
60 |
|
R |
|
|
|
R |
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
O O O
-O P O P O P O O- O- O-
(CH3-O-)
NH2
R5
N 
O
N
|
|
O |
R |
3 |
R6 |
|
|
|
|
HN |
|
R1 |
|
|
R2 |
R7 |
|
|
|
|
N |
||
|
O |
(N) |
|
|
|
|
|
|
|
O |
N |
-O |
P |
O |
|
|
O |
|
|
(N) |
|
|
|
(S) |
O |
|
H |
|
|
|
|
|
|
H OH |
|
То чк и м о ди ф и к аци и , до п уск аю щ и е введен и е ш и ро к о го сп ек тра зам ести тел ей с со хран ен и ем субстратн ы х сво й ств ди н ук л ео ти дтри ф о сф ато в
Субстратные свойства удовлетворительные, |
|
определяются строением линкерной группы |
|
Модификация, приводящая к проявлению |
61 |
терминирующих свойств |