- •Лекция № 7
- •План
- •7.1.Реакции нуклеофильного замещения (SN)
- •Нуклеофильное замещение у насыщенного атома углерода представляет собой одну из наиболее важных в
- •По типу реакций SN и Е
- •Конкурентные
- •Нуклеофильное замещение при насыщенном атоме углерода характерно для алкилгалогенидов, спиртов, тиолов, аминов
- •Реакции нуклеофильного замещения SN
- •Введение в насыщенный углеводородный скелет молекулы электроноакцепторной группировки Х приводит к перераспределению электронной
- •Реакционные центры
- •В таких соединениях атом углерода связан σ-связью с электроакцепторным атомом (Нal, О, N,
- •Схема реакции SN
- •Реакция возможна, т.е. протекает вправо, когда уходящая группа (Х-) более стабильна, чем нуклеофил,
- •Механизм реакции SN
- •Нуклеофильная частица Y- атакует атом углерода с наиболее выгодной стороны (противоположной уходящей группе
- •Реакция бимолекулярная, скорость реакции зависит от концентрации обоих реагентов. Переходное состояние соответствует максимуму
- •Образование молочной кислоты протекает по механизму SN
- •Механизм реакции
- •Протекание реакции нуклеофильного замещения приводит к «обращению» конфигурации атома углерода (т.е. происходит изменение
- •Нуклеофильное замещение в спиртах, тиолах и аминах протекает аналогично, но эти соединения содержат
- •ПотенциальныесубстратывSN реакциях
- •Простыеэфиры
- •Тиолы
- •В живых организмах хорошо уходящие группы – стабильные фосфат, дифосфат и трифосфат ионы,
- •В сложной структуре биологически активных молекул всегда возникает вопрос, какой атом углерода субстрата
- •Многие реакции, происходящие в клетках растений и животных осуществляются по типу нуклеофильного замещения.
- •Биосинтез S-аденозилметионина
- •SAM является донором метильной группы и отвечает за биологические реакции метилирования (метилирует природные
- •Биологическое метилирование никотинамида
- •Биологическое ацилирование – пример SN реакции
- •Примеры реакций SN у sр3 гибридного атома углерода (in vitro)
- •7.2. Реакции элиминирования
- •α-элиминирование – отщепление двух атомов или групп атомов происходит от одного и того
- •β-элиминирование – отщепление двух атомов или групп атомов происходит от соседних атомов углерода.
- •Схема реакции Е
- •Механизм реакции элиминирования
- •Одной из реакций элиминирования, имеющих биологическое значение – является реакция дегидратации (отщепление воды)
- •Механизм реакции
- •2 стадия
- •3 стадия
- •Правило Зайцева: в реакциях дегидратации и дегидрогалогенирования водород отщепляется от наименее гидрогенизированного атома
- •Дегидратация характерна для соединений живой природы, содержащих гидроксильную группу и СН-кислотный центр
- •Классический пример – дегидратация яблочной кислоты. Реакция специфична. Фермент фумараза способен катализировать реакцию
- •Дегидратация яблочной кислоты in vivo
- •Благодарим за внимание !
Многие реакции, происходящие в клетках растений и животных осуществляются по типу нуклеофильного замещения.
Например, биосинтез S-аденозилметионина (SAM) из аминокислоты метионина (нуклеофил) и АТФ (субстрат)
Биосинтез S-аденозилметионина
O O O |
|
|
|
|
A |
|
.. |
HO-P-O-P-O-P-O-CH2 |
|
||
O |
N |
+ |
S - CH2-CH2-CH-COOH |
OH OH OH |
|
|
CH3 NH2
АТФ |
OH OH |
субстрат |
|
метионин
нуклеофил
|
|
CH3 |
|
|
|
|
HOOC - CH - CH - CH - S - CH |
2 |
|
A |
|
||
2 |
2 |
+ |
O |
N |
+ |
|
NH2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
S-аденозилметионин (SAM)
(Продукт реакции SN OH OH
O O O
HO - P - O - P - O - P- O -
OH OH OH
Трифосфат ион
Уходящая
группа
SAM является донором метильной группы и отвечает за биологические реакции метилирования (метилирует природные азотистые нуклеофилы: коламин, норадреналин, никотинамид, участвует в биосинтезе антибиотика тетрациклина, витамина В12
Биологическое метилирование никотинамида
CH3 |
|
|
|
OOC - CH - CH2 - CH2 - S+- CH2 O |
A |
||
N |
|||
NH3 |
|
CONH2 |
|
|
|
+ |
|
SAM |
|
N |
|
|
OH |
||
(субстрат) |
OH |
||
|
Никотинамид
(нуклеофил)
OOC - CH - CH2 - CH2 - S - CH2 |
O |
A |
|
|
N |
CONH2 |
|
NH3 |
|
||
|
+ |
N |
|
|
|
||
OH |
OH |
CH3 |
S-аденозилгомоцистеин |
N-метилникотинамид |
|
|
уходящая группа |
продукт SN |
|
Биологическое ацилирование – пример SN реакции
O |
|
|
|
|
|
|
O |
O |
O |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R - C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O - P - O - P - O - P - OR |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||
O |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ацилат ион |
|
|
|
|
|
|
O_ |
O_ |
O _ |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нуклеофил |
|
|
|
|
|
|
Замещенный АТФ |
O |
|
O |
|
|
P2O74- |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R - C |
|
O - P - OR |
|||||||
|
|
|
|||||||
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дифосфат ион |
|
|
|
|
O _ |
|||||
|
|
|
|
|
|
уходящая группа |
Замещенный ацилфосфат
Ацилфосфаты играют важную роль in vivo в качестве переносчиков ацильных групп
Примеры реакций SN у sр3 гибридного атома углерода (in vitro)
CH3 I in vitro
..
H2O, NaOH
гидролиз
..
C2H5ONa
алкоголиз
.. O
Na - O - C - CH3
ацетолиз
CH3OH + HI
спирты
CH3 - O - C2H5 + NaI
простыеэфиры
|
O |
CH3 - C |
+ NaI |
O - CH3
сложныеэфиры
|
|
|
|
|
.. |
|
|
|
|
|
|
2NH3иамины |
|
|
|
|
|
аммонолиз |
||
|
.. |
|
||||
CH |
|
I |
|
|
|
|
3 |
|
|
||||
in vitro |
H2S |
|
||||
|
R - SH
CH3 - NH2 + NH4I
амины
CH3 - SH + HI
тиолы
CH3 - S - R + HI
тиоспирты