posobia2 / Лекции по биоорганической химии (2011 г

Ангидриды карбоновых кислот несколько менее реакционно способны в реакциях ацилирования вследствие меньшего положительного заряда на атомах углерода карбонильных групп. Меньший положительный заряд в сравнении с галогенангидридами возникает из-за того, что атом кислорода проявляет отрицательный индуктивный эффект по отношению к обеим карбонильным группам. При ацилировании спиртов ангидридами кислот, как и при ацилировании с помощью галогенангидридов, выделяющуюся кислоту связывают добавлением органических оснований.

O

OCH3

Механизм реакции:

Ацилирование аминов проводят в избытке амина:

O

NHCH3

Механизм реакции аналогичен ацилированию спиртов.

91

Карбоновые кислоты и сложные эфиры карбоновых кислот являются существенно менее реакционноспособными ацилирующими агентами. Снижение реакционной способности обусловлено снижением эффективного положительного заряда на атоме углерода карбонильной группы из-за усиления электронодонорных свойств гидроксильной группы ОН у кислот или алкоксигруппы ОR у сложных эфиров в сравнении с ацильной группой или атомом галогена. Карбоновые кислоты, кроме электрофильного центра, имеют и другие реакционные центры:

Вотличие от альдегидов и кетонов, карбоновые кислоты имеют О-

Нкислотный центр, за счет которого проявляют сравнительно сильные кислотные свойства. Сила карбоновых кислот зависит от величины эффективного положительного заряда на атоме углерода карбоксильной группы. Чем больше величина этого заряда, тем сильнее пара электронов атома кислорода гидроксильной группы вовлечена в р, - сопряжение, тем сильнее поляризована связь и ослаблена связь О-Н, тем легче идет ее разрыв с образованием мезомерно стабилизированного карбоксилат-аниона:

92

Именно из-за стабильности карбоксилат-анионов и легкости их образования карбоновые кислоты проявляют более сильные кислотные свойства, чем фенолы, тиолы и спирты. Величина эффективного заряда на атоме углерода карбоксильной группы и кислотные свойства зависят от характера радикала, связанного с карбоксильной группой: электроноакцепторные заместители усиливают кислотные свойства соединений, электронодонорные – ослабляют.

уменьшение на атоме углерода карбоксильной группы увеличение прочности связи О-Н, убывание кислотных свойств

Реакционная способность карбоновых кислот в реакциях нуклеофильного замещения в сравнении с галогенангидридами, ангидридами, тиоэфирами понижена вследствие электронодонорных свойств ОН-группы, уменьшающей электрофильность атома углерода. Для увеличения электрофильности (эффективного положительного заряда) необходимо использовать кислотный катализ. Реакции этерификации карбоновых кислот и гидролиза сложных эфиров протекают в присутствии сильных минеральных кислот как катализаторов. В качестве катализатора часто используют серную кислоту.

Механизм реакции:

93

Присоединение протона к основному центру кислоты приводит к образованию карбкатиона - реакционноспособной электрофильной частицы, которая легко подвергается атаке нуклеофилом – молекулой спирта. Образовавшийся оксониевый катион, отщепляя воду, превращается в карбкатион, который регенерирует сопряженную систему путем отщепления протона, что приводит к образованию сложного эфира и возврату катализатора. Ионы водорода катализируют и прямую, и обратную реакции, равновесие реакции можно смещать, используя принцип Ле-Шателье.

Гидролиз сложных эфиров, катализируемый основаниями, протекает необратимо.

При щелочном гидролизе в результате присоединения нуклеофила

– гидроксид-аниона – образуется оксониевый анион, который за счет одновременного образования -связи углерод-кислород и разрыва - связи кислород-углерод дает карбоновую кислоту и алкоголят-анион.

94

Алкоголят-анион, являющийся сильным основанием, легко отщепляет протон от молекулы кислоты, в результате образуется молекула спирта

истабильный карбоксилат-анион.

Вбиологических объектах в качестве ацилирующих агентов выступают тиоэфиры и смешанные ангидриды кислот. Ацетилфосфат и родственные ему соединения образуются при расщеплении АТФ под действием карбоксилат-ионов. Ацетилкофермент А образуется в результате ферментативного расщепления замещенных ацетилфосфатов под действием кофермента А.

95

ЛЕКЦИЯ № 8

Липиды, классификация, отдельные представители. Фосфолипиды как структурные компоненты клеточных мембран. Пероксидное окисление липидов

Название липиды произошло от греческого слова lipos – жир. Под термином липиды объединяют большую и разнородную группу веществ

– жиры и жироподобные вещества, являющиеся органическими соединениями растительного и животного происхождения, различающиеся по составу, но близкие по физико-химическим свойствам. Липиды не растворимы в воде, но хорошо растворяются в неполярных органических растворителях, таких как диэтиловый эфир, бензол, петролейный эфир и др. В живых организмах липиды выполняют следующие функции:

-липиды являются структурными компонентами биологических мембран, обеспечивают их полупроницаемость;

-липиды – форма, в которой организм запасает энергию;

-липопротеиды – транспортная форма липидов, в которой транспортируется запасенная энергия;

-липиды – растворители жирорастворимых витаминов;

-липиды выполняют терморегуляторную функцию;

-липиды образуют защитный слой на клеточных стенках бактерий, листьях высших растений, на коже позвоночных, выполняя т.о.

96

По отношению к гидролизу липиды делят на омыляемые и неомыляемые. К омыляемым липидам относятся вещества, которые гидролизуются водными растворами щелочей (подвергаются омылению). В химическом плане омыляемые липиды являются сложными эфирами. Простые липиды являются двухкомпонентными, так как при щелочном гидролизе образуются два класса органических соединений – спирт и соль карбоновой кислоты. Три и более продукта, относящиеся к разным классам органических веществ, образуются при гидролизе сложных липидов. Таким образом, сложные липиды состоят из трех и более компонентов. Неомыляемые липиды не подвергаются гидролизу и относятся к однокомпонентным соединениям.

Воски представляют собой сложные эфиры, образованные высшими насыщенными жирными кислотами и высшими насыщенными спиртами:

Воски – исторически сложившееся название разных по составу и происхождению продуктов, преимущественно природных, которые по свойствам близки пчелиному воску. Природные воски представляют собой пластичные легко размягчающиеся при нагревании продукты, большинство из которых имеет температуру плавления в интервале 4090 С. Большинство природных восков содержит сложные эфиры одноосновных насыщенных кислот нормального строения и спиртов с

97

12-46 атомами углерода в молекуле. Такие воски по химическим свойствам близки к жирам, но омыляются только в щелочной среде.

Жиры – это вещества животного, растительного и микробного происхождения, состоящие в основном (до 98%) из триглицеридов (триацилглицеринов) – полных эфиров глицерина и жирных кислот. В

составе жиров содержатся также ди- и моноглицериды (1-3%), фосфолипиды, гликолипиды (0,5-3%), свободные жирные кислоты, стерины и их эфиры (0,05-1,7%), красящие вещества (каротин, ксантофил), витамины А, D, Е и К, полифенолы и их эфиры. Жиры, как и воски, являются двухкомпонентными системами:

O

Химические и биологические свойства жира определяются входящими в его состав триацилглицеринами и в первую очередь длиной цепи, степенью ненасыщенности остатков жирных кислот и их расположением в триглицериде. В состав жиров входят в основном неразветвленные углеводородные радикалы жирных кислот, содержащие четное число атомов углерода (от 4 до 26), как насыщенные, так и моно- и полиненасыщенные. Наиболее часто в составе жиров встречаются миристиновая, пальмитиновая и стеариновая кислоты – представители насыщенных одноосновных карбоновых кислот, и олеиновая, линолевая, линоленовая – представители ненасыщенных одноосновных карбоновых кислот.

98

Почти все ненасыщенные кислоты, входящие в состав жиров растительного происхождения, и большинство ненасыщенных кислот, входящих в состав жиров животного происхождения, являются цисизомерами. Жидкие смешанные триацилглицерины растительного происхождения называют маслами (оливковое, льняное, конопляное и т.д.).

Химические свойства триацилглицеринов

Триацилглицерины, как сложные эфиры, подвергаются гидролизу в щелочной (необратимый) и кислой (обратимый) средах. В организме гидролиз происходит под действием ферментов, называемых липазами, которые активируются желчными кислотами.

99

Триацилглицерины, содержащие остатки ненасыщенных жирных кислот, могут вступать в реакции присоединения и окисления по двойным связям, как алкены. При гидрогенизации растительных масел получают твердый продукт, называемый саломас, и используемый для изготовления маргарина.

Степень ненасыщенности триацилглицеринов характеризуется йодным числом, которое показывает максимальную массу йода, которая может присоединиться к 100 г жира.