3.5. Классы гетерофункциональных соединений

Многоатомные спирты.

В соответствии с числом гидроксильных групп, входящих в их состав, различают одноатомные, двухатомные и т. д. спирты. Двухатомные спирты (две –ОН-группы) носят общее название диолы, или гликоли. Трехатомные спирты называют триолами, или глицеринами; спирты с большим числом гидроксильных групп носят общее название полиолы.

Многоатомные спирты обладают большей кислотностью по сравнению с одноатомными, что является следствием отрицательного индуктивного эффекта одной гидроксильной группы по отношению к другой. Многоатомные спирты по свойствам в значительной степени напоминают одноатомные. Гидроксильные группы в них могут быть первичными, вторичными и третичными, причем в реакции может вступать одна или несколько гидроксильных групп. Многоатомные спирты с гидроксидами некоторых тяжелых металлов в щелочной среде образуют внутрикомплексные (хелатные) соединения, имеющие характерное окрашивание. В частности, при взаимодействии с гидроксидом меди (II) возникает интенсивное синее окрашивание.

Примерами многоатомных спиртов высшей атомности служат пентиты и гекситы — пяти- и шестиатомные спирты с открытой цепью. Накопление гидроксильных групп в молекуле ведет к появлению сладкого вкуса. Так, ксилит и сорбит — заменители сахара для больных диабетом.

Двухатомные фенолы

Двухатомные фенолы — пирокатехин, резорцин, гидрохинон – входят в состав многих природных соединений. Все они дают характерное окрашивание с хлоридом железа. Пирокатехин (о-дигидроксибензол, катехол) является структурным элементом многих биологически активных веществ. Его монометиловый эфир гваякол, применяется как лекарственное средство при катаре верхних дыхательных путей. Резорцин (м-дигидроксибензол) используется при лечении кожных заболеваний в составе примочек или мазей.

Гидрохинон (п-дигидроксибензол) в организме участвует в процессе транспорта электронов от окисляемого субстрата к кислороду. Гидрохиноновая группировка окисляется при этом в хиноидную.

Простейшим диамином является этилендиамин.

В нашем организме присутствуют тетраметилендиамин (путресцин) и пентаметилендиамин (кадаверин):

H₂NCH₂CH₂CH₂CH₂NH₂ Н₂NСН₂СН₂СН₂СН₂СН₂МН₂

^{путресцин кадаверин}

Дикарбоновые и ненасыщенные карбоновые кислоты.

Карбоновые кислоты, содержащие в своем составе одну карбоксильную группу, называют одноосновными, две — двухосновными т. д.

Дикарбоновые кислоты — белые кристаллические вещества, обладающие большими кислотными свойствами, чем монокарбоновые кислоты. Образуют два ряда функциональных производных — по одной и двум карбоксильным группам; их получают общими для карбоновых кислот методами.

Щавелевая кислота НООС–СООН — простейшая двухосновная кислота. Ее соли называют оксалатами. Некоторые из них (например, оксалат кальция) трудно растворимы и часто образуют камни в почках и мочевом пузыре (оксалатные камни). При нагревании с серной кислотой щавелевая кислота разлагается с образованием СО.

Малоновая кислота НООС–СН₂–СООН и её производные по метиленовой группе легко декарбоксилируются при нагревании выше 100 °С. Эта реакция лежит в основе общего способа получения замещенных производных уксусной кислоты.

Янтарная кислота НООС–СН₂–СН₂–СООН в заметном количестве находится в янтаре. Некоторые ее производные, например имид (сукцинимид) и соли (сукцинаты), называют с учетом латинского названия янтаря. Окисление (дегидрирование) янтарной кислоты в фумаровую, катализируемое ферментом сукцинатдегидрогеназой, протекает стереоспецифично с отщеплением атомов водорода и образованием фумаровой кислоты.

Малоновая, янтарная и фумаровая кислоты — метаболиты одного из важнейших жизненных циклов — цикла Кребса.

Аминоспирты — соединения, содержащие в молекуле одновременно амино- и гидроксигруппы. У одного атома углерода эти группы удерживаются непрочно (происходит отщепление аммиака с образованием карбонильного соединения или воды с образованием имина).

2-Аминоэтанол (этаноламин, коламин) H₂N–CH₂CH₂–OH и холин (триметил-2- гидроксиэтиламмоний) (CH₃)₃N⁺–CH₂CH₂–OH — структурные компоненты сложных липидов, участвуют в построении мембраны клетки.

В организме холин может образоваться из аминокислоты серина. Cначала в результате декарбоксилирования серина получается 2-аминоэтанол (коламин), который затем метилируется. При окислении свободного холина in vivo образуется биполярный ион бетаин (CH₃)₃N⁺–CH₂COO^– , который может служить источником метильных групп в различных реакциях.

Сложный эфир холина и уксусной кислоты CH₃COOCH₂CH₂N⁺(CH₃)₃ (ацетилхолин) — наиболее распространенный посредник при передаче нервного возбуждения в нервных тканях (нейромедиатор). Он образуется в организме при ацетилировании холина с помощью ацетилкофермента А. Накопление ацетилхолина в организме приводит к непрерывной передаче нервных импульсов и соответственно непрерывному сокращению мышечной ткани. На этом основано действие инсектицидов (химических средств уничтожения насекомых) и нервно-паралитических ядов — зарина, табуна, которые, ингибируют действие фермента, гидролизующего ацетилхолин. Хлорид ацетилхолина применяется в качестве сосудорасширяющего средства.

Гидрокси- и аминокислоты.

Гидроксикислоты содержат в молекуле одновременно гидроксильную и карбоксильную группы, аминокислоты — карбоксильную и аминогруппу.

В зависимости от расположения гидрокси- или аминогруппы по отношению к карбоксилу различают -, -, - и т. д. гидрокси- или аминокислоты.

-Гидрокси и -аминокислоты при нагревании претерпевают межмолекулярную дегидратацию с образованием шестичленных кислород- и азотсодержащих гетероциклов — лактидов и дикетопиперазинов соответственно.

-Гидроксикислоты способны разлагаться при нагревании в присутствии минеральных кислот с образованием карбонильных соединений и муравьиной кислоты.

Молочная кислота СН₃СН(ОН)СООН — широко распространена в природе как продукт молочнокислого брожения лактозы, содержащейся в молоке, и других углеводов, входящих в состав овощей и плодов. Соли и эфиры называются лактаты. В организме L-(+)-молочная кислота, называемая также мясомолочной кислотой, является одним из продуктов превращения глюкозы (гликолиза). Она накапливается в мышцах при интенсивной работе, вследствие чего в них возникает характерная боль.

Оксокислоты

Оксокислоты — соединения, содержащие одновременно карбоксильную и альдегидную (или кетонную) группы. В соответствии с этим различают альдегидокислоты и кетокислоты.

Пировиноградная кислота СН₃С(О)СООН — одно из центральных соединений в цикле трикарбоновых кислот. Она является также одним из промежуточных продуктов при молочнокислом и спиртовом брожении углеводов. Ее соли и эфиры называют пируватами.

Ацетоуксусная кислота СН₃С(О)СН₂СООН — пример - кетонокислоты. Ацетоуксусная кислота образуется in vivo в процессе метаболизма высших жирных кислот и как продукт окисления -гидроксимасляной кислоты наряду с продуктами ее превращений накапливается в организме у больных сахарным диабетом («ацетоновые» или «кетоновые» тела).