В виде солей оксалатов распространена в растениях. Нерастворимая кальциевая соль оксалат кальция содержится в оболочках клеток и внутри клеток лишайников, грибов, водорослей, папоротников . Кислая калиевая соль (кисличная соль) содержится в щавеле и кислице, в других видах растений встречаются оксалаты натрия и магния. У человека и животных в составе мочи и других биологических жидкостей находя т небольшие количества щавелевой кислоты, особенно при приеме больших доз витамина С.
Избыток щавелевой кислоты в моче носит назвние оксалурия. Является признаком развития мочекаменной болезни, которая характеризуется отложением соли оксалата кальция в почках, суставах, протоках слюнных желез. Образование щавелевой кислоты в организме человека связано с нарушением обмена аминокислоты глицина(2- аминоуксусной кислоты). Токсичность щавелевой кислоты связана с ее сильными кислотными, восстановительными свойствами и возможным разложением с выделением оксида углерода (+2)СО, который необратимо связывается с ионом железа в составе гемоглобина и цитохромов.
Щавелевоуксусная кислота (2-оксобутандиовая, оксоянтарная,
кетоянтарная, ЩУК) С4Н4О4 . Получила свое название в связи с тем, что ее скелет
можно условно разделить на две части( |
фрагменты щавелевойи |
уксусной кислот) |
|||||||
При декарбоксилировании |
ЩУК |
|
образуется |
пировиноградная |
кислота. |
||||
Максимальная скорость реакцииотмечена |
при рН=5,0 - 6,5 |
|
|
|
|||||
|
|
СН-кислотный |
центр |
|
|
|
|||
|
НООС – С - СН2 -СООН |
|
|
|
|
|
|||
фрагмент щавелевой|| |
фрагмент уксусной |
|
|
|
|||||
кислоты |
О кислоты |
|
|
|
|
|
|||
Существует в кетоновой и енольной формах. Енольные формы |
|||||||||
кристаллические вещества, существуют в |
виде |
двух |
изомеров: цис-и |
транс. |
|||||
В растворе в интервале значений рН |
6-10 образуется дианион( |
диссоциация по |
|||||||
обеим группам), который на 82-88% находится в оксо-форме, на 7-10%в |
енольной |
||||||||
форме. Восстановление |
ЩУК |
приводит |
к |
образованию |
яблочной |
||||
(2-гидроксибутандиовой,гидроксиянтарной кислоты). |
|
|
|
|
|||||
Строение |
енольной формы |
Пространственные изомерыенольной |
формы |
||||||
НООС– |
С =СН—СООН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
НО- С |
-СООН |
|
НО-С -СООН |
||||
|
ОН |
|
|
|| |
|
|
|
|| |
|
|
|
НООС— |
С -Н |
|
Н |
-С – СООН |
|||
|
|
|
|
(1) |
|
|
(2) |
|
|
|
транс-гидроксифумаровая |
|
цис- |
гидроксималеиновая |
|||||
|
|
кислота |
|
|
|
|
кислота |
|
|
196
Важное биологически активное соединение: субстрат цикла Кребса, начальное вещество в реакциях глюконеогенеза, при трансаминировании в обратимой реакции превращается в аспарагиновую кислоту. Присутсвует в митохондриях и цитоплазме клеток всех тканей человека.
Аспартат + а-кетоглутарат —ферментАСТ− > ЩУК +глутамат
Фермент аспартатаминотрансфераза (АСТ) обладает высокой активностью в миокарде.
Э
Элаидиновая кислота ( см. Высшие жирные кислоты, Мембраны, Олеиновая кислота).
Электроотрицательность. Условная величина, характеризующая относительную способность атома в молекуле принимать отрицательный заряд (способность атома смещать в свою сторону электронную плотность химической связи). Ряд электроотрицательности для неметаллов составленлауреатом Нобелевской премии Л.Полингом.
F > O > N > C1 > Br > I ~ S > C > H
Атомы углерода в различных гибридных состояниях тоже отличаются величиной электроотрицательности:
Сsp > Сsp2 >С sp3
Отличия атомов по электроотрицательности являются причиной образования полярных ковалентных и ионных связей (обменный механизм образования связи).
Электрофил (электрофильная частица). В органической химии
положительно заряженную частицу -катион принято называть электрофильной (символ Е +).
Электрофил (любящий электроны) атакует во время реакции участки другой молекулы с повышенной электроннойплотностью ,где сосредоточен заряд (б +)
В реакциях с биоорганическими веществами in vitro участвуют электрофилы:
Н +,С1 +,Вг +, I + (в гипоиодидеOI —), СН 3 + ,С n Н+ 2n+1 ,NО2 +(катион нитрония).
197
Электрофилы, в которых положительный заряд сосредоточен на атоме углерода, называются карбокатионами. С участием витаминов В 12 и фолиевой кислоты in vivo осуществляются реакции переноса положительно заряженной метильной группы СН3 +. В биохимических реакциях вода проявляет свои амфотерные свойства и выступает в качестве электрофила и нуклеофила. К электрофильным реакциям( с участием электрофилов) относятся реакции
присоединения к алкенам, замещения в ароматических соединениях, элиминирования
(дегидратации).
Электрофильное замещение (SE+). Этот тип реакций типичен для ароматических соединений. Ароматические соединения отличаются самой высокой степенью делокализацииπ -электронной плотности и высокой термодинамической устойчивостью. В растворе они вступают в реакции электрофильного замещения – нитрования, сульфирования, галогенирования, алкилирования, в которых сохраняется ароматическая электронная система. Чем выше степень ароматичности, тем легче идет реакция. Донорные заместители увеличивают электронную плотность в ароматической системе и облегчают реакции SE. Акцепторные заместители уменьшают электронную плотность в ароматической системе и затрудняют реакции SE. Заместители изменяют равномерное распределение электронной плотности: доноры увеличивают частичные заряды (б -)в положениях 2,4,6а, акцепторы уменьшают в этих же положениях 2,4,6 электронную плотность и создают частичный заряд (б+).
1. Реакция нитрования. Бензол нитруют концентрированной азотной кислотой
в присутствии серной.Образуется |
нитробензол |
Н2S О4 |
|
С6Н6 +Н NО3 ————С > |
6Н5— NО2 + Н 2 О |
|
нитробензол |
Роль серной кислоты заключается в образовании активной электрофильной частицы-катиона нитрония.
+ |
+ |
Н –О – NО2 +Н + ——> Н– О – NО2 |
——> НОН + NО2 |
| |
нитроний-катион |
Н |
|
Многие нитропроизводные ароматических соединений обладают высокой противобактериальной и противогрибковой активностью, их используют в качестве лекарственных препаратов . Большие количества нитробензола необходимы для получения анилина (по реакции Зининавосстановление нитрогруппы). Анилин используется в промышленности для получения разнообразных красителей и разнообразных лекарственных препаратов (сульфаниламидов, обезболивающих – новокаина,противоопухолевых ).
198
2. Реакция сульфирования. Проводят серной кислотой, которая выполняет роль реагента и катализатора
С 6Н6 +Н 2SО4 ——> С6Н5—SО3Н + Н2О
сульфобензол (синоним--бензолсульфокислота )
Образование активной электрофильной частицы-катиона сульфония.
+
Н –О– SO3H +Н + ——> Н – О – SO3H ——> НОН + + SO3H
| |
катионсульфония . |
Н |
|
В качестве сульфирующего средстваиспользуют |
также оксид серы (1V). |
Сульфирование бензола и его производных играет важную роль в синтезе |
|
лекарственных соединенийсульфаниламидных |
препаратов, в получении |
поверхностно активных средств. Сульфобензол является сильной кислотой, образует соли.
Долгое время считалось, что в биохимических процессах нет аналогов
реакциям |
нитрования и сульфирования. |
Обнаружено, |
что возможны |
реакции |
||||||
нитрозирования и нитрования. Электрофильным агентом выступает оксид |
азота, |
|||||||||
который |
является распространенной сигнальной молекулой, |
образуется |
из |
|||||||
аминокислоты аргинина в клетках,продуцируется макрофагами. |
|
|
|
|
|
|||||
3. Реакция галогенирования. Проходит в присутствии катализаторов |
кислот |
|||||||||
Льюиса, |
которые позволяют из |
неполярной молекулы |
галогена( |
хлора, |
|
брома) |
||||
получить электрофильную частицу путем гетеролитического разрыва связи. |
|
|
|
|||||||
|
|
FeCl3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С6Н6 +С 12 ——> С6Н5С1 + НС1 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Хлорбензол |
|
|
|
|
|
|
|
|
Образование электрофильной частицы С1+ |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
б+ |
б- |
|
|
|
|
|
|
|
С1 —С 1 |
+ |
FeCl3 <=>С 1 –>С1 … FeCl3 |
<=>С 1+ [ FeCl4]– |
электрофил С1+ |
||||||
|
|
Комплексное соединение, содержащее |
||||||||
Введение йода в ароматический цикл in vivoпроводят |
с участием |
|||||||||
электрофильного йода I+ в составе йодноватистой кислоты НОI |
в |
виде |
||||||||
протонированной частицы IОН2+. |
Для получения йодбензола |
можно применять |
||||||||
смешанный |
галоген монохлорид |
йодаICl,содержащий |
электофильный |
йод |
||||||
вследствие меньшей электроотрицательности по срванению с хлором.
199
б + б - |
|
С6 Н6 + I –> Cl ———> |
С6 Н5 I +НС 1 |
полярная связь |
йодбензол |
Электрофильный механизм реакции замещения. доказывает образование именно йодбензола,а не хлорбензола.
В организме протекает реакция йодирования ароматической аминокислоты
тирозина в |
процессе биосинтеза гормонов щитовидной железы йодтиронинов. |
В клетках |
щитовидной железы происходит образование иона гипойодида |
в окислительновосстановительной реакции, который осуществляет электрофильное замещение в активированных 2, 4 положениях фенольного цикла тирозина.
|
|
|
фермент |
|
|
|
||
|
I– |
+ Н2О2 |
–———> IО– |
+Н |
2 О |
|
||
3. Реакция алкилирования.Самый простой метод – алкилирование по |
||||||||
Фриделю-Крафтсу |
|
алкилгалогенидом в присутствии хлорида алюминия. |
||||||
R—>C1 |
+ A1C13 <=> R—>C1… A1C13 |
<=> R+ [ A1C14 ] – |
||||||
С6Н6 + R+ [ A1C14 |
] – |
–———> С6Н5 – R + НС1 + A1C1 3 |
||||||
|
|
|
|
|
Алкилбензол |
|
||
В реакциях in |
vivo переносчиком активной метильной группы (карбокатиона |
|||||||
СН3+) являются |
витамины |
В12 и |
фолиевая |
кислота, а источником активного |
||||
одноуглеродного карбокатиона( |
СН 3+) служит аминокислота |
метионин . Реакция |
||||||
чрезвычайно важна в синтезе тимина из урацила. |
|
|
||||||
5. Реакция карбоксилирования. Возможна для ароматических соединений, |
||||||||
активированных |
заместителями |
с сильным |
+М |
эффектом. |
Например, синтез |
|||
салициловой кислоты осуществляют |
путем |
взаимодействия |
расплава фенолята |
|||||
натрия с углекислым газом СО2. |
|
|
|
|
|
|||
Механизм реакции электрофильного замещения.Этапы реакции:
1.Приближение электрофила к ароматической делокализованной системе электронов
2.Электрофил ориентируется перпендикулярно к бензольному кольцу , образует пи-комплекс
3.Электрофил «забирает» два электрона из π-электронной системы и образует сигмакомплекс, в котором остается 4электрона на 5 атомов
углерода (возникает рассредоточенный положительный заряд). Пять атомов углерода имеют sp2 –гибридное состояние., а один атом, связанный с
заместителем и атомом водорода,находится в состоянииsp 3
200