Простейшие бифункциональные природные соединения - мостик к массиву природных соединений - Биология и естествознание реферат

Главная

Биология и естествознание
Простейшие бифункциональные природные соединения - мостик к массиву природных соединений

Характеристика классов оксикислот, гидроксикислот и аминоспиртов как полифункциональных природных соединений. Химические свойства, структура, классификация, производные соединения, способность образовывать комплексы и внутримолекулярное взаимное влияние.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
"Простейшие бифункциональные природные соединения - мостик к массиву природных соединений "
Изучение полифункциональных природных соединений целесообразно начать с классов оксикислот, оксокислот и аминоспиртов, поскольку, во-первых, эти соединения достаточно широко представлены в живом мире на различных этапах его проявления -- они встречаются в свободном виде и как фрагменты достаточно сложных молекул, некоторые из них образуются в процессе метаболизма веществ первичного биосинтеза или являются ключевыми соединениями главных путей биосинтеза. Второй аргумент в пользу выделения такой группы природных соединений в начало нашего курса -- это наглядность проявления внутримолекулярного взаимного влияния функциональных групп, ведущего к появлению новых физических и химических свойств относительно исходных простых функций как важного фактора формирования молекул жизни.
Соединения этого класса являются достаточно простыми представителями природных соединений, они весьма часто встречаются в самых различных природных источниках. Гидроксиалкановые кислоты были выделены из ланолина, пчелиного воска, коры, корней, воскообразного слоя листьев, семян, бактерий и грибов. Наиболее часто встречаются б-гидроксикислоты, a в комбинации со сфингозинами животных и фитосфингозинами растений и Микроорганизмов они, очевидно, входят в состав всего живого.
В-гидроксикислоты играют важную роль в биосинтезе и катаболизме жирных кислот. Жирные кислоты с длинной цепью с одной и более гидроксильными группами обнаружены в жирах растительного и животного происхождения. В таких молекулах гидроксильные функции находятся, главным образом, на некотором расстоянии от карбоксильной группы.
Некоторые оксикислоты являются ключевыми соединениями на главных путях биосинтеза, пантовая кислота входит в состав кофермента А . Простейшая оксикислота гликолевая, НО-СН 2 -СООН, содержится в незрелом винограде, свекле, сахарном тростнике. Природная яблочная кислота, имеющая конфигурацию, содержится в кислых плодах, таких как незрелые яблоки, крыжовник, рябина, ревень. Лимонная кислота -- важный продукт обмена веществ в живых организмах, некоторыми растениями накапливается в значительных количествах -- в плодах цитрусовых -- 6-8%, в листьях махорки -- 8-14%, культуральными жидкостями некоторых бактерий -- до 10%.
Следует отметить доступность многих гидроксикислот в лабораторных синтезах, а некоторых и в более крупных масштабах, что позволяет в ряде случаев использовать в практических целях синтетические вещества этого класса вместо труднодоступных соединений, полученных из природных источников.
Классификация гидроксикислот построена по общему принципу классификации бифункциональных соединений -- согласно взаимному расположению функциональных групп при углеродной цепи и количеству этих функциональных групп . Очень многие природные гидроксикислоты имеют тривиальные названия, которые прочно укоренились в химической и биохимической практике.
В структурном плане для этих соединений характерно появление молекулярного асимметрического центра, что позволяет присутствовать им в природных источниках в трех формах- -изомера, -изомера и -изомера. К примеру, молочная кислота образуется при молочнокислом брожении лактозы в виде рацемической смеси, тогда как в животном организме в результате гликолиза образуется -О-молочная кислота, которая накапливается в мышцах при интенсивной работе, вызывая характерную мышечную боль .
Молекула винной кислоты, образующаяся в процессе брожения виноградного сока, имеет два асимметрических центра, а так как каждый из них может иметь D- и L-конфигурации, то это соединение принципиально может образовать уже четыре конфигурационных изомера:,, и. Так как в молекуле винной кислоты оба асимметрических центра имеют одинаковое окружение и собственно одинаковое вращение, т.е. D=D' и L=L\ то изомеры и идентичны между собой и оптически неактивны. Фактически молекула этой конфигурации имеет плоскость симметрии и молекулярная асимметрия в ней исчезает. Такой изомер, представляющий собой как бы внутримолекулярный рацемат, называют мезоформой. Этерификация одной карбоксильной группы мезоформы винной кислоты приводит к нарушению симметрии молекулы и, соответственно, к возникновению оптической активности у изомеров и.
Та винная кислота, которая образуется при брожении виноградной кислоты, имеет -0-конфигурацию, еще ее называют виннокаменной кислотой. Остальные изомеры получают рацемизацией природной -0-винной кислоты, которая при кипячении со щелочью образует смесь D, L-рацемата и мезоформы Процесс рацемизации винной кислоты обусловлен ее С-Н-кислыми свойствами -- в щелочной среде она образует карбанион, который легко инвертирует .
Таким образом, мы получаем общую картину конфигурационной изомерии молекул с двумя асимметрическими центрами, согласно которой такие соединения могут существовать в четырех стереоизомерных формах -- паратреоизомеров и пара-эритро-изомеров. Мезоформа, являющаяся результатом идентичности двух асимметрических центров, представляет собой частный случай эритроформы .
Треоизомеры являют собой пару энантиомеров, также как и эритро-изомеры. Относительно друг друга трео-и эритроизомеры определяются как диастереомеры. Если известно, что энантиомеры являются друг относительно друга оптическими антиподами, т.е. различаются только по своему отношению к плоскополяризованному свету, то диастереомеры различаются между собой целым рядом физических и химических свойств, так как они имеют различное взаимное расположение функциональных групп внутри молекул, а следовательно отличаются молекулярной формой, геометрическими параметрами, взаимным влиянием несвязанных атомов.
По химическим свойствам оксикислоты являют сумму свойств спиртов и карбоновых кислот, сочетая эти свойства в одной молекуле, и в то же время они проявляют ряд новых свойств, обязанных взаимному влиянию функциональных групп друг на друга или взаимодействию этих групп между собой. К таким появляющимся новым свойствам можно отнести: образование циклических диэфиров, лактидов из боксикислот и легкость их окисления до кетокислот; легкость реакций в-элиминирования в случае в-оксикислот; образование внутримолекулярных сложных эфиров из г-оксикислот. б-Оксикислоты образуют комплексные соединения хелатного типа .
Часто лактонная форма для г-окси-кислот является даже более выгодной, чем оксикислотная, и г-оксикислоты самопроизвольно переходят в циклическую форму. Это характерно для таких известных соединений этого класса как пантовая кислота, многие сескви-терпены. Стабильными макроцикличес-кими лактонами представлены некоторые антибиотики и длинноцепочечные оксикислоты из группы мускусов; легко образует лактон и мевалоновая кислота .
Особые, в какой-то мере, специфические свойства проявляют оксикислоты, являющиеся интермедиатами различных биосинтетических реакций при ферментативном катализе in vivo .
Глицериновая кислота в этих условиях обычно фигурирует в виде 3-фосфата, т.е. она избирательно этерифицируется фосфорсодержащими реагентами в присутствии ферментов по первой спиртовой группе. На следующем этапе 3-фосфат глицериновой кислоты элиминирует фрагмент фосфорной кислоты, образуя а-гидрокси-акриловую кислоту, которая сразу же изомеризуется в пировиноградную кислоту.
Но этот последний процесс является обратимым, и в условиях кислотно-основного катализа доля непредельной гидроксикислоты может быть существенной, хотя термодинамически более стабильна в данном случае б-кетокислота В свою очередь, енольная форма этой кислоты может быть стабилизирована, зафиксирована реакцией ее этерифика-ции фосфорной кислотой Таким образом, глицериновая кислота является источником двух новых соединений кислотного типа, а если учесть еще реакцию восстановления карбоксильной группы до альдегидной, то уже трех веществ, которые известны ка к важные промежуточные продукты основных химических процессов in vivo . Следует заметить, что в заметных количествах они в организмах не накапливаются.
Из природных оксикислот можно выделить мевалоновую, являющуюся ключевым соединением биосинтеза изопре-ноидов, легко претерпевающую in vivo синхронное элиминирование фрагментов С0 2 и Н 2 0, образуя при этом пирофосфатное производное 2-метил-бутенола, с которого и начинаются процессы формирования изопреноидных углеродных систем .
Хинная кислота, являясь исходным соединением биосинтеза ароматических кислородсодержащих соединений, может накапливаться в некоторых растениях в заметных количествах. Но основное предназначение этой кислоты -- образование шикимо-вой кислоты, ключевого интермедиа-та вышеуказанных синтезов, с последующим переходом к бензольным производным, используя реакции дегидратации и дегидрогенизации.
Оксокислоты в природе распространены значительно меньше, чем гидроксикислоты, они редко встречаются в свободном состоянии, не накапливаются в организмах, хотя и образуются на различных стадиях биосинтеза. По поводу последнего факта нужно отметить, что в биосинтезе они играют зачастую важнейшую роль, являясь ключевыми соединениями ряда биосинтезов.
Классифицируют оксокарбоновые кислоты, как и все бифункциональные соединения, согласно взаимному расположению функциональных групп, подразделяя их при этом на альдегидо- и кетонокислоты. Многие оксокислоты носят тривиальные названия .
В структурном плане оксокислоты несколько более примитивны, чем оксикислоты -- сказывается потеря асимметрического центра при переходе от гидроксикислот к оксокислотам. Так, при окислении любой формы молочной кислоты мы получим одну единственную пировиноградную кислоту. Но в тоже время, этот класс бифункциональных соединений отличается большим разнообразием химических реакций, химических особенностей, обязанных взаимному влиянию карбонильной и карбоксильной групп.
В случае б-оксокислот можно отметить легкость присоединения нуклео-фильных реагентов по карбонильной группе и легкость реакций декарбоксилирова-ния -- пировиноградная кислота в условиях окислительного ферментатив-но катализируемого декарбоксилиро-вания образует уксусную кислоту. Мезоксалевая кислота сочетает в себе легкость протекания обоих этих процессов -- она существует только в виде гидратированного аддукта и в водном растворе легко разлагается на глиоксалевую кислоту и двуокись углерода .
Пировиноградную кислоту следует выделить из всех б-оксокислот еще и как источник весьма существенных биологически активных соединений, получаемых in vivo в результате реакции нуклеофильного присоединения по карбонильной группе и последующих преобразований. С таким реагентом как аммиак, она в несколько стадий, включая еще реакции дегидратации и восстановления, образует важную б-аминокислоту аланин; а при взаимодействии с тиолом ферментной природы, коферментом-А, через стадии присоединения, декарбоксили-рования и восстановления, образует ацетилированный кофермент-А -- важнейший интермедиат многих биосинтетических реакций .
В случае в-кетокислот, на примере ацетоуксусного эфира, мы наблюдаем интереснейшее явление двойственной реакционной способности, называемое таутомерией. Применительно к указанному классу соединений, это явление названо кето-енольной таутомерией. Суть данного явления заключается в следующем: карбонильная и карбоксильная функции, будучи сильными электроноакцепторами, оголяют протоны метиленовой группы, расположенной между ними, что делает их кислыми. В силу этого водород в виде катиона может мигрировать к карбонильному кислороду несущему на себе избыточную электронную плотность; синхронно этому переходу электронная плотность карбонильной группы и у-связей метиленового фрагмента перераспределяется так, как это указано на схеме 2.2.4, образуя систему енола
Процесс является обратимым, поскольку гидроксил при тригональном углероде всегда достаточно кислый и его протон может осуществлять, в свою очередь, электрофильную атаку по С=С связи . Оба эти процесса совершаются столь медленно, что тау-томеры могут быть разделены либо кристаллизацией, либо фракционной перегонкой Но через некоторое время индивидуальные изомеры при стоянии снова превращаются в равновесную смесь соединений кетонной и енольной структуры Таким образом, ацетоуксусный эфир, кроме свойств кетонов и сложных эфиров, обнаруживает еще свойства непредельных соединений, спиртов и фенолов, так как гидроксил при двойной связи ведет себя так же, как и при ароматическом кольце
Следует отметить, что кето-енольная таутомерия проявляется и в свойствах вышеописанной пировиноградной кислоты, и хотя доля енольной формы у нее незначительна, в реакциях она реализуется часто как основная .
Для г- и д- оксокислот характерны как кето-енольная, так и кольчато-цеп-ная таутомерия. Результатом последней, в случае левулиновой кислоты, является гидроксилактон, наиболее устойчивая таутомерная форма этого соединения, которая достаточно легко отщепляет воду в присутствии водоот-нимающих агентов, образуя непредельные г-лактоны .
Алифатические соединения, содержащие амино- и гидрокси- группы, называемые аминоспиртами, классифицируют согласно взаимному расположению этих функциональных групп. 1,1-Аминоспирты -- соединения достаточно нестабильные, не встречающиеся в природе, имеют значение как промежуточные в различных органических реакциях. Для химии природных соединений определенное значение имеют 1,2-аминоспирты, среди которых наибольшее значение имеет в-этаноламин, встречающийся достаточно часто в виде производных в связанном виде.
в-Этаноламин сочетает в себе свойства первичных спиртов и первичных аминов, обе эти группы в какой-то мере близки по своим свойствам: обе они выполняют электронодонорные функции, могут образовывать водородные связи, проявлять кислотные свойства, являются эффективными нуклеофила-ми. Присутствие и взаимное влияние этих двух функций внутри одной молекулы приводит к затруднению реакций, характерных для класса спиртов и класса аминов -- в-этаноламины труднее дегидратируются, этерифицируются или Н-алкилируются. Те же реакции, которые реализуются, носят часто конкурентный характер. Так, при взаимодействии в-этаноламинов с минеральными кислотами может реализоваться как солеобразование по аминогруппе, так и нуклеофильное замещение спиртового гидроксила. При их реакции с карбоновыми кислотами возможно ацилирование обеих функциональных групп, то же самое возможно и при реакциях алкилирования .
Из приведенных на схеме 2.3.1 производных в-этаноламина следует отметить в первую очередь ацетилхолин, выполняющий в организмах теплокровных важнейшую функцию нейромеди-атора. Холин также далеко неэкзотичен в живой природе: он широко распространен в животных и растительных тканях, а также в микроорганизмах; особо высоко содержание его в нервной ткани мозга, печени, почек и мышцы сердца. Важное значение имеет также О-фосфат этаноламина, сочетающий в себе основную и кислотную функции и существующий в виде цвиттериона.
Этот цвиттерионный фрагмент -- фрагмент, обладающий высокой гид-рофильностью -- характерен для фос-фолипидов и соответственно липидных мембран. В некоторых биосинтетических реакциях, в частности, при биосинтезе некоторых аминокислот, в качестве донора метильных групп принимает участие бетаин.
Другой важной группой природных аминоспиртов являются сфингозины -- составная часть сфинголипидов, выделенных впервые из тканей мозга, но впоследствии обнаруженных во многих животных и растительных источниках .
Производными в-аминоспиртов являются алкалоиды семейства эфедро-вых -- эфедрин, норэфедрин, Н-метилэ-федрин . Среди них наиболее известен эфедрин, используемый в медицинской практике в качестве сосудосуживающего и бронхорасширяющего средства, его применяют при лечении аллергических заболеваний, а также как стимулятор центральной нервной системы и при отравлении некоторыми наркотиками, так как он является их антагонистом.
Из аминоспиртов растительного происхождения следует отметить мус-карин, содержащийся в мухоморе красном , являющийся имитатором ацетилхолина. В малых дозах он понижает у человека артериальное давление, амплитуду и частоту сердечных сокращений; в больших дозах вызывает спазмы мышц, судороги, коматозное состояние.
Аминоспирты животного происхождения представлены катехоламинами, осуществляющими регуляцию функций эндокринных желез и передачу нервных импульсов. В первом случае они рассматриваются как гормоны, во втором случае -- как нейромедиаторы. Соединения этой группы, кроме спиртового гидроксила, имеют еще и фенольные функции. Биогенные катехоламины представлены тремя соединениями: дофамин, норадреналин, адреналин .
Роль этих веществ в жизнедеятельности животных важна и разнообразна. Дофамин стимулирует секрецию соматотропина и подавляет секрецию пролактина, он также регулирует уровень глюкозы в крови, диурез, кровоток в почках; нарушение синтеза дофамина в мозгу -- причина возникновения болезни Паркинсона. Норадреналин участвует в передаче нервных импульсов, воздействует на мышцы кровеносных сосудов, сужая их и повышая тем самым артериальное давление. Адреналин также способствует сужению мелких кровеносных сосудов, вызывает усиление работы сердца, расслабляет мускулатуру бронхов и кишечника. При эмоциональных переживаниях, особенно в стрессовых ситуациях, усиленной мышечной работе, охлаждении и ф д. содержание адреналина в крови резко возрастает, что обеспечивает адаптацию организма к новым условиям.
История развития физико-химической биологии. Химия природных соединений, биохимия, молекулярная биология и фармакология. Марганец - химический элемент, его свойства. Соединения марганца в биологических системах. Марганец в минеральном питании растений. курсовая работа [144,5 K], добавлен 04.09.2010
Химическая классификация углеводов: полигидроксикарбонильные соединения. Свойства и структура моносахаридов, их химические свойства. Реакции брожения и их применение. Биосинтетические реакции углеводов. Производные моносахаров, гликозиды и их биосинтез. реферат [5,4 M], добавлен 27.08.2009
Белки, или протеины — природные органические соединения, которые обеспечивают жизненные процессы организма. Основатель химии белка. Структура и уровни организации соединения. Физические свойства белка. Денатурация и биуретовая реакция. Функции белков. презентация [9,4 M], добавлен 27.01.2011
Функциональная характеристика непрерывных соединений. Амплитуда движений в суставах определяется главным образом степенью соответствия величины и изогнутости суставных площадок. Типы соединения костей. Движения в суставах, формы суставных площадок. реферат [205,6 K], добавлен 13.10.2008
Характеристика и история открытия фосфора. Апатит - источник фосфорных соединений. Содержание элемента в растениях и теле человека. Примеры природных химических реакций с ним. Гипотезы образования фосфоритов. Области применения фосфора и его соединений. презентация [830,6 K], добавлен 18.04.2013
Фтор как химический элемент, его основные физические и химические свойства, реактивность. Нахождение фтора в природе и оценка его влияния на организм человека. Поступление соединений фтора в организм и их метаболизм. Недостаток фторидов и кариес зубов. реферат [31,3 K], добавлен 13.03.2011
Понятие белков как высокомолекулярных природных соединений (биополимеров), состоящих из остатков аминокислот, которые соединены пептидной связью. Функции и значение белков в организме человека, их превращение и структура: первичная, вторичная, третичная. презентация [564,0 K], добавлен 07.04.2014
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Простейшие бифункциональные природные соединения - мостик к массиву природных соединений реферат. Биология и естествознание.
Реферат по теме Предпринимательский риск и его страхование
Реферат: Кадровая политика в бизнесе
Сочинение Описание Памятника Архитектуры Триумфальная Арка
Доклад: Вход Господень в Иерусалим
Сочинение Про Зимние Месяцы
Реферат: Санаторно-курортное лечение
Шпаргалка: Тепло Термины и определения
Как Выглядит Лист С Темами Итогового Сочинения
Курсовая работа по теме Технология организации внеклассной воспитательной работы
Сочинение По Картине Сосна
Реферат по теме Культура публічного виступу
Реферат На Тему Рвота У Детей
Реферат по теме Живой рассказ ветерана или кто скажет правду
Реферат: работа 10 страниц, 10 рисунков, 5 таблиц, 6 источников. Актуальность
Курсовая работа: Социальное обеспечение
Реферат по теме История становления социологии
Контрольная работа по теме Исследование параметров согласованности трансформатора и коротких сетей дуговых установок
Курсовая работа по теме Коллекторская деятельность как отрасль экономики и объект регулирования
Реферат по теме Синдром длительного сдавления: клиника, диагностика, лечение на этапах эвакуации
Курсовая Работа На Тему Рынок Труда И Проблемы Занятости Переходной Экономики
Прогнозирование опасных факторов пожара в цехе деревообрабатывающего предприятия - Безопасность жизнедеятельности и охрана труда курсовая работа
Закономерности формирования и динамики авифауны гор Азиатской Субарктики - Биология и естествознание автореферат
Паразитологическое состояние лесных биотопов рекреационной зоны города Гомеля - Биология и естествознание курсовая работа