Сложные эфиры, имеющие приятный аромат

Гидролиз сложных эфиров. Реакция расщепления сложных эфиров на кислоту и спирт при действии воды происхо­дит и в кислой, и в щелочной среде. Однако в присутствии щелочи реакция гидролиза (омыления) необратима, так как получается соль карбоновой кислоты, содержащая устойчивый ацилат-анион:

Реакция гидролиза сложных эфиров обратима реакции этерификации.

В отличие от обычных сложных эфиров, карбонильный атом уг­лерода в тиоэфирах несет больший положительный заряд, что де­лает их более реакционноспособными. Вследствие этого связь С—S в ацилкоферменте А - макроэргическая. При гидролизе ацетилко-фермента А выделяется даже несколько большая энергия, чем при гидролизе АТФ (AG° = -32,9 и -30,5 кДж/моль соответственно):

ацетилкофермент А уксусная кофермент А

кислота

Это обстоятельство способствует активности ацилкоферментов А в реакциях, протекающих в организме с их участием.

Ацилирование спиртов сложными эфирами. Сложные эфиры взаимодействуют со спиртами с образованием нового сложного эфира. Эта реакция называется переэтерификацией, а в биохимии ее называют реакцией трансацилирования. Реакция трансацилирования обычно катализируется ки­слотами, и в этих случаях она обратима

В организме реакция трансацилирования (переэтерификации) катализируется ферментами трансферазами, которые спо­собствуют переносу ацилов от сложных эфиров на спирты, ами­ны и другие субстраты. Источником ацилов обычно являются ацилкоферменты А, т. е. тиоэфиры карбоновых кислот. Одним из примеров реакции трансацилирования является синтез ацетилхолина с помощью ацетилкофермента А:

ацетилкофермент А холин

ацетилхолин кофермент А

Ацилирование аминов сложными эфирами. Сложные эфиры взаимодействуют с аммиаком или аминами (ре­акция аминолиза) с образованием амидов соответствующих карбоновых кислот:

Кроме реакций нуклеофильного замещения (гидролиза и ацилирования) молекулы сложных эфиров вступают в реакции конденсации друг с другом с образованием связи С—С. В образо­вании новой связи участвуют углеродный атом карбонильной группы одной молекулы эфира и α-углеродный атом другой мо­лекулы эфира. Эта реакция конденсации (С-ацилирования) со­провождается окислительно-восстановительными превращения­ми.

Амиды . В молекулах амидов имеет место сопряжение неподеленной электронной пары атома азота с π-системой двойной связи С=О (р, π-сопряжение). В результате связь С—N в амидах становится короче, чем в аминах, а длина связи С=О такая же, как в карбоновых кислотах, где имеет место анало­гичное р, л-сопряжение. Благодаря сопряжению атомы амидной группировки находятся в одной плоскости и вращение по амидной связи С—N в значительной степени за­торможено, так как эта связь имеет частично характер двойной связи.

Основность амидов [рК_а(ВН⁺) = 0 ÷ -2] выше, чем сложных эфиров [рК_а(ВН⁺) = -5 ÷ -6]. В то же время их основность значи­тельно меньше основности аминов [рК_а(ВН⁺) = 5 ÷ 10] ввиду иной гибридизации атомных орбиталей атома азота, способствующей сильному взаимодействию неподеленной электронной пары атома азота с двойной связью карбонильной группы. Если в молекуле амида имеется связь N—Н, то возможна его кислот­ная ионизация. Амиды являются слабыми NH-кислотами (рК_а = = 13 ÷ 15), и их кислотность сравнима с кислотностью спиртов.

анион амида амид катион амида

Реакции нуклеофильного замещения. Амиды в присутствии щелочи или кислоты легко гидролизуются:

В кислой среде вследствие протонирования молекула амида активируется и может ацилировать спирты, образуя сложный эфир карбоновой кислоты и амин:

Реакции с электрофильными реагентами. Электрофильные реагенты атакуют в амидах кислородный атом карбонильной группы. Так, при нагревании амидов с сильными электрофилами (P₂O₅, РОС1₃) происходит внутримолекулярное отщепление молекулы воды с образованием нитрилов карбоновых кислот:

ацетамид ацетонитрил

§ 5.6. Отдельные представители амидов кислот.

(Материал для самостоятельной подготовки)

Амиды угольной кислотыимеют очень большое значение. Как и все двухосновные кислоты угольная кислота дает неполный амид, называемый карбаминовой кислотой, и полный амид, называемый мочевиной H₂N-C-NH_2.

׀׀

О

Мочевина в организме человека и млекопитающих животных является конечным продуктом азотистого обмена. Такие азотистые вещества, как белки и амирокислоты, претерпев в организме ряд превращений, в конце концов, выделятся с мочой в виде мочевины. В течение суток организм человека выделяет с мочой 20-30 г мочевины.

В настоящее время в медицине применяют ряд ценных лекарственных веществ, в основе которых лежат амиды кислот, такие как бутамид, букарбан, хлорпропамид, глибенкламид и др., которые используются в качестве противодиабетических препаратов. Мочевина применяется как осмотический диуретик.

Очень важное значение амиды имеют в стоматологической практике. Большинство стоматологических вмешательств сопровождается болевыми ощущениями большей или ме- ньшей интенсивности, поэтому анестезия – одна из наиболее актуальных прблем стоматологии. Учитывая высокую потребность в более совершенных местнообезболивающих препаратах, их разрабатывают ученые всех стран мира. Изучение полученных средств позволило заключить, что более длительно воздействуют местные анестетики группы амидов. В 1946 году шведскими учеными Lofgren и Lundquist был синтезирован местный анестетик, относящийся к группе амидов - ксилокаин (лидокаин), который сразу же стал вытеснять новокаин.Спустя несколько лет были синтезированы меливакаини в 1976 году – артикаин (ультракаин) – анестетик с уникальными свойствами. Ультракаин позволяет не только качественно и длительно обезболить стоматологическую процедуру, но и сократить количество посещений врача. Артикаин в 5 раз сильнее новокаина и в 2-3 раза сильнее популярных лидокаина и тримекаина. При некоторых видах анестезии длительность эффекта достигает 5-6 часов. Низкая токсичность ультракаина, безопасность и хорошая переносимость позволяет осуществлять длительные процедуры с его использованием.

Нитрилы R—C=N. Нитрилы являются очень слабыми N-ocнованиями [рК_а(ВН⁺) ≈ -10], поскольку их атом азота имеет sp-гибридизацию. Поэтому он более электроотрицателен и зна­чительно сильнее удерживает свою неподеленную электронную пару, чем атом азота в других азотсодержащих соединениях.

Нитрилы легко подвергаются гидратации в кислой или ще­лочной среде за счет нуклеофильного присоединения воды к сильнополярной тройной связи C=N с образованием амида со­ответствующей кислоты.

Ацилирующего действия нитрилы не проявляют. Подобно другим производным карбоновых кислот нитрилы за счет α-водородного атома являются слабыми С—Н-кислотами, образую­щими карбанион на α-углеродном атоме. Такой карбанион лег­ко присоединяется к карбонильным соединениям по реакции типа альдольной конденсации.