Специфические реакции.

Хелатообразование.Поли- и гетерофункциональные соедине­ния, содержащие одновалентные функциональные группы, такие, как ОН- или NН₂-группы, у соседних атомов углерода, при взаи­модействии с гидроксидами тяжелых металлов, например гидроксидом меди(II), образуют внутрикомплексные, так называемые хелатные, соединения. Такие соединения обычно хорошо раство­римы в воде и интенсивно окрашены, поэтому реакция использует­ся как качественная. Примером может служить образование гликолята меди(II) (реакция (6.1)).

(6.1.)

этиленгликоль гликолят меди (II)

(синее окрашивание)

Аналогичные внутрикомплексные соединения образуются в случае α-аминоспиртов, α-аминокислот и других соединений:

внутрикомплексное соединение внутрикомплексная соль

меди (II) с α-аминоспиртом меди (II) с α-аминокислотой

Внутримолекулярная циклизация.Молекулы многих пол­и- и гетерофункциональных соединений могут принимать в про­странстве клешневидные конформации, в которых различные функциональные группы оказываются сближенными. Вследствие этого между ними может осуществляться взаимодейст­вие с образованием циклических продуктов. Особенно легко вну­тримолекулярная циклизация протекает в тех случаях, когда она приводит к термодинамически устойчивым пяти- и шестичленным циклам.

Например, если альдегидная и гидроксильная группы находят­ся в одной молекуле, то они могут за счет внутримолекулярной ре­акции образовывать циклический полуацеталь. Особенно стабиль­ны пяти- и шестичленные циклические полуацетали. Например, δ-гидроксивалериановый альдегид существует практически только в циклической полуацетальной форме (реакция (6.2)):

δ-гидроксивалериановый циклическая форма

альдегид δ-гидроксивалерианового альдегида

Образование циклических полуацеталей имеет большое значе­ние в химии углеводов.

Особенно распространены реакции образования циклических ангидридов (реакция (6.3)), эфиров (реакция (6.4)), амидов (ре­акция (6.5)) и других производных.

дикарбоновая кислота циклический ангидрид (6.3)

(n = 1 - 2)

гидроксикислота циклический сложный эфир (6.4)

(n = 1 - 3) (лактон)

аминокислота циклический амид

(n = 1 - 3) (лактам)

Межмолекулярная циклизация.Если функциональные груп­пы в молекуле би- или гетерофункционального соединения нахо­дятся у соседних атомов углерода, то это не благоприятствует реак­циям внутримолекулярного элиминирования или внутримолеку­лярной циклизации (поскольку должно приводить к напряженным и поэтому термодинамически нестабильным трех- или четырехчленным циклам). В таких случаях возможны реакции межмоле­кулярной циклизации. Примером может служить образование лактидовиз α-гидроксикислот (реакция (6.6)) и дикетопиперазиновиз α-аминокислот (реакция(6.7)).

α-гидрокси- α-гидрокси- лактид (6.6)

кислота кислота

α-аминокислота α-аминокислота дикетопиперазин (6.7)

Лактиды и дикетопиперазины представляют собой соответ­ственно циклические сложные эфиры или амиды; в условиях кислотного или основного катализа они способны к гидроли­зу, ведущему к исходным α-гидрокси- или α-аминокислотам.

Аминоспирты

Аминоспиртами называют 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. Поэтому простейшим представителем аминоспиртов является 2-аминоэтанол — соедине­ние, в котором две функциональные группы расположены у сосед­них атомов углерода.

2-Аминоэтанол (β-этаноламин) — представляет собой вязкую жидкость с высокой температурой кипения (171 °С). 2-Аминоэтанол называют также коламином, известным как структурный ком­понент сложных липидов. 2-Аминоэтанол образуется пу­тем размыкания напряженных трехчленных циклов этиленоксида и этиленимина аммиаком или водой соответственно (реакции нуклеофильного замещения).

этиленоксид 2-аминоэтанол этиленимин

С сильными кислотами 2-аминоэтанол образует устойчивые соли.

2-аминоэтанол гидрохлорид

2-аминоэтанола

Производное 2-аминоэтанола — димедрол — оказывает противоаллергическое и слабое снотворное действие. Обычно при­меняется в виде гидрохлорида.

фрагмент 2-аминоэтанола

При действии на этиленоксид триметиламином или при исчер­пывающем метилировании 2-аминоэтанола образуется гидроксид 2-гидроксиэтилтриметиламмония. Его катион называют холином.

этиленоксид гидроксид 2-аминоэтанол

2-гидроксиэтилтриметиламмония

Холин(триметил-2-гидроксиэтиламмоний) — также известен как структурный элемент сложных липидов. Имеет большое значение как витаминоподобное вещество, регулирующее жировой обмен. В организме холин может образовываться из аминокислоты серина. При этом сначала в результате декарбоксилирования серина получается 2-аминоэтанол (коламин), который затем подверга­ется исчерпывающему метилированию при участии 5-аденозилме-тионина (SAM).

серин 2-аминоэтанол холин

(коламин)

Продукт внутримолекулярной дегидратации холина — нейринCH₂=CHN(CH₃)₃ — образуется при гниении белков и обладает до­вольно высокой токсичностью.

В результате окисления свободного холина in vivo образуется диполярный ион бетаин,который может служить источником метильных групп в реакциях трансметилирования.

холин бетаин

Биологическая роль сложных эфиров холина.Замещенные фосфаты холина являются структурной основой фосфолипидов — важнейшего строительного материала клеточных мембран . Сложный эфир холина и уксусной кислоты — ацетилхолин — наиболее распространенный посредник при передаче нервного возбуждения в нервных тканях (нейромедиатор). Он образуется в организме при ацетилировании холина с помощью ацетилкофермента А.

холин ацетилхолин

При ингибировании ацетилхолинэстеразы ацетилхолин накап­ливается в организме, что приводит к непрерывной передаче нерв­ных импульсов и соответственно непрерывному сокращению мы­шечной ткани. На этом основано действие инсектицидов (химиче­ских средств уничтожения насекомых), например тиофоса, и нервно-паралитических ядов — зарина, табуна — фосфорорганических соединений, которые, реагируя с остатком серина, содержащимся в активном центре ацетилхолинэстеразы, ингибируют действие этого фермента.

тиофос (инсектицид) зарин («нервный газ») табун

В медицинской практике используется ряд производных холина.

Ацетилхолинхлорид [СН₃С(О)ОСН₂СН₂N(СН₃)₃]⁺Сl^- приме­няется в качестве сосудорасширяющего средства.

Карбамоилхолинхлорид (карбахолин) — сложный эфир холина и карбаминовой кислоты, не гидролизуется холинэстеразой и поэтому активнее холина и обладает более продолжи­тельным действием.