68464

Основные положения стереохимии. Реакционная способность гетерофункциональных соединений

Лекция

Химия и фармакология

Стереохимия изучает пространственное строение органических соединений. Органические молекулы с одинаковой молярной массой, он отличающиеся природой или последовательностью связей между атомами и пространственным расположением атомов называются изомерами.

Русский

2014-09-22

97 KB

1 чел.

Лекция № 6.

Основные положения стереохимии.

Реакционная способность гетерофункциональных соединений.

Стереохимия изучает пространственное строение органических соединений. Органические молекулы с одинаковой молярной массой, он отличающиеся природой или последовательностью связей между атомами и пространственным расположением атомов называются изомерами.

       Изомерия

структурная      стереоизомерия

     оптическая   геометрическая

Стереоизомеры – это изомеры, которые различаются только положением атомов или групп атомов в пространстве.

Оптическая изомерия.

Большинство органических молекул имеют асимметричное строение. Это связано с тем, что в этих соединениях имеется атом углерода, у которого все четыре заместителя различные. Такой атом углерода обозначается С* и называется асимметричным или хиральным. (Хиральный – от греческого слова – хирос – рука). Молекула с С* и ее зеркальное изображение не совпадают (как левая рука и правая при наложении). Например: молочная кислота.

        з                                           энантиомеры

          СООН                е                     СООН

                   р                     

          С*                      к                      С*

   Н          ОН             а            НО           Н

          СН3                    л                      СН3

      D-ряд (–)               о                    L-ряд (+)

Эти молекулы молочной кислоты при наложении не совпадают, т.к. они относятся друг к другу как предмет и несовместимое его зеркальное изображение. Такие стереоизомеры называют энантиомерами. Энантиомеры обладают способностью вращать плоскость поляризованного луча, т.е. обладают оптической активностью, поэтому их называют оптическими изомерами, а изомерию – оптической. Они вращают плоскость поляризованного луча на одинаковый угол, но один изомер вращает вправо (+), другой влево (–), поэтому их называют оптическими антиподами. Угол вращения определяют с помощью прибора поляриметра. Для определения конфигурации, т.е. расположения заместителей у хирального атома, пользуются строением глицеринового альдегида (стандарт).

     О                                   О

С                                  С

     Н                               Н

С*                                С*

      Н       ОН                 ОН     Н

СН2ОН                         СН2ОН

D-ряд (–)                       L-ряд (+)

Исключение: молочная кислота, фруктоза, адреналин.

Смесь равных количеств антиподов называется рацемической смесью (рацематом).

r = (+) + (–) (оптически неактивны)

Геометрическая изомерия.

Этот вид изомерии характерен для соединений с двойной связью. ( = )

Например, непредельная дикарбоновая кислота – бутендиовая – может существовать в виде двух изомеров:

                      Н    Н                                 Н    СООН

  цис-                                                                         транс-

  изомер        С = С                                 С = С                  изомер

                                                                 

             НООС     СООН               НООС     Н

         малеиновая кислота           фумаровая кислота

Это стереоизомеры, но они имеют плоскость симметрии, значит они не могут быть энантиомерами. Цис–транс–изомеры являются диастереомерами. Они не являются оптическими антиподами и отличаются по физико-химическим свойствам.

Фумаровая кислота содержится в организме человека и принимает участие в обмене веществ. Малеиновая кислота токсична, в природе не существует, получают ее синтетически.

Связь пространственного строения соединений с биологической активностью.

Энантиомеры обладают одинаковыми физическими и химическими свойствами (in vitro). Для биохимических процессов (in vivo) характерна стереоспецифичность, т.е. связь строения с биологической активностью.

Активность лекарственных веществ, биорегуляторов зависит от связи с рецептарами клетки, чем полнее эта связь, тем активнее действует вещество. Например, адреналин – гормон надпочечников, участвует в регуляции сердечной деятельности, обмене углеводов.

                Н          СН3                                         Н          СН3

                       N                                                          N

                                                                                  

                       СН2                                                      СН2 

                                                                                  

                Н – С* – ОН                                     НО – С* – Н

D(–) – адреналин                                                             L(+) – адреналин

D(–) – левовращающий адреналин действует в 15 раз сильнее, чем L(+).

Реакционная способность гетерофункциональных соединений.

Имеют две функциональные группы.

Гидроксикислоты:

    к.ц.

   

Представители:

СН2–СООН

ОН

СН3–С*Н–СООН

         

        ОН

       СООН

       

НО–С*–Н

       

       СН3

      L(+)

       СООН

       

  Н–С–ОН

       

       СН3   

      D(–)

r = (+) + (–)

Гликолевая кислота. Содержится в свекле, винограде.

Молочная кислота, имеет С*, существует в виде 2-х стереоизомеров – энантиомеров.

Мясомолочная кислота, выделена из мышц. Это конечный продукт превращения глюкозы в анэробных условиях (без О2). Резко возрастает содержание мясомолочной кислоты в мышцах при работе.

Получается при сбраживании сахаров.

Рацемат – кислота брожения, образуется в кислой капусте, при молочном брожении.

Химические свойства гидрокислот.

Соли молочной кислоты – лактаты.

  1.  Свойства группы СООН– карбоксильной.

А) диссоциация: СН3–СН–СООН          СН3–СН–СОО  +  Н+ 

Б) образование соли: СН3–СН–СООН  +  NaОН       СН3–СН–СООNa  +  Н2О

В) образование амидов: СН3–СН–СООН  +  NH3        СН3–СН–С            +  Н2О

Г) образование эфиров: СН3–СН–СО ОН  +  H ОС2Н5       СН3–СН–С                  + Н2О

  1.  Свойства группы ОН– гидроксильной.

                                                        [O]                     

А) окисление: СН3–СН–С                       СН3–С–С             + H2O

                     h                                                                   H2SO4  

Б) образование эфиров: СН3–СН–С            +  НОС2Н5         СН3–СН–С           +  Н2О

В) СН3–СН–С            +  НООС–СН3        СН3–СН–С

Многоосновные гидроксикислоты.

Полигетерофункциональные соединения (имеют более 2-х функциональных групп).

Представители:

I. Яблочная кислота

 СООН   СООН  энантиомеры

       Содержится в рябине, яблоках.

      Н–С*–ОН         НО–С*–Н  

                                      

           СН2                      СН2

                                      

           СООН                  СООН

  D(+)                       L(–)

II. Лимонная кислота – соли цитраты

                     OH      

                     

НООС–СН2–С–СН2–СООН

         

         COOH

Содержится в цитрусовых, винограде. Ее соли используют для приготовления плазмы крови (консервант).

III. Винная кислота – соли тартраты.

Имеет два хиральных атома С.

                 СООН                     СООН                        СООН

                             D(+)                       L(–)                        D(+)      

            Н–С*–ОН            НО–С*–Н                     Н–С*ОН

                             D(+)                       L(–)                        L(–)

         НО–С*–Н                  Н–С*–ОН                  Н–С*–ОН                    r = (+) + (–)    

                                                                                                            виноградная   

                 СООН                     СООН                        СООН                       кислота

 D(+)–винная кислота     L(–)–винная кислота  мезовинная кислота

Оксокислоты (кетонокислоты).

Представители:

  1.  СН3–С–СООН – пировиноградная кислота (ПВК) – соли пируваты.

Получается при окислении молочной кислоты, легко декарбоксилируется.

                                 фермент                               КоАSH

СН3–С–СООН                 СН3–С                       СН3–С

                                     –СО2                              окисляется   

  1.  СН3–С–СН2–СООН – ацетоуксусная кислота.

Образуется в организме (in vivo) в результате метаболизма высших жирных кислот. Входит в состав «ацетоновых тел», которые образуются у больных «диабетом». При диабете идет усиленный распад жиров.

                   гидролиз        I        [O]

    жиры                высшие жирные кислоты (ВЖК)              СН3–СН–СН2–СООН

II  СН3–С–СН2–СООН               СН3–С–СН3      III

                                                    –СО2                      ацетон

ацетоновые тела

Выводятся из организма с мочой.

  1.   НООС–С–СН2–СООН – щавелевоуксусная кислота (ЩУК).

В организме образуется при окислении яблочной кислоты.

         СООН                               СООН                                СООН

                          НАД+                                                      

    Н–С*–ОН    фермент           С=О    СН3–С                    СН2     

                                                                                          

         СН2                                   СН2         ацетил         НО–С–СООН   +   КоА–SH

                                                            КоASH                

         СООН                               СООН                                СН2   

    яблочная                               ЩУК                                   

     кислота                                                                             СООН

        лимонная

          кислота

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

67597. Основные соотношения комбинаторики 217 KB
  Сколькими способами можно в совокупности добраться от Москвы до райцентра через Уфу 1. Сколькими способами можно выбрать конверт с маркой 1. Сколькими способами можно сделать этот выбор 1. Сколькими способами можно выбрать на шахматной доске белую и черную клетки не лежащие на одной горизонтали или вертикали...
67598. Теория графов 107.5 KB
  Понятия смежности инцидентности степени опр Если x={vw} ребро то v и w концы ребра x. опр Если x=vw дуга орграфа то v начало w конец дуги. опр Если вершина v является концом ребра x неориентированного графа началом или концом дуги x орграфа то v и x называются инцидентными.
67599. Матрицы смежности и инцидентности 128 KB
  Пусть утверждение верно для цикла длиной k-1. Допустим, в цикле имеются совпадающие вершины: vi=vj, (если их нет, то цикл - простой). Тогда удалим из цикла часть, заключенную между viи vj (вместе с vj). Получившийся цикл имеет меньшую длину и в силу индуктивного предположения из него можно выделить простой цикл.
67600. Связность. Компоненты связности 135 KB
  Компоненты связности Определения. Компонентой связности графа G сильной связности орграфа D наз. Матрицы достижимости и связности Пусть D матрица смежности ориентированного псевдографа D=VX или псевдографа G=VX где V={v1 vn}. Тогда отношение эквивалентности...
67601. Задача поиска маршрутов в графе (путей в орграфе) 362.5 KB
  Исходя из некоторой вершины всегда следовать по тому ребру которое не было пройдено или было пройдено в противоположном направлении. 3 Для всякой вершины отмечать ребро по которому в вершину попали в первый раз 4 Исходя из некоторой вершины идти по первому заходящему в ребру лишь тогда когда нет других...
67602. Минимальные пути, (маршруты) в нагруженных орграфах (графах) 223.5 KB
  Примеры латинских свойств. Не проходить через данную вершину (или через множество вершин). Не проходить через данную дугу (или через множество дуг). Быть простой цепью (или простым контуром). Быть цепью или контуром. Не проходить через каждую вершину более k раз.
67603. Эйлеровы циклы и цепи 62 KB
  Если в псевдографе G имеется хотя бы одно ребро и отсутствуют висячие вершины то G содержит хотя бы один простой цикл. Для того чтобы связный псевдограф G обладал эйлеровым циклом необходимо и достаточно чтобы степени всех его вершин были четными. Для того чтобы связный псевдограф G обладал эйлеровой цепью...
67604. Планарность и раскраска графов 97.5 KB
  Такая функция называется плоским мультиграфом. Внутренние грани плоского мультиграфа называется конечная плоскость окруженная простым циклом и не содержащая внутри себя никаких ребер. Называется её границей.
67605. Булева алгебра, математическая логика, алгебра логики 273 KB
  Каждому двоичному набору можно сопоставить число номер опр расстоянием Хемминга между вершинами и куба называется число опр наборы и называются соседними если и противоположными если все координаты разные.