Биологически важные гетероциклические соединения

Гетероциклические соединения (гетероциклы) — органические соединения, содержащие циклы, в состав которых наряду с углеродом входят и атомы других элементов (азота, кислорода, серы). К биологически важным гетероциклам относятся азотсодержащие пяти- и шестичленные циклические соединения с одним или двумя атомами азота, а также их конденсированные аналоги.

Пиррол и его производные

Пиррол – пятичленный цикл с одним атомом азота. Неподеленная пара электронов гетероатома (азота) включены в сопряжение с p-электронами двух двойных связей, перераспределяя электронную плотность, поэтому легко вступает в реакции электрофильного замещения по a-углеродным атомам:

Из-за того, что пара электронов азота втянута в кольцо, связь N–H ослаблена и пиррол проявляет кислотные свойства:

Пиррольные кольца входят в состав макроциклической системы – порфина. Восемь атомов водорода четырех пиррольных циклов могут замещаться на углеводородные заместители, образуя порфирины. Порфирин в крови образует комплексное соединение с двухвалентным железом, которое называется гемом. Гем в свою очередь связан координационной связью с глобином (белком, состоящим из аминокислот, большой молекулярной массы). Так построен гемоглобин, который входит в состав крови и выполняет функцию переноса кислорода в организме.

порфин	гем

Порфиновое кольцо содержится также в хлорофилле – зеленом пигменте растений, при участии которого растения поглощают из атмосферы углекислый газ, превращая его в кислород и углеводы:

хлорофилл (Х = СН₃ или СНО)

Продукт гидрирования пиррола называется пирролидин:

Конденсация бензольного кольца к молекуле пиррола приводит к образованию бензпиррола или индола. Из производных индола важнейшим является аминокислота триптофан, 3-(3-индолил)-2-аминопропановая кислота:

индол	триптофан

 

Имидазол и его производные

Имидазол – пятичленный цикл с двумя атомами азота в положениях 1 и 3. Один из атомов азота проявляет основные, а другой – кислотные свойства, поэтому имидазол амфотерен:

Одним из важнейших природных производных имилдазола является аминокислота гистидин (3-[4(5)-имидазолил]-2-аминопропановая кислота), которая содержится в белке крови. При повышенной температуре или ферментативном разложении гистидин декарбоксилируется и превращается в гистамин (2-[4,5-имидазолил]-1-аминоэтан):

Гистидин гистамин

Гистамин обладает физиологическим действием. Он резко понижает кровяное давление и расширяет капилляры. При накапливании гистамина в организме возникают побочные явления – аллергия.

 

Пиридин и его производные

Пиридин является важнейшим шестичленным гетероциклом с одним атомом азота. В связи с тем, что пара электронов азота не участвует в сопряжении с p-электронами кольца, пиридин является основанием, более сильным, чем анилин, но более слабым, чем алифатические амины:

Производное пиридина – никотиновая кислота (b-карбоксипиридин) и ее амид, являются витамином РР. Он входит в состав некоторых растений.

никотиновая кислота	никотинамид

Пиридиновое кольцо входит также в состав витамина В₆, который представляет собой смесь трех веществ: пиридоксаля (2-метил-3-гидрокси-4-формил-5-гидроксиметилпиридин), пиридоксола (2-метил-3-гидрокси-4,5-дигидроксиметилпиридин) и пиридоксамина (2-метил-3-гидрокси-4-аминометил-5-гидроксиметилпиридин):

пиридоксаль	пиридоксол	пиридоксамин

Азотсодержащие гетероциклические соединения, выделяемые из растений и обладающие физиологическим действием, называются алкалоидами. Например, из 12 алкалоидов табака основным является никотин (3-(N-метил-2-пирролидил)пиридин):

Никотин – сильный яд, поражающий мозг и нервную систему и повышающий кровяное давление. При его окислении, в том числе и в организме человека, получается никотиновая кислота.

При гидрировании пиридина образуется пиперидин:

Конденсированная система пиридина и бензола – хинолин (бензопиридин). Пиридиновое кольцо в нем более ароматично, чем бензольная, поэтому общая p-связь в большей степени принадлежит пиридиновому кольцу. В результате положения 5 и 8 хинолина увеличивают активность в реакциях электрофильного замещения:

Хинолиновый фрагмент входит в состав некоторых лекарственных средств и хинолиновых алкалоидов, важнейшим из которых является хинин ((6-метокси-4-хинолил)-(5’-винил-2’-хинуклидил)-метанол):

Хинин содержится в коре хинного дерева, применяется для лечения малярии.

 

Пиримидин и пуриновые основания

 

Примером азотсодержащего гетероциклического соединения с двумя атомами азота является пиримидин. Пиримидиновые циклы входят в состав нуклеиновых кислот, связанных с синтезом белка в клетках. При гидролизе нуклеиновых кислот, находящихся в ядре клетки, образуются три важных производных пиримидина (пиримидиновые основания): урацил (2,6-дигидроксипиримидин), тимин (5-метил-2,6-дигидрокси-пиримидин) и цитозин (6-амино-2-гидроксипиримидин):

	пиримидин
урацил	тимин	цитозин

Важным свойством пиримидиновых оснований является кето-енольная (лактим-лактамная) таутомерия, основной в растворах и кристаллическом состоянии является кетонная форма:

лактим (енол) лактам (кетон)

Наряду с пиримидиновыми основаниями в состав нуклеиновых кислот входит пурин – конденсированная система пиримидина и имидазола. Непосредственно в построении нуклеиновых кислот принимают участие пуриновые основания аденин (6-аминопурин) и гуанин (2-амино-6-гидроксипурин).

пурин	аденин	гуанин

Пуриновые и пиримидиновые основания играют огромную роль в обмене веществ в организме. В соединении с моносахаридом (рибозой или дезоксирибозой) и фосфорной кислотой они образуют нуклеотиды, из которых построены нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК):

Фрагмент полимерной цепочки дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК)

Производные пурина входят также в состав алкалоидов (кофеин, теофиллин и теобромин), токсинов (например, сакситоксин) и других родственных соединений (мочевая кислота):

кофеин (алкалоид кофе и чая)	теофиллин (алкалоид чая)	теобромин (алкалоид какао)

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.В.И. Слесарев. Химия. Основы химии живого. Санкт-Петербург: Химиздат, 2005 г. 783 с.

2.Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия. М.: Медицина, 1991 г. 527 с.

3.А.В. Иванов, Н.Н. Алехина, Н.Д. Стемпинь. Курс биоорганической химии. Тула: изд-во ТГПУ им. Л.Н. Толстого, 1999. 238 с.

4.http://ru.wikipedia.org/

5.http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3099.html

 

С О Д Е Р Ж А Н И Е

	Стр.
Введение….……………………………………………….
Теория химического строения органических соединений……………………………………………….
Номенклатура органических соединений……………
Типы реакций в органической химии………………..
Углеводороды………………………………………
Алканы…………………………………………………….
Циклоалканы…………………………………………….
Алкены……………………………………………………
Алкадиены………………………………………………..
Алкины…………………………………………………….
Ароматические углеводороды (арены)……………….
Органические соединения с функциональными группами……………
Амины…………………………………………………..…
Спирты…………………………………………………….
Одноатомные предельные спирты…………………….
Одноатомные непредельные спирты………………….
Многоатомные предельные спирты…………………..
Фенолы…………………………………………………….
Альдегиды и кетоны…………………………………….
Карбоновые кислоты……………………………………
Аминокислоты, пептиды и белки……………………..
Сложные эфиры. Жиры. Липиды……………………..
Углеводы………………………………………………….
Серосодержащие органические соединения…………
Биологически важные гетероциклические соединения……………………………………….……….
Список использованной литературы…………………