Всего на сайте:
210 тыс. 306 статей

Главная | Биология, Зоология, Анатомия

Cвойства и биологическая роль карбонильных соединений  Просмотрен 79

Методические указания для студентов

по теме «Cвойства и биологическая роль карбонильных соединений»

 

Цель занятия:Сформировать представления о химических свойствах альдегидов и кетонов, механизме нуклеофильного присоединения как основы для понимания аналогичных реакций, протекающих в организме, и имеющих значение в синтезе лекарственных препаратов и аналогов природных соединений.

Значение изучения темы:Реакции, протекающие по типу нуклеофильного присоединения, реализуются в организме человека в процессе углеводородного обмена. Эти реакции протекают за счет карбонильной группы, входящей в состав альдегидов и кетонов. Альдегиды, встречающиеся в живом организме, участвуют, в частности, в утилизации аммиака, в результате образуются имины – вещества необходимые для синтеза аминокислот. Со свойствами альдегидов связаны синтезы ряда лекарственных препаратов. Так, фурфурол, используется для получения фурацилина, из хлораля получают хлоральгидрат. Присутствие карбонильной группы придает дезинфицирующие свойства и наркотическое действие органическим соединениям.

I. Теоретические вопросы

  1. Строение карбонильной группы. Кетоны, особенности строения. Примеры кетонов, синтезирующихся в организме.
  2. Реакционная способность альдегидов и кетонов. Реакции нуклеофильного замещения: образование ацеталей, иминов, оксимов, реакции гидратации.
  3. Качественные реакции на альдегидную группу.
  4. Альдольная конденсация. Синтез лимонной и сиаловой кислот.
  5. Биологическая роль альдольного расщепления глюкозы.

 

II. Обучающие упражнения

Задание 1. С учетом электронного строения карбонильной группы, обоснуйте различия в реакционной способности альдегидов и кетонов.

Решение:Различия в реакционной способности альдегидов и кетонов определяются особенностями карбонильной группы >C=O, обладающей полярностью – электронная плотность между атомами С и О распределена неравномерно, сдвинута к более электроотрицательному атому О.

В результате карбонильная группа приобретает повышенную реакционную способность, что проявляется в разнообразных реакциях присоединения по двойной связи. Во всех случаях кетоны менее реакционноспособны, чем альдегиды, в частности, из-за пространственных затруднений, создаваемых двумя органическими группами R.

Задание 2. Приведите схемы наиболее характерных реакций присоединения с участием карбонильной группы на примере ацетальдегида.

Решение:К числу реакций присоединения относятся: реакции образования ацеталей, иминов, присоединение синильной кислоты и другие.

При взаимодействии со спиртами альдегиды образуют полуацетали – соединения, содержащие одновременно алкокси- и гидрокси-группу у одного атома углерода: >C(OH)OR. Полуацетали могут далее реагировать с еще одной молекулой спирта, образуя полные ацетали – соединения, где у одного атома углерода находятся одновременно две RО-группы: >C(OR)2. Реакцию катализируют кислоты и основания. В случае кетонов присоединение спиртов к двойной связи в С=О затруднено.

Точно так же (раскрывая двойную связь С=О) аммиак и амины реагируют с альдегидами и кетонами, продукты присоединения неустойчивы и конденсируются с выделением воды и образованием двойной связи C=N. В случае аммиака получаются имины:

Задание 3. Что такое циклические полуацетали? Соединения какой структуры склонны к их образованию? Приведите пример.

Решение:Для гидроксикарбонильных соединений с достаточно удалёнными друг от друга функциональными группами возможна внутримолекулярная циклизация. Например, g- и d-гидроксиальдегиды возможно взаимодействия гидроксильной и карбонильной групп. Примером такого альдегида является D-глюкоза:

Задание 4. В чем заключается сущность реакций альдольной конденсации? В чем заключается биологическая роль этого типа реакций. Приведите примеры.

Решение: Для альдегидов и кетонов возможна конденсация, проходящая между двумя молекулами одного и того же соединения. При такой конденсации альдегидов двойная связь одной из молекул раскрывается, образуется соединение, содержащее одновременно альдегидную и ОН-группу, называемое альдолем (альдегидоспирт). Протекающую конденсацию называют, соответственно, альдольной, эту реакцию катализируют основания. Полученный альдоль может далее конденсироваться с образованием двойной связи С=С и выделением конденсационной воды. В итоге получается ненасыщенный альдегид. В альдольной конденсации могут совместно участвовать молекулы различных альдегидов, а также одновременно альдегид и кетон, во всех случаях происходит удлинение углеродной цепи.

Примерами биологически значимых реакций альдольной конденсации являются синтез лимонной кислоты (цикл Кребса) из щавелевоуксусной кислоты и ацетилкофермента А:

По типу альдольной конденсации в организме протекает и реакция образования сиаловой кислоты – компонента хрящевой ткани.

Предыдущая статья:Отношение числа молекул, диссоциирующих на ионы, к общему числу молекул растворенного вещества, называется _____ диссоциации. Следующая статья:III. Задания для самостоятельной работы
page speed (0.012 sec, direct)