Гетерофункциональные соединения

ГЕТЕРОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Аминоспирты

Аминоспиртами называют соединения, содержащие в молекуле одновременно амино - и гидроксигруппы.

Коламин и его N-метилированное производное холин содержатся в тканях организма и участвуют в построении клеточных мембран.

Аминоспирты проявляют химические свойства и аминов, и спиртов. Однако взаимное влияние функциональных групп приводит к ряду особенностей. Из-за электроноакцепторного действия ОН-группы основность аминоспиртов и нуклеофильность их атома азота ниже, чем у алифатических аминов.

Сложный эфир холина ацетилхолин [CH3COOCH2CH2N(CH3)3]+ является важнейшим нейромедиатором.

Ацетилхолинхлорид [CH3C(O)OCH2CH2N(CH3)3]+Cl - применяется в качестве сосудорасширяющегося средства.

Аминофенолы

К аминофенолам относятся соединения, в которых функциональные группы NH2 и OH присоединены к бензольному кольцу.

Два производных n-аминофенола применяются в медицине как обезболивающие и жаропонижающие средства. Это – парацетамол и, в меньшей степени, фенацетин:

Важную роль в организме играют аминоспирты, содержащие в качестве структурного фрагмента остаток пирокатехина. Они носят общее название катехоламинов. К катехоламинам относятся дофамин, норадреналин и адреналин, выполняющие, как и ацетилхолин роль нейромедиаторов.

Подобно пирокатехину, катехоламины с раствором хлорида железа (III) FeCl3, дают изумрудно-зелёное окрашивание, переходящее в вишнёво-красное при добавлении раствора аммиака, что может служить качественной реакцией на эти соединения.

n-Аминобензойная кислота (ПАБК) входит как структурный фрагмент в молекулу фолиевой кислоты (витамин ВС), играющей важную роль в метаболизме белков и нуклеиновых кислот.

Сложные эфиры ПАБК анестезин (этиловый эфир) и новокаин (2-диэтил-аминоэтиловый эфир в виде гидрохлорида) используются как местноанестезирующие ненаркотические препараты:

Сульфаниловая кислота и её производные.

Амид сульфаниловой кислоты (сульфаниламид), известный под названием стрептоцид, является родоначальником группы лекарственных средств, обладающих антибактериальной активностью и называемых сульфаниламидами или сульфонамидами.

Гидроксикислоты.

Гидроксикислотами называются соединения, в молекулах которых содержатся гидроксильная и карбоксильная группы.

Гидроксикислоты играют важную роль в биологических процессах и часто представляют собой действующее начало лекарственных средств.

Эти функциональные группы могут быть присоединены к алифатической цепи (алифатические гидроксикислоты) или к ароматическому кольцу, в последнем случае используют иногда родовое название фенолокислоты.

Число карбоксильных групп определяет основность гидроксикарбоновых кислот, а суммарное число групп ОН (как спиртовых, так и карбоксильных) – их атомность.

Некоторые биогенные гидроксикарбоновые кислоты

Формула	Тривиальное название кислоты	Название солей и сложных эфиров
	Молочная	Лактаты
	Яблочная	Малаты
	Винная	Тартраты
	Лимонная	Цитраты
	Салициловая	Салицилаты
Примечание: Звёздочкой отмечены хиральные центры, т. е. асимметрические углеродные атомы

Для гидроксикислот характерна оптическая изомерия, связанная с наличием асимметрических углеродных атомов.

Молочная, яблочная, винная, изолимонная, имеют в молекуле хиральные центры. Так, молочная кислота существует в трех формах: две оптически активные, т. е. энантиомеры (зеркальные изомеры), а третья – оптическая неактивная, являющаяся рацемической смесью энантиомеров.

Молекула винной кислоты содержит два одинаковых хиральных центра, между которыми может проходить плоскость симметрии этой молекулы. Поэтому винная кислота в природе существует в четырех формах: D-винная, L-винная, D, L-рацемат, называемый виноградной кислотой, а также мезовинная кислота, являющаяся оптически неактивным стереоизомером вследствие внутримолекулярной компенсации из-за симметричности ее структуры. Оптические изомеры гидроксикислот отличаются не только физическими свойствами, но и тем, что их биологические и физиологические функции различны. В организме обычно присутствует один стереоизомер гидроксикислоты.

Гидроксикислоты проявляют свойства кислот и спиртов. Как кислоты они дают соли, сложные эфиры, амиды и т. д.:

Как спирты гидроксикислоты образуют алкоголяты, простые эфиры, замещают гидроксил галогеном:

Реакция дегидратации α-, β- и γ-гидроксикислот.

Реакция отщепления воды позволяет различить α-, β- и γ-гидроксикислоты.

Образование лактидов.

α-Гидроксикислоты при нагревании отщепляют воду с образованием лактидов.

β-гидроксикислоты теряют воду и дают непредельные кислоты.

При нагревании в кислой среде, а иногда просто при стоянии в растворе, γ- и δ-гидроксикислоты подвергаются внутримолекулярной этерификации с образованием пяти - и шестичленных лактонов, например:

Салициловая кислота и её производные.

Салициловая кислота относится к группе фенолокислот. Салициловая кислота способна образовывать производные по каждой функциональной группе. Практическое значение имеют салицилат натрия, сложные эфиры по карбоксильной группе – метилсалицилат, фенилсалицилат (салол), а также гидроксильной группе – ацетилсалициловая кислота (аспирин).

Оксокислоты.

Оксокарбоновыми кислотами (оксокислотами) называются соединения, молекулы которых содержат наряду с карбоксильной группой оксогруппу, т. е. это альдегидо - или кетонокислоты.

Многие оксокислоты являются важными метаболитами, участвующими в обмене веществ. Биологическая роль α-оксокислот заключается в том, что они являются интермедиатами в биосинтезе α-аминокислот в живых организмах.

Некоторые биогенные оксокарбоновые кислоты

Формула	Название кислоты	Название солей и сложных эфиров
	Глиоксиловая	Глиоксилаты
	Пировиноградная	Пируваты
	Ацетоуксусная	Ацетоацетаты
	Щавелевоуксусная	Оксалоацетаты
	α-Оксоглутаровая	α-Оксоглутараты

Оксокислоты проявляют многие свойства, характерные как для карбоновых кислот, так и для альдегидов и кетонов. Оксокислоты образуют производные по карбоксильной группе – соли, сложные эфиры амиды и т. д., по оксогруппе – оксимы, гидразоны, гидроксинитрилы и т. д.

Декарбоксилирование и декарбонилирование α-оксо-кислот.

Под действием разбавленных минеральных кислот α-оксокислоты подвергаются декарбоксилированию; нагревание с концентрированной серной кислотой приводит к декарбонилированию, т. е. отщеплению оксида углерода (II):

Кето-енольная таутомерия.

Кето-енольная таутомерия свойственна β-оксокислотам и их сложным эфирам.

Наличие у соединения таутометрии значительно расширяет и повышает его реакционную способность. Такое соединение способно не только вступать в реакции, характерные для каждого таутомера, но и проявлять еще двойственную реакционную способность, характерную для их общего амбидентного аниона. При этом таутомерная система прежде всего вступает в те реакции, которые протекают быстрее (кинетический фактор) и приводят к более устойчивым продуктам (термодинамический фактор).

Таутомерные формы ацетоуксусного эфира:

Поскольку все компоненты таутомерной системы находятся в равновесии, то убыль реагирующего компонента сразу восполняется за счет других компонентов. Поэтому таутомерная система реагирует как одно целое. В организме время установления равновесия в таутомерной системе уменьшается с помощью ферментов-таутомераз, что обеспечивает необходимую скорость жизненно важных биохимических реакций.