БІОХІМІЯ - Підручник - Остапченко Л. І. - 2012

Розділ 1. БУДОВА Й РЕАКЦІЙНА ЗДАТНІСТЬ БІООРГАНІЧНИХ СПОЛУК

1.3. Окремі класи біоорганічних сполук та їхнє біологічне значення

1.3.1. Вуглеводні й гідроксисполуки

Вуглеводні (та їхні похідні) складаються з атомів водню й вуглецю. Їхні ланцюги є відкритими - ациклічні (аліфатичні) або замкненими - циклічні вуглеводи. Насичені аліфатичні вуглеводні називаються алканами, а ненасичені - алкенами (один подвійний зв'язок), алкадієнами (два подвійні зв'язки) і алкінами (з потрійним зв'язком). Циклічні вуглеводні (які ще називають гомоциклічними, карбоциклічними, щоб відрізнити від гетероциклічних) поділяються на аліциклічні (насичені) та ароматичні (або арени).

Алкани та їхні похідні давно використовуються в медицині. Це вазелінова олія (суміш алканів з ланцюгом до С15), що є проносним засобом, вазелін (суміш із рідких і твердих алканів до С25), який використовується як основа виготовлення мазей, парафін (С1835), він, завдяки високій теплоємності, застосовується як фізіотерапевтичний засіб, озокерит (природна суміш вищих алканів), що використовується як парафін. Хлороформ (СНСІ3) і фторотан (СF3СHBrСІ) застосовуються для інгаляційного наркозу, етилхлорид (С2Н5СІ) завдяки летючості сприяє охолодженню шкіри й місцевому знеболюванню тощо.

Моноциклічні ароматичні структури входять до складу багатьох біомолекул: амінокислот, вітамінів, коферментів, гормонів, нейромедіаторів і лікарських засобів. Це саме стосується й полі- циклічних конденсованих аренів. Так, 1,4-нафтохінон (похідний нафталіну) входить до складу вітаміну K, продукти гідрування фенантрену входять до складу алкалоїдів, у т. ч. й до групи морфіну, тетрацикліни (антибіотики) є похідними поліциклічного ароматичного вуглеводню тетрацену, багато аренів з конденсованими циклами є канцерогенами, які містяться в кам'яновугільній смолі, викидах двигунів внутрішнього згорання, тютюновому димі тощо.

До гідроксисполук вуглеводневої природи належать сполуки, в яких атоми водню заміщені на ОН-групу. Це спирти й феноли. Близькими за будовою і властивостями до спиртів і фенолів є тіоли, у них атоми водню заміщені SH-групами. Залежно від розміщення ОН-групи виділяють первинні (RCH2-OH), вторинні (R2CH-OH) та третинні (R3C-OH) спирти. Спирти з кількома ОН-групами називаються багатоатомними (поліолами). Для біохімії вельми цікавими мають етиленгліколь і гліцерол Перший у мікромолярних кількостях утворюється в процесах метаболізму, а у високих приводить до розвитку нефропатій. Гліцерол є основою всіх фосфогліцеридів - важливих компонентів біологічних мембран. Серед циклічних багатоатомних спиртів значна увага приділяється інозитолу (циклогексангексаол-1,2,3,4,5,6) - компоненту молекул мембранних ліпідів фосфатидилінозитол-4,5-біофосфатів.

Залежно від кількості ОН-груп розрізняють одно-, двох-, та трьохатомні феноли - власне феноли, арендіоли, арентріоли. Гідроксильна група зв'язана з атомом вуглецю бензолу, який перебуває у стані sр2-гібридизації:

image19

Хімічні властивості фенолів зумовлені взаємовпливом ОН-групи і бензольного кільця, який полягає у спряженні неподіленої пари р-електронів атома кисню ОН-групи з π-електронами ароматичного кільця (р, π-спряження). Унаслідок цього:

• зменшується електронна густина на атомі кисню, що супроводжується зростанням поляризації гідроксильної групи;

• поляризована ОН-група легко дисоціює, що зумовлює кислотні властивості фенолів;

• гідроксильна група збільшує електронну густину в бензольному кільці з максимумами в орто- та параположеннях відносно ОН-групи - полегшує реакції електрофільного заміщення.

Кислотні властивості фенолів забезпечують їхні реакції з металами й гідроксидами металів з утворенням фенолятів (феноксидів: С6H5ОNа та ін.) Прикладом реакцій електрофільного заміщення є бромування й нітрування фенолу з утворенням 2,4,6-трибром- фенолу та 2,4,6-тринітрофенолу (пікринової кислоти). Ці реакції часто застосовують у лабораторній практиці в дослідженнях з біомолекулами та БАР, молекули яких містять фенольне кільце.

Тіоли (меркаптани) - похідні вуглеводнів, у яких ОН-групи заміщені на тіо- (меркапто-) групу, прикладом яких є тіоспирти (метантіол – СН3-SH, етантіол - C2H5-SH, які також називаються метил- і етилмеркаптанами) і тіофеноли:

image20

Як видно зі структури молекул, тіоли є кислотами й утворюють з металами тіоляти (меркаптиди): розчинні - етантіолят (СНзСН2-S-Nа+), нерозчинні - етантіолят ртуті (СН3СН2-S)2Нg. Останні використовуються в медицині як антидоти при отруєнні важкими металами.