Билет №4

1. Важнейшие понятия стереохимии – конформация и конфигурация. Конформации открытых цепей. Проекционные формулы Ньюмена. Конформации циклических соединений (циклогексан, тетрагидропиран).

Конформация молекулы — пространственное расположение атомов в молекуле определенной конфигурации, обусловленное поворотом вокруг одной или нескольких одинарных сигма-связей.

Конфигурация молекул в стереохимии характеризует пространственное расположение атомов или групп атомов у асимметрического атома, у несимметрично замещенной двойной связи, у малого (жёсткого) цикла, у центрального атома в комплексах. Различия между конфигурациями молекул обусловливают существование двух видов устойчивых стереоизомеров — геометрических и оптических. Конфигурация молекулы не меняется при изменении её конформации, т.е. при повороте вокруг простых связей отдельных частей молекулы относительно друг друга.

Открытые цепи могут существовать в различных конформациях. Рассмотрим на примере пентана (слева направо и сверху вниз): зигзагообразная, клешневидная и нерегулярная.

Эти конформации можно рассматривать как комбинации отдельных конформаций, возникающих при вращении вокруг С-С связей.

Проекционные формулы Ньюмена получаются при перенесении проекции молекулы вдоль С-С связи. Перспективные формулы и проекционные формулы Ньюмена удобны для изображения меняющегося пространственного расположения заместителей вследствие вращения вокруг С-С связи. Наиболее устойчивы конформации, возникающие при торсионном углу (угол, на который происходит вращение по С-С связи), кратном 60º. К таким конформациям относятся (в порядке увеличения торсионного угла начиная с 0º и заканчивая 360º): заслонённая – скошенная (гош-конформация) – частично заслонённая – заторможенная (анти-конформация) – частично заслонённая – скошенная – заслонённая.

Заслонённая конформация

Для изучения конформаций шестичленных циклов удобной моделью служит циклогексан. Среди нескольких возможных конформаций циклогесана наименьшей энергией будет обладать конформация «кресло». Возможна также конформация «ванна».

Широкое распространение имеет насыщенный шестичленный гетероцикл с атомом кислорода – тетрагидропиран ( входит в состав углеводов). Этот цикл называют пиранозным. Он существует в наименее напряженной конформации кресло. Для пиранозного цикла возможны две конформации кресла, которые энергетически неравноценны (не вырождены) по сравнению с циклогексаном, и одна конформация ванна. При взаимопревращении конформаций «кресло» экваториальные связи становятся аксиальными и наоборот.

Тетрагидропиран

2. Биосинтетические пути образования α-аминокислот из кетонокислот: реакции восстановительного аминирования и реакции транс-аминирования. Пиридоксалевый катализ.

Восстановительное аминирование заключается в восстановлении смеси карбонильного соединения с аммиаком (или амином). Процесс протекает по схеме присоединения-отщепления с образованием имина, который затем восстанавливается в амин. Восстановительное аминирование осуществляется в организме в ходе синтеза α-аминокислот.

В организме осуществляется такой же процесс, только в качестве оксосоединений используются кетонокислоты, а восстанавливающим агентом является кофермент НАД*Н. В результате этой реакции образуется только один стереоизомер L-ряда, что обусловлено стереоспецифическим строением фермента, катализирующим эту реакцию. Например: α-кетоглутаровая кислота превращается в глутаминовую.

Трансаминирование – это основной путь биосинтеза α-аминокислот из α-оксокислот. Трансаминирование представляет собой обратимый процесс взаимообмена амино- и оксогрупп. Пример такой реакции – получение L- глутаминовой кислоты из α-оксоглутаровой кислоты. Донорной α-аминокислотой может служить, например, L-аспарагиновая кислота.

Ряд важных химических превращений, в том числе и рассмотренные выше, имеют общий механизм, обусловленный участием одного и того же кофермента – пиридоксальфосфата, прочно связанного с ферментом ковалентной связью. Пиридоксальфосфат и α-аминокислота образуют альдимин I путём взаимодействия альдегидной группы кофермента и аминогруппы α-аминокислоты. В альдимине I электронная плотность сопряжённой системы смещена к пиридиновому атому азота, за счёт чего возникает сильная поляризация связей α-углеродного атома аминокислоты. В зависимости от того, какая из этих трёх связей будет принимать участие в дальнейшей реакции (что определяется природой фермента), в конечном счёте могут осуществляться процессы трансаминирования, декарбоксилирования, элиминирования, рацемизации, альдольного расщепления и др.

3. Напишите проекционную формулу L-2-хлорпропионата.

COOR

Cl H

CH₃

4. Напишите уравнение реакции гидрохлорирования бутена-1. Обоснуйте правило Марковникова с учётом статического и динамического факторов.

Такое направление реакции объясняется совокупностью двух факторов. В статическом, т.е. нереагирующем, состоянии в несимметричных алкенах под действием заместителей происходит смещение электронной плотности p-связи с возникновением частичных зарядов, определяющих место будущей атаки со стороны протона. В пропене местом атаки будет атом С-1 с частичным отрицательным зарядом, возникшим под действием +I-эффект метильной группы.

В динамическом состоянии, т.е. в процессе реакции, из двух возможных карбокатионов будет получаться более устойчивый вторичный карбокатион. Он образуется за счет присоединения протона к более гидрогенизированному атому углерода. Во вторичном карбокатионе атом углерода, несущий положительный заряд, связан с двумя алкильными группами, в первичном – с одной. Поэтому во вторичном карбокатионе за счет +I-эффскта двух алкильных групп происходит более эффективное понижение положительного заряда.

5. Объясните действие и биологическую роль окислительно-восстановительной системы хинон-гидрохинон.

Окислительно-восстановительные свойства системы хинон-гидрохинон играют важную роль в организме. По отношению к большинству органических субстратов выполняет роль окислителя. Принимая электроны от субстрата, замещённый хинон in vivo превращается в соответствующий гидрохинон, который, в свою очередь передавая электроны (через цитохромную систему) кислороду, обратно восстанавливается в хинон. Таким образом, система хинон-гидрохинон участвует в процессе переноса электронов от субстрата к кислороду. В частности, этот процесс происходит во время дыхания.