Nukleofile addisjonsreaksjoner (AdN-reaksjon)

Dobbeltbindingen i karbonylgruppen er sterkt polarisert på grunn av den store forskjellen i elektronegativitet mellom oksygen og karbon. Elektrontettheten forskyves mot oksygenatomet og karbonatomet i karbonylgruppen viser elektrofile egenskaper. Derfor er karbonylforbindelser preget av addisjonsreaksjoner av nukleofiler til det elektronmangelfulle karbonatomet.

Det begrensende trinnet i reaksjonen er angrepet av den nukleofile partikkelen på det elektrofile karbonatomet i karbonylgruppen, med dannelse av en binding på grunn av elektronene til nukleofilen. Samtidig skjer heterolytisk spaltning av C=O p-bindingen, noe som fører til dannelse av et alkoksydion. I dette tilfellet går karbonylkarbonet inn i tilstanden sp 3 hybridisering.

Alkoksidionet er en sterk base og protonerer derfor raskt for å danne et nøytralt sluttprodukt.

Hvis en nitrogenholdig nukleofil (aminer, hydroksylamin, etc.) reagerer, gjennomgår det resulterende nøytrale addisjonsproduktet dehydrering for å danne en dobbeltbinding mellom karbonylkarbonet og det nukleofile middelet.

Nukleofil addisjon til en karbonylgruppe er en reversibel prosess, med unntak av reaksjoner som involverer dannelse av alkoholer og tilsetning av organometalliske forbindelser.

Aldehyder er mer reaktive i tilleggsreaksjoner av nukleofile reagenser sammenlignet med ketoner. Dette skyldes mangelen på sterisk hindring i aldehyder for å angripe det nukleofile middelet. Og i ketoner skaper to alkylgrupper steriske hindringer for angrepet av nukleofilen og dannelsen av et tetraedrisk addisjonsprodukt. Også den lave reaktiviteten til ketoner påvirkes av deres høyere termodynamiske stabilitet sammenlignet med aldehyder (dannelsesvarmen til en keton er lavere enn dannelsesvarmen til det tilsvarende aldehydet).

Nukleofil tilsetning til alkyner initieres under påvirkning av en negativt ladet partikkel - nukleofil. Generelt er katalysatoren for slike reaksjoner baser. Generelt skjema for det første stadiet av den nukleofile addisjonsreaksjonen:

Typiske nukleofile addisjonsreaksjoner

Et typisk eksempel på en nukleofil addisjonsreaksjon er Favorsky-reaksjonen - tilsetning av alkoholer i nærvær av alkalier for å danne alkenyletere:

· Primære aminer, under påvirkning av baser, legger til alkyner for å danne iminer:

I analogi reagerer acetylen med ammoniakk for å danne etylidemimin:

Ved høye temperaturer i nærvær av en katalysator dehydrogeneres iminet og omdannes til acetonitril:

· I et miljø med veldig sterke baser (for eksempel: KOH + DMSO), reagerer acetylen med hydrogensulfid, og danner divinylsulfid:

Radikale tilleggsreaksjoner

I nærvær av peroksider eller andre forhold som fremmer dannelsen av frie radikaler, skjer tilsetning til alkyner via en radikalmekanisme - mot Markovnikovs regel (Kharasch-effekten):

Reaksjonen av alkyner med tioler kan skje via en fri radikalmekanisme*:

* - I nærvær av baser foregår reaksjonen ved en nukleofil mekanisme.

Tilsetning av karbener skjer på samme måte:

Etynyleringsreaksjoner

Etynyleringsreaksjoner er reaksjoner som øker karbonskjelettet til alkyner samtidig som trippelbindingen opprettholdes. De kan fortsette gjennom enten en elektrofil eller en nukleofil mekanisme, avhengig av reaksjonsmediet og betingelsene, substratets natur og typen katalysator som brukes.

Fremstilling av acetylenalkoholer

I nærvær av sterke baser er alkyner med en terminal trippelbinding i stand til å tilsette karbonylforbindelser for å danne alkoholer (Favorsky-reaksjon):

Den viktigste reaksjonen fra denne gruppen er tilsetning av formaldehyd til acetylen for å danne propargylalkohol og deretter butin-2-diol-1,4 *:

Fremstilling av acetylenestere og syrer

Acetylensyrer eller deres estere kan fremstilles ved Tsuzhi-reaksjonen:

Katalysatorer: PdCl2, CuCl.

Hydrogeneringsreaksjoner

Heterogen hydrogenering

Hydrogenering av alkyner med hydrogen på heterogene katalysatorer fører som regel til dannelsen cis- tiltredelser. Hydrogeneringskatalysatorer inkluderer Ni, Pd, Pt, så vel som oksider eller komplekser av Ir, Ru, Rh og noen andre metaller.



I det første trinnet dannes en alken, som nesten umiddelbart hydrogeneres til en alkan:

For å stoppe reaksjonen på stadiet med å produsere et alken, brukes Lindlar-katalysatorer (Pd/PbO/CaCO 3) eller nikkelborid.

Ved å hydrogenere acetylen over en nikkel-kobolt-katalysator, kan isobutylen oppnås:

Homogen hydrogenering

Homogen hydrogenering utføres med natriumamid i flytende ammoniakk eller litiumaluminiumhydrid i tetrahydrofuran. Under reaksjonen dannes de transe-alkener.

Hydroborering

Alkyner legger lett til diboran mot Markovnikovs styre, og danner cis-alkenylboraner:

eller oksider H 2 O 2 til et aldehyd eller keton.

protonert form

Basiciteten til aldehyder og ketoner er lav, men den spiller en betydelig rolle i nukleofile addisjonsreaksjoner, siden elektrofilisiteten til karbonatomet i den protonerte formen er mye høyere. Derfor kan AdN-reaksjoner typiske for aldehyder og ketoner katalyseres av syrer.

2.2. Nukleofile addisjonsreaksjoner

Interaksjonen mellom aldehyder og ketoner med nukleofile midler utføres i henhold til følgende generelle mekanisme:

Nukleofilen Z–H (svært ofte er det et hydrogenatom i det nukleofile senteret) fester seg til det elektrofile karbonatomet i karbonylgruppen på grunn av det ensomme elektronparet i det nukleofile senteret, og danner et produkt der det tidligere karbonyloksygenet har en negativ ladning, og det tidligere nukleofile senteret er positivt ladet. Dette bipolare ionet stabiliseres ved overføring av et proton fra et positivt ladet Z-atom (Brønstedsyre) til et negativt ladet oksygenatom (base). Det resulterende produktet gjennomgår ofte ytterligere transformasjoner, for eksempel eliminering av vann.

Ulike forbindelser kan fungere som nukleofiler, der oksygenatomer (O-nukleofiler), svovel (S-nukleofiler), nitrogen (N-nukleofiler) og karbonatomer (C-nukleofiler) fungerer som nukleofile sentre.

Reaktiviteten til aldehyder og ketoner i nukleofile addisjonsreaksjoner avhenger av elektrofilisiteten til bil-

http://mitht.ru/e-library

bonylgruppe: Jo større partiell positiv ladning på karbonatomet, desto lettere skjer tilsetningen av nukleoner.

leofila. Siden aldehydmolekyler ved karbonylkarbonatomet kun inneholder én hydrokarbonrest som viser elektrondonerende egenskaper, og ketonmolekyler har to slike rester, er det naturlig å anta at i det generelle tilfellet i nukleofile addisjonsreaksjoner er aldehyder mer reaktive enn ketoner. Elektrofile substituenter, spesielt nær karbonylgruppen, øker elektrofilisiteten til karbonylkarbonet og øker derfor reaktiviteten. Den steriske faktoren er også av en viss betydning: siden karbonatomet i karbonylgruppen ved tilsetning endrer hybridisering (sp2 → sp3), jo større substituenter på karbonylkarbonatomet, jo større er den steriske hindring som oppstår under denne overgangen. For eksempel, i serien: formaldehyd, acetaldehyd, aceton, tert-butylmetylketon, reduseres reaktiviteten.

(CH3)3C

a) Reaksjoner med O-nukleofiler

Hydrering

Når aldehyder og ketoner reagerer med vann i en reversibel prosess, dannes et hydrat - en geminal diol, som i de fleste tilfeller er en svært ustabil forbindelse, så denne likevekten forskyves kraftig til venstre.

For noen karbonylforbindelser kan imidlertid denne likevekten flyttes til høyre. Således er formaldehyd i en vandig løsning nesten fullstendig i hydratisert form (i motsetning til for eksempel aceton, i en vandig løsning hvor hydratformen er ekstremt liten), og trikloreddiksyrealdehyd (kloral) blir når det interagerer med vann til kloral hydrat, som er veldig stabilt selv i krystallinsk form.

CH2 =O H 2 O CH2 (OH) 58 2

http://mitht.ru/e-library

Cl3CCH=O + H2O Cl3CCH(OH)2

kloral kloralhydrat

Interaksjon med alkoholer (acetaliseringsreaksjon)

Produktet av tilsetningen av ett alkoholmolekyl til et aldehyd- eller ketonmolekyl - den såkalte hemiacetalen - er ustabil. Når et aldehyd eller keton interagerer med 2 ekvivalenter alkohol i et surt miljø, dannes et stabilt produkt -

acetal.

La oss presentere mekanismen for sistnevnte reaksjon ved å bruke eksempelet på interaksjonen av acetaldehyd med metylalkohol (1:2) i nærvær av en sterk Bronsted-syre.

Protonering av karbonylgruppen til acetaldehyd resulterer i dannelsen av et kation der den positive ladningen er delokalisert. Sammenlignet med acetaldehyd er dette kationen mer elektrofilt, og nukleofil tilsetning av et metanolmolekyl til det skjer mye lettere. Addisjonsproduktet (oksoniumkation) er en sterk syre, og når et proton fjernes fra den, dannes en hemiacetal (1-metoksyetanol).

CH3CH=O H

CH3CH=O

H O CH3

CH3CHOH

CH3CHOH

CH3CHOH

H O CH3

OCH3

http://mitht.ru/e-library

Deretter, gjennom den protonerte formen av denne hemiacetalen, blir vann eliminert for å danne et karbokation, som det neste metanolmolekylet tilsettes. Når tilsetningsproduktet deprotoneres, dannes det acetaldehyd-dimetylacetal(1,1-dimetoksyetan).

H O CH3

CH3CHOH

CH3 CH O H

CH3 CH

OCH3

OCH3

OCH3

CH3 CH

OCH3

CH3 CH OCH3

OCH3

OCH3

Hele den beskrevne reaksjonsprosessen, som kalles acetalisering, er reversibel, så det er mulig å effektivt reagere et aldehyd eller keton med en alkohol for å danne en acetal bare ved å forskyve likevekten til høyre, for eksempel ved å fjerne det resulterende vannet fra reaksjonssfæren. Den omvendte reaksjonen er sur hydrolyse av acetalen. Følgelig er acetaler ustabile i et surt vandig miljø fordi de gjennomgår hydrolyse.

OCH3 + H2O

CH3CH=O + 2 CH3OH

OCH3

I Acetaler er stabile i alkaliske miljøer, siden hydrolyse

V kan ikke skje under disse forholdene.

b) Reaksjoner med S-nukleofiler

Svovelatomet i alkoholanaloger - tioler (merkaptaner) - er en sterkere nukleofil, så merkaptaner tilfører lettere aldehyder og ketoner. I dette tilfellet dannes det produkter som ligner på hemiacetaler og acetaler, for eksempel når benzaldehyd reagerer med to ekvivalenter metantiol (metylmerkaptan) i et surt miljø, dannes benzaldehyddimetyltioacetal.

2CH3 SH

CH(SCH3)2

De er derivater av hydrokarboner, i hvis molekyler to hydrogenatomer plassert ved ett karbonatom er erstattet av et oksygenatom. Den resulterende >C=O-gruppen kalles en karbonylgruppe eller oksogruppe. Hvis karbonylgruppen er bundet til ett hydrogenatom og et hydrokarbonradikal (eller til to hydrogenatomer), kalles slike forbindelser aldehyder, og gruppen kalles et aldehyd hvis karbonylgruppen er bundet til to hydrokarbonradikaler kalles ketoner, og gruppen kalles en ketogruppe. Således representerer aldehyder og ketoner en klasse av organiske stoffer - oksoforbindelser.

Atomorbitalene til karbonet i karbonylgruppen er i en tilstand av sp 2 hybridisering. Tre hybridorbitaler, plassert i samme plan i en vinkel på » 120 ° i forhold til hverandre, er involvert i dannelsen av tre s- forbindelser. Ikke-hybrid p-orbital av et karbonatom, plassert vinkelrett på planet de ligger i s- binding, deltar i dannelsen av en p-binding med et oksygenatom. Karbon-oksygen-dobbeltbindingen er polar, elektrontettheten flyttes til det mer elektronegative oksygenatomet, hvor det oppstår en delvis negativ ladning, og på karbonatomet til karbonylgruppen - en delvis positiv ladning:

Det følger av dette at reaksjonen som er karakteristisk for en karbonylgruppe bør være et nukleofilt angrep på karbonatomet. I molekylene til karbonylforbindelser, i tillegg til det elektrofile senteret - karbonatomet til oksogruppen - er det andre reaksjonssentre. Oksygenatomet, på grunn av sitt ensomme elektronpar, fungerer som hovedsenteret i reaksjoner, og reagerer med syrer. Aldehyder og ketoner er svake baser; konsentrasjonen av den protonerte formen av karbonylforbindelsen når verdier på "0,1-1% bare i 60-80% svovelsyre.

Som et resultat av tilsetning av et proton på grunn av dannelsen s-O-H-binding, elektrofilisiteten til karbonatomet i oksogruppen øker og tilsetningen av en nukleofil partikkel forenkles.

Hydrering av ketoner er bare mulig i nærvær av syrer eller alkalier som katalysatorer.

Mekanisme for hydreringsreaksjon i syrekatalyse:

I det første trinnet fester et proton seg til oksygenatomet i karbonylgruppen (på grunn av det ensomme paret av oksygenelektroner) for å danne et oksoniumkation, som i neste trinn omdannes til et karbokation, som lett (pga. positiv ladning på karbonet) utsatt for nukleofilt angrep av et vannmolekyl. Det resulterende oksoniumkation stabiliseres ved fjerning av et proton (retur av katalysatoren).

Mekanisme for hydreringsreaksjon i grunnleggende katalyse:

Når hydrering utføres i et alkalisk medium, angriper hydroksidionet det elektrofile karbonatomet i karbonylgruppen for å danne et oksoniumanion, som stabiliseres ytterligere ved uttak av et proton fra vannmolekylet.

I motsetning til de fleste karbonylforbindelser, reagerer 2,2,2-trikloretanal (kloral) lett med vann, og danner et stabilt hydreringsprodukt - klorhydrat, brukt i human- og veterinærmedisin som et beroligende og hypnotisk middel. Den økte reaktiviteten til denne forbindelsen skyldes den sterke elektron-tiltrekkende effekten av triklormetylgruppen, som øker den effektive positive ladningen på karbonatomet til karbonylgruppen og stabiliserer også reaksjonsproduktet.

Alkoholtilsetningsreaksjoner

I nærvær av tørt hydrogenklorid reagerer aldehyder med alkoholer for å danne acetaler. I de fleste tilfeller er det ikke mulig å isolere de mellomformede hemiacetalene i fri form. Det skal bemerkes at omdannelsen av hemiacetaler til acetaler ikke skjer uten sure katalysatorer.

Transformasjonen av aldehyder til hemiacetaler skjer ved mekanismen for nukleofil tilsetning av A N, og den påfølgende transformasjonen av en hemiacetal til en acetal representerer nukleofil substitusjon.

Behovet for å bruke syrekatalyse i omdannelsen av hemiacetaler til acetaler skyldes det faktum at OH-gruppen er en dårlig utgående gruppe. For å omdanne den til en god utgående gruppe - H 2 O-molekylet - brukes syrer som katalysatorer.

Ved reaksjoner av ketoner med alkoholer er den positive ladningen på karbonatomet til karbonylgruppen utilstrekkelig for direkte angrep fra alkoholmolekylet, og ketaler av enverdige alkoholer kan ikke oppnås på denne måten. De oppnås ved bruk av maursyreortoestere.

Dannelsesreaksjonene til hemiacetaler og acetaler er karakteristiske for naturlige heteropolyfunksjonelle forbindelser - karbohydrater. Monosakkarider er som regel polyhydroksyaldehyder eller polyhydroksyketoner, inne i molekylene der det oppstår en interaksjon mellom hydroksyl- og karbonylgruppene, noe som fører til dannelsen av en heterosykkel:

De sykliske formene av monosakkarider er sykliske hemiacetaler eller sykliske hemiketaler. Dannelsen av oligosakkarider og polysakkarider er en acetaldannelsesreaksjon som gjentas mange ganger:

Polysakkarider, som acetaler, gjennomgår hydrolyse bare i et surt miljø.

Tilsetning av RSH-merkaptaner til aldehyder og ketoner fører til dannelse av henholdsvis tioacetaler. Evnen til merkaptanmolekyler til effektivt å angripe karbonatomet til karbonylgruppen av ketoner reflekterer den større tilbøyeligheten til RSH (sammenlignet med ROH) til å danne effektive nukleofiler RS-, dvs. den større surheten til tioler sammenlignet med alkoholer.

1. Nukleofile addisjonsreaksjoner. Heterolytiske reaksjoner som involverer karbon-oksygen π-bindingen (aldehyder, ketoner). Reaksjoner av karbonylforbindelser med vann, alkoholer, tioler, primære aminer. Rollen til syrekatalyse. Hydrolyse av acetaler og iminer. Aldoltilsetning og spaltningsreaksjoner. Biologisk betydning av disse prosessene.

For aldehyder og ketoner er de mest typiske reaksjonene nukleofil tilsetning av AN.

Generell beskrivelse av mekanismen for nukleofil addisjon A N

Enkelheten av nukleofilt angrep på karbonatomet til karbonylgruppen til et aldehyd eller keton avhenger av størrelsen på den partielle

positiv ladning på karbonatomet, dets romlige tilgjengelighet og syre-base egenskaper i miljøet.

Med tanke på de elektroniske effektene av grupper assosiert med karbonylkarbonatomet, reduseres verdien av den partielle positive ladningen δ+ på den i aldehyder og ketoner i følgende rekkefølge:

Den romlige tilgjengeligheten til karbonylkarbonatomet avtar når hydrogen erstattes av tykkere organiske radikaler, så aldehyder er mer reaktive enn ketoner.

Det generelle reaksjonsskjemaet for nukleofil addisjon av A N til en karbonylgruppe involverer et nukleofilt angrep på karbonylkarbonatomet, etterfulgt av tilsetning av en elektrofil til oksygenatomet.

I et surt miljø øker aktiviteten til karbonylgruppen generelt fordi protonering av oksygenatomet skaper en positiv ladning på karbonatomet. Syrekatalyse brukes vanligvis når den angripende nukleofilen har lav aktivitet.

I henhold til mekanismen ovenfor utføres en rekke viktige reaksjoner av aldehyder og ketoner.

Mange reaksjoner som er karakteristiske for aldehyder og ketoner oppstår under kroppsforhold. Dette kapittelet vil ta for seg de viktigste reaksjonene til aldehyder og ketoner, som er oppsummert i diagrammet.

Tilsetning av alkoholer. Alkoholer, når de reagerer med aldehyder, danner lett hemiacetaler. Hemiacetaler isoleres vanligvis ikke på grunn av deres ustabilitet. Når det er et overskudd av alkohol i et surt miljø, forvandles hemiacetaler til acetaler.

Bruken av en syrekatalysator ved omdannelsen av hemiacetal til acetal er tydelig fra reaksjonsmekanismen gitt nedenfor. Den sentrale plassen i den er okkupert av dannelsen av et karbokation (I), stabilisert på grunn av deltakelsen av et ensomt elektronpar av et nærliggende oksygenatom (+M-effekt av C 2 H 5 O-gruppen).



Formasjonsreaksjonene til hemiacetaler og acetaler er reversible, slik at acetaler og hemiacetaler lett hydrolyseres av overflødig vann i et surt miljø. Hemiacetaler er stabile i et alkalisk miljø, siden alkoksydion er en vanskeligere utgående gruppe enn hydroksidionet.

Dannelsen av acetaler brukes ofte som en midlertidig beskyttelse for aldehydgruppen.

Koble til vann. Tilsetning av vann til en karbonylgruppe - hydratisering - er en reversibel reaksjon. Graden av hydratisering av et aldehyd eller keton i en vandig løsning avhenger av strukturen til substratet.

Hydratiseringsproduktet kan som regel ikke isoleres i fri form ved destillasjon, siden det spaltes til sine opprinnelige komponenter. Formaldehyd i en vandig løsning er mer enn 99,9% hydratisert, acetaldehyd er omtrent halvparten, aceton er praktisk talt ikke hydrert.

Formaldehyd (formaldehyd) har evnen til å koagulere proteiner. Dens 40 % vandige løsning, kalt formalin, brukes i medisin som et desinfeksjonsmiddel og konserveringsmiddel for anatomiske preparater.



Trikloreddiksyrealdehyd (kloral) er fullstendig hydrert. Den elektrontiltrekkende triklormetylgruppen stabiliserer klorhydrat så mye at dette krystallinske stoffet spalter vann kun under destillasjon i nærvær av dehydrerende stoffer - svovelsyre, etc.

Den farmakologiske effekten av klorhydrat CC1 3 CH(OH) 2 er basert på den spesifikke effekten av aldehydgruppen på kroppen, som bestemmer dens desinfiserende egenskaper. Halogenatomer forsterker effekten, og hydrering av karbonylgruppen reduserer toksisiteten til stoffet som helhet.

Tilsetning av aminer og deres derivater. Aminer og andre nitrogenholdige forbindelser med den generelle formelen NH2X (X = R, NHR) reagerer med aldehyder og ketoner i to trinn. Først dannes nukleofile tilleggsprodukter, som deretter, på grunn av ustabilitet, eliminerer vann. I denne forbindelse er denne prosessen generelt klassifisert som en addisjonselimineringsreaksjon.

Når det gjelder primære aminer, oppnås substituerte iminer (de kalles også Schiff-baser).

Iminer er mellomprodukter av mange enzymatiske prosesser. Produksjonen av iminer går gjennom stadiet med dannelse av aminoalkoholer, som er relativt stabile, for eksempel når formaldehyd reagerer med α-aminosyrer.

Iminer er mellomprodukter for produksjon av aminer fra aldehyder og ketoner ved reduktiv aminering. Denne generelle metoden innebærer å redusere en blanding av en karbonylforbindelse med ammoniakk (eller et amin). Prosessen fortsetter i henhold til addisjonselimineringsskjemaet med dannelse av et imin, som deretter reduseres til et amin.

Når aldehyder og ketoner reagerer med hydrazinderivater, oppnås hydrazoner. Denne reaksjonen kan brukes til å isolere aldehyder og ketoner fra blandinger og identifisere dem kromatografisk.

Schiff-baser og andre lignende forbindelser hydrolyseres lett av vandige løsninger av mineralsyrer for å danne utgangsproduktene.

I de fleste tilfeller krever reaksjoner av aldehyder og ketoner med nitrogenholdige baser syrekatalyse, noe som akselererer dehydreringen av tilsetningsproduktet. Men hvis surheten i mediet økes for mye, vil reaksjonen avta som følge av omdannelsen av nitrogenbasen til den ikke-reaktive konjugatsyren XNH3+.

Tilstedeværelsen av et CH-syresenter i et aldehyd- eller ketonmolekyl resulterer i at a-hydrogenatomene til disse karbonylforbindelsene har en viss protonmobilitet. Under påvirkning av baser kan slike protoner elimineres for å danne de tilsvarende karbanionene. Karbanioner spiller rollen som nukleofiler mot karbonylsubstratet. Dette gjør det mulig å utføre reaksjoner der ett molekyl, som en nukleofil, fester seg til karbonylgruppen til et annet molekyl av en nøytral karbonylforbindelse. Slike prosesser tilhører kondensasjonsreaksjoner.

Kondensasjon er en reaksjon som fører til dannelsen av en ny karbon-karbonbinding, og et nytt, mer komplekst molekyl dannes fra to eller flere relativt enkle molekyler.

Således, i et alkalisk miljø, danner to molekyler av acetaldehyd hydroksyaldehyd med dobbelt så mange karbonatomer.

Reaksjonsproduktet som inneholder hydroksyl- og aldehydgrupper kalles aldol (fra ordene aldehyd og alkohol), og selve reaksjonen kalles aldolkondensasjon, eller aldoladdisjon.

Når en base virker i en karbonylforbindelse, fjernes et proton fra α-posisjonen og det dannes en karbonylgruppe (I), hvor den negative ladningen delokaliseres med deltakelse av karbonylgruppen.

Anionet (I) er en sterk nukleofil (vist i farge i neste trinn av mekanismen) som legger til det andre (ikke-ioniserte) molekylet i karbonylforbindelsen. Som et resultat av denne interaksjonen oppstår en ny C-C-binding og et mellomliggende alkoksidion (II) dannes. I et vannholdig miljø stabiliseres dette anionet ved å fjerne et proton fra et vannmolekyl og blir til sluttproduktet - en aldol.

Aldoladdisjonsreaksjonen er vist ved å bruke eksemplet med propanal (molekylet som fester seg til C=O-gruppen til et annet molekyl er uthevet i farger); En lignende reaksjon er vist med aceton som eksempel.

Kondensasjonsproduktet, aldolen, er i stand til å eliminere vann for å danne en α,β-umettet karbonylforbindelse. Dette skjer vanligvis ved høye temperaturer. I dette tilfellet kalles den totale reaksjonen Croton-kondensasjon.

Kondensasjonsreaksjoner kan også forekomme i en blandet versjon, ved bruk av forskjellige karbonylforbindelser, og en av dem kan ikke inneholde et CH-syresenter, som formaldehyd og benzaldehyd i følgende reaksjoner:

Aldolkondensasjon er en reversibel reaksjon; den omvendte prosessen kalles aldol-spaltning (eller retroaldol-reaksjon). Begge reaksjonene forekommer i mange biokjemiske prosesser.

2. Nukleosider. Hydrolyse av nukleosider. Nukleotider. Strukturen til mononukleotider som danner nukleinsyrer. Hydrolyse av nukleotider. Ribonuklein- og deoksyribonukleinsyrer (RNA, DNA). Rollen til hydrogenbindinger i dannelsen av den sekundære strukturen til DNA.

I kjemien til nukleinsyrer kalles de heterosykliske forbindelsene av pyrimidin- og purinseriene inkludert i sammensetningen vanligvis nukleinbaser. Nukleinbaser som substituenter i en heterosykkel kan inneholde: enten en oksogruppe, som i uracil og tymin; eller en aminogruppe, som i adenin; eller begge disse gruppene samtidig, som i cytosin og guanin.

Nukleinsyrer er forskjellige i de heterosykliske baser de inneholder: uracil finnes bare i RNA, og tymin finnes i DNA:

Nukleinbaser danner en binding gjennom et av nitrogenatomene med det anomere sentrum av pentose (D-ribose eller 2-deoksy-D-ribose). Denne typen binding ligner en vanlig glykosidbinding og er kjent som en N-glykosidbinding, og selve glykosidene er kjent som N-glykosider. I nukleinsyrekjemi kalles de nukleosider. Naturlige nukleosider inneholder pentoser i furanoseform (karbonatomene i dem er nummerert med et tall med et primtall). Glykosidbindingen utføres med nitrogenatomet N-1 i pyrimidinet og N-9 i purinbasene.

Naturlige nukleosider er alltid β-anomerer. Avhengig av arten av karbohydratresten, skilles ribonukleosider og deoksyribonukleosider. For nukleosider brukes navn som er avledet fra trivialnavnet til den tilsvarende nukleinbasen med suffiksene -idin for pyrimidinnukleosider og -osin for purinnukleosider.

Et unntak er navnet "tymidin" (ikke deoksytymidin), brukt for deoksyribosid tymin, som er en del av DNA. I de sjeldne tilfellene hvor tymin forekommer i RNA, kalles det tilsvarende nukleosid ribothymidin. Trebokstavssymbolene for nukleosider skiller seg fra symbolene for baser med den siste bokstaven. Enkeltbokstavssymboler brukes bare for nukleosidrester (radikaler) i mer komplekse strukturer. Nukleosider er motstandsdyktige mot hydrolyse i et lett alkalisk miljø, men hydrolyseres i et surt miljø. Purin-nukleosider hydrolyseres lett, mens pyrimidin-nukleosider er vanskeligere å hydrolysere.

Nukleotider kalles fosfater av nukleosider. Fosforsyre forestrer vanligvis alkoholhydroksyl ved C-5" eller C-3" i ribose (ribonukleotider) eller deoksyribose (deoksyribonukleotider) resten. Det generelle prinsippet for strukturen til nukleotider er illustrert ved eksemplet med adenosinfosfater. For å koble sammen de tre komponentene i et nukleotidmolekyl, brukes ester- og N-glykosidbindinger. Nukleotider kan på den ene siden betraktes som estere av nukleosider (fosfater), og på den andre siden som syrer (på grunn av tilstedeværelsen av en fosforsyrerest).

På grunn av fosfatresten, viser nukleotider egenskapene til en dibasisk syre og er, under fysiologiske forhold ved pH ~7, i en fullstendig ionisert tilstand.

To typer navn brukes på nukleotider (tabell 14.1). En inkluderer navnet på nukleosidet som indikerer posisjonen til fosfatresten i det, for eksempel adenosin-3"-fosfat, uridin-5"-fosfat; en annen er konstruert ved å legge kombinasjonen -ylsyre til navnet på resten av en pyrimidinbase, for eksempel 5"-uridylsyre, eller en purinbase, for eksempel 3"-adenylsyre. Ved å bruke en-bokstavskoden for nukleosider, skrives 5"-fosfater med tillegg av den latinske bokstaven "p" før nukleosidsymbolet, 3"-fosfater - etter nukleosidsymbolet. Adenosin-5"-fosfat er betegnet pA, adenosin-3"-fosfat - Ap, etc. Disse forkortelsene brukes til å skrive sekvensen av nukleotidrester i nukleinsyrer. I forhold til frie nukleotider i den biokjemiske litteraturen er navnene deres mye brukt som monofosfater med denne egenskapen reflektert i en forkortet kode, for eksempel AMP (eller AMP) for adenosin-5"-fosfat, etc. (se tabell 14.1).

Syklofosfater inkluderer nukleotider der ett molekyl av fosforsyre samtidig forestrer to hydroksylgrupper i en karbohydratrest. Nesten alle celler inneholder to nukleosidcyklofosfater - adenosin-3",5"-cyklofosfat (cAMP) og guanosin-3",5"-cyklofosfat (cGMP). I polynukleotidkjeder er nukleotidenhetene koblet gjennom en fosfatgruppe. Fosfatgruppen danner to esterbindinger: med C-3" av den forrige og med C-5" av de påfølgende nukleotidenhetene. Ryggraden i kjeden består av alternerende pentose- og fosfatrester, og de heterosykliske basene er "side"-gruppene festet til pentoserestene. Et nukleotid med en fri 5"-OH-gruppe kalles 5"-terminal, og et nukleotid med en fri 3"-OH-gruppe kalles 3"-terminal. Prinsippet for å konstruere RNA-kjeden er det samme som DNA, med to unntak: pentoseresten i RNA er D-ribose, og settet med heterosykliske baser bruker uracil i stedet for tymin. Den primære strukturen til nukleinsyrer bestemmes av sekvensen av nukleotidenheter koblet med kovalente bindinger til en kontinuerlig polynukleotidkjede.

En viktig egenskap ved nukleinsyrer er nukleotidsammensetningen, dvs. sett og kvantitativt forhold mellom nukleotidkomponenter. Nukleotidsammensetningen bestemmes som regel ved å studere produktene av hydrolytisk spaltning av nukleinsyrer. Hydrogenbindinger er involvert i dannelsen av den sekundære og tertiære strukturen til proteinet, og kobler også to DNA-helikser til hverandre.

Nukleosider er mye mer løselige i vann enn de opprinnelige nitrogenbasene. Som alle glykosider er nukleosider motstandsdyktige mot alkalier, men når de varmes opp, gjennomgår de lett syrehydrolyse med spaltning av glykosidbindingen og dannelse av en base og pentose:

HO – N = O → CH 2 –CH – COOH

5. Forbered β-hydroksysmørsyre fra etanal. Spesifiser reaksjonsbetingelser. Hvilke biologisk viktige reaksjoner kjenner du som fortsetter som aldolkondensering?

CH 3 – COH + OH - → CH 2 - – COH + H 2 O

CH 3 – COH + CH 2 - – COH → CH 3 – CH – CH 2 – COH → (+H 2 O, -OH -)

(+H 2 O, -OH -) → CH 3 – CH – CH 2 – COH

CH 3 – CH – CH 2 – COH + 2OH → CH 3 – CH – CH 2 – COOH +

2Ag + 4NH3 + H2O

Interessant nok brukes aldolreaksjonen også ganske ofte i levende organismer. For eksempel er det inkludert i sekvensen av stadier av glukosebiosyntese - glukoneogenese, så vel som i den omvendte prosessen med glykolyse, noe som fører til nedbrytning av glukose. Slike prosesser i organismer katalyseres av spesielle enzymer - aldolaser.