Борисова Т.Н., Варламов А.В., и др. Основы органической химии
Подождите немного. Документ загружается.
Конденсированные гетероциклы с четырьмя атомами азота – пурины
Пурин является ароматическим соединением (10р-ē, три атома азота –
пиридиновые, один атом азота - пиррольный), очень слабое основание, NH-
кислота. Для пурина характерны две таутомерные формы – 9Н- и 7Н-пурины.
Методы получения и реакционная способность пурина не рассматриваются.
Описывается строение пуриновых оснований (РНК, ДНК), пуриновых
алкалоидов и мочевой кислоты, а также их качественные реакции.
N
N
N
H
N
N
N
N
H
N
9Н-пурин
(преобладающий изомер)
7Н-пурин
1
2
3
4
5
6
7
8
9
таутомерия
Пуриновые основания
N
N
N
H
N
NH
2
NH
N
N
H
N
O
NH
2
N
N
N
H
N
OH
NH
2
6-аминопурин,
аденин
2-амино-6-гидроксипурин,
гуанин
Аденин и гуанин входят в состав ДНК и РНК.
Метаболиты РНК
NH
N
H
N
H
N
O
O
NH
N
N
H
N
O
ксантин
гипоксантин
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Пуриновые алкалоиды
Относятся к производным 7Н-ксантина. Качественной реакцией на
производные 7Н-ксантина является образование окрашенных солей Со
+2
(серо-
голубого, розового цвета).
335
Теофиллин (теоцин)
1,3-диметилксантин, алкалоид листьев чая
N
N
N
N
O
O
H
CH
3
CH
3
1) NaOH
2) CoCl
2
N
N
N
N
O
O
CH
3
CH
3
2
Co
+2
Теобромин
3,7-диметилксантин, алкалоид бобов какао
N
N
N
N
O
O
CH
3
CH
3
H
1) NaOH
2) CoCl
2
N
N
N
N
O
O
CH
3
2
Co
+2
CH
3
Кофеин
1,3,7-триметилксантин (солей Со
+2
не образует, так как отсутствуют
подвижные атомы водорода), алкалоид листьев чая и зерен кофе
N
N
N
N
O
O
CH
3
CH
3
CH
3
Все приведенные выше алкалоиды являются стимуляторами центральной
нервной системы, как и мочевая кислота – конечный продукт расщепления
нуклеиновых кислот и первое гетероциклическое соединение, полученное в
индивидуальном виде Шееле в 1776 г. Соли мочевой кислоты – ураты входят в
состав мочевых камней человека.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
N
N
N
N
O
O
мочевая кислота
рКа ∼ 5,75
H
H
H
NaOH
H
O
N
N
N
N
O
O
H
H
H
Na O
урат натрия
336
Мурексидная проба – качественная реакция для ксантинов и мочевой кислоты.
N
N
O
O
H
H
N
ксантины,
мочевая кислота
k. HNO
3
N
N
O
O
H
H
O
NH
4
O
аммонийная соль пурпурной кислоты,
мурексид (пурпурно-красный цвет)
Нуклеиновые кислоты (НК)
НК – макромолекулы кислотного характера, содержащиеся в ядрах
клетки. Отвечают за наследственные признаки, осуществляют контроль за
синтезом белка. Представляют собой белые волокнистые осадки, гидролиз
которых дает пуриновые (пиримидиновые) основания, рибозу (дезоксирибозу)
и фосфорную кислоту.
Условия гидролиза:
- кислотный, мягкий – 1н HCl, 100
0
С, 1 час;
- кислотный, жесткий – 70% HClO
4
, 100
0
С, 1 час;
- щелочной – 0,3н, КОН, 37
0
С, 20 ч.
Общая схема гидролитического расщепления НК:
НК → нуклеотиды → нуклеозиды + H
3
PO
4
→ В + пентоза
В – пуриновые и пиримидиновые основания
:
РНК
пиримидиновые В
пуриновые В
цитозин, урацил
аденозин, гуанин
ДНК
пиримидиновые В
пуриновые В
цитозин, тимин
аденозин, гуанин
Пентозы:
O
CH
2
OH
H
H
OH
H
OH
OH
H
O
CH
2
OH
H
H
OH
H
H
OH
H
β-D-рибофураноза
РНК
β-D-2-дезоксирибофураноза
ДНК
337
H
3
PO
4
– фосфорная кислота
O
P
OH
OH
OH
Нуклеозиды
– фрагмент РНК, ДНК, состоящий из пуринового
(пиримидинового) основания и соответствующей пентозы, относятся к N-
гликозидам.
Рибонуклеозиды: уридин (U)
цитидин (C)
аденозин (A)
гуанозин (G)
Общая формула
: Пример: уридин (U)
1
/
2
/
3
/
4
/
5
/
NH
O
O
N
O
OH
OH
H
H
H
CH
2
H
HO
O
CH
2
OH
H
H
OH
H
OH
B
H
2
/
- Дезоксирибонуклеозиды: 2
/
- дезокситимидин (dT)
2
/
- дезоксицитидин (dC)
2
/
- дезоксиаденозин (dA)
2
/
- дезоксигуанозин (dG)
Общая формула
: Пример: 2
/
- дезоксиаденозин (dA)
N
N
N
N
NH
2
O
H
OH
H
H
H
CH
2
H
HO
1
/
2
/
3
/
4
/
5
/
O
CH
2
OH
H
H
OH
H
OH
B
H
Нуклеотиды
– это фосфаты нуклеозидов. В состав НК входят 3
/
и 5
/
-
монофосфаты.
338
Для обозначения фосфатов вводится малая латинская буква – р. Для 3
/
-
фосфатов “р” ставится после буквы, обозначающей нуклеозид. Для 5
/
-
фосфатов “р” ставится до буквы, обозначающей нуклеозид.
Рибонуклеотиды
1. Рибонуклеозид-5
/
-монофосфат
Общая формула:
Пример: цитозин-5
′
-монофосфат (рС)
N
NH
2
ON
O
OHOH
HH
H
CH
2
H
OPHO
OH
O
1
/
2
/
3
/
4
/
5
/
B
O
OHOH
HH
H
CH
2
H
OPHO
OH
O
По аналогии: уридин-5
/
-монофосфат (pU)
аденозин-5
/
-монофосфат (pA)
гуанозин-5
/
-монофосфат (pG)
2. Рибонуклеозид-3
/
-монофосфат
Общая формула:
B
O
OHO
HH
H
CH
2
H
PO
OH
HO
1
/
2
/
3
/
4
/
5
/
OH
По аналогии с описанным выше: цитидин-3
/
-монофосфат (Cp)
уридин-3
/
-монофосфат (Up)
аденозин-3
/
-монофосфат (Ap)
гуанозин-3
/
-монофосфат (Gp)
339
2 ́-Дезоксирибонуклеотиды
Общие формулы
2
/
-дезокситимидин-5
/
-монофосфат (pdT)
2
/
-дезоксицитидин-5
/
-монофосфат (pdC)
1
/
2
/
3
/
4
/
5
/
B
O
HOH
HH
H
CH
2
H
OPHO
OH
O
2
/
-дезоксиаденозин-5
/
-монофосфат (pdA)
2
/
-дезоксигуанозин-5
/
-монофосфат (pdG)
B
O
HO
HH
H
CH
2
H
PO
OH
HO
OH
1
/
2
/
3
/
4
/
5
/
2
/
-дезокситимидин-3
/
-монофосфат (dTp)
2
/
-дезоксицитидин-3
/
-монофосфат (dCp)
2
/
-дезоксиаденозин-3
/
-монофосфат (dAp)
2
/
-дезоксигуанозин-3
/
-монофосфат (dGp)
Нуклеозидциклофосфаты – один из продуктов гидролиза РНК.
B
O
OO
HH
H
CH
2
H
P
O
OH
HO
H
2
O
H или ОН
нуклеозид-3
/
- или 2
/
-монофосфаты
Нуклеозидполифосфаты
НАД (NAD) – никотинамидаденозиндифосфат
(кофермент, участвующий
в окислительно-восстановительных реакциях при метаболизме).
340
N
N
N
N
NH
2
O
OHOH
HH
H
CH
2
H
O
P
O
O O
N
O
OHOH
HH
H
CH
2
H
OPHO
O
CONH
2
H
N
N
N
N
NH
2
O
OHOH
HH
H
CH
2
H
O
P
O
O O
N
O
OHOH
HH
H
CH
2
H
OPHO
O
CONH
2
H
H
НАД (NAD)
АТФ (ATP) –аденозинтрифосфат (фосфолирирующий агент).
НАД (NAD)
N
N
N
N
NH
2
O
OHOH
H
H
HH
OP
OH
O
OP
OH
O
OPHO
OH
O
α
β
γ
H
3
PO
4
N
N
N
N
NH
2
O
OH
HH
H
CH
2
H
O
P
O
O O
N
O
OHOH
HH
H
CH
2
H
OPHO
O
CONH
2
O
P
O
OH
OH
НАДФ (NADP )
341
Первичная структура нуклеиновых кислот
Фрагмент молекулы РНК: Фрагмент молекулы ДНК:
3
/
5
/
NH
N
N
O
NH
2
N
O
OH
HH
H
CH
2
H
O
P
O
O
NH
O
ON
O
OHO
HH
H
CH
2
H
O
5
/
3
/
N
O
H
HH
H
CH
2
H
O
P
O
O
N
O
HO
HH
H
CH
2
H
O
N
N
N
NH
2
NH
O
O
CH
3
3
/
5
/
5
/
3
/
Цепи НК образуют спирали (виток ∼ 10 нуклеотидов). Спирали ДНК –
двойные, в которых всегда соблюдается комплементарность (соответствие)
нуклеотидных оснований – А-Т; Г-Ц. Основания направлены внутрь спиралей и
сшивают двойную спираль с помощью водородных связей.
Некоторые лекарственные средства на основе пуриновых и
пиримидиновых оснований
Азидотимидин
, 3
/
-азидо-2
/
,3
/
-дидезокситимидин
1
/
2
/
3
/
4
/
5
/
NH
O
O
N
O
H
N=N=N
HH
H
CH
2
H
HO
CH
3
Ингибитор обратной транскриптазы: нарушает синтез ДНК на основе
РНК в ретровирусах, аналогичных вирусу СПИДа. Азидотимидин - один из
первых препаратов, использованных для лечения этого заболевания).
342
Фторурацил, 5-фторурацил
N
O
ON
H
F
H
Нарушает синтез НК (лечение СПИДа), проявляет противораковую активность.
Понятие об алкалоидах
Алкалоиды – азотсодержащие органические основания (вторичные и
третичные амины) природного происхождения, содержащиеся
преимущественно в растениях в виде солей органических кислот.
Номенклатура
По типу углеродного скелета, включающего атом азота, различают
алкалоиды пиридинового, хинолинового, изохинолинового,
изохинолинфенантренового, тропанового и других рядов.
Далее приводятся структурные формулы некоторых алкалоидов,
преимущественно использующихся в медицине (хинин, морфин, папаверин).
Алкалоиды группы хинолина, изохинолина, изохинолинфенантрена
Хинин
(6-метокси-4-хинолинил)(5-винил-1-азабицикло[2.2.2]окт-2-ил)метанол
N
CH
HO
N
CH=CH
2
CH
3
O
Содержится в коре хинного дерева. В чистом виде белое кристаллическое
вещество, избирательно действующее на малярийных плазмодий, используется
при лечении малярии.
Папаверин
6,7-диметокси-1-(3′,4′-диметоксибензил)изохинолин
343
N
CH
2
CH
3
O
CH
3
O
OCH
3
CH
3
O
1
2
3
4
5
6
7
8
1
/
2
/
3
/
4
/
5
/
6
/
Папаверин содержится в снотворном маке, выделяют из опия (высохшего
на воздухе млечного сока несозревших плодов снотворного мака, содержание
0,5-1%).
Папаверин понижает тонус и расслабляет гладкую мускулатуру.
Применяют в медицине в качестве спазмолитика и регулятора артериального
давления. Папаверин входит в состав препарата папазол (совместно с
дибазолом), снижающего артериальное давление.
Морфин
7,8-дегидро-4,5-эпокси-17-метилморфинан-3,6-диол
O
N
H
HO
CH
3
HO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Выделен из опия, где его содержание колеблется от 10-20%. Морфин
встречается в небольших количествах примерно в 50 видах растений.
Морфин относится к наркотическим анальгетикам, обладает
противишоковым и снотворным действием. К морфину развивается
привыкание, при передозировке происходит угнетение дыхательного центра
вплоть до летального исхода.
При обработке морфина уксусным ангидридом происходит
ацетилирование обеих гидроксильных групп, полученное соединение
называется героином (полусинтетический наркотик).
Кодеин
7,8-дегидро-4,5-эпокси-3-метокси-17-метилморфинан-6-ол
344