Основи біоорганічної хімії (навчальний посібник) - Г. О. Сирова - 2018

Тема

Біологічно важливі гетерофункцюнальні сполуки

Актуальність теми. Гетерофункціональні сполуки є родоначальниками найважливіших груп лікарських і фізіологічно активних речовин: ненаркотичні анальгетики, місцевоанестезуючі речовини, протимікробні та протипаразитарні засоби, препарати для лікування туберкульозу.

Загальна мета: закріпити знання про будову і хімічні властивості найважливіших гетерофункціональних сполук, що мають лікарське значення.

Конкретні цілі: аналізувати зв'язок біологічної та фармакологічної активності з електронною структурою і функціональним складом.

Теоретичні питання

Аміноспирти та їх похідні як лікарські препарати.

Похідні п-амінобензойної і сульфанілової кислот.

Природні і штучні аромати.

Гетерофункціональні сполуки - це похідні вуглеводнів, які містять у своєму складі дві і більше різні функціональні групи:

A - R - B

A і В - різні функціональні групи.

До найбільш важливих класів гетерофункціональних сполук належать аміноспирти, амінофеноли, аміносульфокислоти, гідроксикислоти, оксокислоти, амінокислоти.

Аміноспирти одночасно мають у складі своїх молекул спиртовий гідроксил і аміногрупу, тому є одночасно і спиртами, і амінами.

До найбільш важливих аміноспиртів належить коламін (2-аміноетанол) і холін ((2-гідроксиетил)-триметиламонію гідроксид), які мають найбільше значення як продукти метаболізму. Вони входять до складу фосфоліпідів, є структурними фрагментами деяких катехоламінів і багатьох лікарських препаратів.

Утворюється коламін у живому організмі шляхом декарбоксилювання амінокислоти серину, який містить три різні функціональні групи (карбоксильну, аміно- і гідроксильну).

При метилюванні коламіну в організмі утворюється холін, який під впливом ферменту оксидази окиснюється з утворенням біполярного іона бетаїну, що є постачальником метильних груп під час метилювання багатьох продуктів метаболізму:

В організмі бетаїн є постачальником метильних груп під час метилювання багатьох продуктів метаболізму. Холін за допомогою ацетил-КоА в організмі ацетилюється з утворенням ацетилхоліну, який є естером аміноспирту холіну і оцтової кислоти:

Ацетилхолін - один з найбільш важливих нейромедіаторів (головний нейромедіатор парасимпатичної нервової системи), він взаємодіє з холінорецепторами, активує їх, при цьому скорочується мускулатура і людина здійснює різні рухи. Сам ацетилхолін гідролізується під дією ферменту ацетилхолінестерази. Якщо ж в організм увести сполуки, що блокують ацетилхолінестеразу, то відбувається накопичення значної кількості ацетилхоліну, відбувається сильне збудження нервової системи, безперервні м'язові скорочення, що спричиняє загибель живого організму. На цьому ґрунтується токсична дія бойових отруйних речовин (зарин, табун), інсектицидних засобів (дихлофос). Вони взаємодіють із залишками амінокислоти серину, який входить до складу ацетилхолінестерази, при цьому блокується її активність.

У медичній практиці застосовуються похідні холіну: ацетилхоліну хлорид (знижує частоту серцевих скорочень, розширює периферичні судини, знижує тиск); карбохолін (естер карбамінової кислоти і холіну); під дією ацетилхолінестерази він не гідролізується, тому діє більш пролонговано, ніж ацетилхолін; дитилін (естер холінйодиду та бурштинової кислоти) використовується для розслаблення мускулатури під час короткочасних операцій і ортопедичних втручань.

Залишок коламіну є структурним компонентом таких найважливіших катехоламінів, як норадреналін і адреналін. В організмі катехоламін утворюється з незамінної амінокислоти фенілаланіну:

Адреналін є гормоном мозкового шару надниркових залоз, у стресових ситуаціях значна кількість його виділяється в кров - і виникає відчуття тривоги, страху; тому він і отримав назву «гормон страху». Адреналін впливає на роботу серця, звужує судини, підвищує артеріальний тиск. У медичній практиці застосовують лікарський препарат адреналіну гідрохлорид. Норадреналін є головним нейромедіатором симпатичної нервової системи.

У молекулах норадреналіну і адреналіну знаходиться асиметричний атом карбону, тому обидві ці сполуки існують у вигляді двох просторових ізомерів: один - фізіологічно активний, інший - неактивний (не може взаємодіяти з рецепторами клітини, оскільки з ними не сумісні атомні групи такої сполуки).

За будовою і фізіологічною дією схожі на адреналін лікарські препарати ефедрин і мезатон:

Залишок коламіну входить у структуру антигістамінного препарату димедрол зі снодійним ефектом:

До гетерофункціональних сполук, що містять кислотну і аміногрупу, належать п-амінобензойна (ПАБК) і сульфанілова кислоти:

ПАБК - є найважливішим метаболітом, входить до складу фолієвої кислоти, яку у великій кількості можна знайти в листі шпинату, у моркві та ін. рослинах. В організмі вона не синтезується, надходить з продуктами харчування. Назва «фолієва» походить від лат. слова folium - листок, лист.

Птеридинове ядро, пов'язане із залишками ПАБК, називають птероєвою кислотою.

Найважливішими похідними ПАБК є такі препарати, як анестезин, дикаїн, новокаїн. Це складні ефіри ПАБК, що застосовуються в анестезіологічній практиці. Новокаїн чинить помірну антиаритмічну дію.

Новокаїн застосовується у вигляді солі - β-диетиламіноетилового естеру п-амінобензойної кислоти гідрохлорид.

Активним антиаритмічним засобом, що має місцевоанестезуючу активність, є новокаїнамід:

Новокаїнамід також застосовується у вигляді солі - β-диетиламіноетиламіду п-амінобензойної кислоти гідрохлорид.

о-Амінобензойна (антранілова) кислота є основою будови протизапального засобу - мефенамінової кислоти:

У своєму складі мефенамінова кислота містить і елементи структурної схожості із саліциловою кислотою, виявляє аналогічну фармакологічну дію - протизапальну, анальгетичну, жарознижувальну.

Більшість сучасних нестероїдних протизапальних засобів (НПЗЗ) у своїй структурі містить карбоксильну групу, яка в цьому випадку є протизапальним фармакофором.

Сульфанілова кислота також належить до амінокислот, у яких роль кислотного центру виконує сульфогрупа. Сульфанілова кислота, як і карбонові амінокислоти, утворює біполярні іони. Амід сульфанілової кислоти відомий у медичній практиці як білий стрептоцид, який є родоначальником великої групи синтетичних хіміотерапевтичних засобів - сульфаніламідних препаратів із загальною формулою:

Один з атомів гідрогену аміногрупи, що знаходиться в 4 положені, теж може бути заміщений різними радикалами.

Комбінація сульфаніламідного препарату сульфаметоксазолу і похідного диамінопіримідину - триметоприму - у препараті ко-тримоксазол (бісептол, бактрим) сприяє його бактерицидній (cido (грец.) - убиваю) дії.

Заміщення одного з атомів гідрогену, що знаходиться при аміногрупі у 4 карбону, на радикали сприяло утворенню кишкових сульфаніламідних препаратів (фталазол використовують під час дизентерії, ентероколітах, колітах).

Існують комбіновані лікарські препарати, які за хімічною будовою є азосполуками сульфапіридину (сульфасалазин) і сульфапіридазину.

Комбінації сульфадиметоксину (салазопіридазин, салазодиметоксин) із саліциловою кислотою надають антибактеріальну і протизапальну дію за рахунок поступового вивільнення 5-аміносаліцилової кислоти із сульфаніламідних препаратів.

Якщо в молекулі аміду сульфокислоти в 4 положенні замість аміногрупи знаходиться інша, то такий препарат не проявляє антимікробної дії. Відсутня протимікробна дія також в орто- і мета-ізомерів стрептоциду. Таке ж явище спостерігається внаслідок введення в бензенове ядро сульфаніламідів додаткових замісників. Сульфаніламідні препарати структурно схожі на ПАБК:

Антимікробна дія сульфаніламідних препаратів пояснюється тим, що в організмі вони конкурують зі структурно схожою на них ПАБК на стадії синтезу птероєвої кислоти, утворюючи сполуку, наведену нижче (тобто антиметаболіт ПАБК):

При цьому синтез фолієвої кислоти припиняється і мікроорганізми гинуть.

З більшості природних продуктів ученими були виділені відносно прості сполуки, які обумовлюють їхній приємний і характерний запах. Деякі із цих ароматизаторів мають гетероциклічну природу:

Часто запах і смак природних продуктів визначає не одна, а кілька речовин, точніше їх суміш.

Приємні запахи мають естери карбонових кислот:

Деякі представники альдегідів і фенолів також мають приємні запахи:

Виконайте завдання та перевірте правильність їх розв’язання за еталонами відповідей

Завдання № 1

У живому організмі аміноспирт коламін утворюється з:

Серину.

Аланіну.

Гліцину.

D. Гліцерину.

Гідроліз новокаїну призводить до утворення:

п-Амінофенолу.

п-Амінобензойної кислоти.

Сульфанілової кислоти.

D. Потрібні додаткові відомості.

В організмі адреналін утворюється з:

Фенілаланіну.

Серину.

Валіну.

D. Аланіну.

Еталони відповідей: 1-А; 2-В; 3-А.