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 (С18-С35), 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:
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:
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.