БІОХІМІЯ - Підручник - Остапченко Л. І. - 2012
Розділ 1. БУДОВА Й РЕАКЦІЙНА ЗДАТНІСТЬ БІООРГАНІЧНИХ СПОЛУК
1.3. Окремі класи біоорганічних сполук та їхнє біологічне значення
1.3.2. Карбонільні сполуки
Альдегіди, кетони та карбонові кислоти належать до карбонільних сполук (оксосполук) - це похідні вуглеводнів, що мають у своїй структурі карбонільну або оксогрупу (табл. 1.1). Атоми вуглецю карбонільної групи перебувають у стані sp-гібридизації, тобто мають три гібридизовані орбіталі, які використовуються для утворення трьох σ-зв'язків із сусідніми атомами вуглецю та атомом кисню. Ще один зв'язок між карбонільним вуглецем і киснем - це π-зв'язок. Висока електронегативність атому кисню карбонільної групи сприяє зміщенню до нього електронної густини хмари π-зв'язку, унаслідок чого утворюється електрофільний центр карбонільної групи:
Завдяки такій електронній будові карбонільної групи вуглець схильний до атаки нуклеофілом, а кисень - електрофілом — це реакція нуклеофільного приєднання. Прикладом таких реакцій є утворення ціангідринів (α-гідроксинітрилів):
Результатом взаємодії альдегідів та інших карбонільних сполук зі спиртами є утворення ацеталів (містять при атомі вуглецю дві алкоксильні групи) і напівацеталів (біля вуглецевого атома розташовані алкоксильна та ОН-групи):
Взаємодія цих речовин з Н2О приводить до утворення гідратів (діолів). Наприклад, при розчиненні у воді хлоралю (трихлороцтового альдегіду) утворюється хлоралгідрат. Він має наркотичні властивості й застосовується в медицині як снодійне.
Взаємодія альдегідів і кетонів з азотовмісними речовинами типу Х-NH2 (де Х = -Н, -ОН, -NH2, -С6H5) відбувається за механізмом «нуклеофільне приєднання — елімінація»:
Утворюється імін - основа Шиффа, яка є інтермедіатом біохімічних реакцій проміжного обміну амінокислот, зокрема реакцій трансамінування та відновлювального амінування α-кетокислот до α-амінокислот.
Для альдегідів і кетонів притаманні реакції відновлення з утворенням первинних (з альдегідів) і вторинних (із кетонів) спиртів. В організмах такі реакції каталізуються дегідрогеназами, де донорами атомів водню є коферменти НАДН і НАДФН (нікотинамідаденіндинуклеотид, нікотинамідаденіндинуклео-тидфосфат):
Реакції окиснення характерні лише для альдегідів з утворенням карбонових кислот, що використовуються в біохімії для виявлення альдегідів:
Альдегіди й кетони є важливими проміжними продуктами обміну речовин і утворюються в організмі в результаті метаболізму моносахаридів, жирних кислот і амінокислот. Формальдегід (мурашиний альдегід, метаналь, СН2О) утворюється в організмі людини як продукт N-дезалкілування ліків у гепатоцитах. Ацетон (диметилкетон, СН3-СО-СН3) утворюється при гліколізі у вільному стані й у вигляді фосфорного ефіру діоксіацетонфосфату. Ацетальдегід (СН3-СНО) входить до складу ацетилкоензиму А (СН3-СО-S-КоА) - універсального інтермедіату реакцій ацетилювання та ін.
Альдегіди й кетони використовуються в медико-біологічній практиці:
✵ карбонільні групи є функціональними групами багатьох лікарських засобів;
✵ формальдегід у вигляді 37-40 % водного розчину (формалін) застосовується при дезінфекціях і як консервант для анатомічних препаратів;
✵ ацетон використовується як органічний розчинник у фармацевтичній промисловості тощо.