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.